清华科技福建项目中心重点推广成果
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清华科技福建项目中心重点推广成果
(一)、废旧塑料和木粉生产木塑复合材料
1成果简介
随着石油化工、塑料工业的飞速发展，工业塑料垃圾、民用塑料废弃物的大量产生。这些废弃物在严重威胁着人们的生活环境，俗称的白污染也在严重威胁着河流和海洋。林业和农村的纤维类的废弃物也在大量产生，如锯末、树枝、稻草、稻糠、玉米杆、竹子等，大多数被抛弃或焚烧，也构成环境污染的因素。另一方面，随着生活水平的改善，我国木材需求量剧增。2003年中国的木材需求量达12290万立方米，国内林业远远不能满足。以塑代木，特别是以废塑料和废植物为原料，制备替代木材的木塑复合材料是解决环保和木材紧张的重要的途径。我们在废旧塑料和植物类物料微细粉碎和表面改性处理成果的基础上，实现了高木粉填充量木塑复合材料的生产，达到了环境保护和变废为宝的双重目的。
什么是木塑（或塑木）复合材料：
木塑复合材料是将废旧塑料和废旧木材，包括锯末、木材枝杈、糠壳、稻壳、农作物秸秆、花生壳等以一定的比例，添加特殊的加工助剂，经高温高压处理后制成结构型材，属于基础工业原料。它可以直接挤出制品或将型材再装配成最终产品如托盘或包装箱。从总体上看，这种新型木塑复合材料具有5大特点：机械性能好，98%的原料为废旧材料，且价值便宜，可制成各种截面形状尺寸的制品，而且使用维修简单，可锯、可刨、可钉；产品可100％的回收再利用；产品不怕虫蛀、不长真菌、抗强酸强碱、不吸水分、不易变形等。因此研制和尽快生产这种新型的绿色环保材料具有及其现实和深远的意义。
该技术已经在张家港等地建成工业化生产线，生产公园景观、庭院装饰、道路护栏等各类木塑材料。制成品的物理机械性能与木制品相媲美，具有良好的木质感，并有许多木材材料所没有的特性，克服了木质材料吸水率高，易形变开裂，易被虫蛀霉变的缺点。由于生产原料中废弃资源的利用比例高达95％以上，因此本项目可大大提高废弃资源的综合利用率。大大降低因废弃资源处理不当给环境造成的严重损害、对国家的环镜综合整治工程具有十分明显的促进作用。2、成果鉴定情况
鉴定编号:鉴字[教SW2005]第081号
鉴定日期：2005年12月15日
鉴定内容：《木粉表面包覆改性与塑木复合技术》是由清华大学、江苏联冠科技发展有限公司、山东滨州华晨新型建材有限公司自2002年初合作完成的项目。于2005年12月15日在清华大学通过教育部组织的技术鉴定。
塑木复合材料是指利用废弃木质纤维资源和废弃塑料资源，经混炼加工制成的新型环境友好材料。该材料的特性集木材和塑料的优点于一体，在工业包装、户外景观美化、化工海洋防腐等领域替代木材、钢材和树脂，有着独特和广泛的用途。该技术的研究开发对废弃资源材料化利用、带动农副产品深加工以及为工业和生活提供价廉物美的新材料具有重要意义，该技术也必将成为整个循环经济中的一个重要环节。
目前，现有的塑木复合材料制备技术主要存在以下问题：(1)熔融挤出体系粘度大、工艺差、能耗高，难以形成光滑的表面；（2）现有塑木复合材料的力学性能、耐热、耐候性等尚待提高；(3)常用塑料共混设备难以满足高质量塑木产品的要求。
针对上述这些问题清华大学与企业组成联合攻关队伍，进行了深入、系统的研究，研制成功系列塑木复合材料生产设备和木粉的包覆挤出技术。
该技术的主要特点是：采用滑石粉包覆木粉，再与废旧塑料一起通过专用的塑木加工设备加工成塑木复合材料。
(1)在纤维表面包覆超细滑石粉可以减少复合材料挤出成型过程的内阻力，达到改善加工工艺、提高材料性能的效果。
(2)由于添加了滑石粉，降低了粘度和能耗，提高了材料的力学和耐侯、耐热性能。
(3)以计算机辅助塑料模具分析软件设计的复合材料型材挤出专用模具，在成型过程中可有效提高产品的机械性能、尺寸精度及生产效率。
(4)该系列设备设计合理，结构紧凑，操作简单，生产过程采用全电脑控制，自动化程度高、无污染、噪音低、单机产量高，挤出速度达到同类产品的国际先进水平。该滑石包覆木粉技术属于原创性发明，该加工系统在国内外同类技术中处于先进水平。
