超支化聚酰胺改性单宁胶粘剂与固化机理研究

来源 :南京林业大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:dsvs123456
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随着生活水平的提高和绿色环保理念的深入人心,人们越来越重视室内装修和家具用人造板材甲醛释放量对健康的影响,对甲醛系列木材胶粘剂提出越来越高的要求,使得生物质胶粘剂研究开发再次受到广泛的关注。本论文利用从树皮等提取的单宁为原料制造环保木材胶粘剂,基于单宁分子结构和特性,采用分子表面官能团密度高,易溶解和含大量端氨基的超支化聚酰胺(HyperBranched Polyamides,HBPA-NH2)提高单宁分子间的交联度与缩聚程度,克服单宁胶粘剂胶合强度低和耐水性的不足。首先,通过熔融缩聚反应制备HBPA-NH2,并采用现代化学和仪器分析手段研究HBPA-NH2的化学结构变化和性能。其次,探讨缩聚工艺条件对改性单宁胶粘剂外观、酸碱度pH和粘度η等物理性能的影响,并压制三层杨木胶合板,考察HBPA-NH2对单宁胶粘剂胶合产品胶合强度和耐水性能的影响。最后,利用红外光谱和胶层溶解百分比探究HBPA-NH2与单宁胶粘剂树脂化学反应过程中官能团变化和交联性能,阐明HBPA-NH2改性单宁胶粘剂交联反应机理,为高性能环境友好型单宁胶粘剂的开发和应用奠定科学理论基础。研究结论主要如下:1.以二乙烯三胺和丁二酸酐或邻苯二甲酸酐为原料,通过熔融缩聚反应在不同缩聚工艺下制备HBPA-NH2。溶解性实验表明当缩聚温度为130℃-160℃,缩聚时间为3、4h和原料摩尔比小于1时合成的HBPA-NH2易溶于水和甲醇。FTIR和1H NMR研究结果表明:当缩聚温度为140℃或缩聚时间为3h时,伯胺与羧基相互反应生成酰胺键促进分子链增长;同时酰胺基又进一步与羧基反应使分子结构支化。当缩聚温度为150℃或缩聚时间为4h时,分子结构支化平稳。DSC和TG热分析结果表明当缩聚温度为140℃时,HBPA-NH2玻璃化转变温度高,热稳定性较好。2.利用HBPA-NH2改性单宁胶粘剂。研究结果显示:改性单宁胶粘剂具有一定适用期。将胶液pH值调高至不同值,单宁胶粘剂粘度急剧上升后快速下降至稳定,且稳定后的粘度值随pH值的升高而降低;随着HBPA-NH2添加量的增加,改性单宁胶粘剂pH上升,粘度η增加至600 mPa·s。3.利用HBPA-NH2改性单宁胶粘剂压制胶合板,研究HBPA-NH2的添加量、缩聚条件和类型对胶合强度和耐水性能的影响。结果表明:HBPA-NH2作为交联剂提高单宁胶粘剂的缩聚程度增加交联刚性,在胶合板制备中具有可行性。胶合强度实验结果表明:在缩聚温度140℃、缩聚时间4h、丁二酸酐和二乙烯三胺摩尔比为0.8:1条件下合成并添加3%HBPA-NH2,改性单宁胶粘剂胶合板的胶合强度和耐水性能得到显著改善。4.通过测定胶层溶解百分比评价其耐水和交联性能,并利用红外光谱技术探究HBPA-NH2与单宁胶粘剂化学反应过程中官能团变化。胶层溶解百分比结果表明:HBPA-NH2改性单宁胶粘剂固化的胶层溶解百分比降低,表明胶层耐水性能和交联程度提高。添加3%HBPA-NH2,缩聚温度140℃、缩聚时间4h和丁二酸酐和二乙烯三胺摩尔比为0.8:1时,改性单宁胶粘剂胶层耐水性能最好,与胶合板胶合强度结果一致。FTIR显示改性单宁胶粘剂苯环出现间位和邻位取代,表明胺基与B酚环之间可能发生席夫碱和迈克尔加成等反应。
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