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纳米纤维素改性豆胶的特性及其制板工艺研究

作　者: 张利彭
导　师: 张洋
学　校: 南京林业大学
专　业: 木材科学与技术
关键词: 大豆蛋白胶粘剂 纳米纤维素 三聚氰胺树脂 制板工艺 胶合板
分类号: TS653
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


本文以大豆分离蛋白（SPI）为原料，以纳米纤维素（NCC）作为增强改性剂制备大豆蛋白胶粘剂，并用于胶合板的工艺研究；采用三聚氰胺树脂（MF）对NCC进行表面羟甲基修饰，对其改性效果进行了研究与表征分析；研究了pH、固含量、反应时间和反应温度等反应条件对大豆蛋白胶粘剂粘度的影响，优选出了较佳的反应条件与NCC添加量；利用响应面法对豆胶胶合板的制板工艺进行了研究，并建立了相关的数学模型，优化出了最佳工艺条件。得出主要结论如下：（1）NCC经MF表面羟甲基修饰后，基本保持了纤维的晶型结构，在2θ=28°附近出现了MF衍射峰；随着三聚氰胺-甲醛混合物添加量的增加，NCC的结晶度先增大后减小；由于表面羟基被大量疏水性基团取代，分散性和浸润性明显提高，团聚现象显著降低，形态更加松散；表面自由基浓度显著增加，达到改性前自由基浓度5倍左右。综合考虑，三聚氰胺-甲醛混合物添加量以10%较为适宜。（2）在本试验范围内，大豆蛋白胶粘剂的最佳反应条件为：固含量20%，pH为8左右，反应温度30℃，反应时间1.5h。NCC添加量对豆胶和杨木豆胶胶合板的胶合强度有显著影响。添加5%NCC后，豆胶的热变性顶峰温度升高至70.5℃，促进分子舒展更加充分，暴露出更多非极性基团，有利于提高胶合强度；豆胶起始降解温度有所延长；豆胶固化后的孔隙和表面褶皱明显减少，有利于形成致密的胶层，提高豆胶的耐水性。综合考虑NCC的添加量以5%较为适宜。（3）以力学性能指标胶合强度为响应值，研究了热压温度、热压压力和施胶量对豆胶胶合板胶合强度的影响规律，并建立了二次多元回归方程（模型），该模型显著，失拟性不显著，可以较好地对胶合强度进行分析和预测；热压温度与热压压力、热压温度与施胶量对豆胶胶合板的胶合强度存在显著的交互影响，而热压压力与施胶量的交互影响不太显著；在本试验范围内，随着热压温度的升高，胶合强度先增大到一定程度后不再显著变化；随着热压压力的增加，胶合强度先增大后减小；随着施胶量的增大，胶合强度也呈现出先增大后减小的趋势；当热压温度为150℃、热压压力为1.3MPa、施胶量为441.4g/m~2时，豆胶胶合板的综合性能最佳，胶合强度值可达到0.84MPa；在最优的工艺参数条件下，豆胶杨木胶合板的强度指标可达到国家标准GB/T9846-2004规定的Ⅱ类胶合板的要求。

全文目录


致谢  3-4
摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 研究背景和意义  9-10
  1.2 大豆蛋白胶粘剂的研究概况  10-13
    1.2.1 大豆蛋白的化学组成与结构特征  10
    1.2.2 大豆蛋白胶粘剂的胶接及耐水机理  10-11
    1.2.3 大豆蛋白胶粘剂的改性研究  11-13
  1.3 纳米纤维素的研究概况  13-17
    1.3.1 纳米纤维素及其特性  14
    1.3.2 纳米纤维素的改性研究  14-15
    1.3.3 纳米纤维素增强改性胶粘剂的研究进展  15-16
    1.3.4 纳米纤维素及其改性胶粘剂的特性表征  16-17
  1.4 研究内容与主要创新点  17-18
    1.4.1 研究内容  17
    1.4.2 主要创新点  17-18
第2章 纳米纤维素的表面羟甲基修饰及其表征  18-28
  2.1 引言  18-19
  2.2 试验材料与方法  19-21
    2.2.1 试验原料与试剂  19
    2.2.2 纳米纤维素的表面羟甲基修饰  19-20
    2.2.3 性能测试与表征  20-21
  2.3 结果与分析  21-27
    2.3.1 FTIR 分析  21-22
    2.3.2 XRD 分析  22-23
    2.3.3 浸润性分析  23-24
    2.3.4 ESR 分析  24-25
    2.3.5 SEM 分析  25-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章 纳米纤维素改性大豆蛋白胶粘剂及其性能研究  28-39
  3.1 引言  28-29
  3.2 试验材料与方法  29-31
    3.2.1 试验原料与试剂  29
    3.2.2 大豆蛋白胶粘剂的制备工艺  29
    3.2.3 纳米纤维素改性大豆蛋白胶粘剂  29
    3.2.4 胶合板的制备  29-30
    3.2.5 性能测试与表征  30-31
  3.3 结果与分析  31-38
    3.3.1 反应条件对豆胶粘度的影响  31-34
    3.3.2 纳米纤维素对大豆蛋白胶粘剂性能的影响  34
    3.3.3 纳米纤维素对豆胶胶合板胶合强度的影响  34-35
    3.3.4 DSC 分析  35-36
    3.3.5 TGA 分析  36
    3.3.6 SEM 分析  36-38
  3.4 本章小结  38-39
第4章 基于响应面法优化豆胶胶合板的制板工艺研究  39-50
  4.1 引言  39-40
  4.2 试验材料与方法  40-44
    4.2.1 试验材料  40
    4.2.2 纳米纤维素改性豆胶的制备  40
    4.2.3 Plackett-Burman 筛选试验设计  40-42
    4.2.4 响应面试验设计及统计分析  42-44
  4.3 性能测试  44
  4.4 结果与分析  44-48
    4.4.1 Box-Behnken 设计分析与模型确定  44-45
    4.4.2 响应曲面分析  45-48
  4.5 豆胶胶合板最佳工艺条件优化  48-49
  4.6 本章小结  49-50
第5章 总结论  50-51
参考文献  51-54

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中图分类: > 工业技术 > 轻工业、手工业 > 木材加工工业、家具制造工业 > 加工工艺 > 人造板生产
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