双醛淀粉基树脂胶合机理与工艺的研究

发布时间：2017-03-23 21:15

  本文关键词：双醛淀粉基树脂胶合机理与工艺的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着国内房地产行业及装修产业的发展,装修建材以及家具用材快速增长,人造板行业得到了前所未有的发展。人造板使用的胶粘剂种类中,人工合成树脂依然占主导地位,随着国家环保法规的出台、人民生活水平的提高以及健康意识的不断增强,研究无甲醛环保型胶粘剂非常必要,因此天然高分子胶粘剂的开发越来越受到重视,是今后的研究热点。淀粉胶粘剂原料来源丰富、价格低廉、可降解、韧性好、使用简便、无毒环保,是一种环境友好型胶粘剂,具有广泛的应用前景。其中,双醛淀粉由于分子中含有许多反应活性高的醛基,因而具有易糊化、易于发生交联接枝反应、不易发霉等优良特性,能替代含醛物料反应制备木材胶粘剂。以双醛淀粉为原料生产的胶粘剂,对于扩展淀粉基胶粘剂在人造板工业的应用及促进无醛环保型室内用建材的生产都具有十分重要的意义。本文以工业化生产的双醛淀粉为原料,开发环保型木材胶粘剂,生产环境友好型胶合板。采用正交试验法考察水/双醛淀粉比例、反应物/双醛淀粉比例、物料投料比、反应时间、pH值、填充剂用量及交联剂用量等因素,探究双醛淀粉基胶粘剂的性能和使用特点。采用单因素和响应面试验法,研究热压压力、热压温度、热压时间、施胶量及单板含水率等变量参数对板材胶合强度的影响,获得一系列较佳的热压工艺,并进行稳定性试验。同时借助多种表征手段分析胶粘剂的结构和固化特性,采用FT-IR、TG-DSC、XRD、AFM、旋转流变仪、接触角测量仪等技术分析手段,表征胶粘剂的性能,揭示其反应过程和胶合机理。本文的主要结论如下：(1)尿素-双醛淀粉胶的配比与投料比方面,影响胶合强度的主要因素是水/双醛淀粉比,尿素/双醛淀粉比的影响次之。得出一组较优工艺参数：水/淀粉比为100：35,尿素/淀粉比为1：4,尿素两次投料比为3：7。尿素-双醛淀粉胶的反应条件与填充剂方面,大豆蛋白的用量对胶合强度的影响最为显著。得出一组较优制备工艺参数：pH=5,反应时间70min,大豆蛋白用量16%。(2)苯酚-双醛淀粉制备过程中,苯酚/淀粉的比对胶合强度及粘度的影响显著,反应时间与水/淀粉比对胶合强度及粘度的影响皆不显著。综合得出一组较优工艺参数：水/淀粉比为100：30,苯酚/淀粉比为1/2,反应时间为110min。(3)双醛淀粉接枝共聚胶粘剂的制备中,乙酸乙烯酯/双醛淀粉比以及N-羟甲基丙烯酰胺用量对胶合板耐水胶合强度的影响显著,而水/双醛淀粉比的影响不显著；三个因素对干状胶合强度的影响都不显著。综合得出一组较优工艺参数：水／淀粉比为100：35,乙酸乙烯酯／淀粉比值为1.8,N-羟甲基丙烯酰胺用量8%。(4)尿素-双醛淀粉胶及苯酚-双醛淀粉胶仍然不具备有良好的耐水性能,但是与普通淀粉胶粘剂相比,所制得的胶粘剂固含量高,胶液均匀,贮存稳定性好,活性期长,耐腐耐霉,胶层柔软性好,干状胶合强度明显提升。双醛淀粉接枝共聚胶粘剂通过接枝改性的方法可以减少与木材的界面能量、提高相容性、克服淀粉本身力学性能差的缺点。而添加内交联剂产生的多元交联共聚可以提高其耐水胶合强度。