骨胶粘合剂改性研究

摘要

骨胶是利用废弃的动物骨头、皮及肌腱等人不能食用的部分，经简单处理而得到的一种胶粘剂，曾经是产量最大、应用最广的木材及纸张胶粘剂，其主要特点是溃散性好、无毒、无污染、成本低、绿色、环保。但是骨胶粘度随温度变化而发生大范围的变化，如当温度高于40℃时其粘度非常低约70MPa·s，随着温度的下降，粘度急剧上升，当温度低于30℃时，基本上失去流动性而呈凝胶状态，即粘度∞，从而影响涂料的流动性，这就给工业化大生产的控制与操作带来无法克服的困难。另外骨胶易霉变，储存和运输都有困难。 本课题正是针对骨胶的上述缺点，旨在不改变骨胶主体结构的基础上，利用缩合、掺混、交联等多种方法对骨胶进行化学改性，通过改性后获得的新型骨胶粘合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、干燥速度快、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，可以取代目前常用的含醛类和含有机溶剂类的木材胶粘剂。 本论文研究了表氯醇改性骨胶的合成工艺及应用。得到最佳合成工艺为：水胶比1：1，NaOH用量为骨胶量的6％左右，碱解温度60℃，碱解时间0.5h，表氯醇用量为骨胶量的2％，接枝共聚1.5～2h。通过红外(IR)、差示扫描量热(DSC)、紫外(UV)、元素分析、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)等检测方法，分析了其改性原理及粘接机理。同时，通过实验确定了填料及其他助剂的种类和用量，其中选择硅藻土为脱色剂，用量为胶液量的10％；丁二酸二异辛酯磺酸钠为表面活性剂，用量为胶液量的12.5％；草酸和氯化铵复配为固化剂，用量分别为胶液量的0.3％和0.15％；二氧化硅为填料，用量为胶液量的15％～20％。 本论文研究了表氯醇改性骨胶在木材粘接上的应用。通过测定拉伸剪切强度，比较改性前后的拉伸剪切强度大小及其与其他类木材用胶粘剂拉伸剪切强度的比较得出，表氯醇改性骨胶的拉伸剪切强度比改性前大幅度提高，可达到210kgf，可以与其他合成类木材用胶粘剂相媲美。 本论文的创新点及可行性分析：从技术角度分析，骨胶是蛋白胶类，结构属氨基酸，分子链中有-COOH和-OH等活性基团，这就从理论上证明了骨胶改性的可能性，并为接枝共聚奠定了分子结构上的基础。 从经济效益分析，本研究研制的这种新型胶粘剂，以骨胶为原料，价格为6～8元/公斤，以生产1t新型胶粘剂计算，则需骨胶0.34t左右，加少量化学试剂，经化学反应，其生产成本约为3431.33元^，产品售价约5000元/t。则规模为年产3000吨的小型厂家每年即可营利4700余万元。可带来巨大的经济效益和社会效益。 本论文所研究的表氯醇改性骨胶粘合剂，其创新点主要在于降低了骨胶的凝固点，使其在室温下可以直接使用，扩大了其应用范围：提高了其初粘力及粘接强度，使其可以与合成类木材用胶粘剂相媲美。

目录

文摘

英文文摘

第一章文献综述

前言

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胶粘剂工业的特点

1.1.5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我国胶粘剂工业现状

1.2.3木材胶粘剂现状及发展方向

1.3天然胶及其改性产品

1.3.1动物胶粘剂

1.3.2植物胶粘剂

1.3.3矿物胶粘剂

1.3.4海洋胶粘剂

1.4骨胶及其改性

1.4.1骨胶的化学组成和物理特点

1.4.2骨胶的改性

1.5骨胶目前用于胶粘剂潜在的优势以及存在的问题

1.5.1潜在的优势

1.5.2存在的问题

1.5.3课题的提出

1.6课题的意义

第二章实验部分

2.1实验用药品和仪器

2.1.1实验药品

2.1.2仪器设备

2.1.3制胶设备

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实验原理

2.6.1骨胶的溶胀

2.6.2水解

2.6.3共聚交联

2.7产品性能实验

2.7.1外观

2.7.2相对密度的测定(比重瓶法)

2.7.3表观粘度的测定

2.7.4固含量的测定

2.7.5 pH值的测定

2.7.6适用期的测定

2.7.7固化速度的测定

2.7.8灰分的测定

2.7.9凝固点的测定

2.7.10凝聚性的测定

2.7.11悬浮性的测定

2.7.12持水率的测定

2.8结果与讨论

2.8.1产品质量指标

2.8.2产品理化性能

2.8.3实验条件的确定

2.9骨胶的凝胶

2.9.1凝胶的基本特征

2.9.2骨胶凝胶的形成

2.10其它助剂的选择及胶液的后处理

2.10.1脱色剂

2.10.2表面活性剂

2.10.3调节pH值

2.10.4固化剂

2.10.5无机填料

2.10.6其它助剂

2.11其它改性方法改性骨胶

2.11.1淀粉改性

2.11.2丙烯酸改性

2.11.3酸法水解骨胶改性

2.12横向对比实验

2.12.1粘度对比

2.12.2稳定性对比

2.12.3凝固点对比

第三章表氯醇改性骨胶粘合剂的结构表征

3.1红外光谱分析

3.1.1测试原理

3.1.2测试方法和仪器

3.1.3测试结果与讨论

3.2紫外光谱分析

3.2.1测试原理

3.2.2测试方法和仪器

3.2.3测试结果与讨论

3.3元素分析

3.3.1测试原理

3.3.2测试方法和仪器

3.3.3测试结果与讨论

3.4凝胶渗透色谱分析

3.4.1测试原理

3.4.2测试方法和仪器

3.4.3测试结果与讨论

3.5差示扫描量热(DSC)分析

3.5.1测试原理

3.5.2测试方法和仪器

3.5.3测试结果与讨论

3.6扫描电子显微镜(SEM)分析

3.6.1测试原理

3.6.2测试方法和仪器

3.6.3测试结果与讨论

第四章应用部分

4.1应用部分概述

4.1.1粘接机理及胶接

4.1.2木材的粘接

4.1.3胶粘剂的机械性能

4.2应用试验

4.2.1初粘力测试

4.2.2拉伸剪切强度试验

4.2.3胶粘剂的存储期试验

4.2.4热稳定性试验

4.2.5横向比较试验

4.3成本核算

4.3.1原料报价

4.3.2本研究合成的改性骨胶粘合剂的成本核算

结论

参考文献

致谢

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