（中華全國供銷合作總社天津再生資源研究所，天津300191）

為貫徹落實黨中央、國務院關于建設生態(tài)文明、推動綠色循環(huán)低碳發(fā)展的重大決策部署，發(fā)展改革委會同有關部門制定的《循環(huán)發(fā)展引領行動》中提到，到2020年，主要廢棄物循環(huán)利用率達到54.6%，農作物秸稈綜合利用率達到85%。而將秸稈和廢舊塑料用于木塑復合材料的生產，為秸稈和廢舊塑料的資源化利用提供了一條新的途徑，對我國加強農林剩余物和廢舊塑料的回收利用、減輕環(huán)境生態(tài)壓力具有深遠意義，將會受到更多的關注。

1 秸塑復合材料的概念

秸塑復合材料（Straw-Plastic Composites，SPC）是由我國創(chuàng)造性提出的[1]，是以全秸稈生物質（如秸稈、棉桿、甘蔗渣等）為原料，經粉碎和界面改性增容處理，與一定比例熱塑性塑料及助劑共混，通過擠出、熱壓或注射等成型工藝制備的兼具生物基材料與塑料特點的一種可循環(huán)利用的新型環(huán)保材料[1，2]，也屬于一種木塑復合材料（Wood-Plastic Composites，WPC）。

SPC與WPC在原材料構成上有顯著差異，目前WPC使用的原材料主要是木粉和塑料的復合，SPC則實現(xiàn)了“以秸代木”，是由秸稈生物質與塑料經改性復合后的材料。SPC作為一種新型材料繼承了WPC材料的優(yōu)勢，同時兼具生物基材料和塑料的優(yōu)點，可彌補單純塑料制品的易老化、低溫脆變等缺點，與木材相比可抗酸堿、耐水、耐腐蝕、不易被蟲蛀，是一種具有良好的機械性能和加工性能，仿生自然，可100%回收再利用的綠色環(huán)保新產品。

2 秸塑復合材料應用的重要意義

我國森林資源相對貧乏，森林面積僅為國土面積的13%，人均森林面積擁有量更是不足0.1 hm2。而我國每年需要木材1.5×1010m3，木材供需缺口巨大，木材的大量砍伐已嚴重影響我國生態(tài)環(huán)境，日益增長的木材需求迫使我國需從國外進口大量木材[3]，然而世界上森林面積每年也以1 600萬hm2的面積銳減。各國都在加強環(huán)境保護的意識，積極尋求新的資源進行替代[4]。

近年來，隨著人口數(shù)量的增加，對糧食的需求也迅速增大。我國是農業(yè)大國，在糧食種植的同時，不可避免地產生大量的農業(yè)廢棄物——秸稈。秸稈傳統(tǒng)的處理方式是被當作廢棄物掩埋或焚燒，不僅造成了資源浪費，而且污染環(huán)境。減少秸稈焚燒，控制霧霾，已是一個戰(zhàn)略問題和環(huán)境問題，各級環(huán)保部門在治霾、秸稈綜合處理等方面也加大了投入，秸稈綜合利用納入“十三五”政府的重點工作、重大規(guī)劃和重大項目之中。

秸塑復合材料的提出和研制成功，有效解決了木材資源短缺、秸稈資源浪費、塑料資源回收利用等問題。SPC作為木材替代品進行應用，可以大量減少對木材資源的需求，有利于森林資源的保護，有力緩解我國建材、包裝等行業(yè)的原料短缺問題；SPC的應用還可大量消化農作物秸稈，減少秸稈的焚燒量，保護生態(tài)環(huán)境，拓寬秸稈利用渠道，有利于農民創(chuàng)收和農業(yè)發(fā)展；此外，SPC還能規(guī)模化地消耗廢塑料，有效減輕社會環(huán)境負擔，節(jié)約石油資源，提升了廢塑料再生利用的附加值，有助于促進廢舊塑料的回收再利用。因此，SPC是一種可資源循環(huán)再利用的綠色環(huán)保新產品，為廢舊塑料和農林廢棄物的再生利用開辟了一條全新的道路，有助于推進資源全面節(jié)約和循環(huán)利用，促進我國綠色低碳循環(huán)經濟的發(fā)展。

