陈艳君，张勇飞
（南昌大学 科学技术学院，南昌 330029）
作为农林生物质废弃物快速热解的液态产物，热解油中包含大量醛类与酚类等活性物质，具有可再生、成本低等优势，在树脂合成领域中能够取代以往普遍使用的化石资源[1]。热解油脲醛树脂胶合性能较高，制备成本较低，制备过程中热解油内包含的醛类物质能够同尿素产生化学反应生成稳定的酰胺与胺，能够提升氮肥缓释率，发挥生态微环境的生物调节功能[2]。并且，热解油脲醛树脂在使用过程中仅释放较低的甲醛量，不会对环境与人体造成危害。因此可将热解油脲醛树脂取代以往普遍使用的胶粘剂。
热解油脲醛树脂抗压强度性能的优劣是不同制备材料（影响因素）同时存在、相互影响的结果。当前针对热解油脲醛树脂抗压强度性能的评估只能针对单一指标进行描述[3]，尚未综合考虑多方面影响因素的共同作用。由于影响热解油脲醛树脂抗压强度性能的因素较多，不同因素对热解油脲醛树脂抗压强度性能的影响具有渐变性[4]。在这些影响热解油脲醛树脂抗压强度性能因素构成的指标体系内，不同因素之间的关联性较为复杂，甚至部分影响因素对热解油脲醛树脂抗压强度的影响程度无法给予准确评估，不同影响因素的评估结果也较为模糊。
针对这种模糊性，本研究在评估热解油脲醛树脂抗压强度性能时采用模糊数学评价法，利用该方法定量化分析影响热解油脲醛树脂抗压强度性能因素的一些定性描述，从热解油脲醛树脂制备材料与环境角度出发，通过全方位描述评价因素，提升评估结果的可靠性。
1.1 热解油脲醛树脂制备
1.1.1 材料
热解油脲醛树脂制备过程中所用的材料如表1所示。
表1 热解油脲醛树脂制备过程中所用的材料
1.1.2 仪器
热解油脲醛树脂制备过程中所用的仪器如下：FA1204C型电子分析天平；
NDJ-1型旋转黏度仪；
PHS-3C型酸度计；
DHG-9030型电热鼓风干燥箱；
NH-4型数显水浴锅；
JCMSTTJ型推台锯；
WDW-SOD型人造板万能力学实验机。
1.1.3 制备方法
热解油脲醛树脂制备过程中各主要材料配比为：甲醛、尿素与热解油比为1.2:1:0.25。
利用电子分析天平称取固定量的甲醛、总量分别为60%和55%的尿素与热解油，将材料同时置入反应釜内，利用搅拌器对混合材料进行搅拌。通过四次酸碱值调节处理混合溶液，过程如下：
步骤1：通过加入NaOH溶液使得混合材料的酸碱度达到8.0。在0.6h内对混合溶液进行均匀升温处理，令其温度达到90±2℃，保温0.5h。
步骤2：利用甲酸溶液将混合材料的酸碱值调节至4.1±0.3，均匀升温至87±2℃，保温0.7h。
步骤3：利用氢氧化钠溶液调节混合材料酸碱值，令其酸碱值达到8.0，同时添加总量为25%的尿素，对混合材料进行均匀升温处理，令其温度上升至87±2℃，保温0.5h。
步骤4：在混合材料中添加总量为45%的热解油与总量为15的尿素，令混合材料酸碱值维持在8.0，对混合材料进行降温处理，令其温度降至70℃，保持0.5h。
对四次酸碱值调节过后的混合材料进行即刻降温处理，令其温度降至40℃，出料获取热解油脲醛树脂样本。
根据上述过程，制备不同材料比重与不同制备温度条件下的热解油脲醛树脂样本，分别命名为样本1、样本2、样本3和样本4。
1.2 基于模糊数学评价法的热解油脲醛树脂抗压强度性能评估
1.2.1 模糊数学评价法基本原理
在本质上可将模糊数据评价法理解为是以模糊数学为基础构建的一种模糊线性变换[5]。模糊数据评价法根据最大隶属度原则与模糊变换理论，结合同待评估事物关联水平较高的不同因素，对待评估事物进行综合评估。模糊数学评价法内，选取评估指标、确定权重集和计算单因素评估向量等过程是影响待评估事物评估结果可靠性的核心。利用模糊数据评价法可构建较为科学有效的事物评估体系。
模糊数据评价法的基本步骤如下：
步骤1：确定待评估对象；
步骤2：分析造成评估结果的不同因素，构建评估因素集合，用A={a1,a2,...,an}表示，其中n表示整数。
步骤3：获取评估结果，构建评语等级集合，用b={b1,b2,...,bn}表示，其中n表示整数。
步骤4：获取因素集A={a1,a2,...,an}与评语集b={b1,b2,...,bn}之间的线性变换，用R表示，其在本质上是一种模糊变换。
步骤5：同时考虑评语对不同影响因素的影响程度，构建权重集合，用Z={z1,z2,...,zn}表示，其中n表示整数。
