竹粉填充脲醛树脂胶黏剂的工艺与性能研究

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以脲醛树脂胶黏剂制造胶合板的调胶过程中,除添加固化剂外,还需调入一定量的填充剂,可以减少胶黏剂的用量、降低用胶成本,同时能够改善胶黏剂的某些性能。生产实践中,最常采用面粉作脲醛树脂胶黏剂的填充剂,一方面消耗了大量的粮食,另一方面使得胶合板生产成本较高。由此,国内外的学者们开展了许多关于脲醛树脂胶黏剂的填充剂的研究,包括各种农林废弃物、矿物质,甚至纳米材料作填充剂,以达到扩大木材胶黏剂填充剂品种资源、减少粮食在非食品工业中的应用、降低甲醛释放量或提高脲醛树胶脂胶黏剂性能的目的。但目前均未广泛推广应用,在实际生产中仍广泛使用面粉,或用滑石粉等替代部分的面粉。本文为探讨竹粉替代面粉作脲醛树脂胶黏剂的填充剂的可行性,重点研究了竹粉的基本特性、填充后对胶液性能的影响、竹粉热处理改性方法、竹粉填充工艺的优化以及竹粉填充对胶液性能的影响机理。论文首先分析了竹粉的化学成分、微粒形态,以及竹粉填充对脲醛树脂胶黏剂固化时间、黏度等的影响;然后尝试通过热处理方法对竹粉进行改性,以改善竹粉填充后的胶液性能,运用响应面法分析了处理温度、处理时间、竹粉含水率及其相互作用对脲醛树脂胶黏剂固化后甲醛释放量的影响;再选用经最佳热处理工艺处理后的竹粉,填充脲醛树脂胶黏剂,并压制胶合板,以胶合强度、甲醛释放量为指标,优化竹粉添加量、竹粉粒度等填充工艺参数;并对比以竹粉、面粉混合作脲醛树脂胶黏剂填充剂,对胶合板胶合强度和甲醛释放量的影响;最后借助傅里叶变化红外光谱分析、场发射扫描电子显微镜以及X射线光电子能谱分析了竹粉填充对胶黏剂胶合性能的影响机理。结果表明:(1)在电镜下观察,竹粉粒度达到200目以上时,部分细胞壁被破坏,内含物暴露;随着竹粉粒径的减小,竹粉中C-H、 C-O、苯环基本单元结构等活性基团的红外光谱特征吸收峰增强。(2)竹粉作为脲醛树脂胶黏剂的填充剂,UF胶液的粘度随着添加量的增大而增大,竹粉添加量为15%和竹粉粒度为220-240目时UF胶液的粘度均达到最大,且高于添加15%面粉的粘度;当竹粉粒度为220-240目时,胶液的固化时间最长,竹粉粒度为160-180目到200-220目间,竹粉粒度的变化对UF胶液固化时间的影响不显著;竹粉或面粉填充可以显著降低UF胶液固化后的甲醛释放量,当竹粉添加量为15%和竹粉粒度为200-220目时,UF胶液固化后的甲醛释放量均降到最低。(3)以竹粉的热处理温度和时间分别为140℃和2h,热处理时竹粉的含水率为25%这三个因素水平的中心点;通过响应面优化得出最优的热处理工艺方案是:热处理温度为160℃,热处理时间为2h,热处理时竹粉的含水率应为26.42%。(4)竹粉热处理后,UF胶液的粘度随着竹粉添加量的增大而增大,竹粉粒度为220-240目时,UF胶液的粘度达到最大;竹粉添加量由5%增大到20%,UF胶液固化时间变化不明显,添加量为25%时,其固化时间达到最大。竹粉热处理对胶合板胶合强度的影响不大,但有助于降低胶合板的甲醛释放量。响应面优化可得,竹粉经热处理后作为填充剂的工艺方案是:竹粉添加量为18%,竹粉粒度为220-240目。(5)UF胶液中调入竹粉,胶合板的胶合强度略高于调入面粉时的胶合强度;当6%的竹粉和12%的面粉混合、12%的竹粉和6%的面粉混合之后调入于UF胶液中,胶合板具有较高的胶合强度;混合填充剂的调入对胶合板的降醛效果明显,当12%面粉和6%竹粉混合填充时,胶合板的甲醛释放量降到最低。(6)160目以上竹粉与脲醛树脂胶黏剂混合的均匀性较好,且粒度越小越容易混合。(7)通过X射线光电子能谱、红外吸收光谱等的分析表明,竹粉填充脲醛树脂胶黏剂时,木质素的基本结构单元参与了反应,竹粉与脲醛树脂胶黏剂中的游离甲醛之间存在反应,吸收了部分甲醛,有利于甲醛含量的降低,同时能够提高脲醛树脂胶黏剂的胶合性能。
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