以竹代塑新材料——智能碳化成形竹制品

以竹代塑新材料系列，包括：碳化復合竹編土工格柵，竹微絲復合包裝新材料（代替塑料編織袋、塑料袋），碳化竹編基復合管（代替塑料波紋管、塑料鋼帶管）等。這些可以替代塑料的竹基新材料均是以智能碳化成形的竹材為基礎原料，應用智能碳化成形及碳化涂層高分子預處理技術、數(shù)控經(jīng)緯向應力竹編技術等核心專利技術，結合天然高分子復合劑加工而成。

竹材雖然具有質(zhì)量輕、強度高的優(yōu)點，但因富含糖分、淀粉、氨基酸、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，使得竹材易腐、易蛀、易老化。對于竹材的防腐防蛀，傳統(tǒng)方法多是以化學藥泡、藥熏等化學方式進行處理，這會使竹材自身沾染上化學藥品，其處理后的廢水、廢氣對水土、空氣也會帶來嚴重污染，而且處理后的竹材防腐、防蛀、抗老化效果不均勻。研究開發(fā)的智能碳化成形及碳化涂層高分子預處理技術是對竹材進行物理化、生態(tài)化處理，既克服了竹材化學處理存在的污染問題，也解決了傳統(tǒng)手工碳化或半手工火爐作坊式碳化很難控制火候，且只能局部碳化、難以規(guī)?；瓦B續(xù)生產(chǎn)的問題。該技術的突破為原有小規(guī)模的竹材加工升級、為大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化帶來了可能，使每年大量閑置浪費的竹林資源的開發(fā)利用也有了實現(xiàn)的可能。

△ 智能碳化成形車間 

通過自主研制的一套智能數(shù)控碳化成形一體化設備，以創(chuàng)新設計的碳化工藝流程，實現(xiàn)了對竹材碳化成形火候、濕度和時間的精密智能化控制，進行同質(zhì)碳化，破壞了竹材的營養(yǎng)成分，重組其官能團半纖維素，使碳化后的竹材，既基本保留竹材原有的基本性能和形狀，又具有很好的防腐、防蛀、防開裂、抗老化、耐候、耐酸堿等性能，可使竹材保存期延長至70年以上，穩(wěn)定性良好，不含有害物質(zhì)。

智能碳化成形處理后的竹材密度可達1.02g/m3，較處理前提高10%以上，平均含水率為4.1%，24h吸水膨脹率為0.39%，硬度為47.1Gpa，同時竹材的脫脂率達80%以上，大部分有機物已經(jīng)溢出，防蟲蛀、抗腐蝕效果好，干縮率低于5%，竹材易干不易變形。

智能碳化成形技術，既是生產(chǎn)以竹代塑系列產(chǎn)品的基礎技術，又可以單獨生產(chǎn)防腐、防蛀的竹材、竹片等原材料，廣泛應用于鄉(xiāng)村振興、旅游景區(qū)的竹建筑和景觀，還可以用于國家竹材儲備庫的竹材防腐、防蛀。

01、碳化復合竹編土工格柵

碳化復合竹編土工格柵（下圖左）是以智能碳化成形技術生產(chǎn)的可以替代塑料的代表性產(chǎn)品。該產(chǎn)品運用了智能碳化成形及碳化涂層高分子預處理技術、天然高分子竹編復合技術、數(shù)控縱橫向應力竹編技術等3項關鍵核心技術。其成本遠低于常用的塑料格柵，在耐久性、耐候性、平整度、整體承載力方面具有明顯優(yōu)勢，產(chǎn)品可廣泛應用于鐵路、公路、機場、碼頭、水利設施的軟基處理（下圖右），還可用于設施農(nóng)業(yè)如種養(yǎng)殖圍欄網(wǎng)、作物棚架等。該產(chǎn)品由于其耐候性、抗伸縮性能好，相對于塑料土工格柵，在高寒生態(tài)脆弱地區(qū)使用更有優(yōu)勢。

△ 碳化復合竹編土工格柵及其在工程中的應用

該產(chǎn)品已正式投產(chǎn)。目前，在廣東潮州市已設計施工的4條“四好農(nóng)村路”總長度150km，用竹編土工格柵300萬m2。因為該產(chǎn)品無毒/無污染，制造成本低廉，未來市場替代空間至少在400億元產(chǎn)值以上。

