热固型淀粉基木材胶粘剂的制备与性质研究

论文摘要

本文以蜡质玉米淀粉为原料，分别采用氧化和酸解的预处理方式，与醋酸乙烯酯等单体进行接枝共聚反应，配合其他助剂制备了淀粉基木材胶粘剂。然后与市售白乳胶进行性质对比，实验结果表明淀粉基胶粘剂的诸多性质与市面上的白乳胶比较接近，甚至优于白乳胶。首先，研究了双醛淀粉的制备工艺和性质，以蜡质玉米淀粉为原料，以高碘酸钠为氧化剂，以产物中的醛基含量为指标，通过单因素试验得到了较优的工艺条件：高碘酸钠与淀粉的物质的量之比1.1:1，反应溶液pH=3.0，反应温度30℃，反应时间2h，淀粉乳浓度为8%，制得的双醛淀粉中醛基含量可达到87.36%。性质研究表明，双醛淀粉的偏光十字随着醛基含量的升高而逐渐消失，双醛淀粉的起糊温度升高，峰值粘度降低，冷糊粘度也极大降低；双醛淀粉的结晶结构逐渐被破坏。其次，研究了蜡质玉米双醛淀粉胶粘剂的制备工艺，以聚乙烯醇（PVA）为保护胶体和乳化剂，以醋酸乙烯酯等物质为反应单体，配合其他助剂制备木材胶粘剂。优化后的工艺条件是：醛基含量为20%，淀粉和接枝单体的质量比为1:2.5，PVA用量为淀粉干基的75%，醋酸乙烯酯（VAc）和丙烯酸乙酯（EA）的配比为4:1，最终得到木材胶粘剂的干强度和湿强度分别是3MPa和2.5MPa。红外图谱和X-衍射图谱表明，淀粉与单体接枝成功，接枝反应产物的结晶结构消失。再次，确定了酸解淀粉胶粘剂的制备工艺条件，采用酸解的预处理方式，在接枝反应前加入聚乙烯醇（PVA），反应中不通N2，选用一定配比的复合单体进行接枝反应，并确定了接枝反应的较优工艺参数：盐酸浓度为2.0mol/L，淀粉乳浓度为20%，引发剂用量为淀粉干基用量的1.2%，保护胶体用量为淀粉干基的40%，混合单体醋酸乙烯酯（VAc）和丙烯酸乙酯（EA）的配比是3:1，接枝反应温度是70℃，以此制备的胶粘剂的干湿剪切强度分别达到4.2MPa和3.6MPa。最后，将淀粉基胶粘剂与市面上的白乳胶进行性质对比。淀粉胶的外观、木材污染性、灰分含量、固形物含量、粘度、稳定性等性质与白乳胶比较接近或优于白乳胶；淀粉胶的热稳定性弱于白乳胶，凝沉性较强；淀粉胶的粒径稍大于白乳胶；三种胶粘剂均属于剪切稀化流体，淀粉胶的剪切稀化特性更加明显。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 胶粘剂概述
• 1.2 木材胶粘剂概述
• 1.2.1 人工合成木材胶粘剂
• 1.2.2 天然可再生木材胶粘剂
• 1.3 淀粉基木材胶粘剂概述
• 1.3.1 淀粉的结构与性质
• 1.3.2 氧化淀粉胶粘剂
• 1.3.3 淀粉接枝改性胶粘剂
• 1.3.4 淀粉基木材胶粘剂的研究现状与发展前景
• 1.4 立题意义
• 1.5 研究目标和研究内容
• 第二章 双醛淀粉的制备与性质测定
• 2.1 前言
• 2.2 实验材料与仪器设备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 双醛淀粉的制备
• 2.3.2 醛基含量测定方法
• 2.3.3 双醛淀粉颗粒形态的测定
• 2.3.4 Brabender 粘度的测定
• 2.3.5 X-射线衍射测定
• 2.3.6 红外光谱的测定
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 双醛淀粉制备工艺单因素研究结果
• 2.4.1.1 反应温度的影响
• 2.4.1.2 pH 的影响
• 2.4.1.3 反应时间的影响
• 2.4.1.4 淀粉乳浓度的影响
• 4/淀粉的摩尔比的影响'>2.4.1.5 NaIO₄/淀粉的摩尔比的影响
• 2.4.2 偏光十字的结果分析
• 2.4.3 Brabender 粘度测定结果
