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麦秆纤维特性及脲醛树脂麦秆纤维板工艺的研究

作　者: 艾军
导　师: 陆仁书
学　校: 东北林业大学
专　业: 木材科学与技术
关键词: 麦秆利用热磨法麦秆纤维麦秆纤维本体性能麦秆纤维表面性能麦秆纤维化学接枝改性麦秆纤维的plasma处理脲醛树脂固化反应动力学麦秆纤维板
分类号: TQ353
类　型: 博士论文
年　份: 2001年
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内容摘要

我国农作物生产结构中，小麦是最主要的粮食作物之一，每年废弃的秸秆较多，在给环境带来了严重污染的同时，也造成了资源的浪费。因此，如何开发利用麦秆，早已引起人们的密切关注，更是目前所面临的一个重要研究课题。迄今为止，麦秆人造板的研究主要基于异氰酸酯麦秆人造板，但由于异氰酸酯的特性及成本等问题，使得用异氰酸酯生产的麦秆人造板，在国内、甚至国外，广泛实现工业化和被市场认同的速度极慢。为了适应市场需求，采用价格低廉的脲醛树脂胶生产合格的麦秆纤维板，可极大地缩短麦秆代替木材生产人造板的工业化进程。为了达到上述目的，本研究首次对热磨法麦秆纤维的本体性能及表面性能进行了研究。利用化学分析法、傅立叶红外光谱（FT-IR）、化学光电子能谱（ESCA）等手段研究了麦秆纤维的化学组成在不同处理条件下的变化规律以及麦秆纤维中纤维素、半纤维素、木素在不同处理条件下的结构变化等。结果表明，在试验条件下，麦秆纤维的溶液抽提物随处理时间的延长有下降的趋势，而主要成分α-纤维素、半纤维素、木素的含量及结构无显著变化；热失重分析表明，在受热温度＜180℃时，麦种纤维及其主要成分无明显的热失重现象。以上研究表明热磨法麦秆纤维有可能代替木纤维作为纤维板原料。利用ESCA分析方法，对麦秆、麦秆横截面不同层面以及麦秆纤维表面进行了元素和官能团及其含量的分析结果表明，麦秆经热磨法分离不仅去除了角质层，而且其表面具有比麦秆外、内表面都大的极性和反应活性，这些化学特性的研究，进一步表明了用脲醛树脂胶接麦秆纤维生产麦秆纤维板的可能性。利用FT-IR、ESCA分析方法，证明通过化学接枝可以将单体支链引入麦秆纤维表面，使麦秆纤维表面性能发生变化。通过ESCA分析方法，证明利用plasma对麦秆纤维表面进行处理，可以在保证本体性能的前提下得到高活性的表面。这些开创性的研究结果为麦秆纤维与不同树脂复合，开拓更多的新型麦秆纤维复合材料提供了理论依据。采用DSC分析技术，研究了麦秆纤维板用脲醛树脂的固化动力学。通过固化反应活化能及固化放热过程了解脲醛树脂的固化，从而为麦秆纤维板热压工艺提供了理论依据。在麦秆纤维的研究及脲醛树脂固化动力学研究基础上，首次采用脲醛树脂胶接麦秆纤维制得了符合GB/T1718-1999室内型板物理力学性能指标（简称国家标准）的麦秆纤维板。并对脲醛树脂麦秆纤维板的主要工艺参数与性能的关系进行了研究。研究发现，由于麦秆纤维的物理化学特性所致，在设定的试验条件下，麦秆纤维板有着与木质纤维板不同的工艺。与木质纤维板相比，要使麦秆纤维板的性能达到国家标准，麦秆纤维板需要更高的施胶量和板坯含水率；热压温度需低于木质纤维板；在设定的麦秆热磨东北林业人学博！：学位论义分离条件卜，采用 160℃卜分离的纤维，随着预热处理时间的延长，板性能有所改菩；与木质纤维板相同，密度增加、热压时间延长有利于麦秆纤维板性能的提高。本文研究表明，麦秆纤维完全有可能代替木材与脏醛树脂胶接生产出合格的纤维板产品；同时由于麦秆纤维可以通过改性的方法，改善与其他树脂的相容性，有可能与其他树脂复合形成新型的上秆纤维复合材料，从而进一步扩人麦秆综合利用途径。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-11
第1章绪论  11-36
