纤维板无甲醛粘合剂的制备及应用研究

摘要

在木材制造业中风靡一时的胶粘剂是“三醛胶”，即酚醛、脲醛和三聚氰氨-甲醛树脂胶粘剂，这类胶的最大特点是生产成本较低，有一定的耐水性，粘接强度高，即使到现在这三类胶粘剂用量仍很大。但这些胶粘剂有一个致命的弱点就是在板材的生产和使用过程中均有甲醛释放，这一缺陷导致了甲醛系胶粘剂最终将在各个领域被禁用。所以开发无甲醛的适合环境发展的新型胶粘剂是胶粘剂产业的发展方向。 本研究以聚乙烯醇为分散保护剂，通过醋酸乙烯酯与丙烯酸丁酯进行无皂乳液共聚合，并加入功能性单体丙烯酸，形成自交联的水基乳液胶粘剂，再加入乙二醛作为外交联剂，使大分子在成膜过程中形成网状结构，以提高分子聚合物的粘接强度及耐水性。研究了乳液聚合的影响因素以及乳液和乳胶膜的相关性能，测定了聚醋酸乙烯酯共聚物的结构与性能关系。为了进一步提高聚醋酸乙烯酯乳液的耐水性能，将聚醋酸乙烯共聚乳液与自制脲醛树脂进行了复配，并对其的耐水性等性能进行了相应的研究。 研究结果表明： (1)通过向聚合体系中引入高分子分散保护剂PVA，并与丙烯酸类单体共聚，采用无皂乳液聚合制得稳定的醋酸乙烯酯丙烯酸酯共聚物乳液。 (2)无皂乳液聚合制备醋酸乙烯丙烯酸酯共聚物乳液的较佳工艺：采用延迟加料法；m(醋酸乙烯)：m(丙烯酸丁酯)：m(丙烯酸)=6：3：1，w(碳酸氢钠)=0.5-0.8％；w(引发剂)=1.5％～1.8％，w(PVA)=6％～7％，反应时间5～6h，反应温度70～75℃，反应体系pH值为5.0～6.0。 (3)硬软单体配比为1.5：1～2：1范围内，乳胶膜的成膜性能较好，同时胶粘强度较高；丙烯酸丁酯的加入，使乳胶膜的耐水性随之增强，乳胶膜的拉伸强度随之减小，同时断裂伸长率随之增大。 (4)通过液体在乳胶膜表面与水接触角大小的变化，表明共聚乳液具有一定的耐水性，加入外交联剂后，乳液分子发生了交联反应，从而使胶粘剂耐水性有很大提高。 (5)FT-IR证实了P(VAc-BA-AA)中各单体单元的存在；乳液流变性能测定表明乳液为非牛顿流体，有剪切变稀的特点；TEM测定乳液粒子呈的球形，颗粒表面光滑，粒子分布较为均一，经测量计算乳胶粒平均粒径为200nm；DSC测定共聚物玻璃化转变温度为23.2℃，表明有很好的耐寒性。 (6)将聚醋酸乙烯酯共聚乳液用于木材的粘接方面，强度大于9MPa，表明有很强的粘接强度。 以上研究表明：通过无皂乳液聚合制备聚醋酸乙烯酯共聚物乳液的方法是成功的，该方法能够制备出具有无乳化剂、乳胶粒分布较为均一、表面光滑洁净的乳液；乳胶膜的耐水性、耐寒性、力学性能以及表面性能较好；该乳液作为纤维板工业上具有较好的应用效果。 本论文的主要创新点如下： (1)针对传统聚醋酸乙烯酯乳液胶粘剂存在的耐水性、耐寒性差等不足之处，本论文用与丙烯酸酯类单体共聚改性的方法来提高PVAc乳液的性能，制备出共聚型聚醋酸乙烯酯乳液胶粘剂，产品综合性能优良，且完全不含甲醛，符合环保要求。 (2)通过无皂乳液聚合制备了稳定的聚醋酸乙烯共聚物乳液。本实验通过向聚合体系中引入高分子分散保护剂PVA及离子型引发剂，含有亲水性基团的功能性单体等方法制得了稳定的无皂聚醋酸乙烯酯共聚物乳液。 (3)聚醋酸乙烯酯共聚乳液有很好的耐寒性。在本实验中丙烯酸丁酯软单体与醋酸乙烯酯单体进行共聚，使聚合物分子具有较低的玻璃化转变温度，赋予醋酸乙烯酯共聚乳液很好的耐寒性。 (4)聚醋酸乙烯酯共聚乳液具有很好的耐水性。共聚乳液中加入功能性单体丙烯酸，使之形成自交联网状结构，并用乙二醛作为外交联剂赋予聚合物形成网状交联结构，使聚合物分子有很好的耐水性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1纤维板胶粘剂的现状与发展

1.1.1纤维板用胶粘剂的现状

1.1.2纤维板胶粘剂的种类

1.1.3纤维板胶粘剂的发展

1.2乳液聚合

1.2.1乳液聚合的特点

1.2.2乳液聚合的最新技术进展

1.2.3乳液聚合的应用

1.3聚合物乳液胶粘剂

1.3.1聚醋酸乙烯醋乳液胶粘剂的发展与用途

1.3.2聚醋酸乙烯酯乳液改性研究进展

1.4本课题的意义及任务

2合成和检测

2.1实验材料

2.1.1主要试剂

2.1.2试剂及单体的纯化

2.2实验仪器

2.3聚醋酸乙烯酯乳液的制备原理和工艺

2.3.1共聚原理

2.3.2乳液的制备

2.3.3转化率的测定

2.4.乳液性能

2.4.1外观

2.4.2固含量

2.4.3 pH值

2.4.4粘度

2.4.5乳液稳定性

2.5乳胶膜性能

2.5.1成膜性

2.5.2乳胶膜的耐水性

2.5.3乳胶膜的耐溶剂性

2.5.4乳胶膜的力学性能

2.5.4乳胶膜的接触角

2.6结果与讨论

2.6.1聚合因素

2.6.2乙二醛外交联剂的影响

2.6.3 pH值的影响

2.6.4复配乳液性能

2.6.5乳胶膜性能

3结构及表征

3.1红外光谱(IR)分析

3.1.1测试原理

3.1.2测试仪器和方法

3.1.3测试结果与讨论

3.2乳液的流变性

3.2.1测试原理

3.2.2测试仪器及方法

3.2.3测试结果及讨论

3.3透射电镜(TEM)分析

3.3.1测试原理

3.3.2测试仪器及方法

3.3.3测试结果与讨论

3.4差示扫描量热(DSC)分析

3.4.1测试原理

3.4.2测试仪器及方法

3.4.3测试结果及讨论

4应用研究

4.1聚醋酸乙烯酯用于板材的粘接试验

4.1.1测试方法

4.1.2结果与讨论

5总结

5.1主要工作

5.1.1合成

5.1.2结构表征

5.1.3应用部分

5.2主要创新点

5.3进一步的工作

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录