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        基于長(zhǎng)白山臭冷杉膠合板強(qiáng)度的水性異氰酸酯膠黏劑配比

        2016-10-17 01:24:49蔡漢忠牛笑一徐國(guó)鋒楊紹斌
        關(guān)鍵詞:異氰酸酯膠合板聚乙烯醇

        蔡漢忠,牛笑一,徐國(guó)鋒,楊紹斌

        (1.北華大學(xué)木質(zhì)材料科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,吉林 吉林 132013;2.吉林森工金橋地板集團(tuán)有限公司,吉林 長(zhǎng)春 130114)

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        基于長(zhǎng)白山臭冷杉膠合板強(qiáng)度的水性異氰酸酯膠黏劑配比

        蔡漢忠1,牛笑一1,徐國(guó)鋒2,楊紹斌2

        (1.北華大學(xué)木質(zhì)材料科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,吉林 吉林132013;2.吉林森工金橋地板集團(tuán)有限公司,吉林 長(zhǎng)春130114)

        用水性異氰酸酯膠黏劑壓制長(zhǎng)白山臭冷杉膠合板,通過檢測(cè)膠合板的膠合強(qiáng)度,分析聚乙烯醇(PVA)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、甲苯二異氰酸酯(TDI)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、乳化劑用量等因素對(duì)水性異氰酸酯膠黏劑膠合性能的影響.利用正交試驗(yàn)方差分析得出各影響因素間的主次關(guān)系為TDI質(zhì)量分?jǐn)?shù)>PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)>乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù).當(dāng)PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%、TDI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí),水性異氰酸酯膠黏劑的膠合性能最好,膠合強(qiáng)度達(dá)到了0.79MPa.

        甲苯二異氰酸酯;聚乙烯醇;木材膠黏劑;長(zhǎng)白山臭冷杉

        【引用格式】蔡漢忠,牛笑一,徐國(guó)鋒,等.基于長(zhǎng)白山臭冷杉膠合板強(qiáng)度的水性異氰酸酯膠黏劑配比[J].北華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,17(5):697-700.

        近年來,國(guó)內(nèi)外的木材加工和人造板企業(yè)多使用價(jià)格較低的“三醛膠”以及聚醋酸乙烯酯乳液,雖然這些膠黏劑是以水為溶劑的,但在使用過程中會(huì)釋放有害物質(zhì)(如游離醛、游離酚、丙烯酸等),長(zhǎng)時(shí)間接觸后會(huì)給人體造成極大危害.隨著人們生活水平的提高,環(huán)境保護(hù)意識(shí)不斷增強(qiáng),新型膠黏劑的研究和使用被廣泛關(guān)注.制備具有良好耐水性的聚乙烯醇乳液,并混入甲苯二異氰酸酯(TDI)乳液制成耐水、耐潮性好,膠接強(qiáng)度高的環(huán)保型木材膠黏劑有著廣泛的市場(chǎng)[1-3].

        水性高分子化合物、填料及乳膠是水性異氰酸酯膠黏劑(API)的主要成分,以含有多官能度的異氰酸酯化合物作為交聯(lián)劑,具有無甲醛釋放、無顏色污染、中性固化、耐水性能好、膠合強(qiáng)度高等特點(diǎn),已成為目前常用的實(shí)木膠合膠黏劑.異氰酸酯分子設(shè)計(jì)靈活,可以通過改變化學(xué)結(jié)構(gòu)及原料,適應(yīng)不同的被膠合材料;異氰酸酯基(—NCO)化學(xué)性質(zhì)非?;顫姡着c含氫化合物發(fā)生加成反應(yīng),自聚合成二聚體及三聚體.目前,水性異氰酸酯膠黏劑通常采用聚乙烯醇(PVA)作為水性高分子基體樹脂,但聚乙烯醇在水中的溶解度有限,如果使用過量的水溶解PVA會(huì)消耗過多的異氰酸酯,從而使水性異氰酸酯膠黏劑的膠接強(qiáng)度及耐水性下降[4-7].本次試驗(yàn)采用增溶PVA法制備水性異氰酸酯膠黏劑壓制臭冷杉膠合板,檢測(cè)膠合板的膠合強(qiáng)度,通過正交試驗(yàn)探究PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)、TDI質(zhì)量分?jǐn)?shù)、乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)3個(gè)影響因素的主次關(guān)系,以獲得制備異氰酸酯膠黏劑的最佳配比.

        1 試驗(yàn)原料和方法

        1.1試驗(yàn)原料

        甲苯二異氰酸酯(分析純,天津市福晨化學(xué)試劑廠)、OP(化學(xué)純,天津市永達(dá)化學(xué)試劑有限公司)、聚乙烯醇(分析純,天津市永大化學(xué)試劑有限公司)、單板(臭冷杉,400mm×400mm×1.2mm,含水率8%).

