麦草和蔗渣机械浆制备墙体装饰材料的研究.pdf
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1、第1 3 卷第2 期建筑材料学报v o I 1 3,N o 22 0 1 0 年4 月J o U R N A LO FB U I I。D I N GM A T E R I A L SA p r。2 0 1 0文章编号:1 0 0 7 9 6 2 9(2 0 1 0)0 2 0 2 7 2 0 5麦草和蔗渣机械浆制备墙体装饰材料的研究韩文佳1 2,陈克复1 2,杨仁党1 2,杨飞1 2,黄良辉1 2,高文花1 2(1 华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广东广州5 1 0 6 4 0;2 华南理工大学广东省造纸技术与装备公共实验室,广东广州5 1 0 6 4 0)摘要:利用搓磨分丝和高浓磨浆
2、工艺技术得到麦草和蔗渣机械浆,并部分替代蔗渣化学浆制备墙体装饰材料。研究了麦草和蔗渣机械浆的添加量对墙体装饰材料外观颜色、挺度、拉伸性能和保温隔热性能的影响及物理性能变化的机理结果表明:随着麦草和蔗渣机械浆添加量的增加,墙体装饰材料的挺度呈先增加后降低的趋势,且麦草、蔗渣机械浆添加量为5 0,4 0(质量分数)时挺度最大,比未添加麦草和蔗渣机械浆的墙体装饰材料分别提高9 3 6,8 6 2,墙体装饰材料的导热系数逐渐降低,当麦草和蔗渣机械浆添加量为5 0 时,其导热系数比未添加麦草和蔗渣机械浆的墙体装饰材料(导热系数为0 1 7 9w(m K)分别降低1 5 6 4,2 4 5 8;添加麦草和
3、蔗渣机械浆能明显降低墙体装饰材料的成本关键词:麦草和蔗渣;机械浆;拉伸性能;保温隔热中图分类号:T U 5 6+4 5文献标志码:Ad o i:i 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 0 0 2 0 2 8R e s e a r c ho nP r e p a r a t i o no fW a l lD e c o r a t i v eB u i l d i n gM a t e r i a lf r o mM e c h a n i c a lP u l po fW h e a tS t r a wa n dB a g a s s eH A
4、 NW e n-j i a l”,C H E NK e-f u l”,Y A N GR e n d a n 9 1”,Y A N GF e i l”,H U A N GL i a n g h u i l G A OW e n h u a l t 2(1 S t a t eK e yL a bo fP u l pa n dP a p e rE n g i n e e r i n g,S o u t hC h i n aU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y G u a n g z h o u5 1 0 6 4 0,C h i n a;2 G u a n
5、 g d o n gP u b l i cL a b o r a t o r yo fP a p e rT e c h n o l o g ya n dE q u i p m e n t,S o u t h C h i n aU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,G u a n g z h o u5 1 0 6 4 0,C h i n a)A b s t r a c t:M e c h a n i c a lp u l po fw h e a ts t r a wa n db a g a s s ew a so b t a i n e db yu
6、s i n gt e c h n o l o g yo ft w i s t i n gu pa n dh i g hc o n c e n t r a t i o nr e f i n i n g T h ep r o d u c tc a np a r t l yr e p l a c et h ec h e m i c a lp u l pf o rw a l ld e c o r a t i o n T h ee f f e c to fa d d i t i o no ft h em e c h a n i c a lp u l pO na p p e a r a n c e,s t