目前已有4家企业采用了该技术，通过技术的不断完善，必将具有广泛的应用对象和广阔的市场前景。
主要技术指标
力学性能
弯曲弹性模量
弯曲断裂强度
断裂伸长率
压缩弹性模量
压缩强度
无缺口冲击强度
线性热膨胀系数
来源：教育部科技发展中心发布时间：2006年1月4日
3、相关材料：包装托盘等制品生产工艺及设备
(1)、工艺流程：
(2)、生产设备：生产木塑托盘等包装或建材整个生产线设备组成：
①废旧塑料破碎机②废旧塑料粉碎机③木粉粉碎机④高速混合处理机⑤锥形双螺杆挤出机排气造粒机⑥挤出结构异型材生产线，包括：A：适合高填充，高粘度挤出锥形双螺杆挤出机：65×132B：三套异型材模具及冷却定型装置；C：冷却定型台；D：牵引机；E：裁断机；F：翻转架
(3)、托盘规格：将制备好的木塑复合材料加入到单螺杆挤出机中进行异型材挤出，冷却定型，得到的异型材制品进行定长切割，将三种不同的型材（面板，底板及纵梁）通过螺钉组合成各种规格的托盘制品和各种尺寸的包装箱。
(4)、木塑复合材料性能
表1复合材料的物理性能
表2复合材料的机械性能
表31.0×1.2米木塑托盘性能
(5)、木塑复合材料的应用前景
我国是一个木材资源贫乏的国家，森林覆盖率12.7％，人均森林蓄积量10立方米，人均木材消耗水平不足0.05立方米/年，分别低于世界平均值22％，每年要进口木材500－1000万立方米；我国钢产量也不高，人均仅为美日等国的几分之一，缺口比较大。因此迫切需要以塑代钢，创造“第二森林”，将成为一个长期的技术政策。
据美国专家市场公司预测，木塑复合材料制品在北美的市场最终容量就可达1000万吨/年。目前木塑复合材料制品年增长率已高达60％。在我国，若能将每年回收的近200万吨的各种废旧塑料全部用于生产各种木塑制品，产量可达500－700万吨，工艺产值近300亿元。按照中国市场与北美市场规模相当且比北美更缺乏木材的前提，预计木塑材料将在中国以年增长率50％以上速度发展，最终将形成年产1000多万吨的一个庞大的新型工业体系。
生产木塑制品，原料充足，制品技术性能可靠，价格低廉，只要各行各业大力协作，加快木塑制品的研究、推广，制品的应用范围是相当广泛的，见下表所示：
木塑制品的应用
4、相关鼓励政策
该成果符合“中华人民共和国国家发展和改革委员会、中华人民共和国科学技术部、国家环境保护总局”2005年65号文件-国家鼓励发展的资源节约综合利用和环境保护技术（综合利用部分）第52项技术《利用城市垃圾中混杂废塑料制造代木材料的技术》
(二)、电子废料再资源化工艺及装备研究
1成果简介
我国设备资产有几万亿元，每年因磨损和腐蚀使设备停产、报废所造成的损失愈千亿元。大量设备的报废对环境和资源造成巨大压力。再制造就是以先进技术和产业化生产为手段，修复和改造废旧机电设备，使之恢复性能甚至获得新的性能，延长设备使用寿命。再制造在节能、节材、降耗、减少污染和提高经济效益上的作用是巨大的。美国有48万人从事再制造，每年可创造530亿美元的产值。研发废旧设备的再制造技术，并将再制造发展成一个新产业，是我国作为一个设备大国发展绿色投资的应有之举。
我国已进入电器废弃的高峰期，每年估计报废500万台电视机、400万台冰箱、600万台洗衣机，未来5～10年电脑报废量也将达到每年500万台以上。电子
垃圾主要由金属、玻璃和塑料构成，还含有很多有毒有害化学品。清华大学环境科学与工程院院长郝吉明告诉记者：进行填埋和焚烧不仅污染环境，而且浪费资源，应立即着手开发和推广电子垃圾资源化的先进设备和工艺，从不能再利用的电子垃圾中，低成本，低污染，高效率地回收金属、塑料、玻璃等原料投入再生产，将电子垃圾资源化发展成为一个规范的现代化产业。
在这样的情况下，清华大学在国家863项目的支持下，进行了电子废料的再资源化工艺和装备的研究。结合我国电子废料的处理现状，借鉴并吸收了国内外有关电子废料再资源化方面的经验和技术，通过选取电子产品的基础部件印刷电路板为研究对象，进行电子废料再资源化工艺和设备的研究工作，并取得了丰硕的研究成果。
成功开发了电子废料的物理再资源化工艺和相关的配套回收设备。该工艺已经获得了国家的发明专利授权书，配套设备也进入了工业化推广阶段。
