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1、个人资料整理 仅限学习使用扬g % # 大承FUJIAN AGRICULTURE AND FORESTRY UNIVERSITY本科毕业论文论文题目：搬木和杨木抽提成分对胶合性能的影响学 院：材料工程学院专业年级：材料科学与工程 2005级学号:051055008姓名：汪崇贵指导教师、职称：林巧佳 教授 黄晓东讲师30 日2009 年5 月Effect of Extraction Components ofBasswood andPoplar on the Bonding PropertiesCollege: MaterialEngineeringCollegeSpecialty and Gr
2、ade Material Science and Engineering,2005Number:051055008Name:WangChongguiAdvisor: Professor Lin Qiaojia LecturerHuang XiaodongSubmitted time:May30, 2009目录摘要：1Abstract1引言31.1 研究意义31.2 国外研究现状31.3 国内研究现状41.4 本课题研究内容和目标52实验材料与方法62.1 实验材料62.2 化学试剂62.3 实验仪器及设备62.4 实验方法72.4.1 杨木和根木含水率测定72.4.2 杨木和根木PH值测定72
3、.4.3 冷水提取抽提物的测定72.4.4 热水提取抽提物的测定72.4.5 氢氧化钠溶液提取抽提物的测定 82.4.6 苯-醇提取抽提物的测定82.4.7 月尿醛树脂胶黏剂制备82.4.8 压制胶合板82.4.9 试件制作及检测93实验结果与分析103.1 杨木和根木含水率值103.2 杨木和根木PH值103.3 冷水提取抽提物含量113.4 热水提取抽提物含量123.51 %氢氧化钠溶液提取抽提物含量123.52 -醇提取抽提物含量133.53 合板性能测试结果153.54 交实验胶合板结果154结论175问题与建议17参考文献：19致谢21摘要：本文针对杨木和根木胶合板胶合性能差的问题,
4、首先测定杨木和根木在四种抽提条件下 冷水抽提、热水抽提、1%NaOH液抽提、苯-醇抽提）抽提物成份的含量，确定各种抽 提物含量对杨木和根木胶合板胶合性能的影响；研制一种改性月尿醛树脂胶粘剂，提高杨木和根木胶合板胶合性能；采用正交实验方法，确定杨木和根木胶合板最佳生产工艺。结果表 明，当固化剂NHCl含量为1%温度100C、热压时间为1.2 min/mmx单板厚度）时，杨木 胶合板胶合强度性能最好；当固化剂 NH4C1含量为1%温度100C、热压时间为1.0 min/mm x单板厚度）时，根木胶合板胶合强度性能最好。关键词：杨木和根木抽提物成分改性胶合性能Abstract: In this pa
5、per, specific to the problem of glue poor performance Obasswood plywood and poplar plywood, first of all,measurepoplar and basswood s extraction components in the four extractionconditions (cold water extraction, water extraction, 1% NaOH solution extraction, benzene - alcohol extraction*。determine
6、the effect of the content of the various extractspoplar and basswood plywood gluing properties。 then develop a modified urea-formaldehyde resin adhesive, to improvepoplar and basswoodplywood gluing properties. At last use orthogonal test method to determine the best production process of theoplar an