        1.2主要試驗(yàn)儀器和設(shè)備

        數(shù)顯全自動(dòng)升降恒溫水浴鍋、電動(dòng)攪拌器、電子分析天平、三口玻璃燒瓶、DV-C數(shù)顯粘度儀、干燥箱、平板硫化機(jī)、液壓式木材萬能試驗(yàn)機(jī).

        1.3試驗(yàn)方法

        正交試驗(yàn)設(shè)計(jì),制備不同水性異氰酸酯膠黏劑壓制膠合板,檢測(cè)膠合板膠合強(qiáng)度,探究PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)、TDI質(zhì)量分?jǐn)?shù)及乳化劑水溶液用量各因素對(duì)膠合強(qiáng)度影響的主次關(guān)系,確定制備水性異氰酸酯的最佳配比.

        1.3.1水性異氰酸酯膠黏劑的制備

        聚乙烯醇乳液制備的主要反應(yīng)是異氰酸酯基在催化劑作用下與PVA分子鏈上的羥基反應(yīng)生成氨基甲酸酯,即甲苯二氨基甲酸聚乙烯醇酯:預(yù)熱水浴鍋,根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)稱取一定量的PVA和水,倒入三口瓶中,加上攪拌器、瓶塞,升溫至80 ℃,強(qiáng)烈攪拌1h,直至溶解;降溫至60 ℃加OP-10乳化,攪拌30min,反應(yīng)至乳白色;按照正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)加入一定量的TDI,緩慢滴加到乳液中,直至反應(yīng)結(jié)束;降溫至室溫出料即可,得到水性聚氨酯膠黏劑.

        1.3.2膠合板制備

        單板(臭冷杉):400mm×400mm×1.2mm;制備三層膠合板,手工涂膠,單面涂膠量300~350g/m2,熱壓時(shí)間10min,熱壓溫度100 ℃.

        1.3.3固含量測(cè)定

        取干燥的玻璃皿放在分析天平上稱重,記下玻璃皿的質(zhì)量后清零;稱取適量水性異氰酸酯膠黏劑放入恒定溫度為120 ℃的干燥箱內(nèi)烘干,稱重,3次測(cè)量取平均值,記為該水性異氰酸酯膠黏劑的固體含量[8].測(cè)量結(jié)果見表1.

        固含量R=(m-m1)/(m2-m1)×100%,式中:m為容器與干燥后樹脂質(zhì)量(g);m1為容器質(zhì)量(g);m2為容器與干燥前樹脂質(zhì)量(g).

        表1 固含量測(cè)量結(jié)果

        1.3.4黏度測(cè)定

        根據(jù)測(cè)量的精度要求準(zhǔn)確控制被測(cè)液體的溫度為25 ℃,選擇并安裝64號(hào)轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)速為30r/min,讓轉(zhuǎn)子慢慢降落浸入待測(cè)液體,當(dāng)轉(zhuǎn)子液面標(biāo)記被液體掩蓋時(shí),停止下降并使其保持在現(xiàn)在位置,接通電源,按下開關(guān),讓轉(zhuǎn)子在待測(cè)液體中勻速旋轉(zhuǎn),時(shí)間控制在20~30s,待讀數(shù)穩(wěn)定后開始讀數(shù)[9].黏度測(cè)量結(jié)果見表2.

        表2 黏度測(cè)定結(jié)果

        2 試驗(yàn)結(jié)果

        2.1正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        采用正交試驗(yàn)來確定用水性異氰酸酯膠壓制長(zhǎng)白山臭松膠合板的工藝條件,選用L9(33)正交表,試驗(yàn)方案見表3.

        表3 正交試驗(yàn)方案

        2.2工藝流程

        在實(shí)驗(yàn)室制取水性異氰酸酯膠黏劑,壓制長(zhǎng)白山臭冷杉膠合板,放置72h后,裁制成標(biāo)準(zhǔn)試樣,置于63 ℃水中蒸煮3h,冷卻10min后進(jìn)行膠合強(qiáng)度試驗(yàn).

        2.3膠合強(qiáng)度試驗(yàn)前期準(zhǔn)備

        找出表板緊面,將緊面朝外,按對(duì)稱原則配坯;制膠,取膠液于燒杯中,用玻璃棒攪拌均勻;確定涂膠量,用毛刷方向一致地均勻涂芯板兩面;將涂膠后的板坯在室溫下陳化一段時(shí)間;確定熱壓工藝條件,進(jìn)行熱壓;卸壓取板;給膠合板編號(hào);按標(biāo)準(zhǔn)裁板件(100mm×25mm),進(jìn)行性能檢測(cè).

