[摘　要]本文根據鎂水泥水化反應規律分析濕料法輥壓成型工藝的弊端，又從環境保護高度指明有機膠合人造板缺陷，還從理論上闡述鎂水泥半干法熱壓成型工藝的原理，尤其是利用可再生性資源秸稈生產鎂質硫鋁酸鹽水泥復合的秸稈板進行系統論證。希望在技術溢出效應的作用下，推廣半干法熱壓成型工藝，實現資源的有效配置和合理利用，達到在短期內解決我國木材供需結構矛盾的目的。
[關鍵詞]半干法熱壓成型工藝；溶液佳濃度；質量作用定律；自膠接；膠黏劑；可持續發展

1　前　言

　　鎂水泥制品半干法熱壓成型工藝在四川(成都)新木通風凈化有限公司研制成功了，這是繼2002年在國內次研制成功鎂質硫鋁酸鹽水泥(又稱鎂鋁硅酸鹽水泥號：ZL02133685.7)后又一重大技術突破。鎂水泥制品半干法熱壓成型工藝節約勞動時間、縮短生產周期、加大植物纖維摻量、提高復合板材強度，為實現無機膠合人造板規模化批量生產奠定了基礎，從而推動鎂水泥在人造板的應用上開辟了新的道路。
　　本文根據鎂水泥水化反應規律分析濕料法輥壓成型工藝的弊端，又從環境保護高度指明有機膠合人造板缺陷，還從理論上闡述鎂水泥半干法熱壓成型工藝的原理，尤其是利用可再生性資源秸稈生產鎂質硫鋁酸鹽水泥復合的秸稈板進行系統論證。希望在技術溢出效應的作用下，推廣半干法熱壓成型工藝，實現資源的有效配置和合理利用，達到在短期內解決我國木材供需結構矛盾的目的。

2　問題的提出

2.1　濕料法輥壓成型工藝的弊端
　　濕料法輥壓成型工藝在我國十分普遍。菱鎂防火板就是采用這一工藝生產的。據統計，在我國防火板年產量約7～8億平方米，其中出口量占三分之一以上。但是，這一工藝很不合理。若用氯氧鎂水泥作為膠黏劑，解決不了吸潮返鹵問題；就是用硫氧鎂水泥生產防火板，也解決不了強度低的問題。在這里，有必要分析濕料法輥壓成型工藝的弊端。
　　我國杰出的鎂水泥專家祝志雄工程師提出的按氯化鎂溶液濃度決定需液量的配比方法，揭示了氯化鎂溶液濃度和反應生成物之間的數學關系。
　　祝工指出：如果輕燒氧化鎂的質量為m，活性氧化鎂含量為α；氯化鎂溶液重量為Q，百分比濃度為β，則配合比的數學關系式為：

