胶合板用磷酸铝胶粘剂的研究与优化

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tiantian200510
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人们对各种木材工业中的甲醛粘结产品仍然存在这样的担忧,即可能存在有害的挥发性有机化合物的持续释放问题。除此之外,石化产品的使用是不可持续的。甲醛等致癌物质可导致人们出现肺癌和鼻癌。这种担忧鼓励人们通过各种有机和无机材料的杂交来开发环保和可持续的产品,如磷酸铝粘合剂。最新的研究结果表明,有机-无机木材粘合剂具有取代甲醛粘合剂所必需的优异的粘合性能。与甲醛粘合剂相比,磷酸铝粘合剂由于其成本低、可持续性和环境友好性等优点,对制造人造板更有益。然而,磷酸铝粘合剂存在湿强度较低的缺点。此外,很少有学者对这种粘合剂作为木材粘合剂的可用性进行研究。因此,本研究的主要目的是开发各种方法来改进磷酸铝胶粘剂,主要是通过有机-无机材料杂化。(1)在第一项研究中,采用聚乙烯醇作为改性剂,并使用戊二醛作为交联剂,以减少马尾松胶合板中磷酸铝键界面的吸水量。使用FTIR,XRD,XPS,TGA和SEM研究了胶粘剂和板材之间界面交联的反应机理、微观形貌、粘合剂的热稳定性和拉伸强度。SEM图像显示,在1%,3%和5%戊二醛下,粘合剂表面上没有孔隙。显然,在较低的反应温度(110°C)下,在磷酸铝粘合剂中观察到结晶峰。C-O键减少、C-C/C-H增加,这表明胶合板胶粘剂与木材界面之间的氢键在水中更加稳定。因此,PVA/磷酸铝基胶合板的湿拉伸强度显著提高(P<0.05),高于中国II型标准,强度高达1.02 MPa。此外,与未改性的磷酸铝粘合剂相比,干拉伸强度略有提高至2.34 MPa。因此,用PVA改性并添加戊二醛作为交联剂可以提高磷酸铝基胶合板的水稳定性。(2)其次,使用3-氨基丙基三乙氧基硅烷对羧甲基纤维素进行官能化改性,以此来改性磷酸铝粘合剂的化学结构。此后,采用基于响应面方法的以面为中心的中央复合材料设计,为改进的胶合板界面强度优选最佳制备工艺。粘合剂的固含量和热压温度被选为测试范围内的重要因素。对于这些条件,使用有效的预测模型提出了最合适的制备工艺。此外,反应机理揭示了磷酸铝胶粘剂的成功改性,使其具有均匀的粘合表面。结果表明,改性后的粘合剂具有更好的热稳定性。此外,改性后的粘合剂的湿粘合强度提高到最低阈值(中国II型标准≥0.70 MPa)以上。因此,本研究中采用的可持续(即CMC的持续可用性)方法可以被认为是改善磷酸铝粘合剂性能的可行方法。(3)在第三项研究中,制备了具有防霉和环保性能的粘合剂作为甲醛基粘合剂的替代品。这是通过将纳米氧化铜与功能化的羧甲基纤维素磷酸铝粘合剂结合来实现的。测试了不同添加量的纳米氧化铜(1、1.5和2%)对胶粘剂防霉性的影响。此外,还检测了胶粘剂的力学和化学性质。黑曲霉、桔青霉培养板的抑制区在对照组和纳米Cu O处理粘合剂以及涂层竹纤维之间表现出较强的抗霉性。此外,防霉效果也表明,纳米Cu O处理后的胶粘剂具有更强的防霉性能。虽然,纳米Cu O添加的添加量从1%到2%防霉性能只有略微增。用粘合剂制造的胶合板的机械性能满足了II型胶合板的要求。(4)最后,对无甲醛磷酸铝粘合剂的结构进行改性,进一步提高其耐水性。这是使用低成本的市售聚甲基氢硅氧烷活化改性剂活化壳聚糖来实现的。随后,在5%、10%和15%浓度的表面活化壳聚糖下制备了三层胶合板。使用FTIR,XRD,XPS,TGA,SEM-EDS和UTM检测了改性粘合剂和胶合板的性能。新的官能团被引入磷酸铝结构网络。观察到透明和少孔的微观表面。表面活化壳聚糖浓度为15%时的湿粘合强度符合II型胶合板标准的要求。此外,与之前的相关发现相比,改进的磷酸铝粘合剂显示出优越的经济效益(在估计价格指数中)。
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