7、d basswood plywood . The results show that, when the curing agent NHCl concentration of 1%, temperature 100 C , hot-pressing time (1.0 min / mm board thickness, the performance opoplar plywood bonding strength is the best when the curing agent NHCl concentration of 1%, temperature 100 C , hot-pressi
8、ng time (1.2 min / mm board thickness, the performance obasswoodplywood bonding strength is the best.Key words:basswoodand poplar。 extract components modification0 bonding performance个人资料整理 仅限学习使用1引言1.1 研究意义木质材料被广泛应用于房屋、家具等行业，在国家的经济建设中发挥着重要作用。就 木材的组成成分而言，它是天然生长形成的一种有机物，除了含有数量较多的纤维素、半 纤维素和木质素等主要成分之外，
9、还含有多种次要成分。其中比较重要的是木材的抽提 物，木材中有它们的存在，对木材的材性、板材胶合强度及加工利用等方面均有较大的影 响1。对胶合板而言，胶合强度是衡量其质量的的一个重要指标，而木材抽提物又是影响胶 合板胶合强度的一个重要的因素，加强对木材抽提物的研究能够在一定程度上改善目前胶 合板质量上存在的一些问题（如胶合强度不高等 ,使胶合板质量进一步加强，间接消除某 些安全隐患，同时也创造出更多的经济效益。本课题针对杨木和根木胶合板胶合性能差的问题 ，通过测定杨木和根木在四种抽提条件 下冷水抽提、热水抽提、1%NaOH液抽提、苯-醇抽提）各抽提成份的数值大小，研究各抽 提成份对杨木和根木胶合
10、板胶合性能的影响，并通过研制一种改性的月尿醛树脂胶粘剂，提高 杨木和根木胶合板胶合性能，为杨木和根木胶合板的产业化生产打下基础。杨树是落叶乔木，生长较快，特别是速生杨树生长更快，生长78年即成熟。杨树纹理较直，结构细，材质轻，材表面平滑，有一定的实用价值。由于杨树木材的密度较 低、材色浅、加工容易，可以生产密度低、力学性能满足要求、板面色浅、外观质量好的产 品。是工农业生产上的重要用材，主要供胶合板、制浆造纸使用。目前来说杨树在国内 最大用量是做为胶合板和水泥模板，但是在利用其制成胶合板的过程中，由于杨树木材中 含有较多的抽提物等因素，使得杨树木材在制成胶合板时会使得胶合强度有所下降，直接 影
11、响企业的经济效益。根树是一种珍贵的阔叶树种，木材纹理的美观，资源丰富，有胶合板的开发和利用的价 值与前途，现在国内外对用根木制造胶合板的研究还很少。在木材加工过程中，抽提物不仅影响木材的某些性质，而且也影响加工工艺2-3 0目前， 有关木材抽提物的组成、含量与性质的研究还很少 ，甚至还没有引起木材加工工业的充分注 意。而且在木材加工中遇到的部分难以解决的问题与抽提物的性质密切相关，因此我们加 强对木材抽提物的研究对我们在木材生产加工方面有着相当大的意义。1.2 国外研究现状Nguyen等4用苯醇除去弱极性和非极性抽提物后，花旗松木材的润湿性能明显提高；CheA5个人资料整理 仅限学习使用用多种
12、有机溶剂去除抽提物后，发现几种亚洲阔叶树材的润湿性能得到改善，UFW脂的胶合强度随被胶合材的润湿性提高而成线性增加。Roffael等6-7观察到，桥木、龙脑香的酸性抽提物可降低PFW脂的pH1,产生二甲亚基醴键链接，延长固化时间；Hs巡回发现酸性抽提物可缩短PFW脂凝胶时间，产生不完全凝胶，阻碍树脂渗透；此外酸性抽提物还可增加 固化后PFW脂的水溶性，P1低胶层耐久性1;对于酸催化固化的胶黏剂，抽提物可直接影响 其固化速度。如柚木、红杯的水溶性抽提物可延长 UFW脂的固化时间网，白杯的乙醇抽提物 可减少UFW脂41%勺凝胶时间9; Hancock10指出，单板在干燥前进行抽提物处理，胶合性能
