丙烯酸樹脂乳液-水分散異氰酸酯無甲醛人造板膠黏劑的制備與黏合性能研究.pdf

1、脲醛樹脂膠黏劑因?yàn)槠渚哂泄に嚭唵?、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),所以在目前市面上所使用的各種木材膠黏劑中仍是使用量最多的一種膠黏劑。但是隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷加強(qiáng)和膠黏劑技術(shù)的不斷發(fā)展,對(duì)于脲醛膠的使用也將會(huì)受到更多的限制。因此開發(fā)無甲醛系膠黏劑、環(huán)保型膠黏劑已成為木材膠黏劑的重要發(fā)展方向。
　　 本課題的目的在于制備一種不含甲醛且對(duì)環(huán)境無污染的新型木材膠粘劑,其既能夠避免脲醛膠的甲醛釋放問題,又能解決目前無甲醛膠粘劑存在的成本較高、強(qiáng)度

2、差、工藝復(fù)雜等問題。異氰酸酯由于具有高反應(yīng)活性且固化速率快等優(yōu)點(diǎn),已成為制備環(huán)保型膠黏劑的一種重要原料。目前在木材膠黏劑行業(yè)中對(duì)異氰酸酯的運(yùn)用,多數(shù)集中于用小分子的異氰酸酯與多元醇反應(yīng)制得異氰酸酯預(yù)聚體,然后對(duì)其進(jìn)行乳化制得無醛膠黏劑。這種方法所制得的膠黏劑中活性異氰酸酯基的含量較小,且不易有效的保留其活性,從而影響了膠黏劑的應(yīng)用性能。本實(shí)驗(yàn)直接以異氰酸酯三聚體作為交聯(lián)劑為基礎(chǔ),采用多種自身具有較好粘結(jié)性或耐水性的聚合物與其進(jìn)行復(fù)配,力

3、求制備出綜合性能優(yōu)越的無醛木材膠黏劑,并研究了復(fù)合體系的結(jié)構(gòu)與性能,探討它們協(xié)同作用機(jī)理,并用此膠黏劑進(jìn)行應(yīng)用研究。本課題的主要任務(wù)如下:
　　 1.以聚乙烯醇(PVA)為高分子分散劑,丙烯酸(AA)、N-羥甲基丙烯酰胺(NMA)、苯乙烯(St)丙烯酸丁酯(BA)為單體,采用無皂種子乳液聚合法制備了穩(wěn)定且性能優(yōu)異的自交聯(lián)丙烯酸樹脂乳液。并用此丙烯酸樹脂乳液作為主劑,硅溶膠和六亞甲基二異氰酸酯三聚體(HDI)作為外加交聯(lián)劑復(fù)合制得

4、一種性能優(yōu)異的無醛人造板膠黏劑。實(shí)驗(yàn)討論了其合成影響因素,并優(yōu)化了合成工藝條件。研究表明:當(dāng)ω(PVA)=8%,ω(AA)=6%,ω(NMA)=4%,n(BA)/n(St)=2:1,ω(硅溶膠)=6%,ω(HDI)=8%時(shí),此膠黏劑具有優(yōu)異的應(yīng)用效果。用此最佳比例所制得的丙烯酸樹脂乳液的粒徑為168.5nm,乳膠膜的拉伸強(qiáng)度為7.5Mpa,斷裂伸長率為862.19%,吸水率為16%。
　　 由膠黏劑的FT-IR分析可看出,在波長

5、2270cm-1附近未出現(xiàn)吸收峰,說明異氰酸酯基已經(jīng)發(fā)生了反應(yīng),體系中沒有游離的-NCO。
　　 由膠黏劑膜的熱分解曲線可看出:此聚合物存在兩個(gè)明顯的分解階段。
　　 由乳液的表觀黏度.剪切速率曲線可看出:此膠黏劑乳液是一種假塑性流體,并隨著硅溶膠和異氰酸酯用量的增加,乳液黏度隨剪切速率增加而降低的趨勢更加明顯,乳液的假塑性行為增強(qiáng)。同時(shí)隨著硅溶膠和異氰酸酯用量的增加,體系的黏度增大。
　　 乳膠膜的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

6、分析看出:外加交聯(lián)劑硅溶膠和異氰酸酯三聚體的加入,使得乳膠膜的儲(chǔ)能模量增大,但當(dāng)硅溶膠用量超過6%,HDI用量超過8%時(shí),儲(chǔ)能模量降低。這說明硅溶膠和異氰酸酯的加入可在一定程度上提高乳膠膜的剛性。
　　 用此無醛膠黏劑在細(xì)木工板上進(jìn)行應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:在ω(硅溶膠)=6%,ω(HDI)=8%,施膠量為250g/m2進(jìn)行施膠時(shí),細(xì)木工板的膠合強(qiáng)度達(dá)0.82Mpa,橫向靜曲強(qiáng)度達(dá)20.5Mpa,耐水性為12h,均符合國家標(biāo)準(zhǔn)。由此

