本科毕业论文（设计）思维导图

U869164260

2024-06-12

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湿结合强度

热压温度

研究结果

本科毕业论文（设计）内容介绍

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思维导图大纲

<a id="Toc21128"></a><a id="Toc30760"></a><a id="_Toc1013"></a>摘要

全生物基胶黏剂有利于降低木材胶黏剂行业对基于石化资源的合成树脂的依赖，增强胶黏剂的市场竞争力。研制了一种以单宁和蔗糖为主要组分的全生物基木材胶黏剂，并成功地用于胶合板的制备。研究了制备工艺对胶合板胶合强度和耐水性的影响，并采用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、热重分析（TG）和X射线衍射（XRD）对胶黏剂的性能进行了分析。结果表明：（1）与其他生物质胶黏剂相比，单宁-蔗糖胶黏剂具有高固含量和低黏度的特点，具有制备刨花板和纤维板的潜力。(2)合适的单宁与蔗糖的质量比是获得性能优良的单宁-蔗糖胶黏剂的关键。(3)胶合板用单宁-蔗糖胶黏剂的最佳制备工艺为：热压温度210 ℃，热压时间1.2 min/mm，m（单宁）：m（蔗糖）= 60：40，施胶量160 g/m2。在此条件下，胶合板的耐水胶合强度为0.89 MPa，满足GB/T 17657-2013中胶合板Ⅱ类标准的强度要求。(4)热压温度对单宁-蔗糖胶黏剂起着决定性的作用，当热压温度达到210 ℃以上时，胶合板保持了良好的性能。因此，所制备的单宁-蔗糖胶黏剂具有较高的黏接强度、良好的耐水性和热稳定性。

关键词：胶合板绿色制造，木材胶黏剂，全生物质基木材胶黏剂，单宁-蔗糖胶黏剂

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Study on the adhesive properties of red bayberry with tannin / sucrose gum

<a id="_Toc9357"></a>Abstract

All bio-based adhesive is conducive to reducing the dependence of wood adhesive industry on synthetic resin based on petrochemical resources and enhancing the market competitiveness of adhesives. A whole bio-based wood adhesive with tannin and sucrose as the main components was developed and successfully used for the preparation of plywood. The influence of the preparation process on the bonding strength and water resistance of the plywood was studied, and the properties of the adhesive were analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), thermal weight analysis (TG) and X-ray diffraction (XRD). The results show that: (1) compared with other biomass adhesives, tannin-sucrose adhesives have the characteristics of high solid content and low viscosity, and have the potential to prepare particleboard and fiberboard.(2) The mass ratio of the suitable tannin to sucrose is the key to obtain the tannin-sucrose adhesive with excellent performance.(3) The best preparation process of tannin-sucrose adhesive for plywood is: thermal pressure temperature is 210℃, hot pressure time is 1.2 min / mm, m (tannin): m (sucrose) = 60:40, and the glue amount is 160 g / m2. Under these conditions, the water-resistant adhesive strength of the plywood is 0.89 MPa, which meets the strength requirements of the plywood class standard in GB / T 17657-2013.(4) The thermal pressure temperature plays a decisive role in the tannin-sucrose adhesive. When the thermal pressure temperature reaches more than 210℃, the plywood maintains good performance. Therefore, the prepared tannin-sucrose adhesives have high adhesive strength, good water resistance and thermal stability.

Key words: Plywood Green Manufacturing; Wood Adhesive; All Biomass Based Wood Adhesive; Tannin-Sucrose Adhesive

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<a id="Toc13040"></a>第一章绪论<a id="Toc28691"></a><a id="_Toc24812"></a>