13、的改善程度比干燥后处理更显著。1.3 国内研究现状由于木材抽提物对木材个方面性质的影响均较为重要，严重影响着木材的加工利用， 特别是其对板材胶合性能的影响更是重要，因此国内外对木材抽提物的研究非常多。王金满、刘一星、戴澄月等11测量我国东北四种常见木材抽提前后渗透性的改变，应 用电子显微镜观察了木材抽提后微观结构的变化，分析和探讨了木材抽提对渗透性影响的 机理。结果表明，木材经过四种方法的抽提以后渗透性均有不同程度的提高。木材渗透性 的提高与抽提时间成线性关系。抽提改善了木材内部流体流动的通路，提高木材渗透性的 内在原因是除去了纹孔膜上的结壳物质。郑真真、彭万喜、李凯夫等12采用分类实验方法，
14、探索抽提物和抽提工艺对黎痂榜木 材横界面的影响。实验结果表明，有机、热水、温水和冷水等处理后，黎痂楞材横切面的 接触角增大，表面自由能降低，而碱处理后，接触角降低，表面自由能增大。可见，黎痂 榜材经过抽提处理可以改变或控制其横界面性质，从而达到界面设计的要求。彭万喜、朱同林、郑真真等13研究发现：在木材加工过程中，抽提物不仅影响木材的某 些性质，而且也影响加工工艺，甚至会危害到操作者的身体健康。陆文达14主要就抽提物对木材胶合性能的影响和生产工艺中应用采取的措施作了较为 详尽的分析。具体来说他主要是从以下几个方面进行了分析：一是指出了木材抽提物会污 染木质材料的界面，提出木质材料界面的污染物，
15、常常妨碍涂胶时胶液向木材界面的扩 散，导致胶层固化不良，降低胶合强度，而抽提物质是引起材料界面污染的主要来源。二 是抽提物改变了木质材料界面的极性和可湿性。三是抽提物延长了胶液的固化时间，因为 抽提物的酸性降低了胶合界面的PHS,不尽延长了热压时间，而且析出酚醛树脂中的固体 物质，削弱了木材和胶液之间的关联。四是抽提物中何种抽提成分影响胶合强度，抽提物 种类繁多，主要有挥发性油、树脂、色素、单宁、蜡、生物碱、番醇和碳水化合物。通过 具体实验得出是何种抽提成分影响胶合强度。张奕15研究了在商用缓凝剂（Retardam P的存在下术材水抽提物对石膏浆料和石膏刨花板凝固时间及其强度的综合影响。王炼、
16、程瑞香等16研究影响木材胶合强度的诸要素，论述了木材与其胶合强度有关的 因素，诸如木材的密度、纤维的方向、含水率、收缩膨胀率、粘接面特性、抽提物和PHS等对木材胶合强度的影响。同时指出木材抽提物的存在即对木材的颜色、气味和渗透性等 有重要影响，又决定着木材的酸碱性质，从而影响着木材胶合和变色，金属腐蚀和胶接性 能1719。因此，研究木材酸碱特性和抽提物含量及其相互关系，探讨影响木材酸碱度的内 在因素，对于木材的加工和利用具有重要意义。作者对马占相思不同样株和不同树干高度 心材与边材的pHR其酸碱缓冲容量和冷水、热水、1%aOH苯一醇等抽提物的含量进行了测 定，并作相关分析，旨在为马占相思木材的
17、加工利用提供参考依据，也为所有木材的加工 利用提供一种相对的参考数据。张玉萍、傅峰等20的人工林难胶合木材，介绍了从木材密度、抽提物、加工性能等方 面讨论了人工林难胶合木材胶合困难的主要原因，阐述了改善胶合性能的主要措施、胶合 面加工质量的改善、抽提物处理和润湿性改进等，是目前改善人工林难胶合木材胶合性能 的主要方法，但效果不是很显著，还有待进一步的改进研究。粱宏温21马占相思木材酸碱性质与抽提物含量及其相关性，介绍了对1O年生马占相思木材酸碱性质和抽提物含量进行了测定和相关分析，结果表明：马占相思木材平均pH为5.34,呈酸性，其酸缓冲容量和碱缓冲容量分别为 0.142 mmol和0.053
