秸秆预处理及用改性脲醛胶制造纤维板的研究

论文摘要

由于稻麦草原料的特殊性及其表面含有不利于胶合的物质，采用传统的脲醛树脂胶难以得到满意的胶合强度，从而导致板材性能达不到使用要求，因此国内稻麦草纤维板的生产尚属空白。本论文研究了环保型脲醛树脂胶粘剂工艺条件的优化、改性和树脂的结构；稻麦草化学及生物酶预处理对生产脲醛树脂胶粘剂纤维板性能的影响；以麦秸为对象，探讨了其不同层面性能的差别以及不同预处理方法制纤维板的机理，为稻麦草中密度纤维板的生产提供理论基础。通过上述研究得出以下结论： 1．本研究中三聚氰胺改性脲醛树脂胶（MUF）是酶法制秸秆纤维板的最佳胶粘剂，完全可替代异氰酸酯胶粘剂，其最佳合成工艺条件为：甲醛与尿素摩尔比为1.3，缩聚pH值为4.9～5.0，反应温度85℃，三聚氰胺加量为5％。 2．对相同摩尔比的UF与MUF的结构研究发现：MUF的游离羟甲基含量少，证明其交联程度高，耐水性好。热分析表明MUF树脂固化时需更高的温度。MUF的表面张力低，比UF降低了6.3％，因此MUF对纤维的润湿性提高，有利于扩散、渗透，提高胶合强度。 3．各种预处理方法对稻麦草纤维板的性能均有一定程度的改善，其中以木聚糖酶预处理效果最佳，其最佳预处理条件均为pH值4.5，温度45℃，液比1：6，时间2h，酶用量20IU·g-1。经扫描电镜观察可看出经过木聚糖酶预处理后麦秸表面变得粗糙，细胞壁上有很多小孔。对其纤维形态的分析也表明其纤维平均长度最长，长宽比最大；长纤维（＞30目）的比例最高，而细小纤维（＜200目）含量最低。 4．最佳预处理条件下的稻麦草纤维，使用三聚氰胺改性的UF树脂胶粘剂，在施胶量为12％，密度为0.8g／cm3时，所制成的稻麦草纤维板的物理力学性能达到现行国家中密度纤维板用于室内型的优等品要求；同时两种板的甲醛释放量均达到E1级标准。 5．麦秸外层厚度占整秆厚度的1／5左右，且其外表面光滑，形成的角质层阻碍胶滴的润湿、扩散和渗透。麦秸外层不论对水还是脲胶的接触角都要远远高于内层，但外层表面自由基浓度要比整秆低。由此均证明了外层的存在对纤维板的胶合性能有较大的负面影响。 6．化学组成分析表明：麦秸外层与整秆相比，灰分含量高，其中SiO2含量更是明显高于整秆的一倍，苯醇抽出物含量高21.95％。DSC分析也显示了麦秸外层蜡质成分含量高，因此严重影响其胶合性能。 7．经不同预处理后磨浆得到的纤维，经红外光谱检测显示：与麦秸碎料相比，-OH明显增加，其中木聚糖酶处理后的吸收值增加了43.48％，因为活化了纤维，使其胶合强度得以提高。ESR测定表明：各种预处理方法制得的麦秸纤维表面自由基浓度要明显高于未处理碎料的6-10倍；经漆酶预处理的表面自由基浓度最高。经各种方法预处理后纤维素的结晶度测定得出，与碎料相比，纤维均有不同程度的提高，结晶度的提高有利于纤维板强度的提高和尺寸稳定性增加。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 课题来源及选题依据
• 1.2 本课题拟解决的问题及研究的目的
• 1.2.1 秸秆纤维制备问题
• 1.2.2 胶粘剂问题
• 1.3 本论文的主要研究内容
• 1.4 本论文的特色与创新
• 1.5 文献综述
• 1.5.1 脲醛树脂胶粘剂的研究现状
• 1.5.1.1 UF合成工艺的研究
• 1.5.1.2 改性UF的研究现状
• 1.5.1.3 提高环保脲醛树脂的固化速度
• 1.5.1.4 UF树脂结构的研究
• 1.5.2 稻草与麦秸纤维板的研究
• 1.5.2.1 稻草与麦秸的原料特性
• 1.5.2.2 稻草和麦秸纤维板的开发研究现状
• 2 改性环保型脲醛树脂的合成研究
• 2.1 原料
• 2.2 方法
• 2.2.1 UF树脂的制备
• 2.2.2 胶合实验模型的制作
• 2.2.3 树脂性能的检测
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 脲醛树脂胶粘剂合成工艺的优化
• 2.3.1.1 各因素水平对树脂中游离甲醛含量的影响
• 2.3.1.2 各因素水平对胶合强度的影响
• 2.3.1.3 各因素水平对树脂固化时间的影响
• 2.3.1.4 各因素水平对树脂粘度的影响
