[摘　要]本文根据镁水泥水化反应规律分析湿料法辊压成型工艺的弊端，又从环境保护高度指明有机胶合人造板缺陷，还从理论上阐述镁水泥半干法热压成型工艺的原理，尤其是利用可再生性资源秸秆生产镁质硫铝酸盐水泥复合的秸秆板进行系统论证。希望在技术溢出效应的作用下，推广半干法热压成型工艺，实现资源的有效配置和合理利用，达到在短期内解决我国木材供需结构矛盾的目的。
[关键词]半干法热压成型工艺；溶液佳浓度；质量作用定律；自胶接；胶黏剂；可持续发展

1　前　言

　　镁水泥制品半干法热压成型工艺在四川(成都)新木通风净化有限公司研制成功了，这是继2002年在国内次研制成功镁质硫铝酸盐水泥(又称镁铝硅酸盐水泥号：ZL02133685.7)后又一重大技术突破。镁水泥制品半干法热压成型工艺节约劳动时间、缩短生产周期、加大植物纤维掺量、提高复合板材强度，为实现无机胶合人造板规模化批量生产奠定了基础，从而推动镁水泥在人造板的应用上开辟了新的道路。
　　本文根据镁水泥水化反应规律分析湿料法辊压成型工艺的弊端，又从环境保护高度指明有机胶合人造板缺陷，还从理论上阐述镁水泥半干法热压成型工艺的原理，尤其是利用可再生性资源秸秆生产镁质硫铝酸盐水泥复合的秸秆板进行系统论证。希望在技术溢出效应的作用下，推广半干法热压成型工艺，实现资源的有效配置和合理利用，达到在短期内解决我国木材供需结构矛盾的目的。

2　问题的提出

2.1　湿料法辊压成型工艺的弊端
　　湿料法辊压成型工艺在我国十分普遍。菱镁防火板就是采用这一工艺生产的。据统计，在我国防火板年产量约7～8亿平方米，其中出口量占三分之一以上。但是，这一工艺很不合理。若用氯氧镁水泥作为胶黏剂，解决不了吸潮返卤问题；就是用硫氧镁水泥生产防火板，也解决不了强度低的问题。在这里，有必要分析湿料法辊压成型工艺的弊端。
　　我国杰出的镁水泥专家祝志雄工程师提出的按氯化镁溶液浓度决定需液量的配比方法，揭示了氯化镁溶液浓度和反应生成物之间的数学关系。
　　祝工指出：如果轻烧氧化镁的质量为m，活性氧化镁含量为α；氯化镁溶液重量为Q，百分比浓度为β，则配合比的数学关系式为：

