利用乙醇副产物DDGS与微晶纤维素增强南方黄松刨花板性能的可持续材料研究

本研究针对传统刨花板对木材资源依赖性强、甲醛树脂污染等问题，创新性地将乙醇生产副产物DDGS和微晶纤维素(MCC)作为添加剂，通过pMDI树脂系统制备南方黄松(SYP)刨花板。结果表明1% MCC可显著提升内结合强度(62.5%)，2% DDGS替代对力学性能无显著影响，为农业废弃物高值化利用和绿色建材开发提供新思路。

　　

随着全球家具制造业对刨花板需求持续增长，传统木材资源面临供应压力，同时甲醛系胶粘剂带来的健康隐患备受关注。在碳中和背景下，如何将农业加工副产物转化为高附加值材料成为研究热点。乙醇生产的副产物——含可溶物的干酒糟(DDGS)富含蛋白质和纤维，微晶纤维素(MCC)则具有增强特性，二者在复合材料中的应用潜力尚未充分挖掘。密西西比州立大学可持续生物制品系的Jason T. Street团队在《Industrial Crops and Products》发表研究，系统评估了DDGS和MCC对南方黄松(SYP)刨花板性能的影响。

研究采用机械筛分法分析原料粒径分布，通过Carver热压机(小规模)和Dieffenbacher压机(大规模)制备板材，分别采用恒定压力(2.27 MPa)和峰值压力(5.8 MPa)结合渐减压力的工艺。利用QMS密度分析仪、Instron万能试验机等设备，按ASTM D1037标准测试密度分布、内结合强度(IB)、弹性模量(MOE)、断裂模量(MOR)和24小时厚度膨胀率。

密度分布特征

小规模试验显示，1% MCC使板材密度提升至880 kg/m3，表面层密度显著提高。大规模生产中，1% MCC+1% DDGS组合在芯层密度(645 kg/m3)上优于纯SYP对照组，表明添加剂可改善内部压实度。

力学性能突破

1% MCC使大规模板材IB强度从1.40 MPa提升至1.95 MPa，归因于MCC与pMDI树脂形成的氢键网络。2% DDGS替代对MOE(2530→2372 MPa)和MOR(16.2→13.3 MPa)影响不显著，但25% DDGS会导致MOE降低22.8%，反映高蛋白含量可能干扰树脂交联。

水稳定性表现

所有处理组24小时厚度膨胀(14.3-16.0%)与对照组(16.5%)无统计学差异，但2小时测试中25% DDGS样品膨胀率达14.5%，揭示短期防水性需改进。

工艺影响解析

恒定压力工艺下小试样品IB强度(2.5 MPa)显著高于大规模生产(1.95 MPa)，突显压力曲线优化对产业转化的重要性。研究证实1-5% DDGS与1% MCC的协同使用可在不影响力学性能前提下，实现农业废弃物的资源化利用。据测算，仅2% DDGS替代即可为单个工厂年节省34万美元，同时解决乙醇厂废弃物处置难题。该工作为开发符合LEED认证的绿色建材提供了关键技术支撑，对循环经济发展具有重要实践意义。