CN104592555B - 水葫芦‑三聚氰胺脲醛树脂复合材料及其密度板的制备方法 - Google Patents

水葫芦‑三聚氰胺脲醛树脂复合材料及其密度板的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种水葫芦‑三聚氰胺脲醛树脂复合材料及其密度板的制备方法；该复合材料包括有：三聚氰胺脲醛树脂胶40‑50重量份、水葫芦粉末70‑80重量份、氯化铵1‑2重量份；该复合材料密度板的制备方法包括有水葫芦的前处理，处理后加入本发明所制备的三聚氰胺脲醛树脂胶中并加入相应的固化剂氯化铵，经热压成型后制得水葫芦‑三聚氰胺脲醛树脂复合密度板。本发明通过对三聚氰胺脲醛树脂胶的制备工艺进行优化，制得适合与水葫芦粉末相结合的胶黏剂，特别是在配方中加入甲氧基聚乙二醇作为表面活性剂，既能亲水葫芦粉末，又能够亲三聚氰胺脲醛树脂，从而作为粘结媒介，使得干燥水葫芦粉末与三聚氰胺脲醛树脂胶黏剂结合的更紧密。

Description

水葫芦-三聚氰胺脲醛树脂复合材料及其密度板的制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料领域技术，特别是提供一种水葫芦-三聚氰胺脲醛树脂复合材料及其密度板的制备方法。
背景技术
一方面，我国林木资源匮乏，可利用作为板材的林木资源更是稀缺。但每年生产的农作物产量巨大，因此而产生的农业剩余物也是数量众多。所以我国因地制宜，着手研究以这些农作物废料为原材料发展非木质人造板，使原本废弃或处理不当的资源得以被有效利用起来。现阶段主要通过围绕对棉杆、甘蔗渣、竹材、稻草秸秆、亚麻秆等多种农副产品或其他常见的植物纤维特性的探究，进一步开展非木质人造板的研制。
1蔗渣
由于蔗渣比重小，纤维品质优良，所制得的轻质板材能够达到较高的强度，具有耐水、耐火、抗生物腐蚀等优势，有很强的可塑性，可适用很多领域，因此拥有极大的市场价值。但是新鲜蔗渣都会残余少量的糖分，必须储藏适当的时间，但也不能太久，才能使残糖彻底自然发酵而蔗渣不会变黑。而蔗渣纤维中有三分之一以上是柔软的蔗髓，不严格去除将会严重导致材料的质量下降，加大蔗渣的预处理工作；
2竹材
竹子虽然也属于森林资源之一，但与树木相比较，竹子是速生植物，数量要远远超过木材，能够为人造板制造提供丰富的原料。竹材表面光滑，强度和抗压强度高，但结构不均匀，易虫蛀发霉，使用期短。若长时间承载较大负荷会还导致竹材发生蠕变过度的情况，使材料本身遭到破坏。
3稻草
稻草具有可与某些木材相比拟的纵向抗拉能力，即使经过热处理也只不过会稍微降低。稻草秸秆的纤维分布很不均匀，集中分布于秸秆内部，而表层则被大量的二氧化硫、脂肪类、矿质等物质所包裹，共同形成了光滑的非极性表面层，致使稻草板交接强度差。这些物质的存在不仅会阻止稻秆内部羟基与合成树脂之间化学键的生成，而且还会增加树脂固化的难度。
4其他
以脲醛胶为胶粘剂生产棉杆中密度纤维板时，施胶量12％，热压温度180℃,热压时间15s/mm的工艺条件可生产高力学性能的板材,但是板材24小时的吸水厚度膨胀率较高。
由此可见，现有非木质人造板均有着成本高、性能不稳定、易变质、力学性能低等特点。
另一方面，水葫芦繁殖迅速，会打破生态平衡，造成污染。目前采用的一些防除水葫芦的方法或多或少的都存在一定的弊端，如化学防除虽然效果比较确实,但大范围的使用费用也比较昂贵,而且最重要是在产生一系列的环境和安全方面的问题。而采用直接打捞的原始方法虽然不会造成负面效果，但却需要大量劳动力，且在没有任何经济效益作为推动力的情况下很难以保证对超出容量的水葫芦进行及时地打捞。开发利用水葫芦制备出具有一定功能性的产品，以获得相应的收益，为利用市场化方向解决水葫芦的污染问题成为解决这一问题的当务之急。
