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胶粘剂用酚醛树脂由于其原料易得,生产工艺和设备简单,良好的耐候性,耐水、耐热及化学稳定性较好等特点,被广泛地应用于木材领域,特别是室外级人造板。但是,酚醛树脂也有其自身的不足。美国加州CARB法案、欧洲的REACH法规都对木制品的甲醛释放量提出了苛刻的要求,制造贸易壁垒,影响了我国木制品的出口。2012年将全部实施的CARB法案建立了对木质人造板中甲醛释放量在全世界中最严格的生产标准。所有进口和国产的产品均受这些法规管制,而且必须通过CARB认证,并清楚地打上标记,以表明符合加州的要求。另外,由于原料苯酚的价格居高不下,导致胶粘剂用酚醛树脂的成本要比胶粘剂用脲醛树脂的成本高。目前,苯酚的市场价格是尿素的8~10倍。因而,胶粘剂用酚醛树脂在应用上受到了一定的限制。为了克服西方的贸易壁垒扩大木制品的出口,并且降低生产成本,开发一种综合性能优良、低成本、环保的胶粘剂用酚醛树脂已迫在眉睫。
本文采用单因素试验方法,通过优化合成工艺,调整F/P摩尔比,以降低胶粘剂用酚醛树脂中游离醛、游离酚的含量和胶合板的甲醛释放量为目的,获得了主要原料的最佳摩尔配比。在最佳摩尔比下,胶粘剂用酚醛树脂的游离酚、游离醛及胶合板甲醛释放量分别为:0.330%、0.326%、0.204mg/L,达到胶粘剂欧洲国家标准的Eo级,远优于国内关于木制品甲醛释放限制标准。因此,便于克服美国加州CARB法案、欧洲的REACH法规对我国木制品设置的贸易壁垒。
本文运用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、差热扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TG)分别对硅酸钠改性的胶粘剂用酚醛树脂的固化行为及其固化后的化学结构、沸水抽提前后的表面微观结构、耐热性进行了研究,得出如下结论:
(1)反应体系中加入硅酸钠合成的胶粘剂用酚醛树脂固化后其大分子链中引入了-Si-O-键。
(2)加入硅酸钠合成的胶粘剂用酚醛树脂固化后,其结构为两相结构,两相之间形成有效的物理粘附。
(3)运用DSC对改性后的胶粘剂用酚醛树脂的固化行为进行了研究,求出了硅酸钠改性的胶粘剂用酚醛树脂的最佳固化温度为185.615℃,活化能E为83.00kJ/mol, 固化动力学方程为:da/dt=7.43106exp(-9983/T)α0.6(1-α)1.4
(4)加入硅酸钠合成的胶粘剂用酚醛树脂固化后在570℃以下的热稳定性得到了提高,耐水性亦有所提高。
本文通过研究发现:用硅酸钠改性后的胶粘剂用酚醛树脂的胶合强度与固体氢氧化钠催化合成的胶粘剂用酚醛树脂相比有所提高,由0.7MPa提高到1.2MPa。针对这一性能的变化,结合对硅酸钠改性胶粘剂用酚醛树脂结构和其他性能的分析,探讨了胶合强度提高的机理。