(5)经流变性能分析,三种双醛淀粉基胶粘剂均呈现剪切稀化,即属于假塑性流体。其中苯酚-双醛淀粉胶与尿素-双醛淀粉胶在低频区表现为半固态半流体物质,在高频区表现出粘性流体性质；而双醛淀粉接枝共聚胶在低频区表现出固态性质,在高频区表现出粘性流体性质；由接触角测量结果分析可知,润湿速度大小为：尿素-双醛淀粉胶双醛淀粉接枝共聚胶苯酚-双醛淀粉胶。以平衡接触角判断,苯酚-双醛淀粉胶的润湿性最好,尿素-双醛淀粉胶次之,双醛淀粉接枝共聚胶最差。(6)红外光谱分析结果表明,双醛淀粉中的醛基大部分以缩醛、半缩醛或者水合的形式存在。尿素、苯酚与双醛淀粉的反应过程以亚甲基或醚键连接成大分子,胶液中含有羟甲基、醛基、酰胺基等活性基团,促进了与木材的胶接。在1244cm-1和1024cm-1出现的吸收峰可以证明聚乙酸乙烯酯侧链在双醛淀粉接枝共聚物中的存在。双醛淀粉基胶粘剂依然存在明显的分子内氢键缔合。(7)差示扫描量热分析表明,尿素-双醛淀粉与苯酚-双醛淀粉胶在温度130～150℃时,双醛淀粉接枝共聚胶在100℃左右,水分蒸发及官能团的反应基本完毕。继续增加温度,将会导致胶体热降解,胶接强度降低。(8)X-射线衍射分析结果表明：双醛淀粉与原淀粉相比,主要的吸收峰没有明显变化,但结晶程度略有下降,无定型区增加,使得结构比较疏松,具有较好的渗透性,易于发生化学反应。制成胶粘剂后,基本上不存在淀粉的强吸收峰,结晶结构受到很大程度破坏。可以推断双醛淀粉与所添加的物质产生了反应。(9)淀粉激光粒度分析表明,随着醛基取代度的提高,淀粉的分子量明显降低,淀粉的氧化伴随着分子降解。从原子力显微镜的结果可知,三种胶粘剂胶膜致密,分子之间形成三维的网络结构,有利于形成良好的抗拉强度。尿素、苯酚与双醛淀粉反应的同时,还会降解淀粉大分子,导致胶膜难以形成网络结构。而且降解后的小分子使得羟基暴露出来,更易与水分子结合产生润胀,从而破坏胶层,故制得的胶粘剂不具备耐水强度。而双醛淀粉接枝共聚胶的淀粉粒子与乙酸乙烯酯聚合物均匀分布,接枝共聚形成网络结构。(10)通过响应面分析表明,使用尿素-双醛淀粉胶压制桉木胶合板,各因素间交互作用并不显著。在取值范围内,热压温度对胶合强度的影响最为显著,热压时间次之,施胶量的影响并不显著。最佳工艺参数为：热压温度136℃、热压时间1.99min.mm-1,施胶量416g.m-2。采取最佳工艺制备胶合板,胶合强度预测值为2.12MPa;通过单因素试验得出双醛淀粉接枝共聚胶粘剂的一组较优工艺参数：热压温度80-100℃,热压压力1.4MPa,热压时间3.2min.mm-1,施胶量300g.m-2,单板含水率12%。(11)稳定性试验结果显示,尿素-双醛淀粉胶干状胶合强度与脲醛树脂胶相比并不逊色,结果与理论预测值误差小,有较高的可靠性和稳定性。说明该拟合方程与实际情况匹配较好,所建立模型具有借鉴意义,得出的最优工艺参数有一定的参考价值：双醛淀粉接枝共聚胶干状胶合强度及耐水胶合强度均表现良好,符合Ⅲ类胶合板的防潮要求,能达到普通白乳胶的水平。
【关键词】：双醛淀粉 尿素 苯酚 乙酸乙烯酯接枝共聚 木材胶粘剂
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TS653;TQ437
【目录】：