　　這一公式表明，如果氯化鎂溶液的濃度低，則需液量較少。采用濕料法輥壓成型工藝生產防火板，氯化鎂溶液的濃度不但低，而且需液量較大，否則就無法提高植物纖維摻量。顯然，這樣的配比方法是違反祝工推導的公式。按照質量作用定律，化學反應的速率和參與反應的有效質量成比例。氯化鎂液溶濃度低，水的有效質量大，自然和氧化鎂反應生成氫氧化鎂的速率較大。只有水的消耗使氯化鎂溶液的濃度提高后，才和氧化鎂反應生成氯氧鎂水泥5Mg(OH)₂?MgCl₂?8H₂O(5?1?8型)、3Mg(OH)₂?MgCl₂?8H₂O(3?1?8型)；而氧化鎂在反應中消耗后，剩下的則是沒有參與反應的氯化鎂。由于氯化鎂以游離態存在于防火板中，一旦濕度較高，氯化鎂就要從防火板中析出，產生吸潮返鹵。因此，濕料法輥壓成型工藝解決不了氯氧鎂水泥生產的防火板吸潮返鹵問題。
　　例如，采用22^。Be’氯化鎂溶液生產防火板，22^_。Be’氯化鎂溶液的百分比濃度為20.39％。在輕燒氧化鎂活性含量60％的條件下，將這一濃度代入祝工公式中，則100kg輕燒氧化鎂只需要22^。Be’氯化鎂溶液55kg，這樣少的需液量是無法滿足30％～50％；的植物纖維摻量攪拌后輥壓制板的，只有增加用液量。若按MgO／MgCl₂為7個摩爾比計算，則需液量為99kg，這樣就有44kg的氯化鎂溶液過剩。過剩的氯化鎂溶液除一部分待板坯水分蒸發后與氧化鎂生成5?1?8型、3?1?8型外，大部分以游離態氯化鎂存在于防火板中，形成了吸潮返鹵的隱患。
　　朱玉杰等在((玻纖菱鎂建筑模殼冬季生產養護問題解析》(《菱鎂》2012年第6期第45頁)中把氯化鎂溶液濃度和強度關系列出表格，濃度和強度幾乎成偏態分布曲線。這樣，氯化鎂溶液濃度除存在一個臨界濃度外，還存在一個佳濃度。從朱玉杰文章的表格中可以看出氯化鎂溶液的佳濃度為26^。Be’，采用26。Be’的氯化鎂溶液濃度是無法用濕料法輥壓成型工藝生產防火板的。
　　祝工推導公式的原理同樣適用于改性硫氧鎂水泥、堿式硫酸鎂水泥，甚至于鎂質硫鋁酸鹽水泥。在這三種水泥中，也同樣存在硫酸鎂的佳濃度問題。采用濕料法輥壓成型工藝生產防火板就要增加大量的植物纖維，硫酸鎂溶液的濃度就要低于佳濃度甚至臨界濃度，雖然生產的防火板不存在吸潮返鹵，但低濃度硫酸鎂溶液生產的防火板，水化反應產物中氫氧化鎂占的比例較大，所生產的防火板基體材料的強度較低，防火板的強度就要受到影響。
　　既要滿足溶液的佳濃度要求，又要大摻量植物纖維，只有半干法熱壓成型工藝才能實現。
2.2　有機膠合人造板的缺陷
　　目前，有機膠合人造板所用的膠黏劑主要有：脲醛樹脂膠黏劑(urea resins，UF)，酚醛樹脂膠黏劑(phenolic resins，PF)，三聚氰胺樹脂膠黏劑(melamine resins，MF)，間苯二酚樹脂膠黏劑(resorcinol resins，RF)，環氧樹脂膠黏劑(epoxy resins，EP)，聚醋酸乙烯酯樹脂乳液膠黏劑(polyvinyl acetate，PVAc)，水性高分子異氰酸酯膠黏劑(aqlleotls vinyl polymer soution―isocyanale adilesiyes，API)，熱熔膠黏劑(hot―melt adhesives)等。有機膠黏劑價格貴，生產的板材成本高；有機膠黏劑生產的人造板不防水、不防火、易霉變、易老化、使用壽命短，其中用得較多的是脲醛樹脂、酚醛樹脂，而這些樹脂含有大量的甲醛，污染環境，有損害人體健康。
2.3　半干法熱壓成型工藝的優點
　　半干法熱壓成型工藝可以在溶液佳濃度狀態下實現大摻量植物纖維生產。我公司研制成功鎂質硫鋁酸鹽水泥，是在提高鋁聚合度的前提下，利用氧化鎂作為堿性激發劑，硫酸鎂和其它硫酸鹽作為硫酸鹽激發劑共同作用于火山灰質材料所生成的一種新的鎂水泥，這種鎂水泥很適應于半干法熱壓成型工藝，因為在反應溫度較高時才能加速Al₂O₃的溶解，而半干法熱壓成型工藝為Al₂O₃的溶解提供了較為有利的條件，使反應生成物以水化硫鋁酸鎂和水化硅酸鎂為主。由于半干法熱壓成型工藝可以在硫酸鎂溶液佳濃度下生產，所以人造板的基體材料的強度較高。采用鎂質硫鋁酸鹽水泥生產的人造板，防火、防水、防霉變、防老化、不含甲醛，具有有機膠合人造板所沒有的優點。

