环保插层复合型胶粘剂的制备及其研究

摘要

21世纪环境污染成为严重影响人类发展的问题，全球人类都越来越注重环境的保护。木材胶粘剂由于在木材加工行业应用极其广泛，而且价格低廉，有着非常广阔的市场。但其游离甲醛释放所带来的环境污染，成为严重的社会问题，越来越引起人们的关注。研究一种环境友好的胶粘剂非常重要。
　　 本研究以无毒无污染的骨胶为原料，在不改变骨胶主体结构的基础上，针对骨胶粘度随温度变化而发生大范围的变化，当温度低于30℃时，基本上失去流动性而呈凝胶状态的缺点，通过降解、交联、插层复合等多种反应对骨胶进行化学改性，改性后获得的新型骨胶胶粘剂除保留其原有的无毒、无害、无污染等优良特性外，还具有常温下呈液态、稳定性好、拉伸强度高、固化速度快、低温性能好等特点，符合世界环保产品和高性能产品的要求。
　　 （1）首先选用不同的钠化改型剂对蒙脱土进行钠化改型，通过单因素实验方法确定了钠化改型的最佳工艺。其具体工艺条件为，选用多聚磷酸钠作为钠化改型剂，蒙脱土浓度为15％，改型剂加入量为2％，搅拌时间为2h，钠化温度为60℃。由此工艺条件得到的钠化改型蒙脱土的胶质价为94.4ml/3g土，膨胀倍为93.2 ml/g，阳离子交换容量为101.5mmol/100g土。
　　 （2）然后用浓盐酸对骨胶进行降解，以环氧氯丙烷作为交联剂对骨胶进行接枝改性。通过单因素实验分析。最终确定了接枝改性骨胶的制备工艺条件，得到最佳性能的接枝改性骨胶。其具体工艺条件为水胶质量比为1：1、酸解温度为80℃、加入浓盐酸（36.5％）量为骨胶重量的7％、酸解时间为30min、环氧氯丙烷的加入量为0.15 ml/g骨胶、接枝共聚时间为2h。由此工艺制备的接枝改性骨胶的表观粘度为1250 mPa.s，凝固点为0℃，有效地改善了骨胶的性能，降低了凝固点，使其实现了常温下为液态，让其使用更加方便，而且有效地避免产生凝胶现象。为插层复合型骨胶的制备提供了前期工作基础。
　　 （3）再将钠化改型蒙脱土加入到骨胶溶液中，并采用超声波分散的方法，辅以加入助插层剂乙醇对骨胶进行插层复合，得到插层复合型骨胶。通过实验最终确定了最佳的制备工艺条件。其最佳工艺条件为采用插层聚合的方式，钠化改型蒙脱土的加入量为6％，加入乙醇作为助插层剂，超声波分散30min，插层复合时间为2.5h。以此工艺条件所制备的插层复合型骨胶其性能较接枝共聚型骨胶又有大幅度提高，尤其是其粘接性能，其初粘力为0.35MPa，拉伸剪切强度为4.04MPa。
　　 通过红外光谱分析表明环氧氯丙烷已经接枝到骨胶分子链上，而且纳化改型蒙脱土的特征吸收峰在产品的红外谱图上也有出现，表明蒙脱土与骨胶分子的插层成功。通过X射线衍射（XRD）分析表明：蒙脱土经钠化改型、聚合插层、插层聚合后，其001晶面的2θ值衍射峰由改性前的6.877°分别向小角度方向偏移到4.483°、4.187°、3.005°，即蒙脱土的平均层间距d（001）由改性前的0.913 nm分别增至1.399nm、1.497nm、2.085nm。纳化后蒙脱土层间被钠离子撑大，而插层复合后钠离子被插层剂分子即接枝骨胶取代，蒙脱土层间距被进一步撑大，但插层聚合后的层间距增大比聚合插层要明显。其中，插层聚合型骨胶的插层效果最佳。通过扫描电子显微镜观察其表面形貌，发现接枝改性前后骨胶的表面发生了明显的变化，其表面更加粗糙。钠化改型蒙脱土有着大而弯曲的片层，而由插层聚合型骨胶柱撑的蒙脱土的片层有了明显的变化，其中有许多小而聚集的粒子并且片层变得比较平，再次验证了骨胶分子对蒙脱土的插层复合成功。
　　 骨胶这一天然再生木材胶粘剂，有其很强应用价值，特别是在人们追求胶合板实行环保化的今天，用这一环保安全的胶粘剂，无疑是一种最理想选择。其粘接性能较好，使用方便，而且能够吸附空气中一定量的游离甲醛，实际测定其对甲醛的最大吸附量为43mg/g，若是能够实现工业化，将拥有广阔的市场前景和实际价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1胶粘剂概述