• 摘要8-11
• Abstract11-16
• 第一章 绪论16-25
• 1.1 引言16-18
• 1.1.1 研究背景16-17
• 1.1.2 研究意义17-18
• 1.2 国内外的研究状况18-23
• 1.2.1 淀粉胶粘剂的改性研究18-22
• 1.2.1.1 改善耐水性19-21
• 1.2.1.2 改善稳定性21
• 1.2.1.3 改善流动性21-22
• 1.2.2 醛淀粉胶粘剂的研究22
• 1.2.3 小结22-23
• 1.3 研究目标与内容23-24
• 1.3.1 研究目标23
• 1.3.2 研究内容23-24
• 1.4 研究的技术路线24
• 1.5 论文创新点24-25
• 第二章 试验材料与方法25-29
• 2.1 试验材料25
• 2.2 试验仪器与设备25-26
• 2.3 胶粘剂与胶合板性能检测26-27
• 2.4 表征样品的制备27
• 2.5 表征分析方法27-29
• 第三章 双醛淀粉基胶粘剂制备工艺研究29-49
• 3.1 引言29
• 3.2 尿素-双醛淀粉胶粘剂的制备29-37
• 3.2.1 试验方法29-31
• 3.2.1.1 试验操作步骤29-31
• 3.2.1.2 正交表设计31
• 3.2.2 试验结果与分析31-37
• 3.2.2.1 配比与投料比的影响31-34
• 3.2.2.2 反应条件与填充剂的影响34-37
• 3.3 苯酚-双醛淀粉胶粘剂37-41
• 3.3.1 试验方法37-38
• 3.3.1.1 试验操作步骤37
• 3.3.1.2 正交表设计37-38
• 3.3.2 试验结果与讨论38-41
• 3.3.2.1 直观图和极差分析38-40
• 3.3.2.2 方差分析40-41
• 3.3.2.3 工艺参数对胶合强度和粘度的影响分析41
• 3.4 双醛淀粉接枝共聚胶粘剂41-47
• 3.4.1 试验方法41-43
• 3.4.1.1 试验操作步骤41-43
• 3.4.1.2 正交表设计43
• 3.4.2 试验结果与讨论43-47
• 3.4.2.1 直观图和极差分析43-45
• 3.4.2.2 方差分析45-46
• 3.4.2.3 工艺参数对胶合强度的影响分析46-47
• 3.5 小结47-49
• 第四章 双醛淀粉基胶粘剂的性能及胶合机理分析49-67
• 4.1 引言49
• 4.2 试验方法49
• 4.3 胶粘剂性能检测与表征49
• 4.4 结果与分析49-65
• 4.4.1 胶粘剂的性能表征49-55
• 4.4.1.1 胶粘剂流变性能49-52
• 4.4.1.2 胶粘剂润湿性能52-55
• 4.4.2 胶合机理表征与分析55-65
• 4.4.2.1 红外光谱分析55-58
• 4.4.2.2 差示量热扫描分析58-60
• 4.4.2.3 XRD结果分析60-61
• 4.4.2.4 原子力显微分析61-65
• 4.5 小结65-67
• 第五章 双醛淀粉基胶粘剂热压工艺研究67-79
• 5.1 引言67
• 5.2 尿素-双醛淀粉胶粘剂的热压工艺研究67-73
• 5.2.1 响应面试验步骤67-68
• 5.2.2 结果与分析68-73
• 5.3 双醛淀粉接枝共聚胶粘剂的热压工艺研究73-76
• 5.3.1 单因素试验步骤73
• 5.3.2 结果与分析73-76
• 5.4 稳定性试验与分析76-77
• 5.5 小结77-79
• 第六章 结论与讨论79-82
• 参考文献82-87
• 致谢87

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 朱立红,傅和青;淀粉研究及其在包装上的应用[J];包装工程;2004年04期