　　这一公式表明，如果氯化镁溶液的浓度低，则需液量较少。采用湿料法辊压成型工艺生产防火板，氯化镁溶液的浓度不但低，而且需液量较大，否则就无法提高植物纤维掺量。显然，这样的配比方法是违反祝工推导的公式。按照质量作用定律，化学反应的速率和参与反应的有效质量成比例。氯化镁液溶浓度低，水的有效质量大，自然和氧化镁反应生成氢氧化镁的速率较大。只有水的消耗使氯化镁溶液的浓度提高后，才和氧化镁反应生成氯氧镁水泥5Mg(OH)₂・MgCl₂・8H₂O(5・1・8型)、3Mg(OH)₂・MgCl₂・8H₂O(3・1・8型)；而氧化镁在反应中消耗后，剩下的则是没有参与反应的氯化镁。由于氯化镁以游离态存在于防火板中，一旦湿度较高，氯化镁就要从防火板中析出，产生吸潮返卤。因此，湿料法辊压成型工艺解决不了氯氧镁水泥生产的防火板吸潮返卤问题。
　　例如，采用22^。Be’氯化镁溶液生产防火板，22^_。Be’氯化镁溶液的百分比浓度为20.39％。在轻烧氧化镁活性含量60％的条件下，将这一浓度代入祝工公式中，则100kg轻烧氧化镁只需要22^。Be’氯化镁溶液55kg，这样少的需液量是无法满足30％～50％；的植物纤维掺量搅拌后辊压制板的，只有增加用液量。若按MgO／MgCl₂为7个摩尔比计算，则需液量为99kg，这样就有44kg的氯化镁溶液过剩。过剩的氯化镁溶液除一部分待板坯水分蒸发后与氧化镁生成5・1・8型、3・1・8型外，大部分以游离态氯化镁存在于防火板中，形成了吸潮返卤的隐患。
　　朱玉杰等在((玻纤菱镁建筑模壳冬季生产养护问题解析》(《菱镁》2012年第6期第45页)中把氯化镁溶液浓度和强度关系列出表格，浓度和强度几乎成偏态分布曲线。这样，氯化镁溶液浓度除存在一个临界浓度外，还存在一个佳浓度。从朱玉杰文章的表格中可以看出氯化镁溶液的佳浓度为26^。Be’，采用26。Be’的氯化镁溶液浓度是无法用湿料法辊压成型工艺生产防火板的。
　　祝工推导公式的原理同样适用于改性硫氧镁水泥、碱式硫酸镁水泥，甚至于镁质硫铝酸盐水泥。在这三种水泥中，也同样存在硫酸镁的佳浓度问题。采用湿料法辊压成型工艺生产防火板就要增加大量的植物纤维，硫酸镁溶液的浓度就要低于佳浓度甚至临界浓度，虽然生产的防火板不存在吸潮返卤，但低浓度硫酸镁溶液生产的防火板，水化反应产物中氢氧化镁占的比例较大，所生产的防火板基体材料的强度较低，防火板的强度就要受到影响。
　　既要满足溶液的佳浓度要求，又要大掺量植物纤维，只有半干法热压成型工艺才能实现。
2.2　有机胶合人造板的缺陷
　　目前，有机胶合人造板所用的胶黏剂主要有：脲醛树脂胶黏剂(urea resins，UF)，酚醛树脂胶黏剂(phenolic resins，PF)，三聚氰胺树脂胶黏剂(melamine resins，MF)，间苯二酚树脂胶黏剂(resorcinol resins，RF)，环氧树脂胶黏剂(epoxy resins，EP)，聚醋酸乙烯酯树脂乳液胶黏剂(polyvinyl acetate，PVAc)，水性高分子异氰酸酯胶黏剂(aqlleotls vinyl polymer soution―isocyanale adilesiyes，API)，热熔胶黏剂(hot―melt adhesives)等。有机胶黏剂价格贵，生产的板材成本高；有机胶黏剂生产的人造板不防水、不防火、易霉变、易老化、使用寿命短，其中用得较多的是脲醛树脂、酚醛树脂，而这些树脂含有大量的甲醛，污染环境，有损害人体健康。
2.3　半干法热压成型工艺的优点
　　半干法热压成型工艺可以在溶液佳浓度状态下实现大掺量植物纤维生产。我公司研制成功镁质硫铝酸盐水泥，是在提高铝聚合度的前提下，利用氧化镁作为碱性激发剂，硫酸镁和其它硫酸盐作为硫酸盐激发剂共同作用于火山灰质材料所生成的一种新的镁水泥，这种镁水泥很适应于半干法热压成型工艺，因为在反应温度较高时才能加速Al₂O₃的溶解，而半干法热压成型工艺为Al₂O₃的溶解提供了较为有利的条件，使反应生成物以水化硫铝酸镁和水化硅酸镁为主。由于半干法热压成型工艺可以在硫酸镁溶液佳浓度下生产，所以人造板的基体材料的强度较高。采用镁质硫铝酸盐水泥生产的人造板，防火、防水、防霉变、防老化、不含甲醛，具有有机胶合人造板所没有的优点。

