乙二醛在木材胶黏剂领域的应用研究

概述了胶黏剂在人造板行业的使用情况,阐述了乙二醛在水溶液中的存在形式以及与单宁、木质素、大豆蛋白等反应制备生物质木材胶黏剂,与尿素、三聚氰胺、苯酚等反应生成共缩聚树脂木材胶黏剂的应用,以期为绿色环保型木材胶黏剂的发展提供一定的参考。

脲基超支化聚合物木材胶黏剂的合成与性能

脲基通常由异氰酸酯与氨基反应产生,由于异氰酸酯对人体健康和环境具有较大的危害且成本较高,因此利用低成本的尿素替代异氰酸酯合成脲基聚合物胶黏剂的途径正越来越受到关注。文中利用廉价的丙烯酸甲酯和对苯二胺为原料,通过迈克尔加成反应和酰胺化反应合成了树枝状四元胺,再与尿素在无催化剂和无溶剂的条件下进行A_(2)+B_(4)熔融缩聚,得到一系列低成本无醛的超支化脲基聚合物胶黏剂。利用核磁共振、红外光谱、质谱、凝胶渗透色谱等方法验证了其结构;差示扫描量热分析和热重分析表征了其热行为和热稳定性。最后将该脲基聚合物作为胶黏剂黏接不同基材,结果表明,粘接木材的剪切强度大于1.34MPa,远远高于GB/T17657-2013对II类板的要求,且其具有良好的耐水性;用于黏接有机玻璃、钢化玻璃、聚四氟乙烯、橡胶、玛瑙等基材也表现出较强的黏接力。

纸浆基木材胶黏剂的合成及其性能

以桉木纸浆为原料制备木材胶黏剂,研究了合成路线、化学结构、胶合性能和胶合界面行为,为纤维素基木材胶黏剂研发和纸浆多元化应用提供理论依据和技术路线。纸浆经高碘酸钠选择性氧化处理,形成高反应活性双醛化纸浆纤维(DAP),利用醛基与支化多胺的氨基之间的反应构建交联网络,获得可固化的纸浆基木材胶黏剂(PWA)。使用傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)分析PWA化学结构,利用热重分析仪(TGA)分析其热性能,通过压制胶合板评估胶合性能。实验结果初步证明,双醛化纸浆纤维上的醛基能与支化多胺的末端氨基发生希夫碱反应并形成新的化学键;胶合性能分析结果表明,使用纸浆纤维基木材胶黏剂(PWA)制备杨木胶合板,干状胶合强度1.54 MPa,沸水浸泡3 h胶合强度0.85 MPa,杨木表面经界面活化处理后干强度提升到1.99 MPa,沸水3 h胶合强度提升至1.80 MPa,且与多胺末端氨基数量密切相关。纸浆纤维双醛化后再与支化多胺反应可制备性能优异的木材胶黏剂,界面活化处理可显著提高PWA的胶合性能和耐水性能以及热稳定性,末端氨基数量越多,性能提高越显著。

橡胶木防霉、腐处理工艺的研究进展

橡胶木的糖分、淀粉组分含量比一般树种高,为真菌生长提供了丰富的营养介质,容易导致其霉变、腐朽,进而劣化,通过防霉、防腐处理能够有效改善橡胶木的耐霉变、耐腐朽性能,从而提高橡胶木的使用寿命。综述了橡胶木防霉、防腐处理的主要工艺及优缺点,化学处理手段可以有效改善橡胶木木材的防霉、防腐性能,但易污染环境且对人类、家畜等生物造成危害。当前,绿色防治处理手段因对环境、人畜影响小而备受关注,其防霉、防腐效果虽不及化学处理手段,但联合其他处理手段可以有效地改善橡胶木对菌/虫的防治效果。因此在橡胶木防霉、防腐处理工艺的研究过程中,采取何种措施降低毒性、减少成本、简化工艺、提高性能以及开发提取天然抑菌材料是该领域的研究重点。

果胶酶预处理对木材纤维分离的影响初探

利用单因素法研究不同果胶酶预处理条件对木材纤维分离难度和纤维得率的影响,以降低纤维分离的难度和能耗。结果表明果胶酶预处理可以降低木材纤维的分离难度和改变纤维形态;当果胶酶预处理温度为50℃、果胶酶浓度1.0%、反应时间为3 h时,用果胶酶处理的木材经盘磨机分离后,纤维尺寸变小,单根纤维比例增加;即木材经果胶酶预处理后,可降低木材纤维分离的难度;当处理温度为50℃、果胶酶浓度为1%、反应时间为2 h时,果胶酶预处理的木材纤维得率达到最大值,最大值为91.18%。