2 郑全福;滕玉辉;陈晓波;;淀粉改性的研究[J];吉林林学院学报;1987年03期

3 张光华,顾玲,韩萍;淀粉阳离子改性絮凝剂的制备及其对造纸白水的絮凝作用[J];西北轻工业学院学报;2002年03期

4 王新波,吴佑实,张淑红,李春芳;新型脲-双醛淀粉黏合剂的制备[J];化工进展;2003年12期

5 刘晓艳;刘全校;曹国荣;;我国淀粉/丙烯酰胺共聚物絮凝剂制备与应用[J];西南造纸;2006年06期

6 赵凯;谷广烨;;淀粉消化性分析研究进展[J];食品科学;2007年09期

7 王晓广;石婷婷;陈波志;;γ射线辐照技术在淀粉改性中的应用[J];纺织导报;2008年11期

8 金罗云;张福;;以马铃薯淀粉为原料进行改性制备助凝剂的研究[J];盐业与化工;2010年02期

9 赵波;仇丹;王楠楠;高志杰;;分析仪器在淀粉研究中的应用[J];食品科技;2010年11期

10 夏宇;邓学良;周文化;林亲录;;魔芋淀粉研究进展[J];粮食与油脂;2013年07期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 刘晓艳;刘全校;曹国荣;许文才;;纸包装材料用淀粉/丙烯酰胺接枝共聚物制备工艺的研究[A];第十一届全国包装工程学术会议论文集（二）[C];2007年

2 汪劲波;朱新生;严明;;聚乙烯醇改性热塑性淀粉的结构与性能[A];PPTS2005塑料加工技术高峰论坛论文集[C];2005年

中国重要报纸全文数据库 前3条

1 张瑞宇;物理新技术对天然淀粉改性的研究[N];中国包装报;2005年

2 朱立红 傅和青;淀粉在包装业的应用[N];中国包装报;2004年

3 记者 张真真 通讯员 杜志鑫;淀粉“变”塑料[N];湖北日报;2012年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 王婵;淀粉疏水改性基团分布及其构效关系[D];华南理工大学;2015年

2 刘兴训;淀粉及淀粉基材料的热降解性能研究[D];华南理工大学;2011年

3 吴颖;新型淀粉膜的制备及其结构和性能的研究[D];天津大学;2009年

4 孙峗;基于涡流技术的干法淀粉变性实验研究及数值模拟[D];中国农业大学;2005年

5 周琼;微孔淀粉材料优化制备技术及其应用研究[D];西南大学;2012年

6 邢国秀;淀粉二元酸单酯类衍生物的合成与应用研究[D];大连理工大学;2006年

7 蒲华寅;等离子体作用对淀粉结构及性质影响的研究[D];华南理工大学;2013年

8 张东方;阴离子淀粉的合成与分散性能研究[D];大连理工大学;2007年

9 武宗文;淀粉复合变性及浆纱应用性能研究[D];东华大学;2006年

10 王旭青;物理化学方法改性淀粉在造纸中的应用[D];南京林业大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 谷峰;自组装淀粉纳米胶束的制备及性质研究[D];华南理工大学;2015年

2 徐镔烽;淀粉对重质碳酸钙的包覆改性研究[D];华南理工大学;2015年

3 任瑞珍;酶解法研究三种薯类淀粉的壳层和小体结构[D];陕西科技大学;2015年

4 廖灿;改性大米双醛淀粉的制备及其在皮革鞣制中的应用[D];温州大学;2015年

5 孙欢欢;阳离子改性酶解豌豆淀粉及其在玻纤浸润剂中的应用研究[D];西南科技大学;2015年

6 常云彩;常见食用淀粉特性及掺假检测方法研究[D];河南工业大学;2015年

7 任景慧;高强度轻量化涂布牛卡纸的制备与性能[D];天津科技大学;2013年

8 陈晓霞;加工条件和聚氨酯结构对新型热塑性淀粉结构和性能影响的研究[D];华中师范大学;2011年

9 郭福思;双醛淀粉基树脂胶合机理与工艺的研究[D];福建农林大学;2015年

10 王雅琦;醛基淀粉的制备及其在废水处理中的应用[D];天津科技大学;2013年

  本文关键词：双醛淀粉基树脂胶合机理与工艺的研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：264601