3　半干法热压成型原理

3.1　短时高温对水化反应的作用
　　镁水泥的水化反应是个放热反应，放出的热量越多，水泥的品格就越稳定。但是，镁水泥的水化反应有一个临界温度。低于临界温度，参与反应的离子处于相对静止状态，水化反应不能进行。高于临界温度，离子由静止向运动转化，获得一个初动能。温度越高，初动能越大，参与反应的离子碰撞的几率增加。离子碰撞化合后要释放能量，这种现象用于半干法热压成型工艺有利于能量向板坯内梯度传递。按照动量守恒定律，离子碰撞后形成的水化反应产物，仍处于运动状态，只是由于质量的叠加，运动速度降低。而由于化学键使水化产物的凝聚，质量的增加，运动速度进一步降低，产生沉淀，使强度上升。因此，半干法热压成型工艺的短时高温，就是给予参与反应的离子一个较大的初动能，使水化反应迅速进行，强度迅速上升，达到固化的要求。
3.2　板坯养护
　　有机胶黏剂和无机胶黏剂不同，有机胶黏剂固化后，强度基本上不再上升。例如脲醛树脂固化温度在100℃～115℃，酚醛树脂在135℃～145℃，三聚氰胺树脂在120℃～130℃，而异氰酸酯树脂在100℃以下，这些树脂固化后所胶合的板材一次就完成了。无机胶黏剂强度上升几乎成逻辑型规律曲线：前期缓慢发展、中前期加速度发展、中后期减速度发展和后期饱和发展。热压成型工艺只是缩短强度前期缓慢发展和中前期加速度发展时间。所以热压成型脱模后，板坯必须进入到自然养护阶段，使板坯中的无机胶黏剂像正常浇筑一样，继续强度上升。
3.3　半干法热压成型的目的
　　满足成型要求是半干法热压的目的。所谓成型就是板材在厚度规的控制作用下，板材不反弹、不变形、不龟裂、可脱模。这一目的，基本上和湿料法辊压成型工艺脱模时一样，并不是和有机胶黏剂一样达到终强度的目的。

4　半干法热压成型应用的范围

　　镁质硫铝酸盐水泥具有强度高、碱度低和与植物纤维复合能力强的性能。利用镁质硫铝酸盐水泥生产人造板，可解决我国木材供需结构的矛盾。植物纤维的来源有二种：一种是木材类植物纤维，利用各种几何形状的木材类植物纤维可生产纤维板、木丝板、刨花板、木屑板；另一种是非木材植物纤维，主要是秸秆，采用不同加工方式的秸秆可生产秸秆纤维板和秸秆碎料板。
4.1　木材类植物纤维人造板
　　木材类植物纤维人造板主要有纤维板、木丝板、刨花板、木屑板。笔者发表在2012年第3期《建材科技》杂志上的《镁水泥木丝板复合原理和制作工艺分析》和2013年第2期《建材科技》杂志上的《无机胶合中密度纤维板复合原理和关键工艺分析》的文章已经作了分析，这里就不再赘述。至于镁水泥刨花板、木屑板，其热压成型原理是一样的，不同的只是力学性能分析，力学性能分析的应用只是对各种不同几何形状的木材纤维在人造板中排列方式差异，例如定向刨花板，可采用二维状态力学分析，其力学原理也是相同的。
4.2　非木材植物纤维人造板
　　我国木材资源稀缺，而各种农作物的剩余物秸秆又泛滥成灾。若用于燃烧，在消耗氧气的同时，产生二氧化碳，造成环境污染；若过腹处理(用于饲养草食类动物如牛、羊等)，降解后还得产生二氧化碳，重回自然。只有用于生产人造板，才能固碳，减少二氧化碳的排放量。
　　非木材植物纤维由于纤维短、灰分高等，抗拉强度大都低于木材类植物纤维，但只要合理应用，完全可以生产出满足不同需要的人造板。
　　为避免秸秆表面腊质层和硅质层对镁质硫铝酸盐水泥胶合的负面影响，一般生产镁水泥秸秆人造板采用纤维分离后具有一定长径比的植物纤维或经过粉碎后的秸秆碎料生产。笔者发表在2005年第11期《人造板通讯》杂志上的《试论无机胶合非木材植物纤维人造板的生产方法》以及发表在《第六届人造板工业科技发展研讨会论文集(2007)》上的((非木材人造板无机胶合原理探讨》的文章，对利用细长秸秆通过施强板的方法生产薄板坯，再通过无机胶合生产人造板进行了论述。在半干法热压成型工艺中，由于镁质硫铝酸盐水泥显碱性，在碱、水和高温作用下秸秆不仅出现软化，而且纤维素、半纤维素在热解和水解中能使其活性重新组合，通过木素的融合纤维之间形成氢键作用实现自胶接。在热压成型中，参与反应的离子化合后释放能量向板坯内传递，使镁水泥的强度很快通过前期缓慢发展阶段和中前期加速度发展阶段。因此，热压成型工艺生产的人造板是在自胶接和无机胶黏剂的双重作用下生产的。如果是生产秸秆纤维人造板，抗弯强度较高；如果是生产秸秆碎料人造板，可通过增加一些弹性模量高的纤维如玻璃纤维提高抗弯强度，达到使用要求。生产秸秆碎料人造板工艺简单，投入资金较少，一般企业都能承受。我公司开发成功的镁水泥秸秆碎料人造板，技术成熟，完全可以满足使用要求。我国《建筑材料行业“十二五”科技发展规划》规定，达到30％及以上秸秆的利废水平，财税可享受优惠政策。证明采用半干法热压成型工艺生产秸秆人造板是政策支持的产品，因而应该大力推广。

