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废弃麻杆材料制造包装箱、托盘的实验原理

[摘要] 利用麻杆制浆废液和废弃麻芯代替部分脲醛胶及刨花压制刨花板的研究。改性的麻杆黑液与自制脲醛树脂按一定比例调配作为刨花板粘合剂，选择适当的工热缩机艺条件，将麻芯与刨花的混合料压制成具有一定强度、适当密度值的板材。该板材可作为包装材料制造包装箱、托盘等。

关键词：刨花板；脲醛树脂；红麻黑液；红麻芯；包装材料；模压

由于国际贸易中日渐强化的绿色贸易壁垒以及森林资源紧缺，使木质材料在产品包装上的使用受到很大限制。近些年来，节木与代木包装材料发展较快，如蜂窝纸板、木塑复合材料、纸浆模压制品、各种纤维板、刨花板等。用这些代木材料制造包装箱、托盘等包装容器、运输包装器具，对于降低包装成本，节约木材资源，保持生态平衡，具有重大意义。造纸工业是一个排废量大的工业，但许多液、固状废物仍有较大的利用价值。在以红麻为原料的制浆废弃物中，红麻制浆废液中含有可利用的木素物质，经改性后可用于配制刨花板用粘合剂；而备料时的废弃麻芯质轻，有一定的可压缩性，可用于代替部分刨花制造轻质刨花板。在研究了以改性红麻黑液配制脲醛胶的基础上，通过正交试验，分析了胶料用量、时间、温度等对制品主要物理性能的影响，探索了以麻杆芯部分代替刨花压制1471刨花板的工艺参数。

1 实验方法

1．1 原料

1)硫酸盐法制浆废液(简称KL)。取自大连轻工业学院轻化工实验室红麻硫酸盐制浆废液。制浆废液的成分相当复杂，主要成分是木质素和糖类，木质素的含量约占固体物的30％~50％，其化学成分主要是含芳香族高分子化合物，带有较多甲氧基，羟基，碳基，羧基，双键等官能团，分子量大约900~1000。制浆废液作为改性粘合剂其可利用的部分就是木质素。经适当浓缩后，本实验所用黑液固含量为38％~42％，比重为1．178g／cm3。

2)木屑和麻芯。实验所用木屑取自某建筑工地松木刨花，经打碎后备用；麻芯为大连轻工业学院轻化工实验室制浆备料废弃红麻杆芯，粉碎至一定规格后备用。

3)其它实验用药品。自制脲醛胶的试剂有：乌洛托品(试剂)；甲醛(试剂36％~38％)；氢氧化钠(试剂)；尿素；固化剂：氯化铵等。

1．2 SL改性黑液尿醛胶的制备

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首先对健身中心木素进行羟甲基化，即使甲醛与黑液中木质素分子中的苯核反应生成羟甲基化木质素。其过程如下：将KL黑液加入3口烧瓶中，加入甲醛、催化剂(乌洛托品)，并不断搅拌，反应温度维持在95~97℃，反应过程中的粘度通过加少量水调节，反应时间约2．5h即可制得改性KL黑液。反应初始pH值为11，终了时，产物pH值控制在8~8．5。

将改性KL黑液与自制脲醛胶以适量掺混搅拌均匀即制得KL改性脲醛胶。

1．3 刨花板制造方法

按适当比例混合木屑与麻芯原料，经下列操作，制成厚约1cm刨花板

。

工艺流程为：混合原料→粉碎机粉碎→烘干→施胶→铺装→热压→脱模。

其中，施胶搅拌为人工搅拌均匀；采用自制模具在万能实能够抵抗磨损验机下加压。

2 结果与讨论

2．1 KL红麻黑液改性脲醛胶剪切强度测定

将羟甲基化的KL黑液与自制脲醛胶以质量比1：4的比例混合搅拌均匀即制成KL红麻黑液改性脲醛胶，施胶时加入少量固化剂。测试条件为：测试件为2片胶接，材质为松木；固化条件定为110℃，30min。测试结果见表1。