1.1.1胶粘剂定义

1.1.2胶粘剂的组成

1.1.3胶粘剂的分类

1.1.4粘接技术的特点

1.2国内外胶粘剂工业现状及发展趋势

1.2.1国外胶粘剂工业发展状况

1.2.2我国胶粘剂现状

1.2.3木材胶粘剂的发展方向

1.3插层复合概述

1.3.1插层的定义

1.3.2插层方法分类

1.3.3插层理论

1.3.4几种插层土的晶体结构

1.3.5蒙脱土插层概述

1.3.6蒙脱土插层化合物制备的影响因素

1.4蒙脱土插层化合物的应用

1.4.1催化剂及催化剂载体

1.4.2环保材料

1.4.3纳米级复合材料

1.5骨胶的物理特点和化学组成

1.6骨胶目前用于胶粘剂潜在的优势以及存在的问题

1.6.1潜在的优势

1.6.2存在的问题

1.6.3课题的提出

1.7课题的意义

2实验部分

2.1实验用化学试剂和仪器设备

2.1.1化学试剂

2.1.2仪器设备

2.2课题的主要目标和研究内容

2.2.1主要目标

2.2.2主要研究内容

2.3拟解决的关键问题及创新点

2.4可行性分析

2.5实验方案及合成路线的确定

2.5.1实验方案

2.5.2合成路线

2.6蒙脱土的钠化改型

2.6.1蒙脱土原土的精制

2.6.2钠化改型蒙脱土制备

2.6.3蒙脱土和钠化改型蒙脱土物性能的测试

2.7蒙脱土插层复合型骨胶的制备

2.7.1骨胶的溶胀

2.7.2水解

2.7.3接枝共聚

2.7.3蒙脱土插层复合

2.8蒙脱土插层复合型骨胶的性能测试

2.8.1外观

2.8.2相对密度的测定(比重瓶法)

2.8.3表观粘度的测定

2.8.4固含量的测定

2.8.5 pH值的测定

2.8.6固化速度的测定

2.8.7灰分的测定

2.8.8凝固点的测定

2.8.9粘接性能的测定

2.8.10对甲醛的吸附性能的测定

2.9蒙脱土插层复合型骨胶的结构表征

2.9.1红外图谱表征

2.9.2X射线衍射(XRD)图谱表征

2.9.3扫描电子显微镜(SEM)分析

3实验结果与讨论

3.1钠化改型蒙脱土的物理性质测试结果

3.1.1不同改型剂对钠化结果的影响

3.1.2钠化温度对钠化结果的影响

3.1.3改型剂的加入量对钠化结果的影响

3.1.4钠化时间对钠化结果的影响

3.2接枝改性骨胶的性能测试结果

3.2.1水胶比对接枝改性骨胶的性能影响

3.2.2酸解温度对接枝改性骨胶的性能影响

3.2.3酸解所需盐酸量对接枝改性骨胶的性能影响

3.2.4酸解时间对接枝改性骨胶的性能影响

3.2.5环氧氯丙烷的用量对接枝改性骨胶的性能影响

3.2.6接枝共聚时间对接枝改性骨胶的性能影响

3.2.7骨胶凝胶现象

3.3插层复合型骨胶的表征及性能测试

3.3.1红外光谱分析结果

3.3.2XRD图谱分析结果

3.3.3扫描电子显微镜(SEM)分析结果

3.3.4插层复合型骨胶的粘接性能

3.3.5插层复合型骨胶的其它性能

4结论、创新点及展望

4.1结论

4.2创新点

4.3展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录