• 2.3.1.5 验证实验
• 2.3.2 摩尔比、甲醛及尿素加入次数对UF树脂性能的影响
• 2.3.2.1 各因素与胶粘剂的各项性能之间的多元回归方程
• 2.3.2.2 各因素与UF树脂各性能之间的一元线性回归
• 2.3.3 改性脲醛树脂的研究
• 2.3.3.1 三聚氰胺改性脲醛树脂
• 2.3.3.2 偶联剂改性脲醛树脂
• 2.3.3.3 有机硅聚合物改性脲醛树脂
• 2.4 小结
• 3 脲醛树脂机理的研究
• 3.1 材料
• 3.1.1 胶粘剂
• 3.1.2 固化剂
• 3.2 试验仪器与测试方法
• 3.2.1 红外光谱
• 3.2.2 DSC分析
• 3.2.3 表面张力分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 UF树脂的FTIR光谱分析
• 3.3.1.1 不同摩尔比UF树脂的FTIR光谱分析
• 3.3.1.2 三聚氰胺改性UF树脂的FTIR光谱变化
• 3.3.2 UF树脂的DSC分析
• 3.3.2.1 摩尔比对UF树脂DSC曲线的影响
• 3.3.2.2 三聚氰胺对UF树脂DSC的影响
• 3.3.2.3 UF树脂的表面张力分析
• 3.4 小结
• 4 脲醛树脂用于稻草中密度纤维板的研究
• 4.1 材料
• 4.1.1 稻草
• 4.1.2 生物酶
• 4.1.2.1 漆酶
• 4.1.2.2 木聚糖酶
• 4.1.2.3 脂肪酶
• 4.1.3 胶粘剂
• 4.2 方法
• 4.2.1 稻草的生物酶预处理条件的优选
• 4.2.1.1 稻草生物酶预处理方法
• 4.2.1.2 还原糖的测定方法
• 4.2.1.3 吸光度的测定方法
• 4.2.2 稻草的预处理
• 4.2.3 稻草纤维的制备
• 4.2.4 秸秆纤维板的压制
• 4.2.5 压板工艺参数
• 4.2.6 秸秆纤维板性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 软化处理对稻草纤维板性能的影响
• 4.3.1.1 软化时间对板性能的影响
• 4.3.1.2 软化温度对板性能的影响
• 4.3.1.3 验证实验
• 4.3.2 弱酸盐预处理对稻草纤维板性能的影响
• 4.3.2.1 弱酸盐用量对板性能的影响
• 4.3.2.2 时间对亚硫酸氢钠预处理板性能的影响
• 4.3.2.3 温度对弱酸盐预处理纤维板性能的影响
• 4.3.2.4 验证实验
• 4.3.3 酸预处理对稻草纤维板性能的影响
• 4.3.3.1 弱酸用量对板性能的影响
• 4.3.3.2 温度对弱酸预处理稻草纤维板性能的影响
• 4.3.3.3 时间对弱酸预处理稻草纤维板性能的影响
• 4.3.3.4 验证实验
• 4.3.4 生物酶预处理对稻草纤维板性能的影响
• 4.3.4.1 木聚糖酶预处理条件的优选
• 4.3.4.1.1 pH值对木聚糖酶预处理的影响
• 4.3.4.1.2 温度对木聚糖酶预处理的影响
• 4.3.4.1.3 液比对木聚糖酶预处理的影响
• 4.3.4.1.4 时间对木聚糖酶预处理的影响
• 4.3.4.1.5 木聚糖酶用量对稻草预处理的影响
• 4.3.4.2 漆酶预处理的最佳条件优选
• 4.3.4.2.1 漆酶/碳源系统（LCS）与漆酶/介体系统（LMS）预处理结果比较
• 4.3.4.2.2 pH值对漆酶预处理的影响
• 4.3.4.2.3 温度对漆酶预处理的影响
• 4.3.4.2.4 液比对漆酶预处理的影响
• 4.3.4.2.5 时间对漆酶预处理的影响
• 4.3.4.2.6 漆酶用量对漆酶预处理的影响
• 4.3.4.3 脂肪酶预处理最佳条件的优选
• 4.3.4.3.1 pH值对预处理结果的影响
• 4.3.4.3.2 温度对脂肪酶预处理稻草性能的影响
• 4.3.4.3.3 液比对脂肪酶预处理稻草性能的影响
• 4.3.4.3.4 时间对脂肪酶预处理稻草性能的影响
• 4.3.4.3.5 酶用量对脂肪酶预处理稻草性能的影响
• 4.3.4.4 生物酶预处理对稻草纤维板性能的影响
• 4.3.5 各种预处理结果的比较
• 4.4 小结
• 5 脲醛树脂用于麦秸中密度纤维板的研究
