水热处理对废弃人造板再生重组胶合特性的影响研究

来源 :中南林业科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jinr0op3
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随着我国人民生活水平的不断提高,我国建筑、家具以及室内装饰等行业每年都会消耗大量的木质人造板,同时每年会有大量的人造板及其制品被淘汰。而脲醛树脂因其优秀的加工性能和低廉的生产成本成为人造板工业中使用量最大的胶黏剂。若采用传统的填埋和焚烧处理废弃人造板,其中残留的脲醛树脂会导致环境污染问题。将废弃人造板用于生产再生人造板能够一定程度缓解我国人造板行业原料供需问题,更有利于实现木材工业的可持续发展。但废弃人造板通过重组胶合制备再生人造板过程中,残留于板材内部的脲醛树脂会对其再次胶合造成负面影响。固化的脲醛树脂中存在羟甲基等亲水基团,在湿热环境中易发生水解反应,因此采用绿色高效的水热法处理废弃人造板受到了相关研究人员的广泛关注。基于此,本研究选取含有脲醛树脂残留物的废弃刨花板、纤维板及胶合板作为研究对象,首先采用盐酸、氢氧化钠以及过氧化氢三种水热处理方法脱除废弃人造板中残留的脲醛树脂。随后进一步探究了水热处理后废弃人造板基本单元的化学特性以及其胶合重组特性,为废弃人造板的再生重组利用提供了理论基础。主要的研究内容和研究结果如下所示:(1)废弃人造板水热处理前后的总氮元素分析表明,随着水热温度和时间增加,废弃刨花板、纤维板和胶合板中总氮含量逐渐减少,水热温度对废弃人造板中脲醛树脂的脱除效果影响最大。试验结果表明:经过120℃水热处理60min后,酸处理废弃纤维板总氮含量下降87.81%,质量损失54.51%。碱处理废弃刨花板后总氮含量下降72.56%,质量损失30.44%。水热氧化处理废弃胶合板后总氮含量下降80.76%,质量损失16.03%。废弃人造板中脲醛树脂的脱除,将有助于其再次重组胶合利用时提升再生人造板的力学性能。(2)采用傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及X射线光电子能谱(XPS)等分析方法,探究不同水热处理方式对废弃人造板结构单元化学特性的影响。FTIR分析表明酰胺基峰强度减弱,表明水热处理破坏脲醛树脂的同时破坏了脲醛树脂与木材组分之间的胶接界面。XRD分析表明水热氧化对废弃胶合板中结晶区破坏最小,使得废弃胶合板结晶指数下降8.11%,而酸碱处理破坏了纤维素的非结晶区使得废弃人造板结晶指数提高,酸碱处理后分别使得废弃纤维板和刨花板结晶指数分别上升4.82%和10.81%。SEM分析表明水热处理后废弃人造板的表面结构被破坏,废弃人造板结构单元表面积增加有助于胶黏剂更易渗透进入木质材料表面。XPS分析表明水热处理后废弃人造板表面氮元素含量下降,活性基团增加。这有助于废弃人造板再次胶合重组制备新的人造板时,脲醛树脂与废弃人造板中的化学组分发生反应,从而形成更加牢固的胶合界面,从而提升再生人造板的使用性能。(3)探究水热处理对废弃人造板再生板材性能的影响及其重组胶合机制。通过测定再生人造板的内结合强度(IB)、静曲强度(MOR)、弹性模量(MOE)和24h吸水厚度膨胀率(TS)可知,经过水热处理的废弃人造板经胶合重组后板材的力学性能可满足《GB/T48972015刨花板》标准中的P1型刨花板性能要求。再生纤维板也可以满足《GB/T 11718 2009中密度纤维板》中干燥状态下普通中密度纤维板的性能要求。经过酸水热处理后因为对纤维单元残留的脲醛树脂去除效果最优且化学特性影响较小,故酸处理后再生纤维板性能得到了极大的提升;碱处理能够破坏木质材料表面的木质素和半纤维素,使得废弃人造板结构单元结晶度提升,这使得其去除胶黏剂组分的同时能大幅度提升板材的耐水性能;水热氧化处理在破坏废弃人造板结构单元中脲醛树脂的同时,破坏了纤维素的结晶区使得再生板材耐水性能提升较小,故水热氧化更适用于处理废弃胶合板。三种水热处理方法为废弃人造板的多级循环利用奠定了理论基础,对实现废弃人造板的清洁高效利用具有重要的研究意义。
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