油茶果壳基木质复合材料的制备与性能研究

摘要

油茶果壳是我国重要食用油料植物——油茶的主要榨油剩余物，具有价廉、可再生、产量丰富并且集中等特点，而木质复合材料作为一种性能优良的、可部分代替木材资源的环保型材料受到国内外广泛关注。
　　本文在对油茶果壳自身特性进行全面分析的前提下，采用全因子试验法探讨了胶粘剂种类、碎料形态及碱处理对油茶果壳碎料板力学性能的影响，采用正交试验法分析了油茶果壳粉粒径和油茶果壳粉含量以及偶联剂KH550的添加量对油茶果壳粉/PP复合材料性能的影响，确定了较优的工艺参数，对碱处理油茶果壳对复合材料性能的影响以及添加5％硼酸对复合材料阻燃性能的改善效果进行了研究，利用扫描电镜、傅里叶变换红外光谱仪、同步热分析仪、锥形量热仪等对复合材料性能进行了分析与表征，旨在探索以农林剩余物油茶果壳为原材料制备木质复合材料的可行性。
　　首先对油茶果壳的基本物化性能展开了较为系统的研究。结果表明:油茶果壳与一般的木材原料的基本性能相类似又存在着明显差异。油茶果壳中灰分含量为2.96％，苯醇抽提物含量为8.59％，半纤维素含量为37.84％，三者均普遍高于一般木材原料，另纤维素含量相对较低;比较油茶果壳、杉木和杨木三者的热稳定性能和燃烧性能表明，油茶果壳的热稳定性和阻燃作用有待进一步改善提高;利用浓度为1％的NaOH溶液常温预处理油茶果壳后，润湿性能变好，为提高胶合强度和改善界面相容性提供了方法;综合原料性能分析结果，理论上油茶果壳可作为制备木质复合材料的原材料。
　　油茶果壳碎料板制备试验表明，其产品力学性能均未达到国家普通刨花板的标准要求，但未来可考虑利用油茶果壳质轻的特点制备力学强度要求不高的人造板材。
　　油茶果壳粉/PP复合材料制备试验获得地较优工艺参数为:油茶果壳粉粒径60～80目，油茶果壳粉含量40％，KH550添加量3％;
　　比较较优工艺下制备油茶果壳粉/PP复合材料和杨木粉/PP复合材料的力学性能，冲击强度和静曲强度两者相当，而油茶果壳粉/PP复合材料的弹性模量有待提高;综合分析红外光谱和热稳定性表明，油茶果壳粉与PP之间界面相容性不好，油茶果壳粉的热稳定性不及杨木，但油茶果壳粉与PP复合体系的热稳定性优于杨木粉与PP的复合体系。
　　1％NaOH溶液常温预处理油茶果壳对油茶果壳粉/PP复合材料的弹性模量提高显著。红外分析发现板材内三素的结构均发生了不同程度的变化;热重分析表明碱处理后油茶果壳的热稳定性遭到破坏但复合体系的热稳定有所提高，最后残炭率增加了6.84％。
　　硼酸加入后复合材料力学性能变差，硼酸分散效果不理想影响了油茶果壳粉与PP之间的界面相容性。硼酸受热分解成B2O3晶体覆盖在基材表面延迟了材料的热解、有助于温度梯度的形成以及降低了CO等有害气体的生成速率和产率，说明添加硼酸实现了改善油茶果壳粉/PP复合材料的阻燃和抑烟效果。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 概述

1．2 木质复合材料概述

1．2．1 木质复合材料定义

1．2．2 木质复合材料发展及现状

1．3 农林剩余物概况及利用现状

1．4 油茶果壳资源与利用现状

1．4．1 油茶果壳资源发展概况

1．4．2 油茶果壳资源利用现状

1．5 利用油茶果壳制备木质复合材料的可行性

1．6 研究意义与内容

1．6．1 本课题研究意义

1．6．2 本课题主要研究内容

1．6．3 本课题创新点

2 油茶果壳原料特性研究

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 试验材料

2．2．2 试验仪器与设备

2．2．3 试验方法

2．3 结果与分析

2．3．1 油茶果壳主要化学成分分析

2．3．2 油茶果壳表面润湿性分析

2．3．3 油茶果壳的热失重分析

2．3．4 油茶果壳燃烧特性分析

2．4 本章小结

3 油茶果壳制备木质复合材料的工艺与性能研究

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 试验材料

3．2．2 试验仪器与设备

3．2．3 制备油茶果壳碎料板试验方法

3．2．4 制备油茶果壳粉／PP复合材料试验方法

3．3 结果与分析

3．3．1 油茶果壳碎料板力学性能分析

3．3．2 油茶果壳粉／PP复合材料力学性能分析

3．3．3 不同植物原料制备PP复合材料的性能对比

3．4 本章小结

4 碱处理油茶果壳对油茶果壳粉／PP复合材料性能的影响

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 试验材料

4．2．2 试验仪器与设备

4．2．3 试验方法

4．3 结果与分析

4．3．1 力学性能分析

4．3．2 SEM断面形貌分析

4．3．3 FTIR红外分析

4．3．4 热重分析

4．4 本章小结

5 阻燃剂添加对油茶果壳粉／PP复合材料性能的影响

5．1 引言

5．2 材料与方法

5．2．1 试验材料

5．2．2 试验仪器与设备

5．2．3 试验方法

5．3 结果与分析

5．3．1 力学性能分析

5．3．2 SEM断面形貌分析

5．3．3 热失重分析

5．3．4 锥形量热仪分析

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间主要的学术成果

致谢