草漿造紙黑液用于人造板膠粘劑的研究

草漿造紙黑液中含有大量的游離堿、硫化物和有機物,導致黑液堿性大、顏色深、臭味強、泡沫多,并大量消耗水中的溶解氧。如果黑液不回收處理任其排放,既浪費資源,又污染環境[1]。本研究利用黑液中所含有的木質素,采用羥甲基化使之活化,以此為原料代替部分價格較高的苯酚,用來合成木質素酚醛樹脂,以實現造紙黑液的資源化治理。

　　1 實驗部分

　　1.1 原材料的選用

　　本實驗采用河南南陽馬亭造紙廠生產排出的紙漿廢液其主要物理性能見表1。

　　其他原材料:苯酚,AR,北京化學試劑二廠;37%甲醛溶液,AR,武漢市江北化學試劑有限責任公司;氫氧化鈉,AR,武漢市江北化學試劑有限責任公司;實驗用木板采用市售三夾板。

　　1.2 儀器和設備

　　HHW21型恒溫水浴,南京土壤儀器廠;涂4#黏度杯,無錫實驗儀廠;D12022F型電動攪拌機,杭州儀表電機廠;YX3222000型熱壓機,徐州壓力機械股份有限公司;DGX29053B21型電熱恒溫鼓風干燥箱,上海福瑪實驗設備有限公司;828型pH/mV酸度計,美國奧立龍;WD220型電子萬能實驗機,承德實驗機有限責任公司;FA2104型電子分析天平,上海天平儀器總廠。

　　1.3 實驗方法

　　1.3.1 以黑液為原料合成膠粘劑

　　將黑液進行加熱蒸發濃縮,分別得到不同固含量的黑液,并以此為原料合成不同固含量膠粘劑A、B、C、D、E。縮合工藝[2]:先在反應器中熔化苯酚,加入黑液和水,攪拌混勻后加入氫氧化鈉,在45e預反應30min,再加入甲醛總量的80%,在45~50e保溫30min,然后以1℃(1.5min)-1的升溫速率在60min內升到96e,保溫30min,之后用20min的時間將反應溫度降到82℃,加入剩余的甲醛,在30min內再將反應溫度升至96e,保溫一段時間,達到合適的黏度就可冷卻出料。

　　1.3.2 采用酸析木質素為原料合成膠粘劑

　　(1)酸析工藝

　　參考相關文獻[3~5],酸析后污水的CODcr下降了80%左右。酸析后所得木質素的性能指標:水分質量分數[35%,灰分[5%,木質素質量分數\60%,外觀為棕褐色粉末,粒徑>40目。

　　(2)縮合工藝

　　將苯酚、木質素和催化劑投入反應器中,在攪拌中升溫到50℃,并恒溫0.5h,加入80%量的甲醛,繼續在50e反應0.5h,然后在1.5h內由50e慢慢升溫到87℃,再在30min內升到94℃,然后在20min內將反應溫度降到82℃,此時再加入剩余量的甲醛,再在0.5h內升溫到92℃,恒溫一定時間,達到所需的黏度,冷卻到40℃以下出料。合成出不同固含量膠粘劑a、b、c、d、e。

　　1.3.3 游離甲醛的測定

　　測試方法見文獻[6]。

　　1.3.4 熱壓及成型工藝

　　熱壓機在1.2MPa壓力、熱壓時間5min、溫度140℃下進行熱壓成型。

　　2 結果和討論

　　2.1 黏度對剪切強度的影響

　　對合成的膠粘劑用涂4杯分別測黏度,并測出黏度對剪切強度的影響,見圖1。

　　由圖1可見,合成的膠粘劑在黏度45~60s時,膠粘劑的剪切強度最大。其原因為在膠粘劑的黏度較低時,膠粘劑的縮聚度不夠造成強度不夠,但是黏度過大時,膠粘劑對所粘接的材料的表面濕潤性變差,從而造成膠粘劑的剪切強度下降。

　　2.2 固含量對剪切強度的影響

　　固含量對膠粘劑剪切強度的影響如圖2所示。當采用黑液為原料的膠粘劑在固含量37%~40%時,膠粘劑的剪切強度最大,為1.12~1.18MPa;采用酸析后的木質素為原料的膠粘劑在固含量45%~50%時,膠粘劑的剪切強度最大,為1.52~1.74MPa,另外酸析后的木質素所制得的膠粘劑剪切強度大于采用黑液為原料的,其原因可能是酸析后的木質素的雜質如半纖維素、多糖等相對于黑液要少。

　　2.3 游離甲醛含量

　　測試結果如表2所示,本實驗制取的膠粘劑游離甲醛含量均大大低于酚醛樹脂、脲醛樹脂,熱壓成型試樣時,現場幾乎感覺不到刺、刺眼的甲醛味道。

　　2.4 木質素用量與膠粘劑的性能關系

　　用木質素取代不同量的苯酚,考查不同的取代量與膠粘劑性能之間的關系,測試結果見圖3。

　　從圖3可知,木質素取代苯酚的量高達40%~50%時,而膠粘劑仍然具有較高的粘接強度。

　　3 結論

　　(1)用造紙黑液中分離出的木質素能取代40%~50%苯酚用量,節約了原材料的成本,具有明顯的經濟效益,并且制取的膠粘劑游離甲醛質量分數均小于0.1%,明顯低于脲醛樹脂膠粘劑中甲醛含量;

　　(2)所制得膠粘劑在黏度為45~50s,固含量45%~50%時,膠粘劑的剪切強度為1.52~1.74MPa,達到國家標準類板大于1MPa的要求;

　　(3)用草漿造紙黑液取代部分苯酚生產木質素酚醛樹脂可有效降低污梁,對環境保護具有重大意義。