木屑废塑料蝶变栋梁材

　　文/广州日报全媒体记者武威

　　图/广州日报全媒体记者陈忧子

　　利用废塑料、秸秆、木屑等，通过独创的木塑复合制造技术，这些原本毫无用处的“边角料”，如今却“变废为宝”，成为地板、立柱、房梁等建材。在近期结束的广东省科学技术大会上，华南农业大学教授、长江学者王清文带领团队凭借“多元复合协同增效制造高性能功能化木塑复合材料关键技术”，荣获广东省技术发明奖一等奖。

　　该项发明凝结了团队24年的集体智慧与汗水，木塑复合材料技术同时也是生物基科技的重要应用与发展方向。近年来，广州生物基材料市场规模持续扩张，相关技术也得到进一步发展，本期《科技周刊》，我们将带大家领略木塑复合材料技术的“神奇魔法”以及生物基技术的广泛应用场景。

　　科学原理

　　塑料与木质纤维复合成高性能建材

　　在华南农业大学王清文教授的办公室内，记者见到了各种颜色和结构的地板、墙板、立柱等建材，这些建材并非常见的实木、高密度板或金属，而是由木塑复合材料（以下简称木塑）制成。

　　王清文介绍，木塑是一类以热塑性塑料（PE、PP、PVC等）为基体，以木质纤维（木/竹材加工剩余物、农作物秸秆等）为填充增强材料，通过熔融复合、挤压成型（挤出、注塑、模压）而制备的复合材料，是农林生物质资源和废旧塑料大规模高效利用的重要途径，也是一类综合性能突出而生态和经济效益显著的环境友好材料。从科学原理上讲，热塑性塑料通过加热可以把细碎的木质纤维包覆起来，并可以制作成各种形状和大小的建材，其中的木质纤维又可以提高建材整体的强度和硬度。

　　20多年攻克木塑两大缺点

　　木塑技术最早始于美国，但传统木塑有两个缺点，一是材料强度不够，比较脆，容易蠕变；另一点是不防火，耐候性不佳。但经过王清文团队20多年的技术攻关，这两大缺点如今已被成功克服。

　　获得技术发明奖，王清文团队的创新之处是在动态界面流变理论创新的基础上，利用多元复合、协同增效策略，不同组元优势互补，最终突破了传统木塑易蠕变脆断等技术瓶颈，创建了轻质高强、多功能、节能高效的木塑制造新技术。同时，这类木塑材料的所有原料，不仅不含甲醛，也没有芳烃类物质，并且不含重金属，因此不用担心木塑建材的环保问题。

　　落地转化

　　中国木塑年产量已近500万吨

　　王清文介绍，团队此次获奖的重要原因，正是其技术转化落地后产生的重大正面影响。2023年，全中国木塑材料产量已近500万吨，团队技术对该产业的发展贡献度非常高。

　　全国木塑产量

　　从30万吨增长到近500万吨

　　团队从2000年开始研究木塑复合材料技术，当时，王清文来到木塑技术的发源地美国学习。2006年，正当美国学者已觉得木塑技术的缺陷难以攻克选择放弃时，王清文却在相关技术上实现了突破，“我们自己的技术出来后便开始指导企业。2012年，我们就以此技术拿到了国家科技进步奖二等奖。那时，全中国的木塑产量就已达到30万吨。从2011年到2023年，我们进一步改良技术，并不断做技术的推广。与此同时，全国木塑产量从30万吨增长到近500万吨，速度非常快。在我国，每年有几亿吨的木材下脚料、竹材、秸秆等生物质资源可以利用，还有大量可再生塑料可以使用，在环保越来越受到重视的当下，很多地方政府和企业都很希望我们的技术能进行转化落地。”

　　据悉，目前国内使用王清文相关木塑技术的企业已有数十家，其中还有两家公司是上市企业，未来，王清文希望上市企业能够进一步形成引领带动作用，带动整个木塑行业更快地发展。

　　正尝试用生物质材料

　　制作风力发电机叶片

　　目前，王清文团队还在不断提升木塑材料的指标性能和各项技术，并尝试开发木塑的新应用场景，“我们目前正在尝试用生物质材料制作风力发电机的风电叶片，以应用于绿色能源产业。”在华农，木塑材料已有专门的中试车间，可以制成各类成品向厂家展示，而学生们也可以来到中试车间开展生产实践。

　　生物基技术应用广泛

　　主要有能源和材料两个应用方向

　　王清文介绍，木塑材料的制作是一项重要的生物基技术应用。生物基是指利用可再生生物质如秸秆、竹木粉、动物皮毛废弃物等，通过生物、化学、物理等手段制造的一类新型物质。主要包括生物基燃料、生物基塑料、生物基平台化合物、生物质功能高分子、功能糖产品、木基工程材料、皮革基服役材料等产品，具有绿色、环境友好、原料可再生以及可生物降解的特性。“总的来说，生物基主要有两大应用方向，一是能源，二是材料。”

　　秸秆能发电

　　地沟油变航天燃料

　　在燃料领域，秸秆的焚烧曾是PM2.5的重要来源。如今，各类新的生物基技术让秸秆有了发电、制作酒精、甲醇等新的用途，为社会产生大量能源。

　　由地沟油转化而来的生物基燃料已应用在航空航天领域。相比传统石油基航空燃料，这种燃料可减少二氧化碳排放85%以上。如今，这类航空燃料已实现商业化，已有我国企业生产的生物基航空燃料获民航局适航证书。