该再资源化工艺回收效率高，具有良好的环境性，其中的金属和非金属分离率达到了95%以上，整个工作过程封闭循环运行。
2效益分析
对于年处理量为1000吨废弃电路板的规划，主要设备投资约70万元，预计当年可回收成本并获得丰厚的利润。
目前，我国电子废料的工业化处理设施的建设还很薄弱，而日益严峻的电子废料污染问题迫切需要高效、无污染的处理工艺和设备。本研发中心开发的废弃电路板物理再资源化工艺和专门的处理设备，非常适合我国的国情，投资小且回收周期短，收益高，具有很好的应用和投资前景。
(三)、废轮胎制油和超细碳黑填料的无污染生产技术
1成果简介
废旧轮胎是现代化社会的公害，如何使日益俱增的废旧轮胎资源得到绿色循环利用，一直是世界各国共同努力的问题。我们结合国内外先进技术，在清华大学多学科优势的基础上，与企业合作开发了新型的工艺技术，并实现废轮胎制备燃油和超细碳黑填料无二次污染加工技术的工业化。裂解橡胶后生成炭黑主要用于汽车轮胎、制鞋和橡胶杂件等制品，用途广泛，用量很大。但该炭黑填料是通用炭黑价格的一半以下，可达到半补强碳黑的效果。因此，可大大降低橡胶制品的成本，能够占领较大的市场份额。
橡胶裂解后生成的燃油，可作陶瓷、化工等工厂的窑炉燃料，精制分馏后产品可达到精炼油国标，使用范围更广泛。在目前国际市场燃油价格居高不下，而各行各业对燃油需求又很大的情况下，这种燃油有广阔的市场前景。
2技术指标
整个加工过程无污染排放，废物全价利用。功能性碳黑填料细度控制严格，干法加工可高达1000目以上，产品活化率90%以上，能够在橡胶制品中使用。
原料要求：各种废轮胎、废橡胶、橡胶制品生产边角料。
(四)、微晶二元胶凝材料（凝石）及其清洁制备技术
1成果简介
资源短缺、环境恶化是当今人类社会面临的两大难题，走可持续发展的道路已成为未来发展的战略目标。水泥不仅是人类建筑文明的物质基础，又是造成目前资源、能源过度消耗、环境恶化的主要原因之一。同时，随着我国基础工矿业的
迅猛发展，工矿业固体排放物逐年增加，而由于其利用率低大多以堆存处置，给堆场周围带来了严重的环境污染。由于固体排放物与胶凝材料固有的共性，以固体废弃物为主要原料开发新一代绿色胶凝材料将是解决目前这一系列问题的最为有效的途径。
基于此思想应运而生的凝石技术是依据大地成岩理论和自然界相容原理，以主体和配体的二元组分设计和结构设计为核心，初步形成的硅铝基胶凝材料理论体系与技术体系。凝石是以各类固体废弃物为主体（掺量可以大于95%），由天然资源经过简单加工制成的成岩流体为配体（掺量可以小于5%），通过主体、配体二元匹配仿地成分设计，经过简单的磨细混匀过程制备成的胶凝材料。凝石技术研究项目于2003年被纳入了863计划研究项目，经过两年多的研究工作，主要在以下3个方面取得了突破性进展：
（1）在理论方面
建立了原创性的仿地成岩的凝石理论体系框架，创建了具有自主知识产权的微晶二元胶凝材料（凝石）清洁生产技术体系。研制出适合多种工业固体废弃物的相应成岩剂；提出了“二元化”优化匹配设计思想和技术路线，采用低能耗、无污染的“一磨”清洁制备工业模式，符合我国循环经济的可持续发展要求，具有优异的资源环境效益和显着的经济效益。
（2）在产业化方面
在产业化方面，形成了一套完整的具有我国自主知识产权的胶凝材料清洁生产工艺体系。已经建成了3条年产总产量达90万吨的凝石生产线，凝石原料中固体废弃物用量可达95%以上，能耗为同标号水泥的30%~50%，生产成本则降低30%以上，并且不排放任何大气污染物。生产出的凝石产品质量稳定、性能优良，并制定了相应的企业标准。
（3）在应用方面
凝石已成功地应用于道路、基础处理、房屋及凝石混凝土制品等工程，在相关领域地应用前景广阔。
(五)、Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳能电池
1成果简介