3　半干法熱壓成型原理

3.1　短時高溫對水化反應的作用
　　鎂水泥的水化反應是個放熱反應，放出的熱量越多，水泥的品格就越穩定。但是，鎂水泥的水化反應有一個臨界溫度。低于臨界溫度，參與反應的離子處于相對靜止狀態，水化反應不能進行。高于臨界溫度，離子由靜止向運動轉化，獲得一個初動能。溫度越高，初動能越大，參與反應的離子碰撞的幾率增加。離子碰撞化合后要釋放能量，這種現象用于半干法熱壓成型工藝有利于能量向板坯內梯度傳遞。按照動量守恒定律，離子碰撞后形成的水化反應產物，仍處于運動狀態，只是由于質量的疊加，運動速度降低。而由于化學鍵使水化產物的凝聚，質量的增加，運動速度進一步降低，產生沉淀，使強度上升。因此，半干法熱壓成型工藝的短時高溫，就是給予參與反應的離子一個較大的初動能，使水化反應迅速進行，強度迅速上升，達到固化的要求。
3.2　板坯養護
　　有機膠黏劑和無機膠黏劑不同，有機膠黏劑固化后，強度基本上不再上升。例如脲醛樹脂固化溫度在100℃～115℃，酚醛樹脂在135℃～145℃，三聚氰胺樹脂在120℃～130℃，而異氰酸酯樹脂在100℃以下，這些樹脂固化后所膠合的板材一次就完成了。無機膠黏劑強度上升幾乎成邏輯型規律曲線：前期緩慢發展、中前期加速度發展、中后期減速度發展和后期飽和發展。熱壓成型工藝只是縮短強度前期緩慢發展和中前期加速度發展時間。所以熱壓成型脫模后，板坯必須進入到自然養護階段，使板坯中的無機膠黏劑像正常澆筑一樣，繼續強度上升。
3.3　半干法熱壓成型的目的
　　滿足成型要求是半干法熱壓的目的。所謂成型就是板材在厚度規的控制作用下，板材不反彈、不變形、不龜裂、可脫模。這一目的，基本上和濕料法輥壓成型工藝脫模時一樣，并不是和有機膠黏劑一樣達到終強度的目的。

4　半干法熱壓成型應用的范圍

　　鎂質硫鋁酸鹽水泥具有強度高、堿度低和與植物纖維復合能力強的性能。利用鎂質硫鋁酸鹽水泥生產人造板，可解決我國木材供需結構的矛盾。植物纖維的來源有二種：一種是木材類植物纖維，利用各種幾何形狀的木材類植物纖維可生產纖維板、木絲板、刨花板、木屑板；另一種是非木材植物纖維，主要是秸稈，采用不同加工方式的秸稈可生產秸稈纖維板和秸稈碎料板。
4.1　木材類植物纖維人造板
　　木材類植物纖維人造板主要有纖維板、木絲板、刨花板、木屑板。筆者發表在2012年第3期《建材科技》雜志上的《鎂水泥木絲板復合原理和制作工藝分析》和2013年第2期《建材科技》雜志上的《無機膠合中密度纖維板復合原理和關鍵工藝分析》的文章已經作了分析，這里就不再贅述。至于鎂水泥刨花板、木屑板，其熱壓成型原理是一樣的，不同的只是力學性能分析，力學性能分析的應用只是對各種不同幾何形狀的木材纖維在人造板中排列方式差異，例如定向刨花板，可采用二維狀態力學分析，其力學原理也是相同的。
4.2　非木材植物纖維人造板
　　我國木材資源稀缺，而各種農作物的剩余物秸稈又泛濫成災。若用于燃燒，在消耗氧氣的同時，產生二氧化碳，造成環境污染；若過腹處理(用于飼養草食類動物如牛、羊等)，降解后還得產生二氧化碳，重回自然。只有用于生產人造板，才能固碳，減少二氧化碳的排放量。
　　非木材植物纖維由于纖維短、灰分高等，抗拉強度大都低于木材類植物纖維，但只要合理應用，完全可以生產出滿足不同需要的人造板。
　　為避免秸稈表面臘質層和硅質層對鎂質硫鋁酸鹽水泥膠合的負面影響，一般生產鎂水泥秸稈人造板采用纖維分離后具有一定長徑比的植物纖維或經過粉碎后的秸稈碎料生產。筆者發表在2005年第11期《人造板通訊》雜志上的《試論無機膠合非木材植物纖維人造板的生產方法》以及發表在《第六屆人造板工業科技發展研討會論文集(2007)》上的((非木材人造板無機膠合原理探討》的文章，對利用細長秸稈通過施強板的方法生產薄板坯，再通過無機膠合生產人造板進行了論述。在半干法熱壓成型工藝中，由于鎂質硫鋁酸鹽水泥顯堿性，在堿、水和高溫作用下秸稈不僅出現軟化，而且纖維素、半纖維素在熱解和水解中能使其活性重新組合，通過木素的融合纖維之間形成氫鍵作用實現自膠接。在熱壓成型中，參與反應的離子化合后釋放能量向板坯內傳遞，使鎂水泥的強度很快通過前期緩慢發展階段和中前期加速度發展階段。因此，熱壓成型工藝生產的人造板是在自膠接和無機膠黏劑的雙重作用下生產的。如果是生產秸稈纖維人造板，抗彎強度較高；如果是生產秸稈碎料人造板，可通過增加一些彈性模量高的纖維如玻璃纖維提高抗彎強度，達到使用要求。生產秸稈碎料人造板工藝簡單，投入資金較少，一般企業都能承受。我公司開發成功的鎂水泥秸稈碎料人造板，技術成熟，完全可以滿足使用要求。我國《建筑材料行業“十二五”科技發展規劃》規定，達到30％及以上秸稈的利廢水平，財稅可享受優惠政策。證明采用半干法熱壓成型工藝生產秸稈人造板是政策支持的產品，因而應該大力推廣。