水葫芦中富含纤维素，其纤维素的硬度大，模量值高，可以作为结构材料使用。但纤维素的韧性差，抗冲击性能弱，所以要制成结构材料的话，有一定的缺陷，目前水葫芦在这方面性能的增强还未见相关报道，如何研究开发一种力学性能优异的水葫芦-树脂复合材料是决定水葫芦是否能够得到有效利用的重要因素。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，本发明的目的之一为提供一种环保、力学性能好、价格低廉且制备工艺简单的水葫芦-三聚氰胺脲醛树脂复合材料。
为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：一种水葫芦-三聚氰胺脲醛树脂复合材料，按重量份计，包括有：
三聚氰胺脲醛树脂胶 40-50重量份；
水葫芦粉末 70-80重量份；
氯化铵 1-2重量份；
所述三聚氰胺脲醛树脂胶的制备包括如下步骤：
a、首先按照重量份数计算，量取37.0％甲醛溶液150重量份，用稀氢氧化钠溶液调节酸碱性至pH＝9；
b、称量尿素50重量份加入至步骤a所制备的甲醛溶液中，待尿素溶解后，设定加热温度为40℃，加热30分钟后；再加入70重量份尿素和20重量份三聚氰胺到反应体系中，并用稀盐酸调节体系酸碱性至pH＝7，升温至80℃，加热1小时后即得三聚氰胺脲醛树脂胶；
所述水葫芦粉末直径为30-80目。
相对于现有技术，本发明通过对三聚氰胺脲醛树脂胶的制备工艺进行优化，制得适合于水葫芦粉末相结合的胶黏剂，特别是在配方中加入甲氧基聚乙二醇作为表面活性剂，既能亲水葫芦粉末，又能够亲三聚氰胺脲醛树脂，从而作为粘结媒介，使得干燥水葫芦粉末与三聚氰胺脲醛树脂胶黏剂结合的更紧密。
本发明的目的之二是提供一种水葫芦-三聚氰胺脲醛树脂复合密度板的制备方法，其包括如下步骤：
1)水葫芦前处理：采摘的水葫芦在真空烘箱中加热至80-120℃，在抽真空条件下(抽真空时候的压强为0.1个大气压)，待水葫芦草体干燥后(此时含水量低于0.5％)，通过粉碎机将干燥水葫芦破碎为粉末，破碎后的水葫芦粉末直径为30-80目；本发明加工温度较低并对水葫芦进行相应的前处理，更好的保留水葫芦纤维素的力学属性；从而有效提高水葫芦-三聚氰胺脲醛树脂复合密度板的力学性能；
2)制备三聚氰胺脲醛树脂胶包括如下步骤：
a、首先按照重量份数计算，量取37.0％甲醛溶液150重量份，用稀氢氧化钠溶液调节酸碱性至pH＝9；
b、称量尿素50重量份加入至步骤a所制备的甲醛溶液中，待尿素溶解后，设定加热温度为40℃，加热30分钟后；再加入70重量份尿素、20重量份三聚氰胺和5重量份甲氧基聚乙二醇(分子量750)做为表面活性剂加到反应体系中，并用稀盐酸调节体系酸碱性至pH＝7，升温至80℃，加热1小时后即得三聚氰胺脲醛树脂胶；
3)按照重量份数计算，称取步骤2)中制备得到的三聚氰胺脲醛树脂胶40-50重量份，称取步骤1)中制得的干燥的水葫芦粉末70-80重量份，并加入1-2质量份的氯化铵作为固化剂，通过机械搅拌将三种组分混合均匀；
4)将步骤3)制得的混合物通过热压成型制得水葫芦-三聚氰胺脲醛树脂复合密度板。
所述步骤4)热压成型的温度为130—140℃。
所述水葫芦在80-120℃的真空条件下烘干至其含水量低于0.5％；水葫芦的大小为30-80目。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，本发明通过对三聚氰胺脲醛树脂胶的制备工艺进行优化，制得适合于水葫芦粉末相结合的胶黏剂，特别是在配方中加入甲氧基聚乙二醇(分子量750)做为表面活性剂，既能亲水葫芦粉末，又能够亲三聚氰胺脲醛树脂，从而作为粘结媒介，让干燥水葫芦粉末与三聚氰胺脲醛树脂胶黏剂结合的更紧密，同时，本发明加工温度较低并对水葫芦进行相应的前处理，更好的保留水葫芦纤维素的力学属性；从而有效提高水葫芦-三聚氰胺脲醛树脂复合密度板的力学性能；且水葫芦富含纤维素，以其为原料与经本发明所制备的三聚氰胺脲醛树脂胶黏剂复合生产密度板代替木质材料板，一方面减少木材资源的消耗，缓解我国森林资源短缺的危机；另一方面解决水葫芦的疯长给河道带来的水体污染问题，在解决环境问题的同时，巧妙地利用廉价的水葫芦，降低人造板的生产成本；提高产品的市场竞争力，使本产品极具市场推广价值。
