低成本HN树脂共交联改性大豆胶黏剂的制备与应用研究

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人造板及其制品因甲醛释放引发的室内环境安全问题备受关注,国家关于健康中国建设的十四五规划目标和面向人民生命健康的战略布局,对无醛环保胶黏剂和无醛人造板也提出了重大需求。大豆胶黏剂作为无醛人造板生产的主要胶黏剂之一,近年研究进展已使其胶接耐水性能得以有效解决,从而实现工业化生产应用。然而,由于大豆胶成本明显高于木材工业中广泛使用的脲醛树脂胶黏剂,严重制约它的广泛工业化应用。为此,本文采用一种低成本、富含氨基的无甲醛HN树脂,对现行PAE改性大豆胶黏剂进行共交联改性,通过共交联改性大豆胶黏剂的配方优化和人造板热压工艺评价,优化制备了一种能够确保胶合性能和工艺性能的低成本共交联改性大豆胶黏剂,并采用多种现代手段,探究了HN树脂共交联改性对大豆胶黏剂结构与性能的作用机制。主要研究内容和结果如下:1)直接使用三种不同的HN树脂与脱脂豆粉复合调制的大豆胶黏剂,其耐水胶接强度未达到Ⅱ类胶合板国家标准(GB/T9846-2015);将三种HN树脂分别与PAE树脂复合,共交联改性而得的大豆胶黏剂,其耐水性能全部满足Ⅱ类室内胶合板的性能要求,其中的HN-2树脂由于含有更多的胺基和羟基,所制备大豆胶黏剂的胶合性能最佳;进一步评价HN-2树脂浓度、HN-2树脂取代量以及豆粉用量对大豆基胶黏剂胶合/耐水性能与工艺使用性能的影响,在满足胶合/耐水性能与工艺使用性能前提下,获得成本最低的HN-PAE共交联改性大豆胶黏剂配方:其HN-PAE复合溶液的浓度为6%、HN树脂对PAE树脂的取代量为55%、豆粉用量为35%,其Ⅱ类湿强度达到1.63MPa,与PAE树脂改性大豆基胶黏剂的耐水性能相当(仅下降了5.85%)、但胶黏剂成本降低了30.8%。2)PAE树脂与低成本HN树脂复合改性的大豆胶黏剂,仍能够确保其良好胶接耐水性能主要归因于HN树脂与PAE之间的共交联作用,即HN树脂中的胺基与PAE树脂中的氮杂环丁烷发生化学共交联反应,从而使PAE树脂分子之间形成更为紧密交联网络结构,进一步通过PAE树脂与脱脂豆粉中氨基和羧基的化学交联反应,充分提升固化大豆胶黏剂的交联密度和内聚强度,并形成致密的胶黏剂层,从而使胶接接头具有良好的胶接耐水性能。3)进一步采用双因子实验优化HN-PAE共交联改性大豆胶黏剂的人造板热压工艺及其对单板种类和豆粉种类的适应性,追踪评价了HN-PAE溶液的储存期。根据对热压温度和热压时间的显著性分析发现,热压温度与热压时间对共交联改性大豆胶黏剂胶合性能没有显著性影响,其中以热压温度为120℃、热压时间为60 s/mm最为适宜;由于该胶自身粘度较大,对木材的渗透效果较差,所以木材种类不同而造成的表面粗糙度和纹孔密度差别对强度影响不大,单板种类对共交联改性大豆基胶黏剂的耐水性能无显著性影响,其中以桦木单板最佳,但对于桉木和杨木单板也能满足Ⅱ类胶合板生产需求;由于不同豆粉含活性基团量不同,豆粉种类对共交联改性大豆基胶黏剂耐水性能具有显著性影响,其中以低温豆粉SF最佳,物理压榨豆粉ISF次之,高温豆粉ESF最差。HN/PAE溶液会随放置时间体系活性基团改变,HN-PAE复合的放置时间对共交联改性大豆胶黏剂耐水性能具有明显影响,尤其放置50天后胶合性能下降明显,下降了33.5%,但仍满足Ⅱ类胶合板国家标准(GB/T9846-2015),储存时间最好不超过50天,最好单独储存、现用现配,以确保性能。
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