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造纸污泥纤维板优化工艺的研究

王传贵  
【摘要】:随着我国造纸工业的迅速发展,造纸污泥的产量越来越大,造纸污泥的污染也越来越严重。因此,如何妥善、科学地处理和利用造纸污泥已成为国内外共同研究的重要课题之一。本研究利用造纸厂产生的污泥制造纤维板,解决了造纸行业大量污泥的处理问题,减少了环境污染,也为人造板制造开辟了新的原料来源,具有保护生态环境和节约木材使用的双重意义。通过研究了造纸污泥的基础性质、脲醛树脂和酚醛树脂胶对造纸污泥纤维板性能的影响、回收纸造纸污泥-木纤维复合纤维板的研究,竹造纸污泥-树皮复合纤维板以及竹造纸污泥板-单板复合板的探索研究,得到以下研究结果: (1)利用光学显微镜、元素分析仪、X-射线衍射仪、表面张力仪等手段和技术研究了造纸污泥的理化性质:湿回收纸造纸污泥含水率为72.10%,有机物含量为49.85%,pH为6.60值,干回收纸造纸污泥中粗纤维含量为39%,回收纸造纸污泥中纤维的长度绝大部分(约80.64%)处于50-230gm区间,湿污泥C、H、N、S元素分别为9.93%、1.44%、0.35%、0.39%;湿竹造纸污泥含水率为79.90%,pH为6.62,综纤维素含量为16.52%,木质素含量为0.0025%,竹造纸污泥纤维长度主要集中在1600-1800μm区域内,相对结晶对为61.48%。 (2)利用红外光谱和同步热分析研究了脲醛树脂胶(UF)和酚醛树脂胶(PF)与污泥的胶合机理:造纸污泥表面的Si主要以Si02的形式存在;UF在污泥表面形成了较厚的胶层,未加热时无法产生大量的稳定基团;而PF在污泥表面形成的胶层较薄,并对污泥表面有相当的活性。造纸污泥具有良好的耐热性,单独加热造纸污泥,在温度所测范围内没有发生明显的吸热和放热现象;UF与污泥的混合物的热反应曲线只呈现出一定的放热行为,没有出现明显的吸、放热峰,热反应特征不显著;PF树脂胶与污泥混合后的热反应特征较明显。 (3)回收纸造纸污泥压板工艺表明:密度对板子性能影响极显著,随着密度和施胶量的增加,板子的性能和24hTS增加显著。热压时间和热压温度对板子力学性能影响不显著。通过分析不同热压工艺条件下压制的纯污泥纤维板力学性能和24hTS,在降低成本和提高生产效率的基础上,确定10mm厚的污泥代替部分木材纤维压制复合人造板的增加,TS也相应增加。结合课题要求,密度为0.8g/cm3的复合板,较优工艺条件为:不分级污泥颗粒与木纤维配比为3:7,酚醛树脂胶粘剂(PF),污泥施胶量13%,木纤维施胶量10%,分别施胶后分层铺装,热压温度140℃,热压时间6mmin时满足国家标准。IB为1.035MPa,蒸煮后IB为0.225MPa,MOR为27.08MPa,MOE为2.82GPa,TS为6.46%。优化工艺参数为:目标密度0.8g/cm3,热压温度160℃,热压时间30sce/mm,无分级污泥施胶量为13%。 (4)回收纸造纸污泥-木纤维复合板制造工艺表明:复合方式对性能有一定影响,原料配比对性能影响显著。随着木纤维含量的增加,内结合强度(IB)、静曲模量(MOR)和弹性模量(MOE)逐渐增加,TS也相应增加。结合课题要求,密度为0.8g/cm3的复合板,较优工艺条件为:不分级污泥颗粒与木纤维配比为3:7,酚醛树脂胶粘剂(PF),污泥施胶量13%,木纤维施胶量10%,分别施胶后分层铺装,热压温度140℃,热压时间6mmin时满足国家标准。IB为1.035MPa,蒸煮后IB为0.225MPa, MOR为27.08MPa, MOE为2.82GPa,TS为6.46%。 (5)无分级竹造纸污泥板性能测试结果表明:绝大部分纯污泥纤维板各项性能不能满足国标的要求,但通过采用先进的设备有望显著提高产品的性能。 (6)竹造纸污泥-树皮复合纤维板和竹造纸污泥板-单板复合板结果表明:污泥含量对板的各项性能影响显著,铺装方式对板的各项性能有一定的影响,纯竹造纸污泥纤维板与木材单板制造复合板力学性能显著提高。


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