单组分聚氨酯木材胶粘剂的制备及性能研究

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本文以羟甲基环己酮和腰果二酚、多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PMDI)、聚丙二醇(PPG-1000)、二月桂酸二丁基锡(T12)等为原料,制备了封闭型单组分聚氨酯木材胶粘剂和湿固化型单组分聚氨酯木材胶粘剂。其中,分别用羟甲基环己酮与腰果二酚部分封闭PMDI并制备了封闭型单组分聚氨酯胶粘剂,研究了封闭反应温度、封闭反应时间、封闭时T12用量、R值(封闭剂中的-OH与PMDI中的NCO摩尔比)对封闭反应的影响,考察了R值、胶粘剂固化时的热压温度、热压时间对封闭型胶粘剂胶接强度的影响。另外,以腰果二酚为主要原材料,改性制备了湿固化型单组分聚氨酯胶粘剂,研究了腰果二酚的加入方式、R1(PMDI中的-NCO与多元醇中-OH的摩尔比)值、腰果二酚用量、T12用量等因素对湿固化型胶粘剂性能的影响。并借助FT-IR、1H-NMR,13C-NMR、TG、DSC等手段对其进行表征。论文的主要研究内容及成果如下:(1)用羟甲基环己酮封闭PMDI制备了封闭型单组分聚氨酯木材胶粘剂,实验结果表明:当R=[n(-OH)∶n(-NCO)]=1.1∶1.0,封闭温度为50℃,封闭反应时间为4h,催化剂用量为0.1%时,体系中的NCO残余含量为0.81%,制备的胶粘剂干状压剪强度为6.51MPa,湿状压剪强度为2.23MPa。对用羟甲基环己酮部分封闭的PMDI,再与PPG-1000反应制备得到胶粘剂,实验结果表明:当羟甲基环己酮封闭PMDI为70%时(R=0.7),在热压温度为120℃,热压时间为60min的条件下,胶粘剂的干状压剪强度可达11.23MPa,湿状压剪强度达6.14MPa。(2)FT-IR、1H-NMR、13C-NMR分析结果表明:羟甲基环己酮能与PMDI发生封闭反应;DSC分析结果表明:在113.4℃和135.1℃出现了两个明显的吸热峰,可能是封闭物中不同位置的两个NCO基团解封形成的,当温度升至144.6℃时,吸热消失,表明羟甲基环己酮封闭的PMDI可能在113.4-144.6℃范围内解封。(3)用腰果二酚封闭PMDI制备了封闭型单组分聚氨酯木材胶粘剂,实验结果表明:当R=[n(-OH)∶n(-NCO)]=1.1∶1.0,封闭反应温度为70℃,封闭反应时间为5h,催化剂用量为0.1%时,体系中的NCO残余含量为1.33%,制备的胶粘剂干状压剪强度为3.13MPa,湿状压剪强度为0.74MPa。对用腰果二酚部分封闭的PMDI,再与PPG-1000反应制备得到胶粘剂,实验结果表明:当腰果二酚封闭PMDI为40%时(R=0.4)时,在热压温度为140℃,热压时间为75min的条件下,胶粘剂的干状压剪强度可达8.10MPa,湿状压剪切强度可达3.26MPa。(4)FT-IR、1H-NMR、13C-NMR分析结果表明:腰果二酚能与PMDI发生封闭反应;DSC分析结果表明:在131.7℃和136.6℃出现了两个明显的吸热峰,可能是封闭物中不同位置的两个NCO基团解封形成的,当温度升至143.3℃时吸热峰消失,表明腰果二酚封闭的PMDI可能在127.3℃-143.3℃范围内解封。(5)利用腰果二酚改性制备了湿固化型单组分聚氨酯胶粘剂,实验结果表明:在R1=[n(-NCO)∶n(-OH)]=6,腰果二酚用量为15%,催化剂用量为0.15%,及压机压力范围为1.0-1.5MPa的条件下冷压48h,放置72h后测得胶粘剂的干状压剪强度为13.78MPa,湿状压剪强度为6.56MPa。腰果二酚改性后的胶粘剂表干时间为25min,较未改性的胶粘剂提高了7min,延长了胶粘剂的适用期;共混法制备胶粘剂时,当R1=6.5,腰果二酚用量为15%时,催化剂用量为0.10%时,在相同的固化条件下,胶粘剂的干状剪切强度为14.02MPa,湿状剪切强度为6.29MPa。TG分析结果表明:腰果二酚的引入在一定程度上可能对阻燃性的提高有所帮助。
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