5　应用前景

　　一种新产品是否具有生命力，取决于该产品的使用价值和使用范围。半干法热压成型工艺生产的人造板防火、防水、防老化、防霉变、不含甲醛，因而具有较大的使用价值、发展空间和广阔的市场前景。
　　菱镁行业生产的目的是大限度地满足不断提升的社会需求。墙体材料和人造板在社会需求中占有的份额很大。
　　“墙体材料占房屋建筑材料的70％，” (《菱镁》2007年第4期第2页)“据统计，目前我国每年新增建筑面积高达18亿～20亿平方米，是大的建筑市场。”(《菱镁》2012年第2期第47页)2010年，我国新型墙体材料占墙体材料总产量的55％；据统计到2015年，新型墙体材料所占比重达65％以上。建筑现正处在亢奋状态，建筑业的加速发展已成了我国新的经济增长点。一是新型墙体材料在墙体材料总产量中的相对增长；二是高于GDP的年均增长率的绝对增长。随着城市化进程和新农村建设的步伐加快，对墙体材料的数量越来越多、质量越来越高，节能环保和便于机械化施工的各类墙体材料在技术进步的推动下如雨后春笋般涌现出来。如果利用半干法热压成型工艺生产镁质硫铝酸盐水泥胶合木墙体材料用于建筑，由于胶合木热阻比钢材、混凝土、砖大得多，在建筑节能上有着得天独厚的优势。
　　“2008年美国加州率先立法，要求从9月开始，禁止以脲醛树脂为粘合剂的人造板(包括家具和室内装饰)进入加州市场；12月31日开始，禁止以酚醛树脂为粘合剂的人造板进入加州市场。……同时在欧洲地区，如英国、德国、法国、荷兰、西班牙等环保、节能相对重视的，在相关法律上会有所动作，变得更加严格，”(《菱镁》2009年第3期第32页)随着节能、环保在我国的深入，禁止脲醛树脂、酚醛树脂为粘合剂的人造板进入市场迟早也要做出强制性的规定。异氰酸酯树脂价格昂贵，无论是生产还是消费都难以承受。这一巨大的市场空间只有防火、防水、防老化、防霉变、不含甲醛的半干法热压成型工艺生产的镁质硫铝酸盐水泥人造板来填补。据统计，我国的人造板。79％左右用于家具生产。质量监督检验检疫总局组织修定的“室内装饰装修材料有害物质限量”10项标准，如《室内装饰装修材料人造板及其制品  甲醛释放限量》等，半干法热压成型工艺生产的镁质硫铝酸盐水泥人造板完全可以取代有机树脂生产的人造板，这是一个难得的历史机遇，菱镁行业应抓住这个历史机遇加速发展。
　　当代经济学家主张对产品“从摇篮到坟墓”  (from crade to grave)的生命周期(1ife cyle assessment)分析，无论是墙体材料还是装饰装修材料、家具等都是耐用消费品，产品的使用寿命长，消费存量增长的速度就快。用不了很长的时间，人们将会发现，衡量人们的富裕程度的提高不是以人均国民生产总值的增长为标准，而是以人均消费现量和消费存量的增长为尺度。这样，使用寿命长的产品将在内涵上增加人们的消费存量，提高人们的富裕程度。半干法热压成型工艺生产的镁质硫铝酸盐水泥制品的使用寿命极大地高于热力学介稳相的氯氧镁水泥、硫氧镁水泥制品，因而大限度地利用了稀缺的自然资源，对可持续发展有着重要的作用。国外在镁质水泥应用的工艺上取得了很大的成效，例如镁质水泥刨花板在上世纪70年代就已经形成了两大国际品牌(欧洲Heraklith板和美国Tectum板)。但是，国外生产的镁质水泥人造板都是氯氧镁水泥、硫氧镁水泥为胶结材，和镁质硫铝酸盐水泥相比显得相形见拙。我们不能妄自菲薄，并有足够的理由傲视国外的镁水泥人造板。
　　半干法热压成型工艺生产的镁质硫铝酸盐水泥纤维板、木丝板、刨花板、木屑板以及秸秆纤维板、秸秆碎料板等，其应用范围是广阔的。毋庸置疑，半干法热压成型工艺生产的镁质硫铝酸盐水泥人造板的应用前景是辉煌的。