        2.4膠合強(qiáng)度測(cè)定

        按GB/T9846—2015[10]標(biāo)準(zhǔn)制作膠合板試件及進(jìn)行浸泡處理,見圖1.國(guó)家Ⅱ類膠合板處理?xiàng)l件:將試件浸泡在(63±3) ℃熱水中3h,取出后在室溫下冷10min后進(jìn)行膠合強(qiáng)度測(cè)試.調(diào)整好木材萬能實(shí)驗(yàn)機(jī),檢測(cè)膠合強(qiáng)度.要求試件的縱軸與試驗(yàn)機(jī)夾頭的軸線保持一致;試驗(yàn)機(jī)夾頭的底端與鋸口的距離在5mm范圍內(nèi);試件加荷速度均勻,最大破壞荷重的讀數(shù)應(yīng)精確到5N[11].

        水性異氰酸酯膠黏劑壓制膠合板的膠合強(qiáng)度見表4.由表4可知:影響水性異氰酸酯膠黏劑膠合強(qiáng)度的3個(gè)因素的主次關(guān)系為TDI質(zhì)量分?jǐn)?shù)>乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)>PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù).TDI質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)膠黏劑膠合強(qiáng)度起決定性作用,原因在于TDI為多官能度,以水為主的膠黏劑成分向木材內(nèi)部滲透揮發(fā)時(shí),異氰酸酯的消耗量最大;乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)起主要作用,其原因是乳化劑可以保護(hù)異氰酸酯基團(tuán)不與水反應(yīng);PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)膠合強(qiáng)度起較小的作用,除了作為膠黏劑的交聯(lián)基元外,還可以增加膠黏劑的黏性,改善不溶于水的交聯(lián)劑的分散性能,因此對(duì)膠合強(qiáng)度的影響程度比TDI質(zhì)量分?jǐn)?shù)、乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)要弱.由試驗(yàn)可以明顯看出:在PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%、TDI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的配比下,制得的水性異氰酸酯膠黏劑壓制的長(zhǎng)白山臭冷杉膠合板的力學(xué)性能最好,滿足GB/T9846—2015對(duì)Ⅱ類膠合板的要求.

        表4 膠合強(qiáng)度

        3 結(jié)  論

        1)通過正交試驗(yàn)確定了3個(gè)因素影響水性異氰酸酯膠黏劑膠合性的主次關(guān)系:TDI質(zhì)量分?jǐn)?shù)>乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)>PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù).乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)起主要作用,其原因是乳化劑可以保護(hù)異氰酸酯基團(tuán)不與水反應(yīng);PVA作為膠黏劑的交聯(lián)基元,可以增加膠黏劑的黏性和改善不溶于水的交聯(lián)劑的分散性能,因此對(duì)膠合強(qiáng)度的影響程度比TDI質(zhì)量分?jǐn)?shù)、乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)要弱.

        2)根據(jù)正交試驗(yàn)可得出制備水性異氰酸酯膠黏劑的最佳配比:PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%、TDI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%,在此條件下制備的膠黏劑膠合性能最好,壓制的長(zhǎng)白山臭冷杉膠合板膠合強(qiáng)度為0.79MPa,滿足GB/T9846—2015對(duì)Ⅱ類膠合板的要求.

        3)按正交試驗(yàn)制備的水性異氰酸酯膠黏劑,最小固含量為32.87%,最大為36.31%;最小黏度為2 400mPa·s,最大為2 850mPa·s.

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        【責(zé)任編輯:郭偉】

        Ratio of Aqueous Isocyanate AdhesiveBasedontheStrengthofAbiesChangbaiPlywood

        Cai Hanzhong1,Niu Xiaoyi1,Xu Guofeng2,Yang Shaobin2

        (1.Wood Material Science and Engineering Key Laboratory of Jilin Province,Beihua University,Jilin 132013,China;2.Jinqiao Floor Group of Jilin Forest Industry Group,Changchun 130114,China)

        ChangbaiAbiesplywoodwaspressedbyaqueousisocyanateadhesive.TheeffectofmassfractionofPolyvinylalcohol(PVA),massfractionoftoluenediisocyanate(TDI),emulsifierandotherfactorsonstrengthofaqueousisocyanateadhesivewereanalyzedthroughthebondingstrengthofplywood.Primaryandsecondaryrelationshipamongthevariousfactorswereasfollows:massfractionofTDI>massfractionofPVA>emulsifierbyorthogonalanalysisofvariance.WhenmassfractionofPVA,massfractionofTDI,massfractionofemulsifierare10%,5%,30%respectively,thebestperformancewasobtained,bondingstrengthreached0.79MPa.

        toluenediisocyanate;polyvinylalcohol;woodadhesive;ChangbaiAbies

        1009-4822(2016)05-0697-04

        10.11713/j.issn.1009-4822.2016.05.031

        2016-06-05

        吉林教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(2014197);吉林省科技廳重點(diǎn)科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目(20140307026NY).

        蔡漢忠(1976-),男,講師,主要從事家居設(shè)計(jì)研究,E-mail:879620658@qq.com;

        牛笑一(1973-),男,碩士,副教授,主要從事家具材料研究,E-mail:niuxiaoyi@163.com.

        TQ433

        A

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