具体实施方式
实施例1
一种水葫芦-三聚氰胺脲醛树脂复合材料，按重量份计，包括有：
三聚氰胺脲醛树脂胶 40重量份；
水葫芦粉末 80重量份；
氯化铵 2重量份；
由上述水葫芦-三聚氰胺脲醛树脂复合材料制备密度板的方法，包括如下步骤：
1)水葫芦前处理：采摘的水葫芦在真空烘箱中加热至80-120℃，在抽真空条件下(抽真空时候的压强为0.1个大气压)，待水葫芦草体干燥后(此时含水量为0.43％)，通过粉碎机将干燥水葫芦破碎为粉末，破碎后的水葫芦粉末直径为80目。
2)制备三聚氰胺脲醛树脂胶包括如下步骤：
a、首先按照重量份数计算，量取37.0％甲醛溶液150重量份，用稀氢氧化钠溶液调节酸碱性至pH＝9；
b、称量尿素50重量份加入至步骤a所制备的甲醛溶液中，待尿素溶解后，设定加热温度为40℃，加热30分钟后；再加入70重量份尿素、5重量份甲氧基聚乙二醇(分子量750)做为表面活性剂和20重量份三聚氰胺到反应体系中，并用稀盐酸调节体系酸碱性至pH＝7，升温至80℃，加热1小时后即得三聚氰胺脲醛树脂胶；
3)按照重量份数计算，称取步骤2)中制备得到的三聚氰胺脲醛树脂胶40重量份，称取步骤1)中制得的干燥的水葫芦粉末80重量份，并加入2质量份的氯化铵作为固化剂，通过机械搅拌将三种组分混合均匀；
4)将步骤3)制得的混合物通过热压成型制得水葫芦-三聚氰胺脲醛树脂复合密度板。
所述步骤4)热压成型的温度为140℃。
所述水葫芦在120℃的条件下烘干至其含水量低于0.5％；水葫芦的大小为80目。
实施例2
一种水葫芦-三聚氰胺脲醛树脂复合材料，按重量份计，包括有：
三聚氰胺脲醛树脂胶 50重量份；
水葫芦粉末 70重量份；
氯化铵 1重量份；
由上述水葫芦-三聚氰胺脲醛树脂复合材料制备密度板的方法，包括如下步骤：
1)水葫芦前处理：采摘的水葫芦在真空烘箱中加热至80-120℃，在抽真空条件下(抽真空时候的压强为0.1个大气压)，待水葫芦草体干燥后(此时含水量为0.4％)，通过粉碎机将干燥水葫芦破碎为粉末，破碎后的水葫芦粉末直径为30目。
2)制备三聚氰胺脲醛树脂胶包括如下步骤：
a、首先按照重量份数计算，量取37.0％甲醛溶液150重量份，用稀氢氧化钠溶液调节酸碱性至pH＝9；
b、称量尿素50重量份加入至步骤a所制备的甲醛溶液中，待尿素溶解后，设定加热温度为40℃，加热30分钟后；再加入70重量份尿素、20重量份三聚氰胺和5重量份甲氧基聚乙二醇(分子量750)做为表面活性剂到反应体系中，并用稀盐酸调节体系酸碱性至pH＝7，升温至80℃，加热1小时后即得三聚氰胺脲醛树脂胶；
3)按照重量份数计算，称取步骤2)中制备得到的三聚氰胺脲醛树脂胶50重量份，称取步骤1)中制得的干燥的水葫芦粉末70重量份，并加入1质量份的氯化铵作为固化剂，通过机械搅拌将三种组分混合均匀；
4)将步骤3)制得的混合物通过热压成型制得水葫芦-三聚氰胺脲醛树脂复合密度板。
所述步骤4)热压成型的温度为135℃。
所述水葫芦在80℃的条件下烘干至其含水量低于0.5％；水葫芦的大小为30目。
实施例3
一种水葫芦-三聚氰胺脲醛树脂复合材料，按重量份计，包括有：
三聚氰胺脲醛树脂胶 45重量份；
水葫芦粉末 75量份；
氯化铵 1.5份；
由上述水葫芦-三聚氰胺脲醛树脂复合材料制备密度板的方法，包括如下步骤：
1)水葫芦前处理：采摘的水葫芦在真空烘箱中加热至80-120℃，在抽真空条件下(抽真空时候的压强为0.1个大气压)，待水葫芦草体干燥后(此时含水量为0.5％)，通过粉碎机将干燥水葫芦破碎为粉末，破碎后的水葫芦粉末直径为60目。
