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秸秆预处理及用改性脲醛胶制造纤维板的研究

连海兰  
【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/cm~3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SiO_2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。


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