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【甬派】领军人物 朱锦:打造神奇仿木的工业魔术师
作者:,日期:2019-09-11

  博士,研究员,博士生导师。第八批中组部“国家特聘专家”,全国优秀科技工作者、浙江省“十佳优秀科技工作者”、中科院“朱李月华优秀教师奖”,浙江省新世纪“151”人才计划重点资助等。

  现任人人操成人小电影所属材料技术所所长, 浙江省生物基高分子材料与应用技术重点实验室主任等,主要从事生物基高分子材料研究和开发工作。

  神奇的仿木

  江南地区梅雨季家里的菜板、筷子等都很容易发霉,朱锦将草本植物纤维与塑料树脂结合,研制出了纤维结构“仿木”复合材料,据说不仅能够解决发霉的问题,还能防水防火。

  真的有这么神奇吗?仿木又采用了哪些原料?一起来看看吧!

  还在用人造板材?“仿木”的思路与此不同

  人造板材,就是以速生林如杨树、桉树等生长周期短的树木为原材料,通过旋切成木皮或用碎木做成木纤维,再利用胶粘剂粘接成的板材。不管天然木材还是人造板材,源头都是“种树”,可种树是有周期的,也是需要占用土地的。人类需求这么大,光靠种树来得及?

  多年从事生物基高分子材料研究的朱锦,把目光投向了纤维复合材料。“为什么木材的力学性能这么优秀,其实是由它的纤维化微结构决定的。能否由此出发,研制出真正可以替代木材的新型仿木复合材料?”

      近两年,朱锦带领团队以常见的塑料、橡胶等高分子材料为基体,对稻草、芦苇、棕榈纤维、竹纤维等进行包裹加工,研制出了综合基体与微纤维两方面优势的植物纤维高分子复合材料。

  “古人利用稻草或麦秸增强粘土来制造房屋,就是一种纤维复合材料的利用。从某种意义上说,我们是借鉴了这一思路。”朱锦说。

  “高含量植物纤维,保证了复合材料的高强度,而不规则分布的植物纤维,又保证了材料在任何方向都有均匀的力学性能,这使仿木可锯、可铆、可钉、可刨,加工十分灵活。”朱锦介绍,相比天然木料或木纤维,秸秆等草本纤维不但成本低,而且储量极其巨大。

  “全中国各类秸秆可收集量超过9亿吨,其中只有10%得到了有效利用。这不仅意味着仿木复合材料的生产成本很低,而且可以真正实现农林废弃物变废为宝。”

  朱锦表示,团队优选合适的相容助剂,改善亲水植物纤维与疏水性高分子树脂之间的相容性,提高两者在微观层面的结合力,最终制备出了具有高强度、高模量的植物纤维增强高分子复合材料。

        防火防潮又环保

  众所周知,植物纤维与常见的塑料都是易燃品。植物纤维复合材料的阻燃问题依然是业界难题,很多研究者多通过有机溶剂或者碱液处理纤维,破坏纤维表面的结构,然后加入阻燃剂进行阻燃。

  木材及其微观纤维结构

  “这种做法会产生大量的废弃溶剂和碱液,在环保处理方面增加了很多额外成本。”朱锦带领团队采用植物纤维与树脂基体分步阻燃化的方案,先用水对植物纤维进行简单的喷淋,再用常规的加工方法与环保型阻燃剂,使树脂获得足够的阻燃能力,植物纤维复合材料点燃十秒后,离火便自动熄灭。

  实验团队将封闭样条恒温20℃浸泡在水中,100天后,样条的吸水率仍然低于2%。为让样品多吸水,实验人员将挤出块材表面的塑料层切除,又进行了60天的吸水性测试,样品的吸水率均仍未超过20%,远低于30%的腐烂临界值。

  “这是因为在高速共混机中,高分子基体与纤维达到了非常均匀的共混,完成了对植物纤维的有效包裹。”朱锦表示,团队做了大量精密计算,才得出配方设计,让高达80%植物纤维含量的复合材料依然能够受到高分子基体的保护,大幅度降低吸水性能。同时保证了植物纤维复合材料在高温湿热的情况下,依然具有良好的稳定性能。

  “目前团队已经贯通了植物纤维高分子复合材料的整体工艺路线,具备了一定的生产与制备能力,并使产品在成本与使役性上取得了良好的平衡。”朱锦表示,随着研发和市场推广的深入,这款“仿木”产品会很快进入市。?佣?俪扇死嘟?躺?垢??。”

  无醛大豆木材胶粘剂

  在我们的印象当中,甲醛只会存在于新装修的房屋里,但其实甲醛是一种无色无味的气体,我们所闻到的异味来自于苯、氨、TVOC等有害物质,也就是说室内甲醛含量是否超标我们是闻不出来的。很多胶黏剂是把甲醛作为原材料,会释放出甲醛等有害物质。而朱锦之前一直在做一个研究生物基无醛大豆木材胶粘剂的项目,目标就是让板材告别甲醛,还给大家健康生活。

  豆粕,又称“大豆粕”,是大豆提取豆油后得到的一种副产品。此前“豆粕”常用于制作饲料、糕点食品,健康食品以及化妆品和抗菌素原料,缺乏在粘合剂方面的研发成果。而由中科院人人碰研究员、国家级人才项目专家朱锦博士带领的团队展开攻关,在六年前成功研发出生物基无醛木材胶粘剂技术,主要以天然可再生物的豆粕为主要原料,该胶粘剂不使用甲醛,且生产加工工艺简单,价格低廉,完全没有废气、废水、废渣等“工业三废”的排放问题。

  朱锦带领团队随后花费1年半进行技术攻关,突破了大豆胶在刨花板中的应用,拓展了大豆基无醛胶粘剂的应用范围。用该胶粘剂制备得到的胶合板不仅完全达到国际甲醛释放限制E0级最高标准,其胶合强度高于2MPa,且经过沸水煮4小时后不开裂,完全解决了此类胶粘剂耐水性差的问题。

  目前这一技术生产的胶合板已在很多知名品牌地板中获广泛应用。这也是此类无醛胶粘剂首次应用到地板中,使家装地板又有了新的环保选择。目前,以“豆粕”为原料的无醛胶粘剂已获得了国家7项专利的授权,达到了国际先进水平。

  在未来,朱锦还将继续研究可完全降解的材料,如塑料袋、餐盒等等。我们也衷心希望朱所及其团队能够研发越来越多的环保材料,望未来可期!

 。ㄔ?姆植加?019年9月3日《宁波日报》甬派客户端)

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