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木质纤维—氨基树脂模塑料的制备与性能研究

作　者: 韩春国
导　师: 储富祥
学　校: 中国林业科学研究院
专　业: 林产化学加工工程
关键词: 秸秆氨基树脂增塑剂固化剂模塑料
分类号: TQ320.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

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/m~2,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/m~2、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6 000、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6 000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6 000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/m~2,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。

木质纤维—氨基树脂模塑料的制备与性能研究

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