2)制备三聚氰胺脲醛树脂胶包括如下步骤：
a、首先按照重量份数计算，量取37.0％甲醛溶液150重量份，用稀氢氧化钠溶液调节酸碱性至pH＝9；
b、称量尿素50重量份加入至步骤a所制备的甲醛溶液中，待尿素溶解后，设定加热温度为40℃，加热30分钟后；再加入70重量份尿素、20重量份三聚氰胺和5重量份甲氧基聚乙二醇(分子量750)做为表面活性剂到反应体系中，并用稀盐酸调节体系酸碱性至pH＝7，升温至80℃，加热1小时后即得三聚氰胺脲醛树脂胶；
3)按照重量份数计算，称取步骤2)中制备得到的三聚氰胺脲醛树脂胶45量份，称取步骤1)中制得的干燥的水葫芦粉末75量份，并加入1.5份的氯化铵作为固化剂，通过机械搅拌将三种组分混合均匀；
4)将步骤3)制得的混合物通过热压成型制得水葫芦-三聚氰胺脲醛树脂复合密度板。
所述步骤4)热压成型的温度为130℃。
所述水葫芦在100℃的条件下烘干至其含水量低于0.5％；水葫芦的大小为60目。
本发明的各种性能测试方法均采用GB/T11718-2009的要求进行测试。由上述实施例1-3的材料及工艺制得厚度为12mm的普通型中密度纤维板；经检测，其性能指标检测值如下：
特性测试效果表
综上所述，本发明通过对三聚氰胺脲醛树脂胶的制备工艺进行优化，制得适合于水葫芦粉末相结合的胶黏剂，特别是在配方中加入甲氧基聚乙二醇(分子量750)做为表面活性剂，既能亲水葫芦粉末，又能够亲三聚氰胺脲醛树脂，从而作为粘结媒介，让干燥水葫芦粉末与三聚氰胺脲醛树脂胶黏剂结合得更紧密，同时，本发明加工温度较低并对水葫芦进行相应的前处理；从而有效提高水葫芦-三聚氰胺脲醛树脂复合密度板的力学性能；本方法所制备的密度板的密度约0.7g/cm3；静曲强度大于41.9MPa；弹性模量为3455MPa以上；内结合强度为0.82MPa以上；吸水厚度膨胀率低于9.3％；在公称厚度为12mm的条件下，依照普通型中密度纤维板国家标准(GB/T 11718-2009)中干燥状态下使用的普通型中密度纤维板的性能要求指标，本发明所制得的密度板各项指标均优于国家标准，所制得的密度板表现出良好的力学性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等同变化和修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种水葫芦-三聚氰胺脲醛树脂复合密度板的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)水葫芦前处理：所述水葫芦在80-120℃的抽真空条件下烘干至其含水量低于0.5％；通过粉碎机将干燥水葫芦破碎为粉末，破碎后的水葫芦粉末直径为30-80目；
2)制备三聚氰胺脲醛树脂胶包括如下步骤：
a、首先按照重量份数计算，量取37.0％甲醛溶液150重量份，用稀氢氧化钠溶液调节酸碱性至pH＝9；
b、称量尿素50重量份加入至步骤a所制备的甲醛溶液中，待尿素溶解后，设定加热温度为40℃，加热30分钟后；再加入70重量份尿素、20重量份三聚氰胺和5重量份甲氧基聚乙二醇，加到反应体系中，并用稀盐酸调节体系酸碱性至pH＝7，升温至80℃，加热1小时后即得三聚氰胺脲醛树脂胶；
3)按照重量份数计算，称取步骤2)中制备得到的三聚氰胺脲醛树脂胶40-50重量份，称取步骤1)中制得的干燥的水葫芦粉末70-80重量份，并加入1-2重量份的氯化铵作为固化剂，通过机械搅拌将三种组分混合均匀；
4)将步骤3)制得的混合物通过热压成型制得水葫芦-三聚氰胺脲醛树脂复合密度板。
2.根据权利要求1所述水葫芦-三聚氰胺脲醛树脂复合密度板的制备方法，其特征在于：所述步骤4)热压成型的温度为130-140℃。
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