淀粉基木材胶粘剂的合成工艺优化及其性能的研究

论文摘要

论文针对传统的淀粉胶粘剂因粘接强度小、贮藏稳定性差不能满足淀粉胶粘剂市场化的难题,研究了接枝参数、共聚单体、助剂等对淀粉胶粘剂粘接强度和贮藏稳定性的影响,并对淀粉胶粘剂的工艺进行最终的优化和确定,制备出粘接强度和贮藏稳定性都较好的新型淀粉基木材胶粘剂。首先,对蜡质玉米淀粉基木材胶粘剂的制备工艺条件进行优化,以接枝参数为指标选择较优的制备工艺条件,优化后的接枝共聚条件为:过硫酸铵(以下简称APS)的添加量为淀粉干基的1.16%(w/w)、接枝温度70℃、pH为5、接枝共聚时间3 h、滴加速度380.88 mL /(kg?h)、单体与淀粉的质量比6∶5、热处理条件85℃保温30min,此条件下制备的共聚物接枝百分率达到50.83%;并分析了接枝参数与淀粉胶粘剂压缩剪切强度之间的关系,发现接枝百分率和支链分子量均对淀粉胶粘剂的压缩剪切强度有影响,且接枝百分率对胶粘剂压缩剪切强度的影响比支链分子量的影响要大。其次,研究了接枝共聚改性对胶粘剂性能的影响。通过实验发现,采用丙烯酸丁酯为共聚单体对胶粘剂的粘接性能有比较大的提高,且分开滴加比共混滴加的效果要好,采用叔碳酸乙烯酯为共聚单体对胶粘剂的贮藏稳定性有一定的提升,且共混滴加的效果比分开滴加的效果要好。最后,本实验选取丙烯酸丁酯和叔碳酸乙烯酯两种共聚单体来改性,在丙烯酸丁酯的添加量为单体总量的7.5%、叔碳酸乙烯酯的添加量为单体总量的12.5%时,胶粘剂的综合性能较优。再则,对胶粘剂中的助剂进行了选择和优化。乳化剂十二烷基硫酸钠、稀释剂尿素、氧化剂过硫酸铵对胶粘剂的贮藏稳定性有一定的影响。通过正交实验发现三种助剂对胶粘剂贮藏稳定性都呈正面影响,且对贮藏稳定性的影响顺序为:十二烷基硫酸钠>尿素>过硫酸铵;而对胶粘剂的粘结强度影响中,只有尿素对胶粘剂呈现正面影响。最后,根据胶粘剂的情况选择三种助剂的量分别为:十二烷基硫酸钠为淀粉干基的2.28%,尿素为淀粉干基的22.86%,过硫酸铵为淀粉干基的2.86‰。最后对胶粘剂的失稳机理进行了探讨,氢键作用力是引起胶粘剂失稳的主要原因。最后,对在较优工艺下制备的淀粉胶粘剂的各项性能进行分析,并与白乳胶的行业标准进行比较,优化后的淀粉基木材胶粘剂能够达到白乳胶Ⅱ型的标准要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 符号表
• 1 引言
• 1.1 木材胶粘剂
• 1.2 聚醋酸乙烯酯
• 1.3 淀粉胶粘剂
• 1.4 立题意义
• 1.5 研究内容
• 2 材料与方法
• 2.1 主要材料
• 2.2 主要仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 接枝参数的测定
• 2.3.1.1 淀粉接枝醋酸乙烯酯共聚物的合成
• 2.3.1.2 接枝粗产物的提纯
• 2.3.1.3 接枝支链的分离
• 2.3.1.4 接枝参数的计算
• 2.3.2 粘均分子量的测定
• 2.3.3 胶粘剂压缩剪切强度的测试
• 2.3.4 红外分析
• 2.3.5 电子扫描显微镜分析
• 2.3.6 流变测试
• 2.3.7 粒径实验方法
• 2.3.8 核磁共振测定弛豫时间T2
• 2.3.9 胶粘剂性能的测试
• 2.3.9.1 外观
• 2.3.9.2 pH 值
• 2.3.9.3 粘度
• 2.3.9.4 灰分
• 2.3.9.5 木材污染性
• 2.3.9.6 稳定性试验
• 3 结果与讨论
• 3.1 工艺条件对接枝参数的影响
• 3.1.1 引发剂APS 对接枝共聚反应的影响
• 3.1.2 接枝温度对接枝共聚反应的影响
• 3.1.3 pH 对接枝共聚反应的影响
• 3.1.4 接枝共聚时间对接枝共聚反应的影响
• 3.1.5 单体滴加速度对接枝共聚反应的影响
• 3.1.6 单体与淀粉比例对接枝共聚反应的影响
• 3.1.7 淀粉糊化条件对接枝参数的影响
• 3.2 淀粉与醋酸乙烯酯接枝共聚物结构的表征
• 3.2.1 St-VAC 红外光谱分析
• 3.2.2 St-VAC 的SEM 分析
• 3.3 接枝参数与胶粘剂性能的关系
• 3.3.1 接枝参数与强度的关系
• 3.3.2 接枝参数与贮藏稳定性的关系
• 3.4 胶粘剂的共聚改性
• 3.4.1 共聚单体BA 对胶粘剂性能的影响
• 3.4.1.1 BA 的添加方式对乳液性能的影响
• 3.4.1.2 BA 的添加量对胶粘剂性能的影响
• 3.4.2 共聚单体AA 对粘接性能的影响
• 3.4.2.1 AA 添加方式对乳液性能的影响
• 3.4.2.2 AA 的添加量对乳液性能的影响
• 3.4.3 共聚单体VeoVa10 对粘接性能的影响
• 3.4.3.1 VeoVa10 的添加方式对乳液性能的影响
• 3.4.3.2 Veova10 的添加量对乳液性能的影响
• 3.4.4 共聚单体的确定
• 3.5 淀粉的预处理及添加剂对胶粘剂贮藏性能的影响
• 3.5.1 淀粉糊化对胶粘剂贮藏稳定性的影响
• 3.5.2 乳化剂对胶粘剂贮藏稳定性的影响
• 3.5.2.1 乳化剂的选择
• 3.5.2.2 乳化剂SDS 加入方式
• 3.5.2.3 乳化剂SDS 加入的量
• 3.5.3 APS 用量对胶粘剂贮藏稳定性的影响
• 3.5.4 尿素对胶粘剂贮藏性能的影响
• 3.5.5 助剂的正交实验
• 3.5.6 乳液失稳机理的探讨
• 3.6 淀粉胶粘剂最终工艺的确定及性能分析
• 3.6.1 淀粉胶粘剂最终的工艺
• 3.6.2 淀粉胶与行业标准的对照
• 3.6.3 稳定性
• 3.6.3.1 冻融稳定性
• 3.6.3.2 高温稳定性
• 3.6.3.3 稀释稳定性
• 3.6.3.4 贮藏稳定性
• 主要结论
• 主要不足与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录一 粒径测试的图片
• 附录二作者在攻读硕士学位期间发表的论文