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脲醛树脂(UF)胶的众多优点使其成为目前世界上使用最广泛的木材胶粘剂之一。我国80%以上的木材胶粘剂为脲醛树脂胶,年耗量在40万吨以上。但脲醛树脂胶易于释放游离甲醛,严重影响了它在木材胶接领域的主导地位。近30年来随着人们环保意识的增强,人们对于甲醛释放量的要求也越来越高;毒性低且胶合强度有保障的脲醛树脂胶粘剂一直是胶粘剂研究工作者追求的目标;尽管E1级或接近E1级的人造板已在许多国家得到应用,我国的脲醛树脂胶粘剂胶接制品甲醛释放问题依然很严重。
用脲醛树脂作为胶粘剂制造的人造板其游离甲醛主要来源于木材本身和所用的脲醛树脂胶粘剂;但释放出的甲醛主要来自源于胶接所用的脲醛树脂。对脲醛树脂的改性以求降低其游离甲醛含量并进而降低其胶接制品的甲醛释放量是目前研究的关键。全世界木材工业界对甲醛释放问题做了广泛深入的研究。能够降低甲醛释放的途径主要有:降低脲醛树脂的摩尔比,采用板的后期处理,在胶中加入其他捕捉剂等。
本论文通过参考所查阅的大量国内外文献,针对低摩尔比的脲醛树脂胶合强度低的研究难点,成功合成了以羟甲基脲(Mus)为主的甲醛捕捉剂并成功应用于普通的胶粘剂用脲醛树脂,胶合强度得到了明显提高;其胶接制品甲醛释放量优于国家标准E1级的要求,克服了国际上尤其是美国对我国木材胶接制品在甲醛释放量上的壁垒,取得了良好的胶接效果。研究表明,以木单板为试材,用所研究的MUS改性游离甲醛释放量为5.83mg/L的脲醛树脂胶粘剂(UFRA)后,其游离甲醛释放量降为0.43mg/L,降低了14倍;同时胶接制品的强度得到了保障达到了0.93MPa,较好地解决了长期以来存在的低游离甲醛含量胶粘剂其耐温水胶合强度低的问题。论文同时采用DSC、FTIR分析改性树脂的固化及结构与性能的关系,并得到以下结论:
(1)MUS的加入使UFRA制胶合板的胶合强度有了大幅度提高,当双组分UFRA中UF树脂与MUS混合比例为80:20时,双组分UFRA胶合强度提高了30%。MUS的引入无论在高摩尔比或者低摩尔比,都明显降低UFRA胶合板的甲醛释放量。
(2)固化起始温度、固化峰值温度降低,固化反应速率常数增大说明MUS增加了UFRA固化体系的活性,使UFRA容易进行固化反应;活化能Ea降低,反应焓变AH增加,说明改性后UFRA的固化更加充分,这些因素的变化都有助于胶合强度的提高。
(3)对单双组分UFRA固化后的结构进行比较分析,双组分UFRA固化后残余羟甲基吸收峰明显减弱,表明双组分UFRA固化的交联密度增加,胶合强度得到提高。
(4)研究出了新型MUS改性UFRA最优合成工艺,MUS与UFRA混合比为20:80,UF树脂F/U=1.5,MUS中F/U=0.5,三聚氰胺添加量为MUS质量分数的5%时,合成UFRA的胶合强度为0.93MPa,甲醛释放量为0.43mg/L。