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《西北农林科技大学》 2010年
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KGM-CA-PVA三元共混复合胶粘剂的制备及其胶合机理研究

顾蓉  
【摘要】:木材是当今人类社会使用的四大材料之一,木材短缺将与我国经济发展长期共存。人造板作为提高木材利用率和改善木材性能的重要途径,在木材工业领域占有举足轻重的地位。木材胶粘剂是提高人造板品质的关键因素,具有不可替代的作用。为了解决传统石化木材胶粘剂释放游离甲醛,污染环境,危害人体健康的问题,本研究以魔芋葡甘聚糖KGM、壳聚糖CA为主要原料,以冰醋酸为催化剂,以聚乙烯醇PVA为改性剂,以纯水为溶剂,以A为助剂,开发绿色、无污染的新型木材胶粘剂。 为了开发KGM-CA-PVA三元共混复合胶粘剂,本文主要进行了以下六个方面的研究。第一部分:探讨了葡甘聚糖木材胶粘剂的制备及其性能评价。第二部分:探讨了壳聚糖木材胶粘剂的制备及性能评价。第三部分:研究了葡甘聚糖-壳聚糖二元共混木材胶粘剂的制备及性能评价。第四部分:研究了葡甘聚糖-壳聚糖-聚乙烯醇三元共混胶粘剂的制备及性能评价。第五部分:对葡甘聚糖-壳聚糖-聚乙烯醇三元共混胶粘剂的热特性和流变特性进行分析。第六部分:对葡甘聚糖-壳聚糖-聚乙烯醇三元共混胶粘剂的胶合机理进行研究。取得的主要结论如下: (1)通过正交试验得到了葡甘聚糖胶粘剂的最优制备和热压工艺条件:即葡甘聚糖浓度4%,反应存放时间24h,热压温度150℃时,热压时间15min,热压压力4MPa。葡甘聚糖胶粘剂的干状胶合性能尚好,但耐水性能低。 (2)通过正交试验得到了壳聚糖酸化改性胶粘剂的最优制备和热压工艺条件:即壳聚糖浓度5%,冰醋酸浓度1%,反应存放时间24h,热压温度120℃时,热压时间15min热压压力4MPa时。壳聚糖胶粘剂的胶合性能和耐水性能较葡甘聚糖胶粘剂良好。 (3)得到了葡甘聚糖-壳聚糖二元共混胶粘剂的最优制备和热压工艺条件:壳聚糖浓度2.5%,冰醋酸浓度1%,反应存放时间24h,热压温度130℃,热压时间15min,热压压力4MPa。得到二元共混胶粘剂的干状胶合强度3.23MPa,湿状胶合强度1.85MPa,超过国家Ⅱ类胶合板的标准。 (4)得到了葡甘聚糖-壳聚糖-聚乙烯醇制备三元共混胶粘剂的最优制备和热压工艺条件:葡甘聚糖质量分数为2.5%,壳聚糖质量分数为2.5%,冰醋酸质量分数为1%,10%聚乙烯醇质量分数为6%,助剂A质量分数为1%,反应存放时间为24h,热压温度为130℃,热压时间15min,热压压力4MPa。得到三元共混胶粘剂的干状胶合强度4.50MPa,湿状胶合强度3.63MPa,超过国家Ⅱ类胶合板的标准。 (5)差示扫描量热仪和流变仪对二元共混和三元共混胶粘剂的热特性和流变特性分析结果表明:胶粘剂的流变特性呈明显的非线性变化,粘度与剪切速率的关系可用Cross模型拟合;粘度与温度的关系可用阿仑尼乌斯方程(Arrhenius)拟合;频率扫描曲线可用四阶多项式拟合;胶粘剂的平均分子量随温度升高逐渐降低,分子量分布随着温度升高逐渐增大。最后,建立了三元共混胶粘剂在低粘度范围内的流变行为的双阿仑尼乌斯模型。 (6)通过红外光谱图分析以及X-射线衍射辅助分析发现:三种高分子之间存在着氢键等强烈的相互作用;从微观结构分析了反应的主要基团,发现胶粘剂中的活性基团与杨木中的纤维素和半纤维素上的羟基发生了作用,从而得到胶粘剂与界面之间也有强烈作用。通过紫外分光光度计测试分析表明三者相容性非常良好。通过扫描电镜观察和原子力显微镜辅助观察发现三元共混胶粘剂中存在的网状结构使其胶合强度得到了提高,分析了胶粘剂渗透对胶合界面的物理、力学性能的影响。 以上研究结论对于加速木材胶粘剂研发的进程,建立和完善胶粘剂制备工艺条件,提供了重要的科学理论依据。三种聚合物共混改性胶粘剂具有很好的耐水性能和胶合性能,在木材工业领域中具有良好的开发应用前景。对胶粘剂与木材界面之间的作用所做的详细分析,加深了对木材胶合机理的了解,对胶合性能的研究具有指导意义。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TS653

【引证文献】
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