3 秸稈/廢塑料共混制備秸塑材料技術分析

3.1 秸塑復合材料制備的關鍵技術

秸稈與木材雖然具有相似的化學成分，但組分比例不同，容重相差較大，木粉纖維結構中具有橫向和縱向的導管細胞有利于其與塑料的界面結合，而秸稈只具有單向的導管組織，且呈現(xiàn)多孔結構，容易吸潮，原材料適塑性效果差[5]。而且秸稈纖維表面含有極性的親水基團，致使其與大多數(shù)非極性的塑料之間的界面相容性較差。由此可見，制備秸塑復合材料時考慮兩相之間的相容性是重點所在，最常用的處理方式是對秸稈進行改性。如何改變秸稈結構從而增加容重和疏水性結構，增加秸稈在基體塑料中的分散性，改善秸稈的適塑性，解決秸稈與塑料兩者界面相容性差，優(yōu)化兩者界面粘合性能，是獲得秸塑復合材料的一些關鍵技術問題[6]。

3.2 秸稈/廢塑料共混制備秸塑復合材料的技術路線

秸稈與廢塑料制備秸塑復合材料不同于原有WPC的處理方案，其生產過程中必須經歷秸稈粉的改性和熔融共混塑化等工藝環(huán)節(jié)。改性后的秸稈粉可替代優(yōu)質木粉用于秸塑新材料，而且秸稈中大量存在的生物基礦物質通過改性，也能增強復合材料的韌性，并且所制備出的秸塑產品使用過程中零甲醛排放，綠色環(huán)保。利用秸稈和廢塑料制備秸塑復合材料的技術路線如圖1所示。

3.3 秸稈/廢塑料共混制備秸塑復合材料研究現(xiàn)狀

SPC作為WPC領域內的新興種類，具有更高的環(huán)保意義和商業(yè)價值，開發(fā)前景廣闊。隨著木塑行業(yè)的不斷發(fā)展，國內WPC企業(yè)的產品逐步從外銷轉為內銷，高端產品質量和拓展原材料方向成為生產企業(yè)新的追求熱點。如利用農作物小麥、水稻和棉花等秸稈生物質開發(fā)新型材料或新產品一直是現(xiàn)有木塑生產企業(yè)期待的長期訴求，國家甚至出臺了專項的科技攻關課題和秸稈綜合利用的補貼政策。SPC的研究已成為WPC的發(fā)展趨勢和研究熱點。

圖1 利用秸稈和廢塑料制備秸塑復合材料的技術路線

任子龍[7]等將稻殼粉、非醫(yī)療回收處理的塑料制品以及玻璃纖維進行熔融共混，制備出具有增強效果的環(huán)保型秸塑復合材料，并分析了材料中玻璃纖維的長度和含量以及偶聯(lián)劑處理對秸塑復合材料性能的影響。結果表明，玻璃纖維可以有效提高稻殼粉/非醫(yī)療回收塑料秸塑復合材料的強度，增加材料的剛性。當玻璃纖維的含量為23%，長度為6 mm時，復合材料的力學性能最優(yōu)；當玻璃纖維經過3%硅烷偶聯(lián)劑處理后，稻殼粉/非醫(yī)療回收塑料秸塑復合材料的力學性能有明顯的提高。