果胶酶预处理对工业大麻秆纤维分离影响初探

为了降低生物质材料纤维分离的难度、能耗和污染物排放,研究了不同果胶酶预处理条件对工业大麻秆纤维分离程度和纤维形态的影响。结果表明,果胶酶预处理可以提高工业大麻秆纤维分离的程度,提高1~3根纤维的比例和优化纤维形态;当果胶酶预处理温度为50℃、果胶酶浓度为1.0%、处理时间为3 h时,用果胶酶预处理的工业大麻秆经高浓度盘磨机分离后,纤维形态得到优化,1~3根纤维比例增加。

生长期和植株性别对工业大麻杆果胶含量及质量的影响

果胶是木质材料中关注较少的化学成分,为了确定果胶在生物质材料中粘结细胞的关键作用,以实现利用果胶酶进行纤维分离。按照称重法、造纸原料-果胶含量的国家标准(GB/T10742—2008)等测定方法,以工业大麻为对象,研究了不同生长期和植株性别中工业大麻杆的单株质量、果胶含量及果胶质量的变异特性。结果表明,大麻杆在整个生长周期19~186d内,果胶含量在19.74%~5.68%范围内变化,随着生长天数增加而降低(p<0.000 1);果胶质量随着生长天数的增加而增加(p<0.000 1),质量范围为0.02~22.88g;生长期相同时,雌株的果胶含量>雄株,约为0.1%~2.21%(p=0.000 5)。果胶主要存在于纤维胞间层和初生壁中,随着纤维细胞次生壁的逐步生成,果胶含量降低;但随着工业大麻秆生长期的延长,细胞数目的增加果胶质量增加。

异氰酸酯增强尿素-乙二醛树脂的结构与性能研究

为提升尿素-乙二醛树脂(UG)的耐水性能,本研究在UG树脂中添加高活性的异氰酸酯(MDI)共混制备了异氰酸酯/尿素-乙二醛(MDI-UG)木材胶黏剂。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、核磁共振波谱仪(NMR)和X射线光电子能谱(XPS)对其固化结构进行表征,通过差式扫描量热分析(DSC)、动态热机械分析(DMA)和扫描电镜(SEM)对其固化性能进行分析,以MDI-UG混合体系制备胶合板并测定其力学性能。结果表明UG树脂中含有的活泼氢基团与异氰酸酯反应形成新的氨基甲酸酯;与UG树脂相比,MDI-UG树脂的固化温度降低且热稳定性提高;采用扫描电镜下可观测到MDI-UG树脂的固化颗粒更加密集且交联支化程度明显提高;当MDI的添加量为3%且乙二醛与尿素的摩尔比为1.3:1时,所制得胶合板的热水湿状剪切强度达到0.72 MPa,表明MDI的引入显著改善了UG树脂的耐水性,而且充分发挥了UG树脂优异的环保性能和异氰酸酯的高强度特点。

不同灌溉周期对工业大麻秆部分理化性能的影响Ⅰ.不同灌溉周期对微观结构和三大素含量的影响

研究了三种不同灌溉周期(3天、14天和不浇水,分别标记为A、B和C)对工业大麻秆理化性能的影响。利用SAS软件分析了灌溉周期对纤维长度、宽度、细胞腔和细胞层数等各物理性能以及三种化学成分(纤维素、半纤维素、木质素)的影响。结果表明灌溉周期对纤维长度和细胞层数的影响显著(p<0.05),对纤维宽度和细胞腔宽度的影响不显著(p>0.05),A样品纤维长度最长、形成层的分生频率最高;而对其三种化学成分含量的影响均显著(p<0.05)。生长天数为120天的工业大麻秆中纤维素含量、半纤维素含量和木质素含量均达到最大值,分别为50.16%、22.63%和20.98%,三大素含量随生长天数的增加而增加;A植株中各化学成分含量最高,C的化学成分最低,而B样品其化学成分含量居中。增加灌溉,有利于提高工业大麻秆中纤维细胞的伸长和各种化学成分的合成,但并不能够改变各化学成分之间的比例。

