脲醛树脂胶黏剂热分解特性研究

脲醛树脂胶黏剂热分解特性研究

Studying the pyrolysis performance of the UF resin

小组成员：苟筱雯（组长）张海静姜彦菲杨洋辛意

指导老师：北京林业大学常建民教授

摘要：该课题测量了脲醛树脂的元素含量及其水分、灰分和挥发分含量；研究了在废弃人造板中的脲醛树脂胶黏剂的热解过程（热分解特性）。这些实验结果有助于从低品位的废弃人造板中安全高效地获取高活性、高抗菌性的生物油。

Abstract：T he ultimate and proximate analysis of the UF resin were investigated. The pyrolysis performance of the UF resin was studied. These results could be used in making hyperactivity and high anti-bacterial Bio-oil with waste wood-based panels.

关键词：废弃人造板，脲醛树脂，热解

Key words: waste wood-based panels, UF resin, pyrolysis

1.研究背景

随着化石能源的短缺和由于其过度使用带来的环境问题日益凸显，寻求并开发包括木材资源在内的可再生清洁能源是 21 世纪世界各国面临的最重要课题之一。木材作为生物质的主要存在形式之一，是自然界可再生资源的重要组成部分，在生物质资源中占有十分重要的地位。将木材合理地转化为能源或化工原料对于减少常规化石资源消耗、弥补化工原料不足、减少环境污染，实现资源、环境与社会的可持续发展，具有重要现实意义和广阔前景。

利用快速热解技术将低品位的木材资源转化为高品质的生物油,是目前国内外研究的热点,被认为是最具发展潜力的生物质能转换技术。快速热解是指在中温(500～650℃) 、高加热速率(104～105℃/s)和极短气体停留时间(小于2s)的条件下, 将生物质直接热裂解,然后使中间液态产物分子在进一步断裂生成气体之前快速冷凝,从而得

到高产量的生物油。生物油是一种棕褐色的液体，其含氧量极高，由醚、酯、醛、酮、酚、有机酸、醇等多种化合物组成。

随着木材工业的蓬勃发展，我国人造板产销量极具增长。然而在人造板大量、广泛使用的同时也产生了大量的废弃人造板。废弃人造板中有大量的木质纤维材料，是很有利用价值的资源，然而如果不对人造板进行合理处置，废弃在环境中或简单燃烧，会产

生游离二氧化碳、甲烷、甲醛、氮氧化合物等温室气体及危害环境的污染物。因此，如何安全高效地实现废弃人造板的再生利用越来越受到研究者的重视。

2. 目的和意义

2.1 目的

本课题将根据木材热解理论，采用原料在线检测的分析方法得到原料组成成分，使用热重分析仪分析脲醛树脂胶黏剂的热解特性，为安全高效地实现废弃人造板的再生利用提供实验数据。

2.2 意义

本课题的完成能够为从低品位的废弃人造板中安全高效地获取高活性、高抗菌性的生物油提供实验数据，它将有助于加快人造板快速热解技术的发展和产业化实施进程。

3. 研究内容

3.1 原料基本特性分析

1)用元素分析仪测定脲醛树脂中各元素含量。

2)用工业分析仪测定脲醛树脂中水分、灰分和挥发分含量。

3.2 原料热分解特性研究

用热重分析仪测定脲醛树脂热解特性。

技术路线及任务分工

4.1技术路线 （见图1）

4.2任务分工

张海静和苟筱雯负责：1）

用元素分析仪测定脲醛树脂中

各元素含量; 2）用工业分析仪

测定脲醛树脂中水分、灰分和

挥发分含量。

姜彦菲、杨洋和辛意负

责：用热重分析仪测定脲醛树

脂热解特性。

4. 活动时间安排

2010年1月至5月

5. 研究过程及结果

基于对全球日益紧迫的能

源问题的兴趣，我们有幸联系

到了北京林业大学的常建民教授，希望能够进入他的“木材快速热解过程中气相产物的生成与释放规律研究”课题组学习研究。教授欣然接受了我们的请求，并以电子邮件的方式向我们提出了课题的相关问题。我们在网上查阅资料回答了这些问题，对于研究的内容有了一定的前期准备。（问题与解答见附录）

6.1进入实验室

在课题组指导教师的带领下，我们参观了北京林业大学木材胶黏剂制备及性能测试实验室，学习了实验室的规章制度，熟悉了实验环境。

6.2制备实验样品

按照实验的要求，我们准备了实验原料，并根据实验要求将固化后的脲醛树脂粉碎、研磨成微细粉末（粒径<=200目）(见图2和3) 。然后观摩了老师对实验原料进行元素含量分析的过程。

图2. 尿醛树脂固化样品

图3. 研磨处理过程

6.3 测试实验样品的元素含量及其水分、灰分和挥发分含量

把实验样品分别放到元素分析仪和工业分析仪上，打开分析仪电源开关，让实验样品静置一个小时，等待仪器自动对样品进行处理。然后，打开“测量”开关，就能得到

表1所列的脲醛树脂（胶黏剂）样品的元素分析结果和表2所列的脲醛树脂（胶黏剂）样品的工业分析结果。这些结果与文献[1]是一致的。

Concentration（wt.%）

H 4.1

O 27.9

N 36.1

S 0.1

表2.脲醛树脂（胶黏剂）样品的工业分析

Concentration（wt.%）

Ash 0.42

Volatiles 96.11

Fixed carbon 1.12

6.4研究实验样品的热分解特性

在老师指导下，我们首先熟悉了实验仪器（岛津热重仪（TGA）），观摩了仪器操作流程，然后开始测试实验样品的热分解特性。

1．用特制溶液洗涤蒸发皿。

2．将研磨完成的样品用药匙放入蒸发皿中。

3．用镊子将蒸发皿加盖并转移至岛津热重仪（TGA）中，并将一个空的蒸发皿放在另一个试验台上作对照试验。

4．开启岛津热重仪（TGA），在电脑上设置相应参数（见图4）。

图4. 设置参数