聚脲交联的木材胶粘剂的制备与性能研究

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随着环境的恶化以及化石能源的枯竭,人们深刻意识到了甲醛对身体与环境的危害性,环保的高性能木材胶粘剂受到了广泛的关注。分支化聚脲含有大量的末端官能团,因而具有较高的反应活性和交联能力,常作为交联剂改善化学材料的机械性能。淀粉作为一种经济、易获取的可再生生物资源,其变性产物氧化淀粉已成功应用于木材胶粘剂的制备。因此本文利用聚脲的高交联性与反应性,天然淀粉的环保可再生性,设计了三种不同的环保耐水木材胶粘剂。通过甲醛释放量来评估胶粘剂的环保性,干、湿剪切强度来评估胶合性能与耐水性能。具体研究内容如下:(1)聚脲-甲醛树脂木材胶粘剂的制备与性能研究。以二乙烯三胺(DETA)和尿素(U)为原料,在不使用溶剂和催化剂的条件下,进行脱氨缩合反应,成功合成了支化聚脲,然后聚脲与甲醛进行羟甲基化反应制备了聚脲-甲醛树脂胶粘剂。电喷雾质谱(ESI-MS)、核磁共振碳谱(13C NMR)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征结果表明,聚脲含有末端胺和尿素基团,甲醛全部参与反应。胶粘剂的性能测试结果显示,聚脲-甲醛胶粘剂(F/U=2)的最大干剪切强度达到1.72 MPa,湿剪切强度达到0.76 MPa,大于国家标准要求(≥0.7 MPa),但其甲醛释放量仅为0.2 mg/L,远低于国家E0标准(≤0.5 mg/L),表明聚脲键和支化交联结构的引入使树脂胶粘剂具有更好的环保性和胶合性能。(2)聚脲-氧化淀粉-甲基丙烯酸甲酯木材胶粘剂的制备与性能研究。以天然玉米淀粉、KMnO4、聚脲和甲基丙烯酸甲酯分别作为原料、氧化剂、交联剂和共聚单体,成功合成了一种零甲醛释放的耐水聚脲-氧化淀粉-甲基丙烯酸甲酯(P-OS-M)胶粘剂。FTIR和X射线衍射(XRD)结果表明,聚脲和甲基丙烯酸甲酯与氧化淀粉成功发生了交联和共聚。此外,热重分析(TGA)、流变、扫描电镜(SEM)和接触角分析结果表明,P-OS-M胶粘剂其热稳定性、粘度、形貌和耐水性等方面均适用于木材胶粘剂。剪切强度结果显示P-OS-M25胶粘剂的湿剪切强度可达1.04 MPa,远高于天然淀粉(NS)和氧化淀粉(OS),表明交联和共聚提高了淀粉胶粘剂的耐水性。(3)聚脲-氧化淀粉木材胶粘剂的制备与氯氧镁填充物对其性能改善的研究。将天然淀粉进行氧化,然后与聚脲进行交联制备了一种零甲醛释放的聚脲-氧化淀粉(P-OS)胶粘剂,混合摩尔比为5的MgO与MgCl2两种粉末制备了氯氧镁填充物,并且探究了填充物对P-OS胶粘剂性能的改善效果。剪切强度、FTIR、接触角分析结果显示P-OS-10%胶粘剂的耐冷水剪切强度达到1.98 MPa,与干剪切强度差别很小,表明填充物反应了胶粘剂中的部分水分,提高了P-OS胶粘剂的耐水性,最佳添加量为10%。TG与DTG结果表明胶粘剂的最佳热压温度为170℃,填充物提高了胶粘剂的热稳定性。
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