环保型麻秆无胶碎料板的制备工艺及胶合机理研究

摘要

随着我国经济水平和人民生活水平的提高，人们对木材的需求量越来越多。由于我国木材资源短缺，木材供应量远不能满足国内经济建设发展的需要。节约木材、充分利用现有的森林资源和人工速生林、发展木材替代品是我国木材工业长期发展的方向。
　　 农作物秸秆在世界上被称为第二森林资源，是充满活力的人造板工业替代原料。我国麻秆资源丰富，是红麻三大主产国之一，苎麻产量更是占到全世界苎麻产量的90％以上。在木材供需不足的严峻形势下，采用麻秆作为木材的替代物生产无胶人造板，将产生可观的经济、社会、生态效益，这样不仅可以充分利用闲置的麻秆资源，缓解木材供需矛盾，解决焚烧秸秆所带来的环境污染问题，而且无游离甲醛释放，符合环保要求。
　　 在热压条件下以红麻秆碎料为原料，使用复合型添加剂，以热压温度、热压时间、板的密度及添加剂用量为变量因素，进行单因素试验，探讨各因素对红麻秆无胶碎料板的影响趋势。得到较佳的制板工艺参数为：板坯含水率：20％；板材密度：0.7g/cm3；热压温度：190℃；热压时间：7min；添加剂的用量：16％；在此工艺条件下压制的红麻秆无胶碎料板，其MOR、MOE、IB值均超过GB/T4897.3-2003的要求。
　　 采用苎麻秆碎料为原料，在加入复合型添加剂的基础上，以热压温度、热压时间、添加剂用量及板坯的含水率等工艺因素为因子进行正交试验，确定较优工艺参数。然后在较优工艺参数的基础上讨论密度变化对板材性能的影响。结果表明较佳的制板工艺参数为：热压温度：195℃；热压时间：7min；板坯含水率：25％；添加剂的用量：16％；在此工艺条件下压制的密度为0.8g/cm3的苎麻秆无胶碎料板，其MOE、IB值均超过GB/T4897.3-2003的要求，MOR、TS接近该标准要求。
　　 通过傅里叶红外光谱分析和X-射线衍射结晶度分析探索麻秆无胶碎料板的胶合机理。经过热压工艺处理后的麻秆无胶碎料板的红外光谱中各主要的谱峰位置和谱峰相对吸收强度都发生了一定程度的改变，衍射图谱中衍射的最强点的强度和位置也发生了一定程度的改变。结果表明：苎麻秆无胶碎料板的胶合主要是由于使用了添加剂，一方面添加剂中的有机酸促进了纤维素和半纤维素的降解，使其降解程度增大；另一方面添加剂中的糖类参与了降解产物之间的一系列缩聚反应，形成了较为牢固的结合。在高温条件下，由少量纤维素和部分半纤维素发生降解而产生的糠醛类化合物与木素的酚羟基结构发生缩聚反应，形成与酚醛树脂类似的具有胶合作用的缩合物；热压时，木素在高温作用下由自身的缩聚交联反应产生充当胶粘剂作用的酚醛树脂类化合物；添加剂在高温和压力的作用下和木材的碳水化合物转化成不溶的聚合物，这种聚合物形成牢固的界面胶结，使碎料板具有较高的力学强度和一定的拒水性能。