7、 i f f n e s s,t e n s i l e,t h e r m a li n s u l a t i o nw e r ei n v e s t i g a t e d I ti ss h o w nt h a tu p o nt h ei n c r e a s eo ft h ea d d i t i o no ft h em e c h a n i c a lp u l p,t h es t i f f n e s si n c r e a s e sa tf i r s ta n dt h e nt e n d st od e c r e a s e I tr e a c
8、 h e sp e a kt ot h ei n c r e m e n tt o9 3 6 a n d8 6 2 a tt h ea d d i t i o no f5 0 o fs t r a mp u l pa n d4 0 o fb a g a s s ep u l p(b ym a s s)C o n d u c t i v i t yw i t ht h ea d d i t i o no f5 0 s t r a mp u l po rb a g a s s ep u l p,t h e r m a lc o n d u c t i v i t yd e c r e a s e
9、sb y1 5 6 4 a n d2 4 5 8 r e s p e c t i v e l yi nc o m p a r t s i o nw i t hn om e c h a n i c a lp u l p(t h e r m a lc o n d u c t i v i t yi s0 1 7 9w(m K)I na d d i t i o n,t h ec O s to fw a l lm a t e r i a li so b v i o u s l yd e c r e a s e db ya d d i n gm e c h a n i c a lp u l p K e y
10、w o r d s:w h e a ts t r a wa n db a g a s s e;m e c h a n i c a lp u l p;t e n s i l ep r o p e r t y;t h e r m a li n s u l a t i o n纸浆模塑墙体装饰材料(以下简称为墙体装饰材料)是一种新型、环保、质轻、节能的室内装饰材收稿日期:2 0 0 9 0 4 1 6;修订日期:2 0 0 9 0 7 0 6基金项目:华南理工大学自然科学青年基金资助项目(X 2 Q S E 5 0 9 0 6 0 0)第一作者:韩文佳(1 9 8 4 一),男,山东潍坊人,华南理工大
11、学博士E-m a i l:h w j 2 0 0 5 0 6 1 6 3 c o r n通信作者:杨飞(1 9 7 8 一),男,华南理工大学讲师,博士E-m a i l:y a n g f e i s e u t e d u c r l万方数据第2 期韩文佳,等:麦草和蔗渣机械浆制备墙体装饰材料的研究料,具有便于安装,保温、隔热、隔音性能优良的特点,符合国家绿色建材“节约资源、保护环境、无污染无毒害、多功能高性能、可循环使用”的标准和要求 1。2 ,发展潜力较大目前,国内外纸浆模塑材料主要应用于包装材料领域 3 对其性能的研究主要集中在纸浆模塑包装材料缓冲性能方面,而对其挺度、保温隔热性能研
12、究则较少 4 书 麦草和蔗渣属于来源广泛的农作物废弃物资源,其机械浆由于木素脱除少,有许多优于化学浆的物理性能,如纤维粗硬,不容易压扁变形,松厚度大等口 ,利用这种机械浆替代它们的化学浆来制备墙体装饰材料,对废弃物资源的综合利用、降低材料成本、节能减排和改善墙体装饰材料性能具有积极的意义本文利用搓磨分丝和高浓磨浆工艺技术得到麦草和蔗渣机械浆,并部分替代蔗渣化学浆制备墙体装饰材料,研究分析了麦草和蔗渣机械浆添加量对墙体装饰材料力学性能、保温隔热性能的影响;对麦草和蔗渣机械浆最佳添加量进行了探讨1试验1 1原材料麦草取自山东晨鸣纸业;蔗渣及其化学浆取自广西南宁蒲庙纸浆厂;N a O H 为天津大陆
