脲醛树脂浸渍速生木制备木塑复合材料

论文摘要

将速生杨木素材制备成木塑复合材料,既可较大程度的保留木材的天然特性,又可进一步提高其利用价值,故深受人们的喜爱。然而,木塑复合材料制造成本昂贵,性价比低,导致其难以适应市场的竞争。为此,本研究按以下思路试验,较大幅度地提高木塑复合材料的综合性能,以提高其性价比。本研究以速生杨木为基体,尿醛树脂预聚体为填充体,通过加压浸渍法制备木塑复合材料；用水溶性酸洗大红染料证明尿醛树脂预聚体浸透杨木；并且通过对制备木塑复合材料的浸渍量、脲醛树脂增重率、尺寸稳定性、压缩强度和抗弯曲强度等性能检测；通过FT-IR、SEM等分析手段对木塑复合材料的内部结构进行表征,揭示其结构与性能的关系。本研究对于改善速生木材物理力学性能及尺寸稳定性,提高低密度杨木附加值及扩大使用范围等方面具有重要的理论意义和实用价值。（1）采用碱酸碱工艺,尿素分三次投料法,其投料质量比为：4：5：1,制备低粘度脲醛树脂预聚体；通过对合成出的低粘度脲醛树脂干燥固化后进行FT-IR分析,在3435cm-1出现的强吸收峰是O-H和N-H的伸缩振动吸收峰；2924cm-1出现的吸收峰是亚甲基-CH2-的C-H伸缩振动峰；1637cm-1出现的强吸收峰是由于参与合成反应的尿素氨基在制备的脲醛树脂中产生的酰胺基团；而在1050 cm-1出现的吸收峰是由于CH2-O-CH2醚键中的C-O伸缩振动吸收峰,证明合成的预聚体是脲醛树脂；低粘度脲醛树脂干燥固化后的固体含量大约55%。（2）采用涂-4杯测试低粘度脲醛树脂预聚体粘度与温度的关系,分析得出,在制备木塑复合材料时的实验温度为30℃；并用水溶性酸洗大红染料证明尿醛树脂预聚体浸透杨木。（3）低粘度脲醛树脂预聚体浸渍杨木素材,其浸渍量为195%,而木塑复合材料的脲醛树脂增重率为96%,这是由于选择了合适的浸渍温度,脲醛树脂预聚体具有优良的流动性,从而获得较高的浸渍量和增重率。（4）木塑复合材料的FT-IR光谱分析表明,杨木的化学基团与尿醛树脂发生了化学反应,改变了杨木木质素,纤维素骨架化学键间原有的结合方式,从而提高杨木的力学性能。（5）杨木及其木塑复合材料的吸水率分别为126.9%和53.3%,木塑复合材料的抗吸水率为58.0%。杨木素材及其木塑复合材料的体积膨胀率分别为11.4%和4.6%,木塑复合材料的抗体积膨胀率为59.6%,这表明木塑复合材料具有较好的尺寸稳定性。（6）杨木及其木塑复合材料的横向压缩强度分别为19.5 MPa、39.5 MPa；杨木及其木塑复合材料的纵向压缩强度分别为7.2 Mpa和9.9 Mpa；杨木及其木塑复合材料的抗弯强度分别为120.6 MPa和147.5 MPa。木塑复合材料的横纵压缩强度和抗弯曲强度分别提高了37.5%、102.6%和22.3%。（7）对空白杨木与木塑复合材料进行SEM分析表明,在木塑复合材料中,大量的尿醛树脂浸入杨木细胞空腔,这是由于自制尿醛树脂预聚体具有较低黏度,且在加热过程中尿醛树脂预聚体黏度降低,因而具有良好的流动性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 木塑复合材料国内外研究现状
• 1.1.1 国外研究现状
• 1.1.2 国内研究现状
• 1.2 木材改性机理及方法
• 1.2.1 木材改性机理
• 1.2.2 木材改性方法
• 1.3 用于木材改性各类单体及树脂的研究
• 1.3.1 酸酐改性木材的研究
• 1.3.2 乙烯类单体及其混合单体改性木材的研究
• 1.3.3 马来酸酐与单体改性木材的研究
• 1.3.4 酚醛树脂改性木材的研究
• 1.3.5 脲醛树脂改性木材的研究
• 1.3.6 无机质对木材的改性研究
• 1.3.7 有机树脂与无机复合对木材的改性研究
• 1.4 木塑复合材料的性能
• 1.4.1 木塑复合材料的增重率
• 1.4.2 木塑复合材料的尺寸稳定性
• 1.4.3 木塑复合材料的力学性能
• 1.4.4 木塑复合材料的耐腐蚀性能
• 1.4.5 木塑复合材料的阻燃性能
• 1.4.6 木塑复合材料的SEM分析
• 1.5 本论文研究内容
• 1.5.1 实验的研究目的及意义
• 1.5.2 主要研究内容
• 2 实验部分
• 2.1 实验原料及仪器
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验仪器与设备
• 2.2 浸渍树脂的选择
• 2.3 实验步骤与工艺流程图
• 2.3.1 实验步骤
• 2.3.2 制备木塑复合材料工艺流程图
• 2.4 木塑复合材料的性能测试
• 2.4.1 低粘度尿醛树脂预聚体对杨木的浸透性表征
• 2.4.2 低粘度尿醛树脂预聚体浸渍杨木的浸渍量与质量增重率
• 2.4.3 木塑复合材料的尺寸稳定性
• 2.4.4 木塑复合材料的机械性能
• 2.4.5 傅立叶变换红外光谱（FT-IR）
• 2.4.6 扫描电镜（SEM）
• 3 脲醛树脂预聚体的合成
• 3.1 脲醛树脂预聚体合成机理
• 3.2 低粘度脲醛树脂预聚体合成
• 3.2.1 低粘度脲醛树脂合成过程
• 3.2.2 低粘度脲醛树脂合成工艺流程图
• 3.3 脲醛树脂树脂性能表征
• 3.3.1 脲醛树脂的FT-IR分析
• 3.3.2 脲醛树脂固体含量的测定
• 3.3.3 脲醛树脂的粘度
• 3.4 脲醛树脂合成结果与讨论
• 3.4.1 低粘度脲醛树脂合成工艺讨论
• 3.4.2 脲醛树脂的FT-IR分析
• 3.4.3 脲醛树脂的固体含量与粘度分析
• 3.5 本章小结
• 4 结果与讨论
• 4.1 低粘度脲醛树脂预聚体对杨木的浸透性
• 4.2 FT-IR分析
• 4.3 浸渍量与木塑复合材料的增重率
• 4.4 尺寸稳定性的讨论
• 4.5 机械力学性能的讨论
• 4.6 微观结构SEM分析
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