太阳能作为一种清洁的、没有任何污染的能源越来越受到和引起世界各国的关注和极大的兴趣。各种光电转化效率高而且器件制作成本低廉的薄膜太阳电池呼之欲出。最初人们利用单晶硅片制作太阳能电池模块，再由大量的模块组装成太阳能电池板。单晶硅太阳能的光电转换效率得到很大的提高，最高的达到24％，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的。但是单晶硅太阳能电池的制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。科学工作者随后又研究和开发了多晶硅太阳能电池，从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。因此，从性能价格比来讲，单晶硅太阳能电池还略好。
经过多年的探索，人们将注意的目光转向薄膜太阳能电池板。从总体上讲，这种类型的太阳能电池是由具有不同功能和作用的一系列薄膜组成，并经过连线等工艺，制作成为太阳能电池板，其最大的优点是工艺过程大大简化，制作成本大大降低。
对薄膜太阳能电池的研究主要是从80年代开始，科技工作者一直在致力于提高薄膜太阳能电池板的光电转化效率和器件的使用寿命。从使用的材料来讲，大部分的研究者都是把硅作为最基本的材料，也就是说沉积多层的不同导电类型多
晶硅薄膜或非晶硅薄膜，形成单一的p-n结或多个p-n结，以达到增加太阳能的光电转化效率。这些硅基薄膜太阳能电池在使用时，也发现有较为严重的光辐射引致性能衰退效应（Staebler-WronskiEffect：简称SWE效应），到目前产品稳定的光电转换效率为11～13％。
美国从80年代初期开始生产上述薄膜太阳能电池，用于家庭供电以及地面电站的小区域供电，在84年～95年间，这种薄膜太阳能电池的平均年增长率为15％，已经建成的地面电站总容量为17兆瓦。薄膜太阳能在日本的研究和发展也是非常有基础的。其发展水平与美国相当。在德国，已经建成了世界上第一座全太阳能能源（包括电能和热能）供应的建筑，尽管在目前，这幢建筑的象征和示范意义还大于经济意义，但是，却具有潜在的重大的经济和社会意义。
近十年来，研究者发现有一些化合物半导体材料适于作太阳能光电转化薄膜。例如CdS,CdTe;III-V化合物半导体：GaAs,AlPInP等；用这些半导体制作的薄膜太阳能电池表现出很好光电转化效率。具有梯度能带间隙（导带与价带之间的能级差）多元的半导体材料，可以扩大太阳能吸收光谱范围，进而提高光电转化效率。使薄膜太阳能电池大量实际的应用呈现广阔的前景。在这些多元的半导体材料中Cu(In,Ga)Se2是一种性能优良太阳光吸收材料。以它为基础可以设计出光电转换效率比硅薄膜太阳能电池明显地高的薄膜太阳能电池。可以达到的光电转化率为18％，而且，此类薄膜太阳能电池到目前为止，未发现有光辐射引致性能衰退效应（SWE），这意味着新型多元带隙梯度Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳能电池的光电转化效率比目前商用的薄膜太阳能电池板提高约50％～75％。
2应用说明
本项目所研究开发的多元带隙梯度Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳能电池，光电转化效率达到了18％，在薄膜太阳能电池中属于世界最高水平的光电转化效率，同时
由于大量的采用薄膜工艺，使制作成本大大降低。这种薄膜能太阳电池的开发成功，可以产生一种新的高新技术产业，甚至带来一种能源的技术革命。对于大量的普遍利用太阳能起到强有力的推动作用。这种薄膜太阳能电池可以是一幢建筑物的房顶，也可以整个建筑物的外墙，完全可以供应和满足民居和办公对电力的要求。也可以建成地面电站。
由于常用的化合物薄膜太阳能电池中，常含有CdS，这对环境的保护是一个威胁，而本项目中薄膜太阳能电池用ZnS替代了CdS，消除了产生重金属污染的可能。
发展这种高新技术的绿色环保产业，不仅对发展全国经济均具有积极的影响和作用，而且符合国家产业发展方向，对于提高环境质量，具有重大意义。高光电转化效率而且器件制作成本低廉的薄膜太阳能电池板的出现可能引起一场能源产业的“技术革命”。
此外，由于透明导电薄膜（或玻璃）在大面积太阳能电池板的制作中也是必不可少的材料，随着太阳能和薄膜太阳能电池板这一巨大产业的形成，对透明导电玻璃的需求也同样极其巨大。