  1．1 课题的研究背景和意义  11-14
  1．2 麦秆纤维资源及综合利用现状  14-16
    1．2．1 农作物秸秆资源及利用  15
    1．2．2 农作物秸秆用途的资源分析  15-16
  1．3 麦秆纤维原料特性及表面改性方法  16-28
    1．3．1 麦秆纤维原料的生物构造  16-19
    1．3．2 麦秆纤维原料的物理特性  19-21
    1．3．3 麦秆纤维原料的化学特性  21-25
    1．3．4 麦秆纤维原料表面处理方法  25-28
  1．4 麦秆纤维复合材料  28-31
    1．4．1 麦秆纤维复合材料用基体树脂  28
    1．4．2 树脂基麦秆纤维复合材料  28-30
    1．4．3 麦秆纤维增强水泥复合材料  30-31
    1．4．4 麦秆纤维增强石膏复合材料  31
  1．5 麦秆纤维复合材料的研究现状及其应用前景  31-34
    1．5．1 研究现状  31-32
    1．5．2 应用前景  32-34
  1．6 课题主要研究内容  34-36
第2章试验材料与研究方法  36-42
  2．1 试验用原料及设备  36-37
    2．1．1 试验用原料  36
    2．1．2 试验用设备  36-37
  2．2 主要研究方法  37-42
    2．2．1 傅立叶红外吸收光谱分析  37-38
    2．2．2 化学分析光电子能谱分析  38-40
    2．2．3 差示扫描量热法分析  40-42
第3章麦秆纤维本体性能和表面性能研究  42-60
  3．1 麦秆纤维分离  43-44
  3．2 麦秆纤维本体性能  44-54
    3．2．1 麦秆纤维化学成分分析方法  45-46
    3．2．2 麦秆纤维本体化学成分分析  46-48
    3．2．3 麦秆纤维主要成分结构表征  48-53
    3．2．4 麦秆纤维的热解  53-54
  3．3 麦秆纤维表面性能  54-59
    3．3．1 麦秆片表面元素和官能团分析  54-55
    3．3．2 麦秆纤维表面元素和官能团分析  55-59
  3．4 本章小结  59-60
第4章麦秆纤维改性技术研究  60-79
  4．1 麦秆纤维化学接枝改性  60-71
    4．1．1 麦秆纤维化学接枝设计  60-62
    4．1．2 不同引发剂麦秆纤维化学接枝改性  62-66
    4．1．3 麦秆纤维接枝反应历程  66-71
  4．2 麦秆纤维表面plasma处理  71-77
    4．2．1 plasma中的活性成分  71-72
    4．2．2 不同处理参数麦秆纤维表面plasma处理  72
    4．2．3 plasma处理的麦秆纤维表面官能团分析及表征  72-76
    4．2．4 麦秆纤维表面与空气plasma反应历程  76-77
  4．3 本章小结  77-79
第5章脲醛树脂麦秆纤维板工艺及性能研究  79-105
  5．1 麦秆纤维板用脲醛树脂固化反应动力学  79-87
    5．1．1 固化剂加入量对脲醛树脂固化反应的影响  79-82
    5．1．2 脲醛树脂固化反应动力学及反应活化能  82-87
  5．2 脲醛树脂麦秆纤维板工艺参数的研究  87-103
    5．2．1 试验方法及检验标准  87-88
    5．2．2 试验工艺参数的确定  88-91
    5．2．3 主要工艺参数对麦秆纤维板性能的影响  91-103
  5．3 本章小结  103-105
结论  105-107
攻读博士学位期间发表的论文  107-108
致谢  108-109
参考文献  109-113

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