02、竹微絲復合包裝材料

竹微絲復合包裝材料是利用物理法刨絲和切絲技術或碾壓揉搓成絲技術、竹微絲編織或竹絲揉壓翻搓混編技術以及高分子粘合劑復合技術，以質(zhì)量分數(shù)為90%的竹微絲、5%~10%的可降解高分子粘合劑制備而成。該材料可以替代塑料編織袋和塑料袋，其拉伸強度遠大于PE、PVC等傳統(tǒng)塑料包裝材料。

△ 竹微絲卷筒

竹微絲復合包裝材料具有綠色環(huán)保、可降解的優(yōu)點，可被加工成日常使用的包裝袋、飯盒、水杯等產(chǎn)品，還可用于紡織業(yè)、建筑材料、軍工、醫(yī)療，以及汽車、火車、高鐵、飛機、航天器的內(nèi)飾板材等領域，能有效降低塑料的使用量。隨著電商、快遞和外賣等新業(yè)態(tài)的發(fā)展，塑料餐盒、塑料包裝等消耗量快速上升。如果用竹微絲復合包裝材料制作的編織袋來代替快遞行業(yè)每年使用的塑料包裝袋，僅此一項就會大大減少塑料對環(huán)境與水土造成的污染。

03、碳化竹編基復合管

碳化竹編基復合管是以碳化成形竹編+竹絲竹片廢料、沙（海沙）石、高分子復合劑、水泥等為原料，采用碳化成形竹編防腐、防蛀及加強技術、加強復合混凝及抗海沙技術、無醛高分子粘合劑技術等復合混凝制備而成。

注：a) 碳化成形竹編基體；b)碳化竹編基復合管結構；c): 碳化竹編基復合管產(chǎn)品

△ 碳化竹編基復合管

當前國.內(nèi)工程中的塑料管使用量達1 760萬t，塑料產(chǎn)品制造消耗石化原料，其資源日益減少，價格日益提高，且難以降解，易老化，在老化過程中會不斷釋放微塑粒，成為嚴重的水土污染源。碳化竹編基復合管可以代替塑料波紋管和塑料鋼帶管，廣泛用于市政給水、排水、排污，以及工業(yè)及農(nóng)田水利管道設施，多項性能優(yōu)于相應的塑料管，并且成本低。該產(chǎn)品已投入生產(chǎn)。

以竹治污新產(chǎn)品——復合竹瀝竹碳素土壤改良產(chǎn)品

復合竹瀝竹碳素土壤改良產(chǎn)品是利用以竹代塑竹類新材料生產(chǎn)線的下腳料、副產(chǎn)品及城鄉(xiāng)分類廚余垃圾、農(nóng)業(yè)種養(yǎng)殖廢棄物、秸稈等為原料，采用3項核心技術（復合碳技術、竹瀝多糖提取融合技術、綜合去毒增效技術），以物理、生物學方法制造生產(chǎn)，可用于改良、治理嚴重板結及重金屬污染的土壤。

△ 竹瀝竹碳素干餾制造設備

復合竹瀝竹碳素土壤改良產(chǎn)品具有獨特的復合碳優(yōu)勢（含碳量≥40%），不僅能夠改良土壤，還可顯著提升土壤有機肥力和肥效。與市場同類產(chǎn)品相比，改良土壤效果好，成本低，對于推動全.國土壤有機化改良，確保農(nóng)業(yè)安全、糧食安全和鄉(xiāng)村振興具有重要意義。根據(jù)預測，該產(chǎn)品未來市場空間極.大，產(chǎn)值潛能在6 000億元以上。該產(chǎn)品已投入生產(chǎn)。

竹質(zhì)能源與飼料產(chǎn)品

利用以竹代塑新材料產(chǎn)品及復合竹瀝竹碳素產(chǎn)品生產(chǎn)線的副產(chǎn)品還可以生產(chǎn)生物質(zhì)能源產(chǎn)品和動物飼料，從而減少化石能源及糧食消耗。

01、竹質(zhì)能源

竹材的平均燃燒熱值達19 331.2 J/g，高于多數(shù)草本植物，是綠色生物質(zhì)能源的優(yōu)質(zhì)原料，以竹發(fā)電、以竹制氫對環(huán)境污染少，發(fā)電穩(wěn)定，熱解后的竹瀝竹碳，經(jīng)生物復合加工后具有較高經(jīng)濟價值。

竹材加工后的廢料資源化利用，在熱解、干餾制取復合竹瀝竹碳素中產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品：一氧化碳、甲醇、甲烷等可燃氣，采用特定的設備收集、提煉，生產(chǎn)制備出“竹氣”新能源，可代替汽油、柴油，用于氫能汽車、甲醇汽車等，生產(chǎn)工藝流程如下圖。目前，第.1臺生物質(zhì)“竹氣”發(fā)電廠正籌建中。