<a id="_Toc5684"></a>1.1研究背景

我国人造板工业在改革开放40年来取得了巨大发展，一直保持着全球最大的人造板生产国地位。近几年，国内人造板生产已趋于平稳，全行业都处于淘汰落后产能、实现转型升级的进程中。自改革开放以来，已见成效，全行业已步入高质量发展的轨道。但是，整个行业仍然存在着产品结构不合理、同质化严重以及产品附加值不高等问题[1]。目前，我国人造板的幅面尺寸相对单一。造成人造板材规格单一的根本原因是由于其自身的历史条件所致。一方面，由于受到传统人造板材制造装备的制约，多层机一直是以多层压片机为主，而多层压片机的压盘尺寸制约着国内人造板制品的规格[1]。另外，以往的人造板终端产品都是比较规范的，对特种板材的规格需求也比较低。这种情况在某种程度上造成了国内人造板企业对其它规格板材的开发力度不足。当前，我国人造板工业呈现出高中低端共存的局面，中高端板材的比例较低。近几年，这一比例有了一定的提高，但是还有很大的提高空间。人造板的生产成本，质量，规格，性能，性能，品牌，管理等都直接影响到人造板的产品的价格和利润。从整体上看，人造板企业的经济效益不高。人造板在建筑装饰、装饰、家具、地板、门窗等行业中得到了广泛的应用。其中，其中，人造板在家具制造及内部装潢中所占比例最大，其他主要应用于建筑、包装件及集装箱地板等[1] 。

人造板，包括纤维板、刨花板、胶合板等，它们主要由木材纤维、木片、胶黏剂和其他一些添加剂构成。胶黏剂的作用是将木纤维或木片黏合起来,形成一个坚固且稳定的整体，使板材具有良好的强度及稳定性。现在市面上常用的人造板都是以甲醛为原料的胶黏剂制作的，但这类胶黏剂具有一些环境污染的缺点[2]。人造板行业曾长期被视为高污染行业，其主要原因是由于传统的甲醛类胶黏剂在制造、应用时都会产生大量的甲醛，严重危害生态环境和人类身体健康。因此，研发环保型胶黏剂或替代材料来降低木材中的甲醛排放是当前的研究热点。另外，由于人们对室内环境质量要求越来越高，对无醛添加胶黏剂的“无醛”板材的需求量也越来越大。这类板材指的是采用无醛添加胶黏剂的板材，而非完全无醛。对人造板的甲醛含量进行严格的检验，将改变过去的无序状态，推动人造板行业的健康快速发展，更好地满足消费者的需求。

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脲醛胶黏剂由于其制作方法简便、成本低，被广泛应用于木材工业。脲醛树脂是由尿素和甲醛在碱性、酸性催化剂作用下缩合而形成的，并与固化剂、添加剂反应生成的产物[3] 。脲醛树脂也叫做UF树脂,最初是在1844年由B.Tollens首次合成，后来在G.Goldschmiddit等的研究后于1896年前后首次得以应用。我国1957年以来，脲醛树脂已进入工业化生产阶段，到1962年已基本替代血胶、豆粕胶，成为目前国内胶合板的主导品种[4]。脲醛树脂胶黏剂制作简便，使用方便，成本低，性能好[3]，所以在生产人造板材时得到了广泛的应用。人造板是一种广泛应用于家居装饰、家具等领域的材料，但由于其释放甲醛速率缓慢，致使其在室内长期持续存在，严重危害人类健康。高游离甲醛含量的脲醛树脂是引起“装修病”的主要来源也是影响室内装饰质量的主要因素[5]。随着经济的快速发展以及人们的生活质量的不断改善，人们对环境保护的认识也在不断地提高。但由于国内脲醛树脂生产企业规模较小，工艺水平较低，产品品质稳定性较差，对人体健康造成了极大的危害。为此，将研究致力于开发低游离甲醛含量的环保胶黏剂成为脲醛树脂胶黏剂行业的发展方向。

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三聚氰胺甲醛树脂（俗称密胺脂）是以三聚氰胺与甲醛为原料,经缩聚制得的一种热固性树脂[6]。该树脂不仅具有优良的耐高温，阻燃，防水，耐老化等性能，而且比其它树脂更优越，如强度高，耐化学侵蚀，易染色，色泽亮丽等。该系列胶黏剂主要用于木质工业中的台板胶、刨花板、木屑板及各类人造纤维板，同时也用作浸渍纸及家具工业的装饰胶。然而，当前木质加工行业所采用的脲醛树脂胶存在着耐水性差、易老化、阻燃性能差、游离甲醛含量高等问题。在施胶、热压时，会产生大量的甲醛，不仅会对生产环境产生污染，还会对成品产生毒害作用。密胺树脂胶的研发，不仅解决了脲醛树脂胶的缺点，而且具有较脲醛树脂胶更高的黏接强度、耐老化性能和储存寿命（一般可达4个月）。因此，三聚氰胺树脂胶黏剂可以用作替代脲醛胶产品进行开发[7]。