步骤6：以G=Z⊕R{g1,g2,...,gn}表示模糊数学评价法的评估结果集合，其中元素gi表示评语对评估结果的隶属程度，隶属度越高说明评估结果精度越高。
权重是评价参数对整体评估的贡献程度。在对待评估对象性能进行评估时，权重的确定对于评估结果的优化极为重要。在计算权重的过程中，利用层次分析法建立评估矩阵H，其计算公式如式(1)所示：
表2所示为层次分析法确定的标度值及含义。
表2 标度值及其含义
层次分析法求解过程包括两个主要部分：
1）通过求解特征方程得到解的特征向量X=(x1,x1,...,xn)和最大特征值λmax，基于此获取权重向量：
1.2.2 评估过程
选取甲醛比重、尿素比重、热解油比重、甲酸溶液、氢氧化钠溶液与温度等材料作为热解油脲醛树脂抗压强度性能影响因素，构建评估因素集合。结合热解油脲醛树脂抗压强度性能综合指数E评估上述所制备的热解油脲醛树脂样本抗压强度性能。公式描述如式(3)所示：
式(3)内，zi和gi分别表示不同影响因素的权重与S型隶属度函数内相应的隶属度值。S型隶属度函数的因素越高说明热解油脲醛树脂抗压强度性能越好。当其值达到相应临界值后，其效用也逼近平衡，公式描述如式(4)所示：
式(4)内，x表示不同影响因素的评估值。
将热解油脲醛树脂抗压强度性能指数分为四个等级，分别是：一级（综合指数高于85）；
二级（综合指数在65～85之间）；
三级（综合指数在35～65之间）；
四级（综合指数低于35）。
在此基础上，确定不同影响因素的转折点取值结果，如表3所示。
表3 不同评价因子的转折点取值
实验为验证本文提出的基于模糊数学评价法的热解油脲醛树脂抗压强度性能评估方法的实际使用性能，采用本文方法进行热解油脲醛树脂抗压强度性能评估，评估结果如下。
2.1 不同影响因子的纵向对比
利用本文方法对所制备的热解油脲醛树脂抗压强度性能进行评估，得到各热解油脲醛树脂样本抗压强度评估值，结果如表4～表7所示。
表4 样本1评估结果
表5 样本2评估结果
表6 样本3评估结果
表7 样本4评估结果
分析上述结果可知，甲醛比重上限值最高为23.00%，温度上限值最高为97.5℃，两者均出现在样本3中。甲酸溶液比重上限值最高为23.88%，氢氧化钠溶液比重上限值最高为34.96%，两者均出现在样本4内。尿素比重上限值最高为1.93%，出现在样本1内。热解油比重上限值最高为51.33%，出现在样本3内。
甲醛比重下限值最低为8.13%、热解油比重下限值最低为33.17%、温度限值最低为22.5℃，三者均出现在样本1内。甲酸溶液比重下限值最低为14.96%，出现在样本2内，氢氧化钠溶液比重下限值最低为26.10%，同样出现样本2内。尿素比重下限值最低为1.25%，出现在样本3内。
2.2 相关系数矩阵构造
本文方法评估过程中利用层次分析法构造各样本内不同影响因素相关性判断矩阵，结果如表8～表11所示。
表8 样本1相关系数矩阵
表9 样本2相关系数矩阵
表10 样本3相关系数矩阵
表11 样本4相关系数矩阵
根据表8～表11计算各影响因素权重值，所得结果如图1所示。
图1 不同样本内各影响因素权重值计算结果
分析图1发现，尿素比重是影响热解油脲醛树脂样本抗压强度性能的主要因素，甲醛比重的权重在不同影响因素中最低，各影响因素在不同样本内的权重的差异较为显著。
2.3 不同样本抗压强度性能对比
不同样本抗压强度性能综合指数如图2所示。
图2 不同样本抗压强度性能综合指数
分析图2得到，热解油脲醛树脂样本抗压强度性能综合指数排序为：样本3抗压强度性能综合指数最高，达到71.30，抗压强度性能达到二级；
样本4抗压强度性能综合指数次之，达到70.02，抗压强度性能达到三级；
样本2抗压强度性能综合指数排名第三，达到61.38，抗压强度性能达到三级；
样本1抗压强度性能综合指数最低，为21.80，抗压强度性能为四级。
本文研究基于模糊数学评价法的热解油脲醛树脂抗压强度性能评估方法。在制备不同材料比重与不同温度条件下的样本后，采用模糊数学评价法，以抗压强度性能综合指数为指标，对各样本抗压强度性能进行评估。评估结果显示，尿素比重是影响热解油脲醛树脂样本抗压强度性能的主要因素，评估结果与现实完全吻合，说明所提方法具有可靠性。
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