18、 mmol ,两者的比值 为2.68,其冷水、热水、1%NaOH苯一醇的抽提物含量平均值分别为 4.84, 5.75, 15.98 和6.09;心材的酸缓冲容量和冷水、热水、1%NaOH苯-醇的抽提物含量明显高于边材，并 随着树干高度的增加而减小；而pHff口碱缓冲容量则低于边材，并随着树干高度的增加而增 大；pH与酸缓冲容量及热水、1%NaOH苯一醇的抽提物含量呈负相关，而与碱缓冲容量和 冷水抽提物含量呈正相关。冯立群等22通过测定、分析沙柳木材的纤维形态及化学成分，认为沙柳是制造人造板的 优质原料。非常遗憾的是，虽然相关专家学者及其他研究人员在木材抽提物方面已经作了许多的 研究，但是通过研
19、制一种新型改性月尿醛树脂胶粘剂，用于克服木材抽提物对成品胶合板胶合 性能的影响，提高杨木和根木胶合板胶合性能这方面的研究几乎还没有，因此，本课题的研 究具有广泛的应用前景。1.4 本课题研究内容和目标杨木和根木木材中的抽提物影响了胶合质量。尽管它们不是木材组织的结构物质，且大多含量不高，但它对木材的胶合性能有重要的影响。本课题主要研究通过中国国家标准 中树材抽提物含量的检测方法，检测分析出杨木和根木木材中抽提物含量的大小，然后分个人资料整理 仅限学习使用析各自树材中的各种抽提物含量对其所制成的胶合板胶合性能的影响。同时，通过查阅相关资料，研制一种改性月尿醛树脂胶粘剂，提高杨木和根木胶合板胶合性
20、能。最后，采用正交 实验方法，确定杨木和根木胶合板最佳生产工艺。因此研究抽提物对胶合性能的影响对于提高人造板性能具有重要的意义。本课题的主要目标是：1）通过国家标准 GB/T2677.4-93冷水抽提、热水抽提）、 GB/T2677.6-94苯醇抽提）、 6862677.5-93氢氧化纳抽提）方法，检测分析杨木和根木木材中的抽提物的各种含量的大 小； 2）确定各种抽提物含量对杨木和根木胶合板胶合性能的影响大小； 3）研制一种改性月K醛树脂胶粘剂，提高杨木和根木胶合板胶合性能； 4）采用正交实验方法,确定杨木和根木胶合板最佳生产工艺。2实验材料与方法2.1 实验材料单板：杨木单板、根木单板， 规
21、格：300mm 300mm试样：4060目杨木粉料、4060目根木粉料材料处理：先将杨木和根木基材粉碎，气干，然后过筛99.5国药集团化学试剂有限公司分析纯无水乙醇C2H50H95国药集团化学试剂有限公司分析纯2.3 实验仪器及设备个人资料整理 仅限学习使用实验所用玻璃仪器：单口圆底烧瓶、三口圆底烧瓶、游标卡尺、烧杯、量筒、移液管实验所用设备如表2所示。表2.实验设备Tab.2 The equipment used in the experimen t型号电子天平BS 224S北京赛多利斯仪器系统有限公司精密增力电动搅拌器JJ-1常州市华普达教案仪器有限公司数显调节仪XMT-DA余姚巾业星仪器
22、有限公司数显恒温水浴锅HH-2常州市华普达教案仪器有限公司循环水式多用真空宗SHB-B郑州长城科工贸有限公司手动进料木工圆锯机MJ104上海木工机械厂微机控制电子方能实验机CMT6140深圳市新三思计量技术有限公司电热恒温鼓风干燥箱DHG-9246A上海精密实验室设备有限公司2.4 实验方法2.4.1 杨木和根木含水率测定称取35克称准至0.0001g)试料，于干净的已烘干并恒重的扁形称量瓶中，置于烘 箱，于105 3) C烘干4h,将称量瓶移入干燥器中，冷却 0.5 h ,称重，再移入烘箱。继 续烘干1 h ,冷却，称重。如此重复进行，直至包重为止。2.4.2 杨木和根木PH值测定分别称取3
23、克帮确至0.01g) 4060目杨木粉料和4060目根木粉料，置于50ml烧 杯内，加入新煮沸并冷却至室温的蒸储水 30ml,搅拌5min,放置15min,静置5min测定 PH值,精确至0.02。2.4.3 冷水提取抽提物的测定精确称取2g丽准至0.0001g)绝干的试料于500ml锥形瓶中，加入300ml蒸储水， 置于恒温水浴中，保持温度为23 2) C,加盖放置48 h ,并经常摇动。到时间后，用倾 泻法倒入已包重的1G玻璃滤器中，用蒸储水洗涤残渣及锥形瓶。并将瓶内残渣全部洗入 滤器中，继续洗至滤液无色后，再多洗涤23次，吸干滤液，用蒸储水洗净滤器外部，移入烘箱，在105 3) C下烘至
