聚氨酯对异氰酸酯胶合体系性能的影响研究

摘要

随着中国人造板产业的快速发展,近年来,中国已经成为全球最大的人造板生产和消费市场.目前中国人造板用胶黏剂主要为脲醛树脂、酚醛树脂和三聚氰胺-甲醛树脂,这类甲醛系树脂占人造板工业用胶黏剂的90%以上.随着人们生活质量的提高和环保意识的增强,甲醛问题越来越引起人们的关注,生产环保型低甲醛或无甲醛的人造板成为行业未来发展方向,其中关键部分是低甲醛或无甲醛胶黏剂的研发.异氰酸酯是较常用的无醛胶种之一,具有胶接强度高、胶层防水性好、固化速度较快,胶接人造板无甲醛释放等优点,但异氰酸酯中的单体成分由于分子量较小,容易过多渗入木材孔隙而造成单板表面缺胶,因此异氰酸酯一般不直接用于胶接胶合板. 聚氨酯是目前广泛应用的高分子材料之一,每年也产生大量废弃物.由于聚氨酯不易降解,大量堆放将给环境带来很大的负担.因此,废弃聚氨酯的回收利用成为目前迫切需要解决的问题. 本研究对废弃聚氨酯泡沫材料进行了收集与加工,制备成不同粒径(60目、120目和180目)的聚氨酯粉末,再将其以不同比例(2.5%、5%、7.5%、10%)加入异氰酸酯,形成一系列异氰酸酯胶合体系,研究聚氨酯加入后对胶合体系性能的影响.研究过程中采用了红外光谱表征了胶合体系固化前后的结构,采用了热重分析、差热分析等手段研究了聚氨酯的加入对异氰酸酯树脂热稳定性和固化反应的影响.同时通过人造板制备及性能测试,考察了胶合体系胶接胶合板的力学性能.研究结果如下: (1)在异氰酸酯中添加一定量的聚氨酯粉末后,异氰酸酯树脂体系黏度增加,可有效防止单板表面缺胶,提高胶合板的胶合强度; (2)异氰酸酯基团在固化反应时的消耗量随着聚氨酯加入量的增加而增大,红外测试结果显示异氰酸酯基团与聚氨酯之间发生了反应,此反应有利于促进异氰酸酯的固化以及提高树脂固化性能; (3)与纯异氰酸酯树脂相比,加入了聚氨酯粉末的异氰酸酯树脂体系的热失重率略有增加,但由于聚氨酯加入量较少,其热失重率相差不大; (4)与纯异氰酸酯树脂相比,加入了聚氨酯粉末的异氰酸酯树脂体系的起始固化温度下降,固化温度峰值下降,固化反应热流峰值提高,固化反应效率提高; (5)随着加入的聚氨酯粉末粒径减小,其形成的树脂体系胶接人造板的胶合强度提高;随着聚氨酯粉末粒径的增大,胶合板的耐沸水胶合强度下降.本实验中以加入120目和180目聚氨酯粉末的树脂体系胶接的人造板耐沸水胶合强度较高; (6)在异氰酸酯中添加不同比例(2.5%、5%、7.5%、10%)的聚氨酯粉末时,其胶接的人造板力学性能随着聚氨酯粉末比例的增大而提高.本实验中以聚氨酯粉末添加量为7.5%和10%时的树脂体系胶接的人造板耐沸水胶合强度较好. 综上所述,加入聚氨酯粉末后形成的异氰酸酯胶合体系具有一定的实际应用价值,其胶接胶合板可完全满足国标GB/T9846-2015对Ⅰ类胶合板的要求.考虑到聚氨酯加工经济性和单板涂胶工艺操作的问题,聚氨酯粒径在120目至180目之间,加入量在7.5%-10%之间得到的异氰酸酯胶合体系综合性能较优.

目录

声明

符号说明

1前言

1.1我国人造板行业现状

1.2异氰酸酯的化学反应和胶接机理

1.2.1 异氰酸酯与基材的反应化学

1.2.2异氰酸酯胶接机理

1.2.3异氰酸酯在人造板行业中的应用

1.3聚氨酯泡沫材料

1.3.1聚氨酯泡沫的种类

1.3.2废弃聚氨酯的处理

1.4聚氨酯在人造板工业中的应用

1.4.1聚氨酯仿木材料

1.4.2聚氨酯木塑复合人造板

1.4.3废弃聚氨酯在人造板中的应用

1.5本课题的研究内容、目的和意义

1.5.1研究内容

1.5.2研究目的和意义

2材料与方法

2.1实验材料

2.2实验仪器与设备

2.3实验过程与方法

2.3.1废弃聚氨酯泡沫材料的收集与处理

2.3.2聚氨酯-异氰酸酯胶合体系的制备

2.3.3树脂红外光谱分析

2.3.4树脂热重分析

2.3.5树脂差热分析

2.3.6胶合板制备及力学性能测试

3 结果与分析

3.1红外测试结果与分析

3.1.1异氰酸酯固化前后的红外光谱

3.1.2聚氨酯的红外光谱

3.1.3聚氨酯加入异氰酸酯胶合体系的红外光谱

3.1.4聚氨酯加入异氰酸酯胶合体系固化后的红外光谱

3.2树脂热重测试结果与分析

3.2.1聚氨酯的目数（粒径）对异氰酸酯胶合体系热失重的影响

3.2.2聚氨酯加入量对胶合体系热失重的影响

3.3树脂差热测试结果与分析

3.3.1聚氨酯的目数对胶合体系固化过程的影响

3.3.2聚氨酯加入量对胶合体系固化过程的影响

3.4胶接胶合板力学性能研究

3.4.1胶合板的干胶合强度

3.4.2胶合板的耐沸水胶合强度

4讨论

4.1异氰酸酯胶合体系固化反应研究

4.2异氰酸酯胶合体系热失重研究

4.3聚氨酯粉末的加入对胶接人造板胶合强度的影响

4.3.1对人造板干胶合强度的影响

4.3.2对人造板耐沸水胶合强度的影响

5结论

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表论文情况