剪切强度达8．20MPa时，胶粘剂并未破坏，松木材料已经破坏，所以KL麻秆黑液改性脲醛胶的剪切强度 8．20MPa，可以满足包装材料用刨花板使用。

2．2 制板工艺的研究

模压刨花板的各项工艺参数互相制约，对板的最终性能都有不同程度的影响。主要的影响因素有用胶量、压力、温度、固化时间，对于麻杆芯、刨花混合料氩弧焊板，麻芯所占比例也是重要因素之一。试验中，在固定压力的条件下，采用正交L9(34)试验法，考查用胶量、压力、温度和麻芯比例对刨花板性能的影响，各因素、水平见表2。

各试验条件如表3。

对所制刨花板，进行了静曲强度、戳穿强度和密度的测量，结果如表4所示。

3 用胶量的影响

模压刨花板的强度随着用胶量的增加而提高，并在8％与10％2点之间提高幅度较大，用胶量由10％增加到12％，静曲强度和戳穿强度的增加幅度明显降低。因受实验条件所限，采用人工拌胶，若采用机械拌胶，混合均匀性得到较大改善，粘合效果可进一步提高。因此，综合考虑混合效率和制品强度和制品成本，10％的用胶量为该试验条件下的最佳用胶量。

2．4 固化时间和固化温度的影响

模压板的强度一般来自于刨花自身的强度和刨花之间的结合强度。适当高的温度有利于刨花软化，促进纤维胞间层木素与粘合剂的胶合作用，同时刨花的软化也利于板的压实和板密度的提高。在145℃条件下的试验结果说明了这一点。在温度较低时，刨花的软化程度也较低；而温度较高时，表面胶层固化速度过快，不利于内层水分的扩散、气化，易形成内层疏松粗糙外层脆硬的板结构。

较长的热压时间有利于胶层的充分固化和胶层与刨花之间的胶合以及水分的去除，因此，板强度和密度均随时间的增加而提高。固化时间直接影响生产效率，缩短时间意义重大，但从实验结果看，压力大，压实快，时间短，但制品表层密度不均匀，表层密度大而内层密度较小；减低压力，适当延长热压时间，可使模压制品密度均匀，强度也趋于均一。从实验结果看，热压时间25min为该试验条件下的最佳选择。

2．5 麻芯比例的影响

麻芯是红麻造纸的备料废弃物，有一定可压缩性，作为填加物质按一定比例与刨花混合后模压刨花板，控制其用量，可在不影响刨花板物理性能的前提下，适当减轻板重量，这对于减轻包装件重量，降低运输成本和节约木材资源都具有很大意义。但麻芯结构疏松多孔，与胶层的胶合力低，因此加入量过多会导致刨花板静曲强度和戳穿强度的下降。从试验数据表明，随着麻芯用量从30％增加到50％，刨花板比重有所下降，但板强度也随之下降。在选择用胶量10％，固化时间和温度分别为25min、145℃，热压压力为2MPa条

件下，麻芯比例的影响如图1所示。

由图1可见，当麻芯比例较低时，对刨花板静曲强度影响不大，但麻芯比例增到30％以上，则随着麻芯用量的增加，静曲强度下降明显，故麻芯用量不应超过30％。

3 结 语

通过对试验条件下所得模压制品三牢牢围绕铝电解节能降耗、精铝提纯技术和高端铝板带开发新产品3大领域的关键共性技术问题加大投入研发力度项物理性能的分析，结合刨花板生产效率和生产成本，得出较佳的压板工艺条件为：用胶量10％、热压温度145℃、热压时间为25min、麻芯与刨花用量比为3：7(质量比)、热压压力为2MPa，模压板性能良好。

经过对红麻制浆黑液进行改性及性能测定，将改性黑液与自制脲醛胶以1：4的比例调配制成改性黑液脲醛胶具有良好的胶粘力，可用于模压刨花板用粘合剂。（文/王晓敏 王男 徐瑾）

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