24、恒重。2.4.4 热水提取抽提物的测定精确称取2g称准至0.0001g)绝干的风干试料，仔细移入300ml锥形瓶中，加入个人资料整理 仅限学习使用200ml预热至8590c的蒸储水，装上冷凝管，至沸水浴中，煮沸 3 h,并经常摇荡，用 倾泻法倒入已包重的1G玻璃滤器中，用蒸储水洗涤残渣及锥形瓶。并将瓶内残渣全部洗 入滤器中，继续洗至滤液无色后，再多洗涤23次，吸干滤液，用蒸储水洗净滤器外部，移入烘箱，在105 3) C下烘至恒重。2.4.5 氢氧化钠溶液提取抽提物的测定精确称取2g丽准至0.0001g)绝干的风干试料，放入洁净干燥的300ml的锥形瓶中，加入1%R氧化钠溶液100ml,装上冷凝
25、回流器。置沸水浴中加热1 h o在加热过程中，每隔10min、15min、25min摇荡一次，待达到规定时间，取出锥形瓶，静置片刻，使 残渣沉于瓶底，用倾泻法倒入已包重的1G玻璃滤器中，用温水洗涤残渣数次，最后将瓶中的残渣全部倒入滤器中，用水洗涤至无碱性后，再用 50ml1: 3醋酸溶液分两次洗涤残 渣，最后用冷水洗涤至不呈酸性为止 用甲基橙试液试之)。吸干滤液，取出滤器，用蒸 储水洗净滤器外部，移入烘箱，在105 3) C下烘至恒重。2.4.6 苯-醇提取抽提物的测定精确称取23gW准至0.0001g)绝干的风干试料，用预先经苯-醇抽提过的滤纸包 好。用线 经苯-醇抽提过)扎住，放入预先洗净
26、且干燥过的索氏抽提器中，具烧瓶预先包 量。加入苯醇混合液至超过抽提器的溢流水平为度。然后将抽提器和冷凝管、烧瓶装配 好，置于水域中进行抽提 水浴温度预先加热至 90 c左右)。保持烧瓶中苯醇混合液沸 腾。沸腾程度以每小时循环不少于 4次为宜，如此抽提6h0抽提完后，提起冷凝管，用火 子小心取出滤纸包，然后将冷凝管和抽提器装好，蒸储以回收溶剂，直至烧瓶中只剩少量 溶剂为止，最后将盛有抽提物的烧瓶外部擦干净，置入烘箱，在1053) C下烘至恒重。2.4.7 月尿醛树脂胶黏剂制备分三次投入尿素，PVA占总量的1%(1) 称261g甲醛、15gPVA并加入到三口烧瓶中，搅拌15min,用20%K氧化钠
27、和20%R化俊，调PH值至7.8,加入第一次尿素92.9g o(2) 升温至88 c后保温50min。(3) 降温至85 C,调PH值至4.5-4.8 ,测终点1。(4) 85 c时，调PH值至5.0-5.2 ,加入第二次尿素，测终点 2。(5)调PH值至7.0-7.5 ,后加入三聚鼠胺 第三组12g),保温15min。(6)调PH值至7.2-7.5 ,后加入第三次尿素，保温 15min。(7) 冷却至35c出料。个人资料整理 仅限学习使用2.4.8 压制胶合板 1）在实验室做好的用三聚鼠胺改性的月尿醛树脂胶中加入5%勺面粉和 2%勺浓度为20%N4Cl,再用其进行压板，压板工艺为热压温度11
28、0C,热压时间 3min,热压压力iMPa 2）正交实验：采用正交表L934）,选出（固化剂含量、热压温度、热压时间）为正交实验 因素,并按正交实验的安排压制杨木和根木胶合板。正交因素为：固化剂含量：1%、2%、3%热压温度：100c、110c、120c热压时间：0.8 min/mm、1.0 min/mm、1.2 min/mm表3. 正交实验Tab.3 The Orthogonal test编RNfCl/%温度/C时间/min空白111000.8 min/mm1211101.0 min/mm2311201.2 min/mm3421001.0 min/mm3521101.2 min/mm1621
29、200.8 min/mm2731001.2 min/mm2831100.8 min/mm3931201.0 min/mm1D 空白对照K13.813.552.862.17K22.892.683.263.93K32.543.013.123.14胶k11.271.180.950.72合强k20.960.891.091.31度k30.851.001.041.05(MPa极差R0.420.290.130.59因素主次2341取仇万杀A1B1C2D2Tab.10The orthogonal experiment of Basswood plywood Bonding strength4.003.803.
