木质纤维-氨基树脂模塑料的制备与性能研究

摘要

随着世界能源危机的加剧和人们环保意识的增强，人们越来越重视以可再生的农林废弃物生物质资源为原料，采用现代理论与技术，通过改性、重组、复合等方法，制备新型高分子材料——生物质基高分子材料。我国是农业大国，农林废弃物生物质资源丰富，其中每年产生的农作物秸秆就达7亿多吨，但就地焚烧现象严重，既造成资源浪费，又污染环境，以农林废弃物为原料，替代日益紧张的木材资源，制备氨基（MUF、UF）树脂模塑料，既能减少资源浪费，变废为宝，又降低了制造氨基树脂模塑料的成本，实现农林废弃物资源化利用的目的。
　　本文以生物质资源——农林废弃物（玉米秸秆酶解副产物、麦秆、竹粉、造纸竹污泥）和纸浆为原料，采用纤维表面处理技术提高秸秆中纤维素含量、改善纤维素表面性能，通过逐步缩合聚合和共缩聚手段，制得农作物秸秆木质纤维-氨基树脂模塑料，并对材料的流动性能、力学性能、模塑收缩率等进行了研究。考察了木质纤维原料-农林废弃物资源（玉米秸秆酶解副产物、麦秆、竹粉、造纸竹污泥）、固化剂和增塑剂对氨基树脂模塑料的影响，以期为利用生物质资源制备性能优良的高分子材料提供新的途径。论文的主要研究内容和结论如下：
　　1.以玉米秸秆生产生物丁醇的副产物纤维浆料为增强材料，三聚氰胺-尿素-甲醛(MUF)树脂为基体聚合物，通过偶联剂处理，制备了玉米秸秆酶解副产物-MUF树脂模塑料。研究了玉米秸秆纤维浆料用量对模塑料弯曲强度、冲击强度的影响，采用电子扫描显微镜（SEM）表征玉米秸秆纤维和MUF树脂的界面结合性能，并利用动态机械热分析（DMA）和热重分析（TG）分析模塑料的动态力学性能和热稳定性。研究结果表明，当玉米秸秆纤维浆料质量分数为31％时，MUF树脂模塑料的力学性能优异，弯曲强度为60.41MPa、冲击强度为1.81KJ/m2，模塑料的储能模量较高，性能较优；模塑料在68.8～114.3℃时失重率为0.5～2%，在246.0～345.2℃时失重率较高，达到26%，玉米秸秆纤维浆料用量对模塑料的热稳定性影响不明显。
　　2.以麦秆纤维、造纸竹污泥、竹粉为增强材料，通过碱、乙酰化、偶联剂 KH550、KH370处理，制备了 MUF树脂模塑料。研究了经不同方法处理的麦秆纤维对模塑料流动性、模塑收缩率、弯曲强度、冲击强度的影响，比较造纸竹污泥-MUF树脂模塑料和竹粉-MUF树脂模塑料的性能差异。利用红外光谱（FT-IR）和SEM分析麦秆纤维经碱、乙酰化处理后结构和表面性能，并采用SEM、DMA和TG分析表征纤维素和MUF树脂的界面结合性能、模塑料的动态力学性能和热稳定性。结果表明，不同方法处理对麦秆纤维-MUF树脂模塑料的性能影响很大，以添加偶联剂KH550的碱麦秆纤维模塑料其综合性能最优，流动性能比未处理前提高了16％，模塑收缩率减小了47％，弯曲强度提高到87.63MPa，冲击强度增大到1.98kJ/m2，动态力学性能和耐热性能均有明显改善；竹粉-MUF树脂模塑料比造纸竹污泥-MUF树脂模塑料的性能优异，冲击强度为1.76kJ/m2、弯曲强度为78.79MPa、流动性为140mm；且竹粉-MUF树脂模塑料的界面相容性和动态力学性能也比造纸竹污泥-MUF树脂模塑料的好；以玉米秸秆酶解副产物、麦秆、造纸竹污泥、竹粉为原料，制备的MUF树脂模塑料的各项性能达到了国家标准GB13454－1992《氨基模塑料》中产品的要求，可用于部分日常生活用品、瓶盖、机械零件模塑制件等产品。
　　3.选用聚乙二醇6000、聚乙烯蜡、磷酸三苯酯和对甲苯磺酰胺四种增塑剂，对脲醛（UF）树脂模塑料进行了改性，比较了四种增塑剂对UF树脂模塑料流动性能、力学性能的影响。四种增塑剂均能明显提高UF树脂模塑料的流动性能；聚乙二醇6000对UF树脂模塑料的流动性能和力学性能增强最为明显，并增强了 UF树脂模塑料的耐热性能；模塑料每100份，聚乙二醇6000添加量为1.0～3.0份时，UF树脂模塑料的综合性能最优，弯曲强度可提高6.0%，冲击强度可提高14.9%，流动性能可提高10.0%。
　　4.研究了氯化铵质量分数、柠檬酸三铵、氨基磺酸铵、氯化铵和氨基磺酸铵、氯化铵和钾明矾5种固化剂对 UF树脂模塑料流动性能、模塑收缩率和力学性能的影响，采用SEM、DMA等表征模塑料的断面微观结构和动态力学性能。当氯化铵质量分数为1.5%时，UF树脂模塑料的性能较优，流动性为142mm；模塑收缩率为0.31%；弯曲强度为98.62MPa；冲击强度为1.98kJ/m2，动态力学性能优异、损耗峰值较高；氨基磺酸铵的固化效果比其他几种固化剂的固化效果好，可使模塑收缩率降低至0.26%，动态力学性能和损耗峰较高。

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图目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究目标和主要研究内容

1.3 研究技术路线

1.4 主要创新点

第二章 农林废弃物木质纤维-MUF树脂模塑料的制备与性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 小结

第三章 增塑剂对UF树脂模塑料性能的影响

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 小结

第四章 固化剂对UF树脂模塑料性能的影响

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 小结

第五章 结果与讨论

5.1 结论

5.2 讨论

5.3 展望

参考文献

在读期间的学术研究

致谢