喷蒸热压法棉秆无胶碎料板的研究

摘要

我国木材资源相对匮乏,木材供需矛盾尖锐,严重制约了我国木材工业的发展,利用农作物秸秆为有效解决木材原料供应紧张的问题开辟了新的途径。我国是世界上最大的产棉国,棉秆资源极为丰富。在木材供需不足的严峻形势下,采用棉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棉秆资源,缓解木材供需矛盾,解决焚烧棉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。
　　 本课题通过对棉秆的构造观察、纤维形态、化学成分的分析,探索棉秆生产碎料板的可行性。棉秆的木质部是制板原料的主要构成成分。棉秆纤维形态与阔叶材相近,且柔韧性较好,适于生产人造板。棉秆的热水抽提物含量为5.23％,苯醇抽提物含量为2.53％,木素含量为21.77％,半纤维素含量为39.59％,a-纤维素含量为41.00％,与部分阔叶材相似。因此,采用棉秆作为人造板生产的原料是可行的。
　　 采用普通热压法研制无胶碎料板,探讨普通热压无胶碎料板的密度与板的物理力学性能的关系。结果显示:在碎料含水率为25％,热压温度190℃、热压压力5MPa,热压时间10min的工艺条件下压制密度为0.9/cm3、厚度为8mm的棉秆无胶碎料板具有一定的强度,其MOR、MOE、IB值均超过JIS A5908-2003的要求。采用喷蒸热压法研制无胶碎料板,探讨无胶碎料板的密度、蒸汽压力以及喷蒸时间对板物理力学性能的影响,同时对比相同密度下棉秆普通热压无胶碎料板的性能。结果表明:喷蒸棉秆无胶碎料板较佳的制板工艺参数为:蒸汽压力1MPa,喷蒸时间7—10min,在此工艺条件下压制密度为0.8g/cm3、厚度为7mm的棉秆无胶碎料板,其MOR、MOE、IB值均达到GB/T4897.2-2003及JIS A5908-2003的要求,但TS略高,有待改进。在密度同为0.8 g/cm3或0.85 g/cm3时,棉秆喷蒸无胶碎料板的MOR、MOE、IB及TS都明显优于普通热压无胶碎料板。
　　 通过化学成分及红外光谱分析,探索棉秆无胶碎料板的胶合机理。经普通热压和喷蒸热压处理后,棉秆的各化学组分及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的变化。结果表明:在喷蒸和热压过程中,部分半纤维素和少量纤维素在高温条件下发生降解生成的糠醛类化合物,与具有酚羟基结构的木素发生缩聚反应,形成具有胶粘作用的类似于酚醛树脂的缩合物；木素在短时间高温加热下,自身也能发生缩聚交联反应,形成类似于酚醛树脂类化合物,起到胶粘的作用;纤维素基环间苷键的断裂增加了活性羟基的数量,提高了纤维间氢键的结合,使得碎料之间的结合力增强,有利于碎料粘合成板,同时游离羟基的数量减少,憎水性羰基的数量增加,使得碎料板具有良好的强度和耐水性；部分醇羟基脱水生成C-O-C,分子键的作用力增强,有利于碎料实现自胶合。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 农作物秸秆利用的必要性和可行性

1.1.1 我国木材资源的现状

1.1.2 我国农作物秸秆的利用现状

1.1.3 农作物秸秆利用的现实意义

1.2 农作物秸秆人造板的发展现状

1.2.1 国外农作物秸秆人造板的发展状况

1.2.2 国内农作物秸秆人造板的发展现况

1.3 棉秆人造板的发展现状

1.4 无胶人造板的研究

1.4.1 无胶胶合的方法

1.4.2 无胶人造板的研究进展及前景展望

1.5 喷蒸热压法的研究

1.6 课题研究的主要内容

2 棉秆特性研究

2.1 棉秆的宏观构造

2.2 棉秆的微观构造

2.3 棉秆的纤维形态

2.4 棉秆的化学组分

2.4.1 试验材料和设备

2.4.2 试验方法

2.4.3 试验结果与分析

2.5 小结

3 普通热压棉秆无胶碎料板研究

3.1 试验材料及设备

3.1.1 试验材料

3.1.2 试验设备

3.2 试验与检测方法

3.2.1 制板工艺

3.2.2 性能检测

3.3 试验结果与分析

3.3.1 静曲强度

3.3.2 弹性模量

3.3.3 内结合强度

3.3.4 吸水厚度膨胀率

3.4 小结

4 喷蒸热压棉秆无胶碎料板研究

4.1 试验材料及设备

4.1.1 试验材料

4.1.2 试验设备

4.2 试验与检测方法

4.2.1 制板工艺

4.2.2 性能检测

4.3 试验结果与分析

4.3.1 静曲强度

4.3.2 弹性模量

4.3.3 内结合强度

4.3.4 吸水厚度膨胀率

4.3.5 普通热压无胶碎料板与喷蒸热压无胶碎料板物理力学性能的对比

4.4 小结

5 无胶胶合机理初步研究

5.1 化学成分分析

5.1.1 试验材料和设备

5.1.2 试验方法

5.1.3 试验结果与分析

5.2 红外光谱分析

5.2.1 试验材料与设备

5.2.2 试验方法

5.2.3 试验结果与分析

5.3 小结

6 结论

6.1 棉秆特性研究

6.2 普通热压棉秆无胶碎料板研究

6.3 喷蒸热压棉秆无胶碎料板研究

6.4 无胶胶合机理初步研究

6.5 进一步工作设想

参考文献

攻读硕士学位期间的主要学术成果

致谢