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随着人造板行业的迅速发展,胶黏剂的需求量不断增大。合成高分子类胶黏剂主要以石化产品为原料,有的还会产生甲醛的问题,不利于环保,而生物质胶黏剂原材料来源广泛,无毒环保,符合循环经济的发展趋势。因此,开发绿色、环境友好型生物质胶黏剂就显得尤为重要。研究表明,耐水性和粘结强度较差是限制生物质胶黏剂发展的两大瓶颈,目前对生物质胶黏剂的研究大多也是围绕这两个问题开展。制革工业产生的皮革废弃物是一种动物生物质资源,其中还含有丰富的皮胶原。明胶是胶原部分水解或变性的产物,但因部分皮革废弃物中含有一定量的铬及其他化学物质,使得明胶的使用范围受到极大的限制,造成资源浪费。而聚氨酯自身就具有一定的粘性和疏水性,可以较好的改善明胶胶黏剂的耐水性和胶黏强度。针对以上问题,本研究以皮革废弃物中提取的工业明胶(INGE)为原料,合成出的三种不同的水性聚氨酯为交联剂,制备三种不同的聚氨酯改性工业明胶木材胶黏剂,从而实现皮革废弃物的资源化利用。论文研究主要有三方面内容:(1)以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚丙二醇(PPG,Mn=1000)和二羟甲基丙酸(DMPA)为原料,甲乙酮肟(MEKO)为封闭剂,制备了封闭型水性聚氨酯(MEKO-WPU),再以MEKO-WPU为交联剂,通过在高温热压条件下解封出活性异氰酸酯基团,使其与废弃皮革中提取的INGE交联,得到封闭型水性聚氨酯改性工业明胶胶黏剂(INGE/MEKO-WPU)。INGE和MEKO-WPU在常温条件下混和均匀后得到INGE/MEKO-WPU胶粘剂,再通过高温热压使MEKO-WPU解封出异氰酸酯基团与INGE发生交联反应,故对INGE/MEKO-WPU胶黏剂温度和时间单因素的优化是在胶黏剂应用过程中的热压工艺处进行的。因此,以胶黏强度为考核指标,确定其最佳制备条件为:MEKO-WPU的R为2.4,MEKO-WPU的用量为20%。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和示差扫描量热(DSC)分析表明,MEKO分子上的羟基与聚氨酯预聚体(PPU)上的异氰酸酯基团发生缩聚反应,成功的制备出了MEKO-WPU,在高温过程中MEKO-WPU也会解封出异氰酸酯基团与明胶反应,其最大解封温度约为126℃。应用结果表明,胶黏剂的湿剪切强度增加到0.97 MPa,表明MEKO-WPU可以提高INGE木材胶黏剂的耐水性。扫描电子显微镜(SEM)结果表明,胶黏剂经高温固化后表面更为光滑,表明INGE与MEKO-WPU组分间的相容性得到提高。优化出的最佳热压条件为:热压温度150℃,热压时间4 min,施胶量300 g/m~2。(2)以IPDI、聚四氢呋喃(PTMG,Mn=1000)和DMPA为原料,2,4-二羟基苯甲醛(DBA)为改性剂,制备了水性聚氨酯交联剂(DBA-WPU),再通过交联剂分子链上的醛基与废弃皮革中提取的INGE的氨基发生交联反应制备木材胶黏剂苯甲醛型水性聚氨酯改性工业明胶胶黏剂(INGE/DBA-WPU)。紫外可见吸收光谱(UV-vis)、FT-IR和核磁共振氢谱(~1H-NMR)表明,DBA分子链上的羟基与聚氨酯预聚体上的异氰酸酯基反应制备出DBA-WPU交联剂。通过FT-IR、接触角、X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)和湿剪切强度对INGE/DBA-WPU胶黏剂进行结构表征和性能检测。结果表明,DBA-WPU与INGE成功的发生希夫碱反应。以胶黏强度为考核指标,确定其最佳制备条件为:DBA-WPU的R为3,DBA-WPU用量为30%,INGE和DBA-WPU的反应温度为35℃,反应时间为1 h。与INGE胶黏剂相比,INGE/DBA-WPU胶黏剂的热稳定性提高,结晶度降低至0.71%,接触角增加至92.3°,粘度增加至45 mPa·s。胶黏剂的湿剪切强度增加到1.1 MPa,表明引入DBA-WPU可以提高INGE木材胶黏剂的耐水性。优化出的最佳热压工艺为:热压温度为110℃,热压时间为4 min,施胶量为300 g/m~2。(3)利用高碘酸钠氧化壳寡糖(COS),得到具有活性醛基的氧化壳寡糖(OCOS)。通过FT-IR、UV-vis和醛基定性实验对氧化产物进行分析。结果表明,成功制备了OCOS,盐酸羟胺法测定其醛基含量为70%。然后以IPDI、PTMG和DMPA为原料,OCOS为改性剂,制备了氧化壳寡糖基水性聚氨酯(OCOS-WPU),最后以制备的OCOS-WPU为交联剂,通过OCOS-WPU的醛基和废弃皮革中提取的INGE的氨基发生交联反应制备得到氧化壳寡糖型水性聚氨酯改性工业明胶胶黏剂(INGE/OCOS-WPU),并采用FT-IR、XRD、SEM、TGA和湿剪切强度对INGE/OCOS-WPU胶黏剂进行了性能与结构检测。结果表明,OCOS与聚氨酯预聚体成功交联制备出OCOS-WPU交联剂,OCOS-WPU的醛基也可与INGE的氨基发生希夫碱反应。以胶黏强度为考核指标,确定其最佳制备条件为:OCOS-WPU的R值为3.5,DMPA用量为6%,OCOS用量为2%,OCOS-WPU用量为40%,INGE和DBA-WPU的反应温度为40℃,反应时间为1 h。与INGE胶黏剂相比,INGE/OCOS-WPU的结晶度降低至0.94%,固含量增加至14.16%,粘度增加至53 mPa·s,湿剪切强度增加至1.05 MPa,表明OCOS-WPU的加入可以提高INGE胶黏剂的耐水性和胶黏强度。经SEM观察显示,INGE/OCOS-WPU胶膜的相容性较好。TGA结果表明,INGE/OCOS-WPU胶黏剂在使用范围内的热稳定性与纯明胶胶黏剂相比有所提高。优化出的最佳热压条件为:热压温度100℃,热压时间为4 min,施胶量为300 g/m~2。综上所述,合成的三类基于工业明胶改性的胶黏剂的耐水性和胶黏强度都优于未改性的INGE胶黏剂,使用过程中也不会释放出有害气体。这三类胶黏剂在木材行业具有潜在的应用价值,能够实现真正的无毒、环保化生产,使胶黏剂的生产和应用具有一定的环境效益和经济效益。