灌溉周期对工业大麻秆部分理化性能的影响Ⅱ.灌溉周期对纤维素相对结晶度和晶胞尺寸的影响

为更好利用生物质材料,研究纤维素的相对结晶度和晶胞尺寸及其影响因素,用广角X射线衍射仪,研究了不同灌溉周期(3天浇一次水、14天浇一次水、不浇水)对工业大麻秆纤维素相对结晶度和晶胞尺寸的影响。结果表明在整个生长期中,随着生长期延长纤维素的相对结晶度呈增加趋势,晶胞尺寸呈减小趋势;不同灌溉周期对纤维素相对结晶度和晶胞尺寸影响显著(P≤0.05);纤维素的物理结构在纤维细胞壁不同层次中是不同的。

生长期和植株性别对工业大麻杆纤维形态的影响

研究了生长期和植株性别对工业大麻杆纤维形态的影响。利用富兰克林离析法分离纤维,Motic Images Plus 2.0图像处理系统软件测量纤维形态,分析大麻杆纤维形态如纤维长度、宽度、壁厚、细胞腔在不同生长期和不同性别植株中的变化趋势。结果表明随着生长期的延长,其纤维的长度、宽度、细胞腔和细胞壁均有增大的趋势;植株性别对纤维形态也有显著的影响。工业大麻具有生长速度快、纤维形态较好的优点,可广泛的被用于制浆造纸、制备复合材料等领域。

TiO_(2)@SiO_(2)-脱木素木材的制备及其耐光性增强

【目的】在二氧化钛(TiO_(2))颗粒表面包覆光惰性物质二氧化硅(SiO_(2)),制备出具有抑制纳米TiO_(2)固有的光催化活性、仍保留其原有的紫外屏蔽、可见光透明特性、具有核壳结构、单分散、小尺寸纳米TiO_(2)@SiO_(2),用于抑制脱木素木材(DW)中残留木质素的光老化,制备耐光型TiO_(2)@SiO_(2)-脱木素木材(TiO_(2)@SiO_(2)-DW),以提高DW基功能材料的耐光性,延长其使用寿命、木材高值化及碳达峰、碳中和,为经典、普适液-固-液(LSS)法制备的单分散、脂肪酸保护的其他小尺寸纳米颗粒表面的SiO_(2)包覆、改性及功能化提供可行方案。【方法】采用LSS法制备单分散、尺寸约8 nm、表面吸附油酸分子、分散在环己烷中、锐钛矿相纳米TiO_(2);反向微乳液法在TiO_(2)纳米颗粒表面包覆SiO_(2),制备出单分散、粒径约12 nm、分散在乙醇中、具有核壳结构的纳米TiO_(2)@SiO_(2);H_(2)O_(2)/HAc除木质素法去除木材中的木质素,且仍保留木材原有纤维素骨架,得到H_(2)O_(2)/HAc-脱木素木材(H_(2)O_(2)/HAc-DW);将TiO_(2)@SiO_(2)浸渍、涂覆在H_(2)O_(2)/HAc-DW表面并机械压制,制备出TiO_(2)@SiO_(2)-DW;TEM、XRD、FTIR和UV-Vis分别表征纳米TiO_(2)、TiO_(2)@SiO_(2)的形貌/单分散性、晶体结构、表面官能团以及UV-Vis吸收性能;SEM和EDS表征TiO_(2)@SiO_(2)在DW表面的沉积、分布;L^(*)a^(*)b^(*)色差法测量老化前后的色度值、计算总色差ΔE^(*),评估DW、TiO_(2)@SiO_(2)-DW的耐光性。【结果】TEM表明,纳米TiO_(2)、TiO_(2)@SiO_(2)均为单分散性,尺寸分别为8 nm和12 nm;相机照片表明,纳米TiO_(2)、TiO_(2)@SiO_(2)可分别分散在环己烷、乙醇中;XRD表明,TiO_(2)、TiO_(2)@SiO_(2)均为锐钛矿相,SiO_(2)壳层为无定形结构;UV-Vis表明,TiO_(2)@SiO_(2)具有UV屏蔽、可见光透明特性;H_(2)O_(2)/HAc-DW中的木质素残留量减少至0.8%;SEM和EDS表明,TiO_(2)@SiO_(2)均匀沉积/镶嵌在DW表面;相机照片表明,TiO_(2)@SiO_(2)未影响DW的颜色及美观纹理;加速老化结果表明,由于木质素残留量低至0.8%,H_(2)O_(2)/HAc-DW的ΔE^(*)降至4.9±0.9,结合TiO_(2)@SiO_(2)的UV屏蔽作用,TiO_(2)@SiO_(2)-DW的ΔE^(*)进一步降至2.3±0.3。【结论】基于木质素去除、TiO_(2)@SiO_(2)屏蔽UV策略,成功制备出耐光型TiO_(2)@SiO_(2)-DW,明显优于纳米TiO_(2)、锑掺杂氧化锡等无机和有机UV屏蔽材料防护下的原木、DW和透明木材的耐光性;TiO_(2)@SiO_(2)-DW的机械强度高于原木,为LSS法制备的单分散、尺寸约8 nm、脂肪酸保护的其他纳米颗粒表面的SiO_(2)包覆、改性及功能化提供了可行方案。

