利用回收废弃物开发建筑隔热可持续复合材料的价值化研究

《Sustainable Chemistry for Climate Action》：Valorization of Recycled Waste in the Development of Sustainable Composite Materials for Thermal Insulation in Buildings

本研究针对建筑节能与废弃物资源化利用的双重需求，聚焦于开发一种基于回收纸板、椰枣纤维和聚苯乙烯的环保型隔热复合材料。通过系统评估材料的热导率（0.085–0.104 W/m·K）、抗压强度（0.8–3.3 MPa）和毛细吸水率（217%–297%），证实其隔热性能与常规材料相当，且具备应用于建筑非承重结构的潜力。该研究为废弃物高值化利用和低碳建筑提供了新思路。

　　

随着全球建筑能耗持续攀升（预计到2060年将增长近50%），开发低碳节能材料已成为行业迫切需求。建筑领域占全球能源消耗的40%和二氧化碳排放的36%，尤其在摩洛哥等发展中国家，传统建筑材料热性能差、本地化环保材料缺乏等问题突出。与此同时，废弃物处理压力日益严峻——摩洛哥的纸板回收率仅25–30%，聚苯乙烯废弃物年产量达150万吨且回收率不足10%。如何将废弃物转化为高性能建筑材料，成为可持续建筑领域的关键挑战。

在此背景下，穆莱·伊斯梅尔大学的研究团队在《Sustainable Chemistry for Climate Action》发表论文，提出了一种创新解决方案：利用回收纸板、椰枣纤维和废弃聚苯乙烯开发新型隔热复合材料。研究通过优化材料配比（80%纸板+20%椰枣纤维，并添加2%–6%聚苯乙烯），系统评估了材料的热学、力学和吸湿性能，为废弃物资源化利用提供了科学依据。

关键技术方法包括：1) 热性能测试采用Hot Disk法（ISO 22007-2标准）同步测量热导率、热扩散系数和体积热容；2) 力学性能通过轴向压缩试验（摩洛哥标准NM 10.1.051）评估；3) 毛细吸水率测试参照NF EN 480-5标准；4) 材料表征使用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和扫描电子显微镜（SEM）分析微观结构。所有样品均来自摩洛哥德拉-塔菲拉勒地区的农业废弃物和城市固体废物。

3.1 结构分析

XRD显示椰枣纤维结晶度为38.82%，FTIR谱图证实材料含羟基、碳氢键等官能团，SEM观察到纤维多孔结构及表面杂质，这些特性有助于提升复合材料界面结合力。

3.2 热物理性能

表观密度为212.54–263.75 kg/m3，热导率最低达0.085 W/m·K（样品S5），显著优于传统生物基材料。热扩散系数（2.94×10^-7 m2/s）和体积热容（2.92×10⁵ J/m3·K）表明材料具备良好蓄热能力。

3.2.4 抗压强度评估

随聚苯乙烯添加量增加（2%→6%），抗压强度从0.8 MPa（纯纸板）提升至3.3 MPa（S5），证明废弃物复合后可满足非承重结构要求。

3.2.5 毛细吸水性能

吸水率在217%–297%之间，其中S5因聚苯乙烯的疏水作用表现最佳，但整体仍需改进防潮性能以提升耐久性。

该研究证实废弃物基复合材料可实现热导率0.085–0.104 W/m·K、抗压强度最高3.3 MPa的综合性能，其意义在于：1) 为摩洛哥等地区提供本地化废弃物高值化方案；2) 热性能接近商用绝缘材料（如玻璃棉0.03–0.05 W/m·K），且具备半结构应用潜力；3) 通过循环经济模式降低建筑碳足迹。未来需进一步优化防潮工艺，推动此类材料在热带、干旱地区的实际工程应用。