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苯酚和甲醛组成的胶黏剂是一种常见的黏合材料。酚醛树脂通常是一类含有酚（苯酚、间苯二酚、甲酚、双酚 A等）和醛（甲醛、多聚甲醛、糠醛、乙二醛等）发生缩合反应形成的有机高聚物[8]，由于其优良的物理性能及化学稳定性，使其得到了广泛的应用。通过选择合适的合成条件和配比，可以调节酚醛树脂的硬度、耐热性和抗化学性。酚醛树脂因其优异的绝缘性，被广泛应用于绝缘材料，电气设备，装饰材料。苯酚-甲醛树脂胶是一种在建材，涂料，塑料，飞机，轮船，汽车，拖拉机，轻工和航空航天等行业使用的胶黏剂。该黏合剂的黏合强度高，耐高温，防水，耐油，并且价格低廉，易于购买和修改等等。目前，在合成胶黏剂的绝对用量领域中，酚醛树脂胶黏剂仍然是使用最广泛的品种之一。特别是改性的酚醛树脂胶黏剂在市场上占据着重要的地位。但是，其主要成分是酚类、醛类、游离酚、甲醛等，对人类健康和环境有害，必须对其甲醛的含量进行严格控制[9]。

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生物质胶黏剂是一种以生物质资源为主要成分制成的黏合剂，主要用于将木材、纸张、纤维等材料黏合在一起。全生物基胶黏剂有利于降低木材胶黏剂行业对基于石化资源的合成树脂的依赖，增强胶黏剂的市场竞争力[10]。在这里，我们将主要介绍以下几种分类。

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植物蛋白和动物蛋白构成了蛋白质胶黏剂的基础成分。这种胶黏剂通过特定的化学或物理反应，利用动植物的天然蛋白质转化为黏附性物质\[11\]。该胶以天然蛋白为主要原料，具有环境友好、可生物降解等特性。另外，该蛋白胶还具有良好的耐水、耐腐蚀、黏着力，能适应各种不同的黏合要求，适用于各种木质板材的压制。蛋白胶已被广泛地应用于各个领域。比如，在木材加工中，它可以改善木材间的黏结强度，提高木材的利用率，改善制品的品质；在造纸行业中，它可以用来连接、组合成纸，增加纸的强度与耐用性；在纺织工业中，可将蛋白胶应用于织物的黏合与合成，以改善织物的耐磨、强力。此外，蛋白质胶黏剂还可以应用于工艺制品、印刷、涂料等领域。制备蛋白质胶黏剂的方法有多种，主要步骤是对蛋白质原料进行预处理，如破碎、水解等；然后，采用加热、加酸、加盐等方式对蛋白质进行变性处理。在此基础上，加入适量的助剂如交联剂、催化剂等来加速蛋白的聚合及交联。再经过干燥和粉碎等后处理，得到了一种完整的蛋白胶黏剂\[12\]，特定的生产方式可因蛋白原料及用途的不同而灵活地加以调节。