13、化学试剂厂产品;助留剂(阳离子聚丙烯酰胺)、增强剂(阳离子淀粉)取自骏能化工有限公司;防水剂(A K D)取自湖北嘉韵化工有限公司1 2 机械浆的制备采用碱预处理方法制备机械浆碱处理条件为:浆体浓度为2 5(质量分数),碱用量2(相对于绝干原料的质量分数),在8 0 下保温时间3 0r a i n 然后,采用搓磨分丝设备进行分丝处理,再用高浓磨浆设备在2 5 浓度下磨浆2 次即得到麦草机械浆和蔗渣机械浆1 3 纤维筛分采用B a u e r M c N e t t 纤维筛分仪对浆料进行筛分分析,筛网孔径分别为5 5 0,2 7 0,1 5 0,7 5 弘m,每次取绝干浆i 0g,筛分时间3 0
14、r a i n,然后收集不同筛网上的组分,并计算各个组分的质量分数,取3 次测试的平均值1 4 墙体装饰材料的制备机械浆添加量为1 0 9 0(质量分数),防水剂为3(占绝干纤维质量分数,下同),增强剂为1 5,助留剂为0 2,利用全自动纸浆模塑中试生产线经过注浆、吸滤、冷压(压力为4 0k N)、热压干燥(压力为6 0k N,干燥温度为1 6 0 1 9 0)等成型工艺得到尺寸为4 6 0m m X 4 6 0m m X 3m m,质量为3 0 0g 的墙体装饰材料,然后,将它们在I S O 标准纸张恒温恒湿实验室中经2 4h 水分平衡后进行相关检测和统计分析1 5 性能检测采用C I EL
15、。口b 值来表征试样外观颜色变化L 表示明度指数,其值为0 1 0 0;口b 表示色度指数,n。表示从绿色至红色的范围,其值为一1 2 01 2 0,b 值表示从蓝色至黄色的范围,其值为一1 2 0 1 2 0 9 试样的C I EL。口。6 值用爱色丽的x _R i t e S 0 0 分光密度仪测量按照T A P P IT 4 9 8 c m-8 6 纸和纸板挺度测定标准对试样的挺度进行了检测有效检测长度为5 0m m,宽度为2 5m r l l,弯曲角度为1 5。,取多次测试的平均值进行统计分析按照I S 0 1 9 2 4 2 纸和纸板抗张强度测定标准制备拉伸试样,其尺寸为1 0 0m
16、 m 1 5m m 采用万能力学试验机(珠海三思实验设备有限公司出品)测试拉伸性能,在测试开始时夹板之间的距离为7 0m m,测试速度为1 0r a m r a i n,当拉力下降到最大拉伸力的5 0 时结束试验,取重复3 次的平均值在恒温恒湿(2 2 2),R H 一(5 5 5)条件下,采用热线法用D R X I I 型导热系数测定仪测量试样的导热系数,取多次测量的平均值2 结果与讨论2 1麦草和蔗渣机械浆的筛分分析分别对经过1 次搓磨分丝后再进行1,2 次磨浆的麦草和蔗渣机械浆筛分分析,结果见表1 表1麦草和蔗渣机械浆、化学浆的筛分结果T a b l e1S c r e e n i n
17、gc h a r a c t e r i s t i c s(b yl n a s$)o fm e c h a n i c a la n dc h e m i c a lp u l po fw h e a ts t r a wa n db a g a s s e万方数据2 7 4建筑材料学报第1 3 卷由表1 可见,麦草、蔗渣经过搓磨分丝、1 次磨浆后直径大于1 5 0p m 的纤维组分分别为7 6 4,8 2 2(质量分数),经过2 次磨浆后,该纤维组分分别降低了3 5,3 6;在直径为2 7 0 1 5 0“m 范围内,麦草磨浆2 次后其纤维组分增加了7 6,蔗渣磨浆2 次后其纤维组分增加
18、了2 7 1;在直径小于1 5 0 肛m 的范围内,磨浆1,2 次后的麦草机械浆其纤维组分分别比磨浆1,2 次后的蔗渣机械浆高5 8,3 6,表明经过2 次磨浆的蔗渣细纤维组分增加量相对减小通过与蔗渣化学浆的筛分比较可以看出,蔗渣化学浆中直径大于2 7 0 扯m 的粗纤维和直径小于7 5 弘m 的细纤维较蔗渣机械浆多,蔗渣机械浆中各纤维组分所占质量分数的分布较蔗渣化学浆均匀考虑到墙体装饰材料表面的均匀性和强度要求,本文选用磨浆2 次的麦草和蔗渣机械浆与蔗渣化学浆配合进行试验2 2 麦草和蔗渣机械浆对外观颜色的影响墙体装饰材料的C I EL 口b。值见表2 衷2 墙体装饰材料的C I E L 口
19、b 值T a b l e2T h eC I EL 4。b。o fd e c o r a t i v ew a l lm a t e r i a l由表2 可以看出,单纯使用漂白蔗渣化学浆的墙体装饰材料其L 值为9 0 3 9,a,b。值较小,说明该材料亮度较高,颜色单一,视觉冲击力强容易造成视觉疲劳,因此不适合做墙体装饰材料随着麦草和蔗渣机械浆添加量的增加,墙体装饰材料的L。值逐渐降低,且添加麦草机械浆试样的L 值较添加蔗渣机械浆试样降低更为明显;墙体装饰材料的n。,b。值呈增大趋势,且添加麦草机械浆试样的a。,b 值增大明显这表明随着机械浆的添加,墙体装饰材料的亮度明显下降,颜色向红色和黄色