　　生物基在材料领域同样应用广泛。除了建材，还广泛应用于生物医药行业，“我们团队的一位老师就开发了一种生物基水凝胶材料，它可以用于病人手术伤口的修复，目前，她已经换了‘赛道’，去了广州的生物医疗科研机构，开始了新的科研之路。”

　　此外，生物基材料还可用于新型储能领域，生物基高分子储能技术的应用前景非常广阔，可以应用于电动汽车、太阳能电池、移动电源等领域。其中，电动汽车是生物基高分子储能技术具有应用前景的领域之一。由于生物基高分子材料具有良好的可再生性和可降解性，可以有效减少对环境的污染，因此受到了广泛的关注和研究。生物基高分子材料的能量密度较高，可以满足一些高能耗设备的需求，同时其成本相对较低，可以降低储能材料的制备成本。

　　生物基

　　是指利用可再生生物质如秸秆、竹木粉、动物皮毛废弃物等，通过生物、化学、物理等手段制造的一类新型物质。主要包括生物基燃料、生物基塑料、生物基平台化合物等产品，具有绿色、环境友好、原料可再生以及可生物降解的特性。

　　生物基科研在广州蓬勃发展

　　可降解鞋、轮胎等已投入市场

　　广州一直非常重视生物基能源和材料领域的产学研发展。生物基能源和材料领域属于广州重点发展的“3+5+X”战略性新兴产业体系中的“新能源与节能环保”“新材料与精细化工”两大类新兴产业。为了支持战略性新兴产业发展，广州已出台一系列措施，支持产业的全链条发展。

　　在生物基材料科研领域，除华农外，广州的多所高校和研究机构都对生物基相关技术研究十分重视，并在生物基材料的研究上不断取得进展，涉及智能生物基材料、生物轻量化材料和生物仿生材料等多个方向。

　　如华南理工大学王朝教授团队利用生物基单体，通过分子结构设计自主研发了全球首创的新型合成橡胶材料——生物基可降解聚酯橡胶，其生物基单体来源是玉米秸秆、海藻等生物资源，摆脱了合成橡胶对于石油资源的依赖，该材料在堆肥条件下110天降解率高达71%。产品已通过石化联合会组织的科技成果鉴定，目前已有万吨级、千吨级两条示范生产线，并已与大众集团、玲珑轮胎、李宁等知名企业开发出可降解轮胎、可降解鞋、可降解耐油密封圈、可降解口罩等产品。

　　而在生物基能源领域，中国科学院广州能源研究所专门成立国家能源生物燃料研发中心，推进全国生物质能源技术的集成推广和应用。中心研究重点在生物质液体燃料、生物燃气和生物质成型燃料等方面，致力于生物基能源利用的科技核心技术攻关、关键工艺试验研究，开展能源重大装备样机及其关键部件的研制与检测试验。同时，中心还建立完善的非粮液体燃料研发平台、纤维素液体燃料研发平台、生物柴油研发平台、生物燃气研发平台、成型燃料研发平台等，助力生物基燃料在我国的快速发展。

　　"新版本"木塑有这些优点

　　绿色低碳

　　木塑属于典型的生态建材，在生产过程中，可以大量使用大宗固废，木、竹、秸秆、废旧塑料等，为固废的循环利用找到一条重要出路，是破解环境污染“顽疾”、助力“双碳”目标实现、变废为宝的有力手段。

　　轻质高强

　　综合物理力学性能优良。经过团队全新技术制造的木塑材料，其强度和韧性都非常不错，不仅可以做地板，甚至可以做柱子、房梁等承重材料，因此完全可以用木塑材料盖一座“木屋”甚至是三层小别墅。

　　材料耐候性好

　　具有耐水、防潮、耐腐、防蛀等优势，在景区公园，使用木塑材料盖亭台楼阁，不仅可以保留中式美学的木质美感，也不用担心虫蛀、腐朽等问题。“木塑材料中，塑料将木质纤维包覆起来，塑料能阻挡微生物的孢子传播，这就实现了物理上的防潮、防腐。”

　　材料可循环利用

　　木塑材料可以实现20年免维护，20年以后，材料可以重新破碎造粒循环再利用，“我们在实验室模拟的结果显示，木塑材料循环了7次之后，强度损失仍不超过15%，也就是说，其85%的性能能够保留。”

　　生产成本低

　　木塑材料在生产成本上已低于实木材料，并且不会像实木地板那样容易开裂腐朽。因此，未来在消费者的接受度逐渐培养起来后，有望占据更大的建材市场份额。

　　木塑的制作流程

　　制备木质纤维

　　木质纤维的来源可以是木、竹、秸秆甚至家具加工产生的木屑、砂光粉等生物质原料；工业上，通过粉碎、改性、干燥、筛分等技术，可以制备得到木质纤维。

　　共混造粒

　　将木质纤维与热塑性塑料、加工助剂按照一定比例混合，再通过工业设备共混造粒，就可以得到木塑颗粒。

　　挤出成型

　　将木塑颗粒经过一系列工业设备挤出成型，

　　就可以直接产生地板、墙板、柱子、房梁等各种建材。