△ 竹質(zhì)能源生產(chǎn)工藝流程

02 、復合竹瀝竹屑動物飼料

竹子本身富含生物質(zhì)營養(yǎng)，利用以竹代塑等生產(chǎn)線的副產(chǎn)品、下腳料（如竹瀝、竹屑、竹葉等）進行生物學反應可以制取復合竹瀝竹屑動物飼料。

△ 復合竹瀝竹屑動物飼料

該產(chǎn)品屬綠色循環(huán)產(chǎn)品，適用于雞、鴨、兔、牛、羊的有機養(yǎng)殖及作為寵物貓、狗的食糧，也適用喂食野豬、黑豬。產(chǎn)品配方科學，醇香可口，富含動物所需的生物質(zhì)營養(yǎng)及多種**的成分，抗菌、抗病毒，促進腸道健康，是代替玉米等糧食的優(yōu)質(zhì)竹類飼料。目前，該產(chǎn)品生產(chǎn)線正在建設中。

竹編無醛建材

竹編無醛建材以碳化成形技術改善耦合相容性，將竹纖維、竹絲或細薄竹片與高分子材料復合，利用竹材縱向拉伸強度高的特點，通過二維編織或多維立體編織，形成縱橫向或立體的無應力缺陷基體，以綠色無醛增強高分子材料為輔助劑（其柔性面則用熱塑性彈性體作為輔助劑），復合生產(chǎn)出可柔可剛、有顏色層壓、有硅酸鹽和阻燃礦物質(zhì)添加的新型生物質(zhì)建筑、裝修和家具用材料，可用于裝配式建筑、軍用或抗震搶險用拼裝式房屋、新型竹家具、裝修材料等，還可用于風電葉片。

△ 竹編無醛建材

該產(chǎn)品以天然竹材為原料，充分利用傳統(tǒng)竹編的力學原理，通過智能碳化成形，在竹纖維表面形成了特殊堅硬微孔粒層，降低了竹纖維的生物質(zhì)極性，顯著改善了竹纖維與非極性高分子復合物質(zhì)的界面相容性、浸潤性，碳化成形改性后的竹纖維，與高分子輔料合成后，其拉伸強度也有提高。該產(chǎn)品不但在力學性能方面滿足新型建材和風電葉片的標準，而且無甲醛污染、可降解、可循環(huán)、成本低廉。產(chǎn)品已實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

竹類新產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化前景

1）竹類新材料科研成果的產(chǎn)業(yè)化應用，對于固碳除碳助力碳中和潛力巨大。

竹子是高固碳植物，具有速生成材、一次種植多次收獲、越收獲生長越好的特點。全球有竹林面積約3 200多萬hm2，資源極為豐富。中國是世界上竹資源最豐富的國家，竹林面積為641萬hm2，約占全球總量的20%。大力推動先進竹材技術，發(fā)展新型竹產(chǎn)業(yè)，將帶來竹林資源的巨量利用，經(jīng)過砍伐之后又快速生長的竹林，可以對空氣中的二氧化碳進行新一輪的大量吸收固定。同時，大規(guī)模使用竹新材料制品替代塑料、鋼鐵等產(chǎn)品，可大幅度減少碳排放，如果能大力發(fā)展“以竹發(fā)電”，用甲醇替代汽油柴油，其減排效果將更加巨大，從而有助于我國碳達峰、碳中和目標的實現(xiàn)。

△ 以竹制能

2）竹類新材料科研成果的產(chǎn)業(yè)化屬于新型生態(tài)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，將為經(jīng)濟發(fā)展開辟新增長點。

以竹代塑、以竹治污產(chǎn)業(yè)是當前國家急需實施的生態(tài)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，更是促進經(jīng)濟內(nèi)循環(huán)的重要撬動點。利用竹材先進技術的突破，大力發(fā)展生態(tài)產(chǎn)業(yè)，不僅可以帶來更大的GDP新增長點，而且可以更好地踐行“綠水青山就是金山銀山”“依托豐富的竹子資源和良好的生態(tài)環(huán)境，變自然資源為經(jīng)濟資源”的理念，真正實現(xiàn)“發(fā)展竹產(chǎn)業(yè)，將竹林成為美麗鄉(xiāng)村的一道風景線”的宏偉藍圖。同時，中國竹產(chǎn)業(yè)的發(fā)展經(jīng)驗，也將惠及世界上其他產(chǎn)竹國，特別是“一帶一路”國家，從而有力促進人類命運共同體的融合締造。

文章來源：世界竹藤通訊

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