木结构建筑结构材用胶黏剂的现状

介绍了木结构建筑结构材的种类,集成材、定向刨花板、结构胶合板、单板层积材及正交胶合木等;分别概述了这些木质构件用胶黏剂的研究现状,所用胶黏剂主要包括间苯二酚甲醛树脂胶粘剂、酚醛树脂胶粘剂、水性高分子异氰酸酯胶粘剂、三聚氰胺树脂胶黏剂和聚氨酯胶黏剂;展望了这些胶黏剂的发展趋势。

短纤维增强型聚丙烯基复合材料的性能研究

利用短纤维代替粉状材料作为增强材料制备纤维增强型聚丙烯基复合材料,研究不同的木纤维/聚丙烯配比、密度以及不同浓度的碱处理对木纤维/聚丙烯复合材料物理力学性能的影响。结果表明,目标密度仅为0.55g/cm3时,且当木纤维与聚丙烯的配比为30︰70时,木纤维/聚丙烯复合材料表现出最佳的物理力学性能,但仍达不到标准要求。因此,综合产品成本和物理力学性能,选取了50︰50的原料配比,研究密度对该产品物理力学性能的影响。进一步研究表明,随着密度的增加,复合材料的力学强度得到不断提高,当密度为0.70g/cm3时,板材的力学性能就可以满足国标要求但吸水厚度膨胀率不能满足国标要求。当密度为0.83 g/cm3时,板材的力学性能满足国标要求,吸水厚度膨胀率有减小的趋势。为了进一步提高该复合材料的物理力学性能,利用浓度分别为1%,3%和5%的氢氧化钠溶液对木材纤维和工业大麻杆纤维进行处理,结果表明,经过碱处理后复合材料的吸水厚度膨胀率减小了,静曲强度和弹性模量仍可满足标准要求。

环氧树脂增强尿素-淀粉-乙二醛树脂的结构与性能

为提高尿素-淀粉-乙二醛(USG)木材胶粘剂的性能,本研究采用乙二醛、尿素、氧化木薯淀粉和不同质量分数的环氧树脂制备了环氧树脂改性的USG树脂。对其进行了固含率、黏度、热性能测试,并用其制备三层杨木胶合板,测定了相应性能,最后对其结构特征进行表征。研究结果表明:环氧树脂的添加可增加USG树脂的固含率,但对USG树脂的黏度影响不大;差示扫描量热仪(DSC)测试表明,添加环氧树脂可以降低USG树脂的固化温度;当环氧树脂添加量为2%时,树脂的黏度达593.4 mPa·s,固含率为54.1%,所制备胶合板的干状剪切强度、冷水湿强度及热水湿强度分别为2.11、1.60和0.66 MPa;经过红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、核磁共振波谱仪(NMR)等测试表明,环氧树脂的环氧基团与USG树脂长链之间发生了化学反应。

果胶酶预处理对竹材纤维分离的影响

传统的纤维分离工艺能耗大、纤维分离效果不佳、生产效率低。果胶酶具有专一性,把果胶酶应用于纤维分离是一种比较环保的绿色生产工艺。论文研究了不同果胶酶预处理条件对竹材纤维分离程度和纤维形态的影响。结果表明,果胶酶预处理可以提高竹材纤维分离的程度,提高1~3根纤维的比例和优化纤维形态。当果胶酶浓度为1.0%、处理时间为3h、预处理温度为50℃时,用果胶酶预处理的竹材经高浓度盘磨机分离后,纤维形态得到优化,1~3根纤维比例增加;当果胶酶浓度为5%、处理时间为60min、处理温度为50℃时,竹材的重量损失率最大,最大值为6.37%。