• 2.4.4 X-射线衍射图谱分析
• 2.4.5 红外图谱分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 双醛淀粉胶粘剂的制备与性质测定
• 3.1 前言
• 3.2 实验材料与设备
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 蜡质双醛淀粉的制备
• 3.3.2 蜡质双醛接枝淀粉的制备
• 3.3.3 接枝产物的提纯
• 3.3.4 胶粘剂样品的制备
• 3.3.5 性能测试
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 双醛淀粉胶粘剂的制备工艺优化
• 3.4.1.1 双醛淀粉醛基含量的影响
• 3.4.1.2 醋酸乙烯酯（VAc）用量的影响
• 3.4.1.3 聚乙烯醇（PVA）用量的影响
• 3.4.1.4 单体（VAc/EA）配比的影响
• 3.4.2 X-衍射图谱分析
• 3.4.3 红外图谱分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 酸解淀粉胶粘剂的制备工艺优化
• 4.1 前言
• 4.2 实验材料与仪器设备
• 4.3 过硫酸铵的氧化和引发机理
• 4.3.1 热分解机理
• 4.3.2 过硫酸铵对淀粉的氧化机理
• 4.3.3 过硫酸铵引发淀粉产生自由基的机理
• 4.4 实验方法
• 4.4.1 蜡质玉米淀粉胶粘剂的制备
• 4.4.2 普通玉米淀粉胶粘剂的制备
• 4.4.3 木薯淀粉胶粘剂的制备
• 4.4.4 不同降粘方式制备胶粘剂
• 4.4.5 性能测试
• 4.5 胶粘剂制备工艺的确定
• 4.5.1 淀粉原料的选择
• 4.5.2 预处理方式的选择
• 4.5.3 保护胶体 PVA 的加入顺序的选择
• 4.5.4 接枝反应中通入 N2的选择
• 4.5.5 反应单体的选择
• 4.5.6 制备工艺的确定
• 4.6 工艺优化的结果与讨论
• 4.6.1 盐酸的浓度对剪切强度的影响
• 4.6.2 淀粉乳浓度对剪切强度的影响
• 4.6.3 单体用量对剪切强度的影响
• 4.6.4 单体配比对剪切强度的影响
• 4.6.5 引发剂用量对剪切强度的影响
• 4.6.6 PVA 用量对剪切强度的影响
• 4.6.7 接枝反应温度对剪切强度的影响
• 4.7 本章小结
• 第五章 优化后胶粘剂的性质测定
• 5.1 前言
• 5.2 原料与仪器设备
• 5.3 实验方法
• 5.3.1 优化后胶粘剂的制备
• 5.3.1.1 DAS 胶粘剂的制备
• 5.3.1.2 酸解淀粉胶粘剂的制备
• 5.3.2 优化后胶粘剂性能的测定
• 5.3.2.1 外观
• 5.3.2.2 木材污染性
• 5.3.2.3 胶粘剂稳定性
• 5.3.2.4 固形物含量
• 5.3.2.5 灰分含量
• 5.3.2.6 Brabender 粘度
• 5.3.2.7 X-衍射图谱表征
• 5.3.2.8 粒度的测定
• 5.3.2.9 流变性能的测定
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 外观分析
• 5.4.2 木材污染性分析
• 5.4.3 稳定性分析
• 5.4.4 固形物含量分析
• 5.4.5 灰分含量分析
• 5.4.6 Brabender 粘度分析
• 5.4.7 X-衍射图谱分析
• 5.4.8 粒度分析
• 5.4.9 流变性能分析
• 5.4.9.1 胶粘剂的流变特性
• 5.4.9.2 胶粘剂的粘弹特性
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件