造纸污泥理化性质和木塑复合材料制备研究

摘要

造纸工业产生大量造纸废水,造纸废水脱水处理后的产物造纸污泥成分复杂,随意处理不仅是对自然环境严重的破坏,也是对资源的浪费。木塑复合材料(Wood Plastic Composite，WPC)是一种以木纤维为增强材料,通过预处理与热塑性基体聚合物复合的一种新型材料。它同时兼有木材和塑料的优点,具有代木作用,可以减缓我国木材资源贫乏的情况,同时具有塑料的耐水、防腐、易着色等优势。造纸污泥的利用,不仅为造纸污泥资源化利用提供一个新方向,还能有效减少造纸工业废弃物对环境的污染,有着良好的社会价值和经济价值。
　　本文拟对造纸污泥的理化性质及制备造纸污泥/PVC木塑复合材料的工艺进行探索,并对其开发应用进行研究,研究内容及结果如下:
　　测得干污泥含水率为14.37％;有机物含量为51.24%;pH值为8.05;干污泥纤维素含量为21.66%;分析了污泥灰分中重金属含量,污泥中重金属含量均低于国家标准。
　　扫描电镜观察干污泥中纤维形态发现,纤维主要平铺于污泥表面。通过傅里叶红外光谱分析造纸污泥中可能存在的基团,并推测可能存在的物质,结果表明,污泥中除了纤维等有机物外,还含有高岭土等物质。
　　以造纸污泥为原料,以PVC为热塑性基体,采用热压成型技术制备造纸污泥/PVC木塑复合材料。研究了污泥填充量、热压时间、热压温度、热压压力、偶联剂含量、润滑剂含量等对木塑复合材料力学性能的影响,以确定制备造纸污泥/PVC木塑复合材料符合使用标准的最经济加工工艺条件和配方。结果表明:污泥与PVC比例为5:5,热压时间10 min、热压温度180℃、热压压力6 MPa、硅烷偶联剂(KH560)含量2%、润滑剂(硬脂酸)含量0.3 phr条件下所制备的木塑复合材料的弯曲强度达到31.11 MPa超过《GBT24137-2009木塑装饰板》标准55.56%,拉伸强度达到15.81 MPa超过《DB44/T349-2006木塑复合材料技术条件》标准58.11%。
　　对所制备的造纸污泥/PVC木塑复合材料的含水率、24 h吸水增重率、耐水性等应用性能进行初步探讨,结果表明:不同改性剂改性后的复合材料的含水率和24 h吸水增重率均明显降低。润滑剂硬脂酸的添加能有效降低复合材料的吸水性能。改性后的复合材料的耐水性明显提高,尤其采用KH560改性后的复合材料的耐水性能相比马来酸酐改性的复合材料更加优异。
　　通过观察不同改性情况的复合材料的断面电镜图发现,改性后的复合材料的界面相容性明显改善,KH560改性的复合材料界面结合情况最理想。FT-IR图发现,KH560改性后的造纸污泥的特征官能团吸收峰发生变化。

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第一章 文献综述

1.1 造纸工业的发展及现状

1.2 造纸污泥的处理方法

1.3 造纸污泥资源化利用

1.4木塑复合材料概述

1.5 木塑复合材料改性研究进展

1.6 立题背景及研究意义

1.7 研究内容

第二章 造纸污泥的理化性质测定

2.1 实验设备及药品

2.2 试样采集与制备

2.3造纸污泥水分的测定

2.4 污泥有机物及灰分测定

2.5 造纸污泥pH值的测定

2.6 造纸污泥粗纤维含量测定

2.7 造纸污泥金属含量测定

2.8 FT-IR分析

2.9 SEM分析

2.10 小结

第三章 造纸污泥/PVC复合材料的制备

3.1 实验材料与仪器

3.2 实验过程及分析方法

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 木塑复合材料应用性能与表征分析

4.1 实验部分

4.2 结果与表征

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文