6　结　语

　　《菱镁产业发展规划(纲要)》(2010～2020)指出：“值得特别指出的是，目前欧美、日韩等发达成立了专门的研究机构，十分重视菱镁产品的研究、开发。到投资建厂已经不是个别现象，大有占领和垄断之势。”面对这咄咄逼人的形势，作为菱镁企业中的一员，充满着危急感和紧迫感。我们不能满足于菱镁矿的资源优势而沾沾自喜，也不能陶醉于菱镁制品的产量而固步自封。忧愤能振兴，知耻而后勇。我们应该把企业的创造主动性调动到佳状态，勇于与发达在菱镁技术上竞争，决一雌雄。菱镁协会吴心国顾问说得好，  “积力之所举，则无不胜也；众智之所为，则无不成也。”半干法热压成型工艺生产的镁质硫铝酸盐水泥人造板研制成功，是我公司集体智慧的结晶，是超越常规的思维和坚韧不拔的意志相统一的产物。我公司决心将这一技术在推广，产生极大的社会效益。
　　半干法热压成型工艺生产的镁质硫铝酸盐水泥人造板的问世，将加速菱镁行业调整产业结构的步伐，正如多米诺效应一样，取代湿料法辊压成型工艺已成了技术进步的必然。
　　南京航空航天大学余红发教授指出：开发和生产环保型镁水泥人造板，“对于调整镁水泥的现有产品结构，改变传统落后的浇注辊压生产工艺、发展机械化程度高的半干法热压工艺，提供了新的契机。” (《菱镁》2008年第4期第36页)一是墙体材料市场，二是装饰、装潢和家具的人造板市场，这两个巨大的市场正在召唤着菱镁行业。随着半干法热压成型工艺的推广、普及和应用，菱镁行业将以崭新的面貌崛起在各行业之林。