生物油酚醛树脂改性淀粉胶粘剂的研究.docx

生物油-酚醛树脂改性淀粉胶粘剂的研究

夏碧华，常建民，张继宗（北京林业大学材料科学与技术学院，北京100083）摘要：为了提高淀粉胶粘剂的耐水性和降低其生产成本，以生物油-PF（酚醛树脂）作为淀粉胶粘剂的改性剂，采用单因素分析法探讨了氧化剂种类、聚合反应温度及固化剂用量等因素对改性淀粉胶粘剂主要性能的影响。结果表明：制备改性淀粉胶粘剂的较佳工艺条件是以高锰酸钾和硫酸为氧化剂，聚合反应温度为75℃，w（固化剂）=12%（相对于胶粘剂总质量而言）；在较佳工艺条件下制成的改性淀粉胶粘剂具有良好的胶接性能，并且克服了传统淀粉胶粘剂遇水易开胶、传统PF胶粘剂中游离醛释放量较高等缺点，可广泛用于Ⅱ类胶合板的生产。关键词：生物油-酚醛树脂；淀粉；胶粘剂中图分类号：TQ432.2文献标识码：A文章编号：1004－2849（2010）11－0028-040前言淀粉胶粘剂具有原料易得、无毒、无异味和无污染等优点，已广泛用于标签行业、瓦楞纸箱、建筑涂料和卷烟工业等诸多领域，然而淀粉胶粘剂在耐水性、粘接强度等方面不够理想，致使其应用范围受到一定限制。利用木材快速热解产物———生物油部分替代苯酚，由此制取的热解油-PF（酚醛树脂）是一种低毒环保型树脂。由于热解油-PF不仅具有PF的诸多优点，而且其分子中的羟甲基又能与淀粉中的羟基发生交联反应，故可作为淀粉胶粘剂的改性剂。本研究先用高锰酸钾和硫酸对淀粉进行氧化处理，然后用丙烯酰胺对氧化淀粉进行接枝改性，最后将生物油-PF加入到淀粉乳液中，制备出一种符合GB/T17657-1999标准中II类胶合板要求的生物油-PF改性淀粉胶粘剂。1试验部分1.1试验原料苯酚、氢氧化钠（NaOH）、次氯酸钠（NaClO）、过氧化氢（H2O2）、高碘酸钠（NaIO4）、高锰酸钾（KMnO4）、硫酸，分析纯，北京化工厂；37%甲醛水溶液、丙烯酰胺，分析纯，广东汕头陇西化工股份有限公司；生物油，自制；过硫酸钾，分析纯，天津市津科精细化工研究所；玉米淀粉，食用级，北京顺天恒丰商贸有限公司；甲苯-二异氰酸酯，化学纯，自制。1.2试验仪器BSA124S-CW型电子天平，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；JJ-1精密电动搅拌机、加热炉，江苏金坛荣华仪器制造有限公司；电热恒温水浴锅，上海市永光明医疗仪器厂；WG71型电热鼓风干燥箱，天津市泰斯特仪器有限公司；BY62-4×8/120-1型热压机，北京昆仑华海技术有限公司；WDW-20E型万能力学拉力机，苏州新协力机器制造有限公司；分光光度计，上海棱光技术有限公司；NDJ-5S型旋转黏度计，上海昌吉地质仪器有限公司。1.3试验制备1.3.1生物油-PF改性剂的制备将苯酚、第一批甲醛和NaOH加入到三口烧瓶中，边搅拌边在30min内升温至90℃，保温30min；然后降温至85℃，加入生物油，保温反应30min；随后加入第二批甲醛及NaOH，保温反应15min后降温至80℃；待黏度达到设计值时降温至70℃，加入第三批NaOH及少量水，搅拌10min后降温至45℃，出料即可。1.3.2生物油-PF改性淀粉胶粘剂主剂的制备将质量分数为40%的淀粉乳液倒入三口烧瓶中，边搅拌边加入适量NaOH进行活化；然后加入KMnO4氧化反应30min，再加入硫酸搅拌均匀；待溶液变为乳白色时停止搅拌，真空抽滤、干燥后即得氧化淀粉。将氧化淀粉配成质量分数为35%的淀粉溶液，并倒入三口烧瓶中；然后加入丙烯酰胺和过硫酸钾，80℃反应1.5h；随后降温至50～60℃，加入适量的生物油-PF，调节pH值至10，反应20min即可。1.3.3三层胶合板的制备（1）调胶：淀粉胶粘剂耐水性较差，为了有效提高其耐水胶接强度，选择高活性甲苯-二异氰酸酯作为固化剂（其与胶粘剂主剂反应可形成交联结构，从而达到改善淀粉胶粘剂耐水性能的目的）。m（甲苯-二异氰酸酯）∶m（主剂）=12∶100。（2）工艺条件：杨木单板（400mm×400mm），热压温度为155℃，热压压力为1.0MPa，热压时间为3.5min。1.4测试与表征（1）胶接强度：按照GB/T17657-1999标准，采用万能力学试验机进行测定（测试温度为25℃，拉伸速率为20mm/min）。（2）固含量：按照GB/T2954-1991标准测定。（3）黏度：按照GB/T2794-1981标准，采用旋转黏度计进行测定（2#转子，转速为500r/min，常温测试）。（4）游离醛释放量：按照GB/T17657-1999标准，采用分光光度计进行测定。（5）耐水性：按照GB/T17657-1999标准进行测定。2结果与讨论2.1生物油-PF改性淀粉胶粘剂的制备机理淀粉作为一种多羟基化合物，是由脱水葡萄糖经糖苷键连接而成的。每个脱水葡萄糖单元的2、3、6三个位置上各有一个醇羟基，因此淀粉分子中