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基于机械力化学法制备地质聚合物基木材胶黏剂

基于机械力化学法制备地质聚合物基木材胶黏剂

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作者：郑宇航福建农林大学

学位级别：硕士

本论文采用了机械力化学法制备地质聚合物基木材胶黏剂,同时通过有机/无机混合改性技术进一步改善地质聚合物的韧性与界面相容性,增强地质聚合物与木材之间的胶接力,本方法制备了无醛胶合板,具有优良的耐水与阻燃性能。主要研究内容如下... 详细信息

本论文采用了机械力化学法制备地质聚合物基木材胶黏剂,同时通过有机/无机混合改性技术进一步改善地质聚合物的韧性与界面相容性,增强地质聚合物与木材之间的胶接力,本方法制备了无醛胶合板,具有优良的耐水与阻燃性能。主要研究内容如下:(1)以偏高岭土为原材料,水玻璃为碱性激发剂,掺杂硅烷偶联剂KH-550,基于机械力化学原理,采用机械球磨一步实现偏高岭土的激发与活化制备地质聚合物基胶黏剂。研究结果表明,机械力化学的作用促进偏高岭土基地质聚合物的均匀混合,加工过程物料在机械力、化学力、热力的协同作用下赋予更高活性,增强了地质聚合物与木材的胶接强度。当地质聚合物的固液比为2.2:1时,使用球磨法制备的胶黏剂开发出胶合板的胶合强度比传统机械搅拌的方法提升了43.0%,达到0.735 MPa,符合GB/T 9846-2015规定的Ⅱ类胶合板。同时,地质聚合物具有优良的热稳定性,800℃处理后,其质量保持率高达86.8%。这使其在胶合板层间建立有效的阻燃层,抑制燃烧过程中的传热和挥发性气体的扩散,赋予易燃胶合板阻燃的性能。基于机械力化学作用的球磨法的引入为快捷高效制备胶合性能优良的无机胶黏剂提供了新思路。(2)以偏高岭土和高岭土为原材料,水玻璃为碱性激发剂,掺杂硅烷偶联剂KH-550,基于机械力化学法制备改性地质聚合物基胶黏剂。研究表明:原料中大量的石英在高能球磨的作用下暴露出更多与有机硅烷的结合位点,增强了刻蚀木材表面后的连接强度,当原料中高岭土的含量为40%且掺杂硅烷偶联剂KH-550(GP-K40-KH)时,胶合板样品的胶合强度较纯偏高岭土(GP-K0-KH)提高了约26.7%,较无掺杂硅烷偶联剂KH-550(GP-K40)提高了约127%,达到0.924 MPa。此外,大量未参与反应的石英在地质聚合物中充当填料,增强基体强度的同时降低收缩率,进一步提高热稳定性,800℃处理后,其质量保持率达到88.1%。部分高岭土代替偏高岭土不仅提高了地质聚合物基胶黏剂对木材的胶接性能,还降低了生产成本及对环境的影响,符合绿色发展战略。(3)以偏高岭土为原材料,水玻璃为碱性激发剂,添加不同含量的纤维素,基于机械力化学法一步构建具有纤维素微纳纤丝网络的增强型地质聚合物基胶黏剂。研究表明:纤维素在高能球磨的作用下能够有效纳米化,并在地质聚合物中均匀分布填充纳米孔隙形成更加致密的结构,受到外力时通过牵拉作用有效抑制了微裂缝的产生及扩展。添加2%纤维素的地质聚合物7 d后的抗压强度较纯地质聚合物提升了约103.65%;在胶合板的胶层与木材的界面上,由于纳米纤维的牵拉作用,穿透木材的地质聚合物也与胶层建立了更牢固的连接。相比较于纯地质聚合物,用含2%纤维素的地质聚合物基胶黏剂制备的胶合板样品7 d后的胶合强度提高了34.9%,弯曲强度提高了21.88%。同时,无机基质能够有效包裹生物质组分使得热降解趋于平稳,地质聚合物整体仍表现出优良的热稳定性。(4)通过单因素实验法进一步探究各水平因素对地质聚合物基胶合板胶合强度的影响,确定了最佳的偏高岭土基地质聚合物基胶黏剂的物料配比和胶合板制备工艺:水玻璃模数为1.6,硅烷偶联剂KH-550的掺杂量为2%,涂胶量为425 g/m,热压压力为2.5 MPa,热压温度为140℃,热压时间为450 s,在此条件下制备的胶合板7 d的胶合强度达到0.794 MPa。正交实验结果显示热压工艺中,影响地质聚合物基胶合板胶合强度的因素主次关系的顺序为:热压温度、热压压力、热压时间。此外,研究发现当涂胶量为525 g/m时,养护120 d后的胶合板样品的胶合强度较7 d时提高了51.6%,达到1.12 MPa。

关键词：地质聚合物机械力化学木材胶黏剂纤维素微纳纤丝

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