30、603.403.203.002.802.602.402.202.00图7搬木胶合板胶合强度正交实验个人资料整理 仅限学习使用Fig.7 The Orthogonal test of basswood plywood bonding strength由表10正交实验根木胶合板胶合强度实验结果分析并绘制成图7。由表10和图7分析得出，在上述因素中根木胶合板最佳生产工艺为：固化剂 NHCl含量为1%、热压温度100C 热压时间为1.0 min/mmx单板厚度）。杨木正交实验压板后，性能测试结果如图表11所示：表11.正交实验杨木胶合板胶合强度Tab.11The orthogonal experime
31、nt of poplar plywood Bonding strengthA固化剂NH 4Cl/%含量B热压温度/CC热压时间/(min/mmD 空白对照K13.282.952.492.34K22.402.782.392.58胶K32.802.753.603.56合k11.090.980.830.78强k20.800.930.800.86度k30.930.921.201.19(MPa极差R0.290.070.400.41因素主次3421取仇万杀A1B1C3D3由表11正交实验杨木胶合板胶合强度实验结果分析并绘制成图84.003.803.603.403.203.002.802.602.402.2
32、02.00图8杨木胶合板胶合强度正交实验个人资料整理 仅限学习使用Fig.8 The Orthogonal test of Poplar plywood bonding strength由表11和图8分析得出，在上述因素中杨木胶合板最佳生产工艺为：固化剂 NHCl 含量为1%热压温度100C、热压时间为1.2 min/mmx单板厚度）。4结论通过实验和分析，可得到如下结论： 1）杨木和根木胶合板胶合性能性能可达到国标 GB/T9846要求，适合生产胶合板。 2）热水抽提物含量多于冷水抽提物含量，碱抽提物含量高于水抽提物含量。 3）抽提成分多的木材，难以充分被胶黏剂所湿润，并且胶合强度较差。 4
33、）根木胶合板最佳生产工艺为：NH4Cl 1%、温度100C、时间1.0 min/mm X单板厚度）；杨木胶合板最佳生产工艺为：NHCl 1%、温度100C、时间1.2 min/mm x单板厚度）。5问题与建议在此次根木和杨木抽提成分对胶合性能的影响的研究中存在以下几个主要问题：因为 时间关系，未能在更大的用量范围内更深入和细致的进行根木和杨木抽提成分对胶合性能 的影响的研究；而且由于木材表面的光滑度、污染物和可湿性都会对木材胶合产生很大影 响。为了消除抽提物对木材胶合的不利影响，在工艺过程中拟采取下列措施： 1）机械处理木质单板胶合前，须经轻度砂光，不仅除去界面的抽提物质等污染源，而且提高了单
34、 板表面的可湿性。实体木材胶合前，须经轻度刨光，有利于胶液的铺展和结合。 2）化学处理采用中性有机溶剂或稀碱液1%K氧化钠溶液）浸渍处理木质单板或表面涂刷处理实体 木材胶合界面。 3）干燥法处理采用溶剂如丙酮）干燥木材，这种方法可以使抽提物质随木材中的水分一起排出。还 可采用低温干燥、不同含水率木材分开干燥、干燥前对木材抽提物进行抽提处理等措施， 均可有效改善木材的润湿性，提高胶合性能。 4）胶黏剂改性个人资料整理 仅限学习使用开发新型胶黏剂，或在传统胶黏剂中加入某些新的组分，改善胶黏剂在木材表面的渗 透性，和其表面化学组分的兼容性。、单板干燥、单板柔化、涂胶组坯和胶合等胶合板生产技术个人资料整理 仅限学习使用参考文献：1罗杰.罗维尔美.实木化学M.刘正添等译.北京：中国林业出版社，19982南京林业大学主编.木材化学M.北京：中国林业出版社.19903Eero.Sstrm:WOOD Chemistry(Fundamentals