7、可見:此木材膠黏劑具有較佳的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　 2.在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)做助溶劑的作用下,以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯為主要原料,DMC為功能單體,以偶氮二異丁腈為引發(fā)劑,十二硫醇為分子量調(diào)節(jié)劑,通過乳液聚合合成丙烯酸樹脂,然后用此丙烯酸樹脂乳化異氰酸酯三聚體制得交聯(lián)劑乳液,最后將交聯(lián)劑乳液和羧基丁苯膠乳液復(fù)配制得木材膠黏劑。實(shí)驗(yàn)討論了其合成影響因素,并優(yōu)化了合成工藝條件。研究表明:當(dāng)DMC含量為單體總質(zhì)量的30%

8、,BA/MMA=1/1,十二硫醇含量為總固體的0.4%時(shí),制得的丙烯酸樹脂性能較佳,此丙烯酸樹脂乳膠膜的吸水率為16%,拉伸強(qiáng)度為6.5MPa。當(dāng)m(丙烯酸樹脂)/m(HDI)=2/1時(shí),水性異氰酸酯交聯(lián)劑的性能最佳,其膠膜的吸水率為14.5%,拉伸強(qiáng)度為7.2MPa。并且從紅外光譜分析可知,此交聯(lián)劑有效的保留了異氰酸酯基的反應(yīng)活性。
　　 水性異氰酸酯交聯(lián)劑/羧基丁苯膠復(fù)合木材膠黏劑的最佳制備工藝條件:當(dāng)m(異氰酸酯交聯(lián)劑)/

9、m(羧基丁苯膠)=10%時(shí),制得的膠黏劑性能較佳,其膜的吸水率為12%,拉伸強(qiáng)度為7.6Mpa。紅外光譜分析表明:此膠黏劑雖然有效的保留了異氰酸酯基的反應(yīng)活性,但是還是有一部分發(fā)生了反應(yīng)。
　　 熱重分析表明:異氰酸酯交聯(lián)劑的加入,提高了聚合物的熱穩(wěn)定性,并且隨著異氰酸酯交聯(lián)劑加入量的增大,提高幅度越大。
　　 乳液流變性分析表明:此膠黏劑乳液是一種假塑性流體,并且隨著異氰酸酯交聯(lián)劑用量的增大,乳液的假塑性行為增強(qiáng)。

10、r>　　 動(dòng)態(tài)力學(xué)分析表明:隨著異氰酸酯交聯(lián)劑用量從0%增加到10%時(shí),乳膠膜的儲(chǔ)能模量增加,但當(dāng)異氰酸酯交聯(lián)劑用量超過10%達(dá)到15%時(shí),儲(chǔ)能模量又有所降低,乳膠膜的剛性減弱。
　　 膠黏劑乳膠膜的接觸角分析表明:不加交聯(lián)劑的羧基丁苯膠乳膠膜的接觸角為68.5°,加入10%的異氰酸酯交聯(lián)劑后所制得的膠黏劑膠膜的接觸角為88°,由此可知,異氰酸酯交聯(lián)劑的加入能有效的提高乳膠膜的疏水性。
　　 膠黏劑在細(xì)木工板上的應(yīng)用實(shí)

11、驗(yàn)表明:在熱壓溫度為120℃,施膠量為300g/m2時(shí)。所制得的細(xì)木工板的膠合強(qiáng)度為0.80MPa,靜曲強(qiáng)度為21.4Mpa,耐水性為10小時(shí),符合國家標(biāo)準(zhǔn)。
　　 3.在EVA和異氰酸酯三聚體的體系中引入聚乙烯醇,并用EVA和聚乙烯醇復(fù)配作為主劑,用此主劑乳化六亞甲基二異氰酸酯三聚體(HDI),從而得到EVA-聚乙烯醇/異氰酸酯無醛木材膠黏劑。實(shí)驗(yàn)討論了其合成影響因素,并優(yōu)化了合成工藝條件。研究表明:當(dāng)m(PVA)/m(EVA

12、)=1/3(其中PVA的型號(hào)選用1788),六亞甲基二異氰酸酯三聚體用量為10%時(shí),所制得的乳膠膜的拉伸強(qiáng)度達(dá)7.8Mpa,斷裂伸長率為763.2%,吸水率為23%。
　　 由膠黏劑乳液的TEM圖可看出:用EVA和PVA作主劑對(duì)異氰酸酯三聚體進(jìn)行乳化所得到的膠黏劑乳液,乳液的粒子呈圓形,且尺寸較為均一,分布較為均勻。
　　 膠黏劑乳膠膜的熱重分析可看出:由于異氰酸酯三聚體能與聚合物體系中的羥基發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),使得聚合物結(jié)構(gòu)

13、中出現(xiàn)體型分子,從而提高了乳膠膜的熱穩(wěn)定性。
　　 乳膠膜的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能可看出:體系中隨著m(PVA)/m(EVA)比例的增大,在一定程度上能提高乳膠膜的剛性,但當(dāng)m(PVA)/m(EVA)超過1/3時(shí),反而使得乳膠膜的剛性降低;異氰酸酯三聚體的加入量在0%～10%范圍內(nèi)隨著其用量的增大,乳膠膜的剛性增大。
　　 在熱壓溫度為120℃,熱壓時(shí)間為10min,施膠量為260g/m2時(shí),細(xì)木工板的膠合強(qiáng)度為0.78Mpa,靜