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木素是一种常见的胶黏剂，木素胶黏剂是由木素制成的。木素是一种天然可再生资源，储量仅次于纤维素，约占木材中20%\-40%。它是聚合物，由苯基丙烷单元组成，具有高度支化的三维结构，彼此通过 C\-C或 C\-O\-C 相互连接\[13\]。木质素是木材中的天然胶黏剂成分，其化学结构与酚醛树脂中的苯酚原料相似，具有醇羟基和酚羟基等活性官能团。长期以来，木质素一直被用作代替木材胶黏剂的原料之一\[14\]。木素胶黏剂以木质素为原料，具有可再生性，且加工工艺较为环保。同时，木素是一种天然的生物大分子，它可以很快地被自然界所降解。木素胶黏剂可以用于黏合不同材料，通常在家庭和工业中使用。木素胶黏剂可以提供强力的黏合效果，具有很好的耐久性，使用木素胶黏剂可以方便修复家具和木制品，木素胶黏剂还可以用于制作手工艺品，木素胶黏剂通常透明或呈黄色。在使用木素胶黏剂时，需要注意保持通风和避免呼吸有害气体。木素胶黏剂的使用上，首先，在资源化利用方面，通过将废弃的制浆黑液转化为木素胶黏剂，实现了废物的有效利用，从而减少了对环境的负面影响\[14\]，然而，我们还需要关注生产过程中废弃物处理和排放的问题，确保生产过程符合环保标准。其次，在技术应用上但仍存在一些限制：首先，木素的提取和纯化过程相对复杂，同时造成较高的生产成本；其次，木素基胶黏剂的黏附性能和耐久性还需进一步提高。最后，由于其具有生物降解性质，可能导致使用过程中性能迅速下降。因此，在推广应用时，需要综合考虑其性能、成本以及环境影响等多个因素。

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单宁胶黏剂成分主要包括单宁、酚醛树脂和填料等。单宁胶黏剂的反应原理主要涉及酚醛反应和单宁的氧化交联。酚醛反应是指酚和醛在酸或碱的催化下，通过缩聚反应生成酚醛树脂的过程[15]。作为胶黏剂原料的单宁主要是凝缩单宁，它是由不同缩合度的类黄酮单体组成的，广泛存在于植物的茎、皮、根和果实中，目前被认为是用作木材胶黏剂最成功的一种森林资源[13]。单宁属于天然多酚类物质，单宁基胶黏剂具有类似于酚醛树脂胶黏剂的胶接强度、耐水性和耐老化性能[16]。类黄酮的A环具有较高的反应活性，在催化条件下可以与甲醛发生加成反应，然后再与B环发生反应，形成高分子化合物，通过固化剂的作用生成热固性高聚物[13],在这个过程中也会释放部分甲醛，因此无法达到无醛胶黏剂的标准。上个世纪50年代开始，国外开始研究单宁胶黏剂，如今澳大利亚和南非等国家已经成功实现单宁胶黏剂在胶合板和刨花板方面的工业化生产。鉴于资源的有限性，我国对单宁胶黏剂的研究起步较晚，直到上个世纪90年代初，人们才开始着重研究黑荆树单宁、杨梅单宁、坚木单宁和落叶松树皮单宁等，这些成为了国内的研究热点[17]。

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糖类化合物一类广泛分布于自然界的重要有机物，包括多羟基醛、多羟基酮以及能够水解生成多羟基醛或多羟基酮的有机化合物[18]。蔗糖、淀粉和纤维素是常见的糖类食物，分别存在于日常食用的糖、粮食和植物中。糖类化合物可以分为单糖、二糖和多糖三大类，常见的单糖有果糖、葡萄糖、核糖、木糖、阿拉伯糖和半乳糖等，常见的二糖有蔗糖、乳糖和麦芽糖等，常见的多糖有淀粉、糖原、纤维素、几丁质和氨基多糖等[18]。糖类化合物是一种含量丰富的可再生生物质，广泛应用于无醛胶黏剂的研究中。淀粉、壳聚糖、蔗糖以及葡萄糖[19]、果糖[20]和麦芽糖[21]等糖类物质常被用作无醛胶黏剂的主要原料。蔗糖作为一种来源丰富且低分子量的碳水化合物，在最近几年已成为制备生物质基黏合剂的潜在材料，被广泛应用于各种化学和加工行业。目前，生物质木材胶黏剂的蔗糖应用主要有两种方式。首先，可以直接利用蔗糖分子上的多羟基官能团作为反应位点来制备木材胶黏剂。在此基础上，利用柠檬酸与蔗糖进行酯化反应，制备出一种以蔗糖为基料的新型胶黏剂。在由木材和高粱甘蔗渣制成的刨花板上显示出良好的性能。另一种方法是通过蔗糖的氧化或在热、酸性和金属离子催化剂的条件下将其转化为5-羟甲基糠醛(5-HMF)，然后再与其他其他物质如蛋白质、己二胺等进行反应[22]。然而，现有的糖、糖及其衍生物与单宁的关系研究，主要集中在单宁酸和蔗糖两步反应中，尚未涉及蔗糖向5-羟甲基糠醛的转化。为了在木材胶黏剂的研究中降低热压温度并提高胶合性能，可以采用蔗糖与单宁进行直接压板。但该工艺对热压温度要求很高，为了解决这个问题，可以首先将蔗糖转化为5-羟甲基糠醛，然后与单宁进行交联并进行压板。这样就可以制备一种新型的全生物质木材胶黏剂-单宁/蔗糖复合型胶黏剂。这种复合型胶黏剂克服了使用单宁胶黏剂或蔗糖基胶黏剂时的缺点，并且使得甲醛释放量达到一个更安全的标准。这一创新为环保型木材胶黏剂的开发提供了新的思路和途径。

