论文部分内容阅读
大豆蛋白胶黏剂被认为是甲醛树脂胶黏剂的有效替代品。目前,大豆蛋白胶黏剂已在人造板企业工业化应用,但在实际应用中仍然存在耐水胶接强度较差、固化胶层硬脆以及胶接界面抗冲击性差等问题。为此,本研究以天然植物纤维为增强体,通过对植物纤维进行功能化修饰,并构筑多相复合体系,协同增强增韧大豆蛋白胶黏剂。研究功能化植物纤维多相复合体系对大豆蛋白胶黏剂的胶接性能、耐水性能、胶层韧性以及热稳定性等的影响,通过研究改性大豆蛋白胶黏剂微观形貌、胶接界面形态、胶接界面应力集中与缓释,解析植物纤维多相复合体系改性大豆蛋白胶黏剂的增强增韧机理。论文主要结论如下:(1)利用聚多巴胺包覆的纳米纤维素和巯基化氧化石墨烯作为一维/二维增强相改性大豆蛋白复合材料,构筑的三元复合体系具有多重共价/非共价化学交联结构,基于基元和界面协同增强作用,大豆蛋白复合材料的拉伸强度达11.10 MPa,比对照组高2.81倍。水蒸气透过率为3.91,比对照组降低64.70%。(2)不同植物纤维对大豆蛋白胶黏剂显示出不同的增强效果。洋麻纤维和废纸纤维改性大豆蛋白胶黏剂的胶合强度分别为0.76 MPa和0.82 MPa,较对照组分别增加了18.75%和28.12%。而竹纤维改性大豆蛋白胶黏剂的胶合强度为0.58 MPa,较对照组略有下降。扫描电镜图发现,洋麻纤维和废纸纤维与基质间界面结合较为紧密。(3)基于洋麻纤维/KH560改性埃洛石共混改性体系,可实现对大豆蛋白胶黏剂的协同增强增韧。KH560改性的埃洛石具有良好分散性和反应活性,可与大豆蛋白分子链产生共价结合作用;同时,洋麻纤维和埃洛石对胶黏剂体系中应力的传递和分散起到协同效应。所构筑改性大豆蛋白胶黏剂的胶合强度为1.15 MPa,较未改性的胶黏剂提高202.63%,胶层韧性和固化后胶黏剂的热稳定性也得到明显改善。(4)N-环己基-2-苯并噻唑亚砜酰胺(CZ)接枝Ca CO3纳米粒子负载的洋麻纤维(TKF-s-CZ),纤维表面负载的Ca CO3纳米粒子提供层级粗糙结构,显著增强了纤维与大豆蛋白基质之间的机械互锁能力;表面接枝的CZ可有效促进胶黏剂体系的交联反应。形成的物理/化学结合协同改善了纤维与大豆蛋白基质之间的界面结合强度,所制备大豆蛋白胶黏剂的胶合强度较对照组提高了102.47%,达到1.64 MPa,吸湿率降低了5.25%,达到8.75%,且表现出较好的胶层韧性。(5)在纤维表面原位生长纳米粒子能够增加纤维表面粗糙度和反应活性,所构筑的功能化层级粗糙纤维与基质之间形成牢固的机械互锁和化学键合作用,可协同增强增韧大豆蛋白胶黏剂。(a)利用聚多巴胺包覆ZIF-8负载竹纤维构筑功能化层级粗糙纤维(CBF@ZIF-8@PDA),CBF@ZIF-8@PDA纤维既可以与大豆蛋白基质形成稳固的机械互锁结构,又可与大豆蛋白基质发生共价/非共价作用,形成牢固的物理锁合和多重化学交联网络结构。增强的界面结合有利于体系的应力传递和能量耗散,赋予大豆蛋白胶黏剂优异的胶合强度和界面韧性。当添加1%的CBF@ZIF-8@PDA纤维时,胶黏剂的胶合强度提高了96.87%,达到1.26 MPa,结晶度降低了6.20%,界面韧性和热稳定性均明显增强。(b)采用溶胶凝胶法制备具有粗糙表面结构的洋麻纤维(SSKF),并用其与单宁酸协同改性大豆蛋白胶黏剂,制备环保、无甲醛、高性能生物质基胶黏剂。与未改性的大豆蛋白胶黏剂相比,具有粗糙结构的SSKF显著提高了纤维与大豆蛋白基质之间的界面结合强度和胶黏剂的耐水性能,改性大豆蛋白胶黏剂的胶合强度由0.41 MPa提高到1.52 MPa,吸湿率从10.07%降低到8.61%。