石墨烯氨基化及其增强大豆蛋白胶黏剂研究

作     者：孙刚 

作者单位：北京林业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高强;冯小江

授予年度：2020年

学科分类：082903[工学-林产化学加工工程] 08[工学] 0829[工学-林业工程] 

主      题：大豆蛋白胶黏剂 氨基化氧化石墨烯 胶接强度 交联剂 增强机制 

摘      要：为提高大豆蛋白胶黏剂耐水胶接性能,改善交联改性带来的脆性大、交联剂使用量大的问题,本研究利用氨类化合物对氧化石墨烯GO进行表面修饰制备氨基化氧化石墨烯(EGO和FGO),与环氧化物交联剂PAE和TGA协同构建交联网络结构,提高大豆蛋白胶黏剂耐水胶接性能。通过对胶黏剂黏度、韧性、耐水溶胀指数、官能团、热稳定性、固化胶黏剂断面形貌以及制备胶合板耐水胶合强度表征与分析,解明氨基化氧化石墨烯对交联改性大豆蛋白胶黏剂黏度、固体含量、溶胀率、耐水胶接特性等性能影响规律及其作用机制。主要研究结论如下:(1)丁二酸酐与二乙烯三胺反应形成超支化聚酰胺,并以亲核开环反应或酰胺化反应与氧化石墨烯得到FGO;利用乙二胺接枝GO得到EGO。与大豆蛋白(SPI)胶黏剂相比,EGO的添加量为0.4wt%时,制备胶合板的耐水胶合强度为0.81MPa;当添加0.40wt%FGO改性大豆蛋白胶黏剂时,制备胶合板耐水胶合强度(63℃)提高180.95%,达到1.18MPa,二者均满足II类胶合板标准要求。(2)FGO改性大豆蛋白胶黏剂,固化胶黏剂断面孔隙减少,变得致密,出现褶皱。相比于未改性的蛋白胶黏剂,0.4wt%FGO的加入使胶黏剂的溶解分数由80.12%降低至26.84%,降低了66.50%;溶胀率降低了73.75%,由249.45%降低至65.47%。改性过程交联剂PAE的加入量仅为0.75wt%,比传统化学交联改性约降低了70%-90%。胶合板破坏面木破率由未改性时的小于10%提升至大于90%。(3)FGO对大豆分离蛋白胶黏剂的增强机制为:(1)FGO借助交联剂PAE与SPI发生交联反应,消耗蛋白分子亲水性基团的同时形成均匀致密的网络结构,阻止水分子侵入;(2)GO的二维柔韧片层结构以及超支化聚合物的高度支化结构共同作用使大豆蛋白胶黏剂体系由脆性向韧性转变,对胶黏剂增韧增强。