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\(1\)随着木材胶黏剂市场需求的迅猛增长,单宁/蔗糖胶黏剂在价格和环保方面表现出强大的市场竞争力,在胶合板、生态板、细木工程等人造板领域具有广阔的实际应用价值和推广前景\[23\]。杨梅单宁/蔗糖胶黏剂作为全生物质木材胶黏剂，能够有效降低木材工业对石化资源的依赖程度\[24\]，为实现双碳目标提供了有力支持。 \(2\)杨梅的单宁提取于杨梅树皮，拓宽了杨梅树皮的应用渠道，提高了其附加值，并创造了新的价值。树皮中的单宁与蔗糖的复合型胶黏剂使蔗糖产业链得到了延伸，有利于蔗糖产业的发展。通过将废弃的树皮转化为环保型木材胶黏剂，实现废物利用，提升其价值，从而直接带动农民增收，并为农民创造零成本的额外收入，同时对于实现乡村生态振兴具重要意义。 \(3\)拓宽天然胶的使用领域：通过对天然橡胶中单宁与蔗糖的复合胶的研究，探索出更加绿色、环保的天然胶，以适应环境保护与可持续发展的需求，同时拓宽其在包装、建筑、家具等方面的应用。在此基础上，利用单宁与蔗糖之间发生的复杂化学反应，开发出高黏性、高耐久性的胶黏剂，从而提高其在工业领域的应用。 \(4\)促进经济发展，随着环保意识的增强和科技的不断进步，对于天然、环保的胶黏剂的需求也在增加。通过研究单宁蔗糖复合胶黏剂，不仅可以满足市场需求，还能推动相关产业的发展，进而促进经济的增长。同时促进可持续发展，我们可以采用原材料天然和环保的胶黏剂，减少对石油等非再生资源的依赖，降低对环境的污染。这种做法符合绿色化学的发展理念，有助于推动化学工业的可持续发展。

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<a id="_Toc16770"></a>第二章材料和研究方法

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<a id="_Toc8166"></a>2.1材料

杨梅单宁（160目，工业级）得自广西武鸣单宁提取厂有限公司，蔗糖（99\.0%，分析纯）得自成都金山化学试剂有限公司，十二烷基苯磺酸（SDBS，> 90\.0%，分析纯）购自天津丰川化学试剂有限公司，蒸馏水是在实验室里制造的。白杨单板（含水率8\-10%），购自江苏沭阳，长×宽400 mm × 400 mm，厚1\.5 mm。

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在室温下，将蒸馏水、单宁和蔗糖加入装有机械搅拌棒、温度计和冷凝管的圆底三口烧瓶中\[25\]，搅拌均匀。随后，加入0\.3g SDBS并搅拌5分钟。制剂列于表2\.1中。参照GB/T 14074\-2017测定黏合剂的固含量、黏度和pH。

表2.1 单宁-蔗糖胶黏剂的配方

样品

单宁/g

蔗糖/g

蒸馏水/g

100：0

33.3