造纸浓缩黑液木质素基木材胶粘剂的研究

摘要

本论文通过共缩聚的化学方法把慈竹造纸浓缩黑液高容量引入木材胶粘剂:首先直接利用浓缩后的造纸黑液进行羟甲基化改性，增强其木质素的活性，不需要对其进行提取纯化处理，对比两种改性方案，以较优方案为基础，分别将改性后的造纸黑液引入脲醛树脂(UF)、酚醛树脂(PF)以及三聚氰胺甲醛树脂(MF)中，高容量替代有毒且价格昂贵的苯酚及三聚氰胺，与甲醛进行反应，制备出新型环保木质素脲醛树脂(Lignin Urea Formaldehyde Resin，LUF)、木质素酚醛树脂(Lignin Phenol Formaldehyde Resin，LPF)和木质素三聚氰胺甲醛树脂(Lignin Melamine Formaldehyde Resin，LMF)木材胶粘剂，通过单因素法、正交设计试验法、均匀设计试验法以及构建人工神经网络，以三层胶合板的胶合强度为主要指标，分析各试验因素与指标值之间的相互影响关系，由极差分析、逐步回归分析、网格优化法和遗传算法确定较优的工艺参数，以未经改性的UF、PF和MF作对比，进行性价比分析。利用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)分析手段探讨其结构变化对此类胶粘剂性能的影响。研究得到如下结果:
　　 1、高温羟甲基化改性造纸浓缩黑液比常温改性的效果要好，较佳的黑液改性工艺为:甲醛与造纸黑液质量比为0.5∶1，反应液的pH直为10。
　　 2、改性造纸浓缩黑液无论在脲醛树脂的碱性还是酸性缩聚阶段添加，合成胶粘剂的胶合性能均较差。通过添加适量的三聚氰胺后改善其胶合性能。较佳的工艺参数为:造纸黑液与尿素质量百分比为20％，尿素与甲醛的摩尔比为1∶1.5，三聚氰胺与树脂质量百分比为2％。以此工艺参数制备的三层胶合板强度为0.7153Mpa，达到国家标准（GB/T14732-2006）Ⅱ类胶合板的要求(≥0.7Mpa)。
　　 3、制备LPF较优的工艺条件为:造纸黑液与苯酚质量百分比为111％、苯酚与甲醛摩尔比为1∶3.1、氢氧化钠与树脂质量百分比为4％。以此工艺参数制备的三层胶合板强度达到0.9124Mpa，超过了国家标准(GB/T14732-2006)Ⅰ类胶合板的要求(≥0.7Mpa)。
　　 4、制备LMF较优的工艺条件为:甲醛与三聚氰胺的摩尔比2.8∶1、造纸黑液与三聚氰胺的质量百分比为30％、稳定剂与树脂的质量百分比为6％。以此工艺制备的三层胶合板强度达到0.7892Mpa，达到了国家标准(GB/T14732-2006)Ⅰ类胶合板的要求(≥0.7Mpa)，与基于人工神经网络的遗传算法预测的结果误差为15.8％。
　　 5、由FT-IR图谱可知:造纸黑液中木质素的主要组成单元结构为紫丁香基丙烷结构，黑液中存在的杂质未发生明显的特征峰变化。甲基、亚甲基及次甲基特征基团的吸收峰，反映了羟甲基的变化信息。
　　 6、LUF成本价格比UF的低20元/吨;LPF的成本价格比PF的低1849元/吨;LMF的成本价格比MF的低272元/吨。胶粘剂具有较高的性价比。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 木质素的性质及应用概况

1．2．1 木质素简介

1．2．2 木质素的结构特征及化学性质

1．2．3 木质素的应用领域

1．3 国内外研究动态

1．4 研究的背景和目标

1．5 研究的主要内容

1．5．1 造纸浓缩黑液的改性工艺研究

1．5．2 造纸浓缩黑液木材胶粘剂的制备

1．5．3 造纸浓缩黑液及各类胶粘剂的表征

1．5．4 研究的技术路线

1．6 研究的创新点

第二章 造纸浓缩黑液的改性

2．1 试验原料及设备

2．2 黑液改性方法

2．2．1 常温羟甲基化

2．2．2 高温羟甲基化

2．3 黑液改性条件的优化

2．4 改性黑液的表征

第三章 造纸黑液木质素脲醛树脂胶的制备

3．1 试验原料及设备

3．2 试验设计方案

3．2．1 LUF制备研究路线

3．2．2 LUF制备工艺

3．3 制备三层胶合板

3．4 LUF的性能检测及分析

3．4．1 胶合强度的测定

3．4．2 LUF的贮存期

3．4．3 LUF固体含量测定

3．4．4 胶合板游离甲醛释放量的测定

3．4．5 改性黑液加入方式对结果的影响

3．4．6 各试验因素对结果的影响

3．4．7 LUF的红外表征

3．5 树脂经济性分析

第四章 造纸黑液木质素酚醛树脂胶的制备

4．1 试验原料及设备

4．2 试验设计方案

4．2．1 LPF制备研究路线

4．2．2 LPF制备工艺

4．2．3 正交设计试验方案

4．3 制备三层胶合板

4．4 LPF的性能检测及分析

4．4．1 胶合强度的测定

4．4．2 LPF的贮存期

4．4．3 LPF固体含量测定

4．4．4 各因素对结果的影响

4．4．5 LPF的红外表征

4．5 树脂经济性分析

第五章 造纸黑液木质素三聚氰胺甲醛树脂胶的制备

5．1 试验原料及设备

5．2 试验设计方案

5．2．1 LMF制备研究路线

5．2．2 LMF制备工艺

5．2．3 均匀设计试验方案

5．2．4 人工神经网络概述

5．2．5 遗传算法预测

5．3 压制三层胶合板

5．4 LMF的性能检测及分析

5．4．1 胶合强度的测定

5．4．2 LMF的贮存期

5．4．3 LMF固体含量测定

5．4．4 逐步回归分析

5．4．5 神经网络预测结果

5．4．6 各因素对结果的影响

5．4．7 LMF的红外表征

5．5 树脂经济性分析

第六章 总结

参考文献

附录Ⅰ

附录Ⅱ

附录Ⅲ

致谢