20、的方向偏移,变得更加柔和,使墙体装饰材料更具自然色采这是由于机械浆没有经过漂白工艺,纤维原料中的发色基团未被破坏或除去,保留了植物纤维原料的颜色,因此添加机械浆会明显改善墙体装饰材料的外观颜色2 3 麦草和蔗渣机械浆添加量对挺度的影响挺度是墙体装饰材料的重要技术指标挺度的检测结果见图1 言看吾重苗D o s a g eo f m e c h a n i c a lp u l p(b ym a s s)*,图1机械浆对墙体装饰材料挺度的影响F i g 2E f f e c to fm e c h a n i c a lp u l pd o s a g eO nt h es t i f f n e
21、 s so fd e c o r a t i v ew a l lm a t e r i a l由图1 可见,随着机械浆添加量的增加,墙体装饰材料的挺度逐渐增大,且麦草、蔗渣机械浆添加量分别为5 0,4 0 时其挺度达最大值,比未添加麦草、蔗渣机械浆的墙体装饰材料分别提高了9 3 6,8 6 2 这是因为机械浆保留了大部分纤维束间相互连接的木素 10|,它们对提高挺度有利麦草机械浆中细纤维或纤维束组分高于蔗渣机械浆,而细纤维组分在墙体装饰材料成型过程中的流失,导致麦草机械浆墙体装饰材料的挺度变化较蔗渣机械浆墙体装饰材料缓和,且挺度下降的拐点也出现较晚2 4 麦草和蔗渣机械浆添加量对拉伸性能的影
22、响麦草、蔗渣化学浆和机械浆对墙体装饰材料拉伸性能的影响见图2,其中:a 代表蔗渣化学浆墙体装饰材料,b 代表5 0 麦草机械浆墙体装饰材料,C代表5 0 蔗渣机械浆墙体装饰材料1D e f o r m a t i o n n 吼图2 化学、机械浆对墙体装饰材料拉伸性能的影响F i g 2E f f e c to fc h e m i c a la n dm e c h a n i c a lp u l po nt h et e n s i l ep r o p e r t yo fd e c o r a t i v ew a l lm a t e r i a l由图2 可见,在初期载荷约3 0
23、N 的位置,3 条曲线均出现变形量增大而载荷不变的情况,这是由于在拉伸试验中经过了一个克服相关重力绷紧试样的过程,消除这种影响可得到墙体装饰材料拉伸极限载荷(N)和对应的变形量(r a m)表3 为墙体装饰材料的极限载荷和对应的变形量柏柏加0N,0JE一口日。一万方数据第2 期韩文佳,等:麦草和蔗渣机械浆制备墙体装饰材料的研究表3 墙体装饰材料的极限载荷和对应的变形量料大所致T a b l e3L i m i tl o a da n dc o r r e s p o n d i n gd e f o r m a t i o no fd e c o r a t i v ew a l lm a t
24、 e r i a l由图2 和表3 可见,在墙体材料受力变形过程中,化学浆墙体装饰材料的极限载荷最大,麦草机械浆墙体装饰材料的极限载荷大于蔗渣机械浆墙体装饰材料,而蔗渣机械浆墙体装饰材料极限载荷对应的变形量则大于麦草机械浆墙体装饰材料由图2 还可以看出,在墙体装饰材料初期的弹性变形阶段,化学浆墙体装饰材料的弹性模量大于麦草和蔗渣机械浆墙体装饰材料随着拉伸力的增加,曲线斜率均逐渐减小,表明变形量增加速率大于载荷增加速率,这时墙体装饰材料中纤维之间的结合遭到破坏,导致形变不可恢复,当载荷继续增大时,墙体装饰材料断裂 1 卜”添加机械浆后,墙体装饰材料极限载荷不同程度下降,且在相同添加量的情况下,蔗
25、渣墙体装饰材料的极限载荷下降幅度较麦草墙体装饰材料大,这是由于机械浆的纤维表面羟基少,使纤维之间的结合力变小所致另外,由于麦草机械浆细纤维或纤维束组分明显高于蔗渣机械浆,在成型过程中细纤维组分填充于纤维之间的空隙可提高其结合强度,使麦草机械浆墙体装饰材料的极限载荷比蔗渣机械浆墙体装饰材料大添加5 0 麦草、蔗渣机械浆后墙体装饰材料的极限载荷分别降低了5 1 0,7 0 6 2 5 麦草和蔗渣机械浆添加量对保温隔热性能的影响导热系数也是墙体装饰材料的重要技术指标在相同制备工艺的情况下,机械浆添加量对墙体装饰材料导热系数的影响见图3 由图3 可见,随着机械浆添加量增加,墙体装饰材料导热系数逐渐降低
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