• 5.1 原料
• 5.1.1 麦秸
• 5.1.2 酶
• 5.1.3 胶粘剂
• 5.2 方法
• 5.2.1 麦秸原料的性能分析
• 5.2.1.1 原料制备
• 5.2.1.2 厚度测量
• 5.2.1.3 麦秸化学组成分析
• 5.2.1.4 扫描电镜观察
• 5.2.1.5 接触角测定
• 5.2.1.6 表面自由基测定
• 5.2.1.7 傅立叶红外光谱测定
• 5.2.1.8 DSC分析
• 5.2.2 麦秸的预处理
• 5.2.3 麦秸纤维的制备
• 5.2.4 纤维板的压制
• 5.2.5 压板工艺参数
• 5.2.6 物理力学性能测试
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 麦秸原料的性能分析
• 5.3.1.1 厚度分析
• 5.3.1.2 化学组成分析
• 5.3.1.3 扫描电镜观察
• 5.3.1.4 接触角测定
• 5.3.1.5 表面自由基测定
• 5.3.1.6 傅立叶红外光谱测定
• 5.3.1.7 DSC分析
• 5.3.2 软化预处理对麦秸纤维板性能的影响
• 5.3.2.1 软化处理对麦秸纤维板的端面密度分布的影响
• 5.3.2.2 软化温度对麦秸纤维板性能的影响
• 5.3.2.3 软化时间对麦秸MDF力学性能的影响
• 5.3.2.4 施胶量对麦秸MDF力学性能的影响
• 5.3.2.5 验证实验
• 5.3.3 弱酸盐预处理对麦秸纤维板性能的影响
• 5.3.3.1 弱酸盐预处理
• 5.3.3.2 弱酸盐预处理对内结合强度的影响
• 5.3.3.3 弱酸盐预处理对静曲强度与弹性模量的影响
• 5.3.3.4 验证实验
• 5.3.4 弱酸预处理对麦秸纤维板性能的影响
• 5.3.4.1 正交实验结果
• 5.3.4.2 验证实验
• 5.3.5 生物酶预处理对麦秸纤维板性能的影响
• 5.3.5.1 麦秸生物酶预处理条件的优选
• 5.3.5.2 生物酶预处理对麦秸纤维板性能的影响
• 5.3.6 各种预处理结果的比较
• 5.4 小结
• 6 稻麦草纤维板防水处理的研究
• 6.1 原料
• 6.1.1 稻草
• 6.1.2 防水剂
• 6.1.3 胶粘剂
• 6.1.4 脱膜剂
• 6.2 实验方法
• 6.2.1 纤维的制备
• 6.2.2 脲醛树脂的调制
• 6.2.3 纤维板的压制及性能检测
• 6.2.4 纤维板的热处理及其对吸水性能的影响
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 纤维的筛分
• 6.3.2 各种防水剂处理对稻草纤维板吸水性能的影响
• 6.3.2.1 石蜡用量对纤维板吸水性能的影响
• 6.3.2.2 不同防水剂对纤维板吸水性能的影响
• 6.3.2.3 改性防水UF胶粘剂对纤维板吸水性能的影响
• 6.3.2.4 不同防水胶粘剂对纤维板吸水性能的影响
• 6.3.2.5 各种防水剂处理结果的比较
• 6.3.3 热处理对稻草纤维板吸水性能的影响
• 6.3.3.1 热处理温度对纤维板吸水性能的影响
• 6.3.3.2 热处理时间对纤维板吸水性能的影响
• 6.3.4 稻、麦草纤维板的对比
• 6.4 小结
• 7 麦秸预处理的机理研究
• 7.1 材料
• 7.1.1 麦秸
• 7.1.2 麦秸纤维
• 7.2 实验方法
• 7.2.1 扫描电镜观察
• 7.2.2 麦秸表面接触角测定
• 7.2.3 纤维形态测定
• 7.2.3.1 纤维形态测定
• 7.2.3.2 纤维筛分值测定
• 7.2.4 纤维的傅立叶红外光谱测定
• 7.2.5 纤维的表面自由基测定
• 7.2.6 纤维素结晶度的测定
• 7.3 结果与讨论
• 7.3.1 麦秸扫描电镜观察
• 7.3.2 麦秸表面接触角测定
• 7.3.3 纤维形态测定
• 7.3.3.1 纤维长、宽及长宽比测定
• 7.3.3.2 纤维筛分值测定
• 7.3.4 纤维的傅立叶红外光谱测定
• 7.3.5 纤维的表面自由基测定
• 7.3.6 纤维素结晶度的测定
• 7.4 小结
• 8 总结论
• 9 参考文献
• 10 附录
• 详细摘要