5　應用前景

　　一種新產品是否具有生命力，取決于該產品的使用價值和使用范圍。半干法熱壓成型工藝生產的人造板防火、防水、防老化、防霉變、不含甲醛，因而具有較大的使用價值、發展空間和廣闊的市場前景。
　　菱鎂行業生產的目的是大限度地滿足不斷提升的社會需求。墻體材料和人造板在社會需求中占有的份額很大。
　　“墻體材料占房屋建筑材料的70％，” (《菱鎂》2007年第4期第2頁)“據統計，目前我國每年新增建筑面積高達18億～20億平方米，是大的建筑市場?！?《菱鎂》2012年第2期第47頁)2010年，我國新型墻體材料占墻體材料總產量的55％；據統計到2015年，新型墻體材料所占比重達65％以上。建筑現正處在亢奮狀態，建筑業的加速發展已成了我國新的經濟增長點。一是新型墻體材料在墻體材料總產量中的相對增長；二是高于GDP的年均增長率的絕對增長。隨著城市化進程和新農村建設的步伐加快，對墻體材料的數量越來越多、質量越來越高，節能環保和便于機械化施工的各類墻體材料在技術進步的推動下如雨后春筍般涌現出來。如果利用半干法熱壓成型工藝生產鎂質硫鋁酸鹽水泥膠合木墻體材料用于建筑，由于膠合木熱阻比鋼材、混凝土、磚大得多，在建筑節能上有著得天獨厚的優勢。
　　“2008年美國加州率先立法，要求從9月開始，禁止以脲醛樹脂為粘合劑的人造板(包括家具和室內裝飾)進入加州市場；12月31日開始，禁止以酚醛樹脂為粘合劑的人造板進入加州市場。……同時在歐洲地區，如英國、德國、法國、荷蘭、西班牙等環保、節能相對重視的，在相關法律上會有所動作，變得更加嚴格，”(《菱鎂》2009年第3期第32頁)隨著節能、環保在我國的深入，禁止脲醛樹脂、酚醛樹脂為粘合劑的人造板進入市場遲早也要做出強制性的規定。異氰酸酯樹脂價格昂貴，無論是生產還是消費都難以承受。這一巨大的市場空間只有防火、防水、防老化、防霉變、不含甲醛的半干法熱壓成型工藝生產的鎂質硫鋁酸鹽水泥人造板來填補。據統計，我國的人造板。79％左右用于家具生產。質量監督檢驗檢疫總局組織修定的“室內裝飾裝修材料有害物質限量”10項標準，如《室內裝飾裝修材料人造板及其制品  甲醛釋放限量》等，半干法熱壓成型工藝生產的鎂質硫鋁酸鹽水泥人造板完全可以取代有機樹脂生產的人造板，這是一個難得的歷史機遇，菱鎂行業應抓住這個歷史機遇加速發展。
　　當代經濟學家主張對產品“從搖籃到墳墓”  (from crade to grave)的生命周期(1ife cyle assessment)分析，無論是墻體材料還是裝飾裝修材料、家具等都是耐用消費品，產品的使用壽命長，消費存量增長的速度就快。用不了很長的時間，人們將會發現，衡量人們的富裕程度的提高不是以人均國民生產總值的增長為標準，而是以人均消費現量和消費存量的增長為尺度。這樣，使用壽命長的產品將在內涵上增加人們的消費存量，提高人們的富裕程度。半干法熱壓成型工藝生產的鎂質硫鋁酸鹽水泥制品的使用壽命極大地高于熱力學介穩相的氯氧鎂水泥、硫氧鎂水泥制品，因而大限度地利用了稀缺的自然資源，對可持續發展有著重要的作用。國外在鎂質水泥應用的工藝上取得了很大的成效，例如鎂質水泥刨花板在上世紀70年代就已經形成了兩大國際品牌(歐洲Heraklith板和美國Tectum板)。但是，國外生產的鎂質水泥人造板都是氯氧鎂水泥、硫氧鎂水泥為膠結材，和鎂質硫鋁酸鹽水泥相比顯得相形見拙。我們不能妄自菲薄，并有足夠的理由傲視國外的鎂水泥人造板。
　　半干法熱壓成型工藝生產的鎂質硫鋁酸鹽水泥纖維板、木絲板、刨花板、木屑板以及秸稈纖維板、秸稈碎料板等，其應用范圍是廣闊的。毋庸置疑，半干法熱壓成型工藝生產的鎂質硫鋁酸鹽水泥人造板的應用前景是輝煌的。