叢龍康[8]等采用小麥秸稈和廢舊聚乙烯塑料為原料，通過擠出和熱壓成型工藝制備秸稈纖維/廢聚乙烯復合材料，探究了麥秸纖維的粒徑、添加量，界面改性劑的種類和添加量，生物酶改性處理和生物酶與相容劑復合處理等因素對秸稈纖維/廢聚乙烯復合材料的力學性能、熱學性能和吸水性的影響。研究表明，麥秸纖維含量為40%的復合材料的機械性能最佳。秸塑纖維的粒徑大小對復合材料的影響不同，在60/100/200目秸稈纖維中，經過界面改性后的60目秸稈纖維增強復合材料的力學性能和熱穩(wěn)定性能最好，顯著改善了復合材料的界面相容性能。

朱棟君[9]等分別利用一種或多種秸稈成分（稻秸稈粉、稻殼粉、衫木粉、竹粉）與一種或多種塑料成分（PP，PE-HD，PE-LD膜）為原材料，采用模壓成型的工藝技術制備不同填料及不同塑料基體的秸塑復合材料，重點對復合材料力學性能進行分析。測試結果表明：在塑料基體種類上，以無油墨PP為基體的復合材料的綜合力學性能較好，而含油墨PE-LD基復合材料的沖擊韌性較好。填料成分方面，稻秸稈粉作為填料增強無墨PP復合材料效果最佳，制得稻秸稈粉/PP綜合力學性能較好，而稻殼粉/PP復合材料沖擊韌性較好。

對秸稈粉進行改性是有效改善與塑料界面的相容性的有效途徑，但相對木粉、竹粉，秸稈的改性過程會增加SPC制備過程中的預處理成本，不利于秸塑產品在低端市場的競爭。因此，在木塑行業(yè)上廣泛實現(xiàn)以秸代木仍面臨很多問題，研究者在研發(fā)過程中不僅要考慮改性技術對秸塑復合材料的性能提升，同時也需要更加關注技術本身的成本問題，這樣才能有助于科技成果能夠有效助推產業(yè)的發(fā)展，提升秸塑復合材料的產品競爭力。綜上所述，通過提高秸塑復合材料的界面相容性，來提升材料的力學性能、增加麥秸粉的添加量和降低產品的成本，這將是今后研究的重點和熱點問題。

4 秸塑復合材料的應用前景

我國作為農業(yè)生產大國，秸稈是取之不盡的農業(yè)副產物，也是未經開發(fā)的豐富資源，廣泛的原料供應和官方主導的秸稈收集系統(tǒng)，為秸塑產業(yè)的發(fā)展奠定了堅實的基礎。SPC開辟了秸稈工業(yè)化利用的新途徑，完全滿足我國現(xiàn)有的國情需要和符合循環(huán)經濟價值的社會追求，在中國發(fā)展秸塑產業(yè)不僅具有時代緊迫性，更具有無與倫比的產業(yè)優(yōu)勢。

SPC是對木塑行業(yè)的有益補充，無論從原材料成本，還是從產品的強度、耐用性、環(huán)保等方面，完全可以與木塑材料相媲美，甚至還擁有更好的力學性能優(yōu)勢。秸塑獨特的優(yōu)良性使其產品在高端市場的前景十分廣闊。秸塑新材料雖具有良好的發(fā)展前景，但其生產過程中改性塑化的工藝較為復雜，生產成本較高，不利于低端市場的競爭；其產品研發(fā)尚處在起步階段，對這一新材料的生產和應用還需要持續(xù)的研發(fā)和創(chuàng)新。

5 結語

工業(yè)化生產的木塑復合材料所使用的木纖維主要是采用木材或者木材廢棄物加工的木粉，使用農業(yè)廢棄物（秸稈）為填充材料來制備木塑復合材料的還相對較少。秸塑復合材料的應用可促使農業(yè)廢棄物、廢舊塑料的資源化再利用，節(jié)約木材，保護日益緊缺的森林資源，環(huán)境效益明顯，同時可提高廢塑料再生利用的附加值，有巨大的社會效益和經濟效益。利用秸稈和廢塑料制備秸塑復合材料，將會是木塑產業(yè)今后發(fā)展和研究的熱點。