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以研究和开发可再生、环保型木材胶粘剂,解决人造板带来的甲醛污染问题为目标,本论文采用豆粕为原料,以氢氧化钠(NaOH)和十二烷基硫酸钠(SDS)为变性剂,三聚氰胺-甲醛-尿素(MUF)树脂、多元胺改性酚醛(APF)树脂、丙烯酸聚合物(PAA)和纳米纤维(CNW)为增强剂,聚乙二醇(PEG)为降粘剂,制备出多种改性大豆蛋白基胶粘剂。利用DSC、DMA、FT-IR和SEM进行表征,研究了变性剂、增强剂、降粘剂对胶粘剂性能影响,热压工艺对人造板性能影响,探讨了改性大豆蛋白基胶粘剂的增强、固化、胶接机理。得出主要结论如下:
1、变性剂、增强剂及热压工艺对大豆蛋白基胶粘剂及人造板性能影响
(1)豆粕粒度、改性剂等对大豆蛋白基胶粘剂粘度及胶合板胶合强度有显著影响。豆粕粒度250目时,胶粘剂性能较好。NaOH和SDS可分别提高胶合强度25%和30%。加入10%PEG可降低胶粘剂粘度91%,提高胶合强度7%。
(2)增强剂可有效提高胶合板胶合强度。MUF树脂、APF树脂、PAA及CNW等增强剂可分别提高胶合强度46%、102%、60%及20%,满足Ⅱ类胶合板标准要求。MUF树脂和APF树脂增强后胶合板甲醛释放量分别为0.22mg/L和0.13mg/L。
(3)热压工艺对人造板性能有显著影响。NaOH改性大豆蛋白基胶粘剂制备纤维板静曲强度29.02MPa、内结合强度0.74MPa,满足国家标准要求。MUF树脂和APF树脂增强改性大豆蛋白基胶粘剂制备胶合板,热压工艺优化后胶合强度分别提高24.2%和18.2%,甲醛释放量分别降低21.4%和8.8%。
2、大豆蛋白基胶粘剂固化特性表征
MUF树脂和APF树脂增强改性大豆蛋白基胶粘剂在120℃-160℃出现明显反应峰。
MUF树脂增强改性大豆蛋白基胶粘剂随温度上升储存模量先下降后上升,在157℃时达到峰值,玻璃化转变温度为107℃。
APF树脂、PAA及CNW增强改性大豆蛋白基胶粘剂固化后胶层横截面空隙及裂纹消失,褶皱减少,表面变光滑、均匀。
MUF树脂和APF树脂与大豆蛋白分子以-CH2-连接,PAA则以肽键与大豆蛋白分子相连。
3、改性大豆蛋白基胶粘剂固化与胶接机理
(1)变性剂能够破坏大豆蛋白质2、3、4级结构,暴露分子内部的疏水基团、形成疏水作用提高胶粘剂耐水胶接性能。
(2) MUF树脂、APF树脂和PAA增强剂在热压过程中与舒展的大豆蛋白分子上活性基团反应形成化学键,增加交联密度,提高耐水胶接性能。
(3) CNW增强剂通过纳米纤维均匀分布形成主干网络,与大豆蛋白分子形成大量分子间作用力,减少固化后胶层内部空隙和褶皱,提高耐水胶接性能。
(4)高反应活性增强剂可在较低温度下与大豆蛋白活性基团反应,降低胶粘剂体系固化温度。