6　結　語

　　《菱鎂產業發展規劃(綱要)》(2010～2020)指出：“值得特別指出的是，目前歐美、日韓等發達成立了專門的研究機構，十分重視菱鎂產品的研究、開發。到投資建廠已經不是個別現象，大有占領和壟斷之勢?！泵鎸@咄咄逼人的形勢，作為菱鎂企業中的一員，充滿著危急感和緊迫感。我們不能滿足于菱鎂礦的資源優勢而沾沾自喜，也不能陶醉于菱鎂制品的產量而固步自封。憂憤能振興，知恥而后勇。我們應該把企業的創造主動性調動到佳狀態，勇于與發達在菱鎂技術上競爭，決一雌雄。菱鎂協會吳心國顧問說得好，  “積力之所舉，則無不勝也；眾智之所為，則無不成也?！卑敫煞釅撼尚凸に嚿a的鎂質硫鋁酸鹽水泥人造板研制成功，是我公司集體智慧的結晶，是超越常規的思維和堅韌不拔的意志相統一的產物。我公司決心將這一技術在推廣，產生極大的社會效益。
　　半干法熱壓成型工藝生產的鎂質硫鋁酸鹽水泥人造板的問世，將加速菱鎂行業調整產業結構的步伐，正如多米諾效應一樣，取代濕料法輥壓成型工藝已成了技術進步的必然。
　　南京航空航天大學余紅發教授指出：開發和生產環保型鎂水泥人造板，“對于調整鎂水泥的現有產品結構，改變傳統落后的澆注輥壓生產工藝、發展機械化程度高的半干法熱壓工藝，提供了新的契機。” (《菱鎂》2008年第4期第36頁)一是墻體材料市場，二是裝飾、裝潢和家具的人造板市場，這兩個巨大的市場正在召喚著菱鎂行業。隨著半干法熱壓成型工藝的推廣、普及和應用，菱鎂行業將以嶄新的面貌崛起在各行業之林。