耐水淀粉基木材胶粘剂的制备及其性能的研究

摘要

本研究主要在以玉米淀粉为原料，经酸解、氧化、接枝共聚等多重变性后制备淀粉基木材胶粘剂的合成工艺的基础上，研究不同淀粉预处理方式、在接枝共聚阶段加入交联剂及加入助剂对胶粘剂耐水性的影响。通过正交试验确立了最佳反应条件，制备得到性能优良的耐水性淀粉基木材胶粘剂，并对该胶粘剂的理化性质和储藏性能进行了研究。 首先，研究了各种淀粉预处理方式对胶粘剂耐水性的影响。研究发现，玉米淀粉经改性处理后的粘度、羧基含量及制备得到的胶粘剂的耐水性等均优于同等条件下处理的木薯淀粉；淀粉的改性条件为：温度60℃，催化剂盐酸摩尔浓度为0.5mol/L。选择玉米醋酸酯淀粉的取代度为0.15，按 1:5(质量比)比例与玉米酸解氧化淀粉混合后，反应制备胶粘剂。 在接枝共聚阶段，研究了交联剂的加入对接枝参数、压缩剪切干强度和耐水性的影响。研究发现胶粘剂的耐水性随接枝支链粘均分子量的增加而增大。通过对交联剂加入时的四个因素进行单因素分析，初步确定最佳工艺条件，并以压缩剪切干强度和耐水性为指标，对加入量和净滴加时间两个因素进行响应面分析，确立了交联剂加入的最优条件为：交联剂加入的质量占淀粉干基质量的0.41％，加入时刻为接枝反应开始后2h，滴加时的最佳质量浓度为0.05g/mL，净滴加时间为19min。此条件下制备的胶粘剂的压缩剪切干强度为5.036MPa，耐水性为3.074 MPa。 研究了助剂的加入对胶粘剂耐水性的影响。研究发现，选择聚合度稍大的聚乙烯醇作为改性剂，胶粘剂的压缩剪切干强度、耐水性均较好。通过正交试验确立的最优配方为：聚乙烯醇加入的质量占淀粉干基质量的15％，聚乙烯醇加入时溶液的最佳质量分数为10％；硼砂加入的质量占淀粉干基质量的0.5％，硼砂加入时溶液的最佳质量分数为1.5％，尿素加入的质量占淀粉干基质量的22％。此条件下制备得胶粘剂的压缩剪切干强度为5.807 MPa，耐水性为3.392MPa。 对制备的淀粉基木材胶粘剂进行了理化性质和储藏性能研究。主要得出以下结论：经过改性处理后，制备的淀粉基木材胶粘剂的耐水性相对于未改性前有较大提高，其压缩剪切干强度和耐水性已超过市售一般聚醋酸乙烯酯乳液胶粘剂水平，能较好的满足实际使用的需要；通过对改性处理的淀粉基木材胶粘剂的储藏性能分析可以看出，耐水性淀粉基木材胶粘剂在储存较长时间后，压缩剪切干强度和耐水性仍能满足实际使用的需要；从流变性试验可以看出该胶粘剂在储藏过程中仍是假塑性流体；从热力学性能试验可以看出随着储藏时间的增加，胶粘剂的玻璃化转变温度在初始阶段有所上升，可能主要是由于部分淀粉回生所导致，在储藏一段时间后由于胶粘剂结构趋于稳定，玻璃化转变温度变化很小。 综上所述，经改性处理后的淀粉基木材胶粘剂耐水性比改性前有较大提高，总体质量已超过市售一般聚醋酸乙烯酯乳液胶粘剂水平，具有良好的市场前景和推广价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1木材胶粘剂概述

1.2合成高分子胶粘剂的改性研究进展

1.2.1脲醛树脂(UF)胶粘剂

1.2.2丙烯酸酯类乳液胶粘剂

1.2.3聚氨酯(PU)

1.2.4聚醋酸乙烯酯(PVAc)胶粘剂

1.3淀粉基木材胶粘剂的发展现状

1.4淀粉基木材胶粘剂耐水性的研究进展

1.5立题意义

1.6研究目标和内容

第二章淀粉预处理对胶粘剂耐水性的影响

2.1前言

2.2材料与方法

2.2.1主要原料与试剂

2.2.2仪器设备

2.2.3制备方法

2.2.4压缩剪切干强度及耐水性的测定

2.2.5氧化淀粉羧基含量的测定

2.2.6酯化淀粉取代度(DS)的测定

2.3结果与讨论

2.3.1淀粉种类对改性淀粉性质及胶粘剂耐水性的影响

2.3.2淀粉的变性方式对胶粘剂耐水性的影响

2.4本章结论

第三章交联剂对胶粘剂耐水性的影响

3.1前言

3.2材料与方法

3.2.1原料和试剂

3.2.2主要仪器设备

3.2.3淀粉接枝VAc共聚物的合成工艺

3.2.4淀粉接枝VAc共聚物接枝参数的测定

3.2.5压缩剪切干强度及耐水性测定

3.2.6聚合物粘均分子量的测定

3.3结果与讨论

3.3.1接枝参数对胶粘剂压缩剪切干强度及耐水性的影响

3.3.2接枝支链粘均分子量对胶粘剂耐水性的影响

3.3.3交联剂对接枝参数的影响

3.3.4响应面分析

3.4本章结论

第四章助剂对胶粘剂耐水性的影响及工艺条件优化

4.1前言

4.2材料与方法

4.2.1主要试剂

4.2.2主要仪器设备

4.2.3PVA粘均分子量的测定

4.2.4胶粘剂的合成

4.2.5压缩剪切干强度和耐水性的测定

4.3结果与讨论

4.3.1PVA对胶粘剂耐水性的影响

4.3.2硼砂对胶粘剂耐水性的影响

4.3.3尿素对胶粘剂耐水性的影响

4.3.4胶粘剂制备的工艺优化研究

4.4本章结论

第五章改性淀粉基木材胶粘剂的性质测定及储藏性能研究

5.1前言

5.2材料与方法

5.2.1仪器设备

5.2.2胶粘剂的合成

5.2.3胶粘剂性质的测定

5.3结果与讨论

5.3.1胶粘剂的性质测定

5.3.2胶粘剂的储藏性能分析

5.4本章结论

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及申请专利清单