淀粉与脲醛树脂复合胶粘剂的制备与性能研究.docVIP

淀粉与脲醛树脂复合胶粘剂的制备与性能研究 谭海彦，左迎峰，顾继友，张彦华，翁向丽 （东北林业大学材料科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040） 摘 要：以聚乙烯醇（PVA）、硼砂、玉米淀粉、次氯酸钠、亚硫酸钠和纳米高岭土等为主要原料，制备淀粉胶粘剂；然后以常温固化的 UF（脲醛树脂）作为淀粉胶粘剂的交联改性剂，制备 UF/淀粉复合胶粘剂。 研究结果表明： 当 w （PVA）=10% 、m （ 硼砂 ）∶m （ 干淀粉 ）=12.5∶30、w （ 纳米高岭土 ）=2% 和 m （ 淀粉胶 ）∶m （UF胶）=5∶5 时，相应复合胶粘剂的综合性能（包括流动性、耐水性和干湿胶接强度）相对最佳。 关键词：脲醛树脂；淀粉；胶粘剂；常温固化；耐水性 中图分类号：TQ432.2：TQ433.431 文献标志码：A 文章编号：1004－2849（2012）01－0028-04 0 前 言 淀粉是一类来源丰富、价格低廉和用途广泛的天然高分子材料，具有无毒、无异味和无污染等特点，随着石油资源的日益减少，其应用前景越来越好[1]。淀粉胶粘剂的应用历史最为悠久，已广泛用于纸张、棉织物和商标等领域[2]；然而，由于其主链上含有太多亲水性羟基[3]，并且其成型后未能形成有效的网状交联结构，故其耐水性、储存稳定性欠佳，并且胶接强度相对较低。 因此，人们常采用聚乙烯醇（PVA）[4-5]、聚丙烯酸酯[6]、三聚氰胺[7]、UF（脲醛树脂）和异氰酸酯[8-9]等对淀粉胶粘剂进行化学改性[10-11]，以提高其粘接强度和耐水性。 UF 固化后胶层呈无色， 并且其具有工艺性能好、成本低廉、胶接性能优和耐湿性强等特点，已广泛用于木材胶接等领域[12]。 本研究利用UF 中大量羟甲基脲可与淀粉胶粘剂中羧基进行交联之特点， 将 UF 作为淀粉胶粘剂的改性剂，有望制成初粘性、胶接强度和耐水性俱佳的低成本、 低毒性和高强度木材用 UF/淀粉复合胶粘剂。 1 试验部分 1.1 试验原料 玉米淀粉，工业级，吉林科荣变性淀粉工程技术有限公司；聚乙烯醇（PVA）、硼砂（四硼酸钠）、次氯酸钠、亚硫酸钠，分析纯，天津市光复精细化工研究所；过硫酸铵、氢氧化钠（NaOH）、甲酸，分析纯，天津市纵横兴工贸有限公司化工试剂分公司；纳米高岭土，工业级，市售。 1.2 试验仪器 SANS 型万能力学机 、209 F3 型热重分析仪，德国Netzsch 公司。 1.3 试验制备 1.3.1 淀粉胶粘剂的制备 （1）按比例配制淀粉溶液，然后加入氧化剂（次氯酸钠）溶液，搅拌均匀后待用。 （2）在装有搅拌器、温度计的三口瓶中，加入一定浓度的PVA，然后加入适量的过硫酸铵进行氧化；在一定温度条件下搅拌30 min 左右，加入淀粉糊 ，用20% NaOH 溶液调节 pH 值至 9~10，氧化 50 min；加入还原剂（亚硫酸钠），还原多余的氧化剂；随后加入一定量的2%硼砂溶液，反应 30 min，调节 pH 值至6~7；升温至 75 ℃，反应至一定黏度，降温出料即可。 1.3.2 淀粉/UF 复合胶粘剂的制备 分别取一定量常温固化的自制UF，用甲酸调节pH 值至 3.0； 然后将其按一定比例与淀粉胶粘剂混合均匀，再加入少量高岭土，搅拌均匀即可。 1.3.3 测试用胶接件的制备[6] （1）桦木单板：幅面为 300 mm×250 mm×1.9 mm，含水率为12%，单面施胶量为 300 kg/m2（胶接面积为25 mm×25 mm）。 （2）固化工艺：将均匀施胶后的桦木单板晾置若干时间，然后经室温压合 24 h（压力 3 MPa）、静置48 h 后测定胶接强度。 1.4 测试与表征 （1）干湿态胶接强度[13]：按照HG/T 2727—2010标准进行测定（拉伸速率为 2 mm/min）。 （2）热性能：采用热失重分析（TGA）法进行表征（升温速率为 10 K/min，进样量约 5 mg，氩气气氛，流速为30 mL/min）。 2 结果与讨论 2.1 PVA 含量对淀粉胶粘剂性能的影响 PVA 与淀粉大分子间形成的氢键，可有效提高淀粉胶粘剂的粘接性能、流动性和抗冻凝性能等[14]。因此， 本研究以 PVA 作为淀粉的接枝共聚改性剂，并在其他条件保持不变的前提下， 考察 了 PVA 含量（相对于淀粉质量而言）对淀粉胶粘剂物理性能的影响，结果如表 1 所示。  由表1 可知 ：PVA 含量对淀粉胶粘剂的黏度 、流动性以及胶接强度影响较大；