基于改性大豆蛋白胶粘剂的中密度纤维板制备及性能研究

摘要

中密度纤维板(MDF)因其优良的物理力学性能和机械加工性能，近年来需求量持续增长。然而，目前广泛用于MDF生产的三醛胶，来源于不可再生的化石资源，在生产及使用过程中会长期释放对人体及环境有害的甲醛。因此，研究开发环境友好型生物质胶粘剂及MDF，具有重要的研究价值和应用意义。本文获得浙江大学生物系统工程系生物材料实验室与美国堪萨斯州立大学谷物科学与工业系生物材料及技术实验室的国际合作项目资助，采用化学改性的大豆分离蛋白(SPI)胶粘剂，与木纤维相混，实验室干法制备MDF，进行MDF的性能研究并建立相关的数学模型，为基于改性SPI胶粘剂的MDF制备提供理论依据和技术措施。本课题的研究对促进农副产品向高附加值的生物质材料和化石产品替代品转化具有应用基础研究价值；对减少过分依赖化石资源和减轻环境污染压力，缓解MDF市场的供需矛盾以及促进农业与工业的协调发展具有重要的现实意义。主要研究内容和结论如下： (1)施胶量和纤维板密度与纤维板力学性能指标的相关性研究研究SDS改性SPI胶粘剂的施胶量和纤维板密度与纤维板力学性能指标的相关性。结果表明，随着施胶量的增加，MDF的抗拉强度、静曲强度及弹性模量均增大：随着密度在一定范围内的增加，MDF的抗拉强度、内结合强度、静曲强度、弹性模量增大，呈正线性相关。综合MDF的力学性能要求及制板成本，最佳的SDS改性SPI胶粘剂在MDF制备中的施胶量为13％左右，MDF的密度应控制在0.75 g/cm<'3>左右。 (2)基于响应曲面设计的中密度纤维板性能试验及优化研究采用试验设计软件MINITAB14，运用响应曲面设计中的中心复合设计，以物理性能指标密度、24h吸水率、24h吸水厚度膨胀率和静曲强度(MOR)、弹性模量(。MOE)、内结合强度(IB)、抗拉强度(TS)等力学性能指标为响应值，研究板坯含水率、热压温度及热压时间对基于改性SPI胶粘剂MDF物理力学性能的影响规律。建立了中密度纤维板力学性能MOR、MOE、IB、TS及物理性能密度、24h吸水厚度膨胀率、24h吸水率的二次多元回归方程(模型)，根据显著性检验和失拟性检验结果，除密度外，各模型均显著，失拟性不显著，可以对各响应值进行很好的分析和预测。 根据各响应值与影响因子之间的响应曲面图及等高线图，在本试验的水平范围内，随着板坯含水率的增加，MDF的MOR、MOE、IB、Ts、密度均增大，24h吸水厚度膨胀率、24h吸水率减小；随着温度的增加，MDF的MOR、MOE、密度减小，IB增大，TS先增大到一定值随后不再增加，24h吸水厚度膨胀率、24h吸水率先减小到一定值随后稳定；随着时间的增加，MDF的MOR、MOE先增大到一定值随后基本不再变化，TS、IB增大，密度先减小到一定值随后不再有明显变化，24h吸水厚度膨胀率、24h吸水率在时间较小时没有明显变化，当时间较大时，随着时间的增加而增加。根据“响应变量优化器”优化结果，当板坯含水率为35％、温度为170℃、时间为8min时，MDF的综合性能最佳，其中IB为0.82MPa、MOR为26.55MPa、MOE为2748.39MPa、24h厚度膨胀率为30.25％，此时MDF的密度为0.75 g/cm<'3>。在最优的工艺参数条件下，MDF的各项性能指标均达到ANSI A208.2150级板的要求。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1研究目的和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1蛋白质的化学结构

1.2.2大豆蛋白胶粘剂

1.2.3中密度纤维板

1.2.4大豆蛋白改性及工艺条件对复合板性能的影响

1.3主要研究内容

第二章SDS改性大豆分离蛋白胶粘剂的研究进展

2.1前言

2.2大豆分离蛋白的提取

2.2.1大豆分离蛋白的提取方法

2.2.2大豆蛋白浸出率与pH值的关系

2.3 SDS改性大豆分离蛋白胶粘剂的制备及性能

2.3.1 SDS改性大豆分离蛋白胶粘剂的制备方法

2.3.2改性SPI胶粘剂的粘接强度试验方法

2.3.3 SDS改性SPI胶粘剂的流变性能

2.3.4 SDS改性SPI胶粘剂的粘接性能

2.4本章小结

第三章施胶量和纤维板密度与纤维板力学性能指标的相关性研究

3.1前言

3.2试验材料及方法

3.2.1试验材料

3.2.2试验设备

3.2.3试验设计

3.2.4试验步骤

3.3结果与讨论

3.3.1施胶量对纤维板力学性能的影响

3.3.2密度对纤维板力学性能的影响

3.3.3基于大豆蛋白胶的纤维板与商业中密板及ANSI标准的比较

3.4本章小结

第四章基于响应曲面设计的中密度纤维板性能试验及优化研究

4.1前言

4.2试验材料及方法

4.2.1试验材料

4.2.2试验设备

4.2.3试验设计

4.2.4试验步骤

4.3试验结果

4.4分析与讨论

4.4.1静曲强度(MOR)

4.4.2弹性模量(MOE)

4.4.3内结合强度(IB)

4.4.4抗拉强度(TS)

4.4.5密度

4.4.6 24h吸水厚度膨胀率(24h-ts)

4.4.724h吸水率(24h-WG)

4.4.8纤维板最佳工艺条件的优化

4.5本章小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2主要创新成果

5.3展望

参考文献

致 谢