反相微乳液制备脲醛树脂纳米微球及其应用研究

来源 :南京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jeremy008
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反相微乳法是近年发展起来的一种制备纳米微球的方法,它不仅操作简单,而且可以调控粒径尺寸,因此引起了国内外学者的广泛关注。目前反相微乳液合成纳米材料的研究主要集中在无机金属材料方面,而在有机纳米材料合成领域的研究则相对较少。纳米流体具有极高的传热性能,依据纳米流体的概念构建胶黏剂体系,能够缩短胶黏剂固化时间或降低固化温度,降低了人造板工业的能耗。因此,探索反相微乳液合成有机脲醛树脂纳米微球,再用纳米微球构建脲醛树脂纳米流体胶黏剂体系,并将其应用于胶合板制备,是本课题研究的重点内容。本课题以尿素和甲醛为反应原料,通过构建最佳反相微乳液体系,在反相微乳液体系中制备脲醛树脂纳米微球。通过透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射分析仪(XRD)、差示扫描量热分析仪(DSC)、热重分析仪(TG)等表征方法,探讨不同的反应物浓度、摩尔比(F/U)和pH值对脲醛树脂纳米微球微观形貌、化学结构、结晶性、热性能的影响。然后将所合成的脲醛树脂纳米微球加入到脲醛树脂胶黏剂中制得脲醛树脂纳米流体胶黏剂,探讨脲醛树脂纳米流体胶黏剂的固化时间和粘度的变化以及制得的胶合板的胶合强度和甲醛释放量的变化。主要的研究成果如下:(1)反相微乳液体系为CTAB和Span85/正丁醇/正辛烷(CTAB是十六烷基三甲基溴化铵,Span85是山犁糖醇酐三油酸酯),其中m(CTAB):m(Span85)=1:5、m(CTAB+Span85):m(正丁醇)=1:6、m(CTAB+Span85+正丁醇):m(正辛烷)=3:7;最佳反应温度为30℃,增溶水量1g以内。(2)由TEM对脲醛树脂纳米微球的形貌分析可知,在反应物浓度为4%、pH值为1.0、反应物浓度为4%、pH值为2.0和反应物浓度为2%、pH值为1.0的各摩尔比条件下(摩尔比(F/U)分别为0.4,0.6,0.8,以下同),均可制得几十纳米到200纳米的脲醛树脂纳米微球。(3)由FT-IR对脲醛树脂纳米微球化学结构的分析可知,反应物浓度为4%、pH值为1.0和反应浓度为2%、pH值为1.0时,脲醛树脂纳米微球均以—[NHCONHCH2]—线性结构为主;当反应物浓度为4%、pH值为2.0时,随着摩尔比的增大,脲醛树脂纳米微球由—[NHCONHCH2]—线型结构向三维网状结构转变;(4)由XRD对脲醛树脂纳米微球结晶性分析可知,当反应物浓度为4%、pH值为1.0时,脲醛树脂纳米微球随着摩尔比的增加,结晶性变好;当反应物浓度为4%、pH值为2.0时和反应物浓度为2%、pH值为1.0时,脲醛树脂纳米微球均随着摩尔比的增加,结晶性变差;(5)由DSC对纳米微球热稳定性分析可知,当反应物浓度为4%、pH值为1.0时,摩尔比越小,脲醛树脂纳米微球热稳定性越好;当反应物浓度为4%、pH值为2.0时,摩尔比为0.4的脲醛树脂纳米微球稳定性最好;当反应物浓度为2%、pH值为1.0时,摩尔比越大,脲醛树脂纳米微球热稳定性越好。(6)由TG对沉淀微球的热失重分析可知,反应物浓度为4%、pH值为1.0脲醛树脂纳米微球比反应物浓度为2%、pH值为1.0的脲醛树脂纳米微球的热失重多;当反应物浓度为2%、pH值为1.0时,摩尔比为0.8的脲醛树脂纳米微球的热失重最多。(7)从脲醛树脂纳米流体胶黏剂固化时间实验可知,加入反应物浓度为2%、pH值为1.0、摩尔比为0.8的脲醛树脂微球的脲醛树脂纳米流体固化时间最短,与未加纳米微球的脲醛树脂胶黏剂的固化时间相比,缩短了15.38%。(8)从脲醛树脂纳米流体胶黏剂粘度实验可知,加入反应物浓度为2%、pH值为1.0、摩尔比为0.8的脲醛树脂纳米微球的脲醛树脂胶黏剂的粘度最小,与未加脲醛树脂纳米微球的胶黏剂相比,降低了23.81%。(9)从脲醛树脂纳米流体胶黏剂胶合性能实验可知:加入反应物浓度为2%、pH值为1.0、摩尔比为0.8的脲醛树脂纳米微球的脲醛树脂纳米流体胶黏剂,在降低热压温度的条件下,用该胶黏剂制得的胶合板的胶合强度最大,与未降低热压温度条件下,未添加脲醛树脂纳米微球的胶黏剂制得的胶合板胶合强度相比,提高了28.81%。(10)从脲醛树脂纳米流体胶黏剂的甲醛释放量实验可知,加入反应物浓度2%、pH值为1.0、摩尔比为0.4的纳米微球的脲醛树脂纳米流体胶黏剂,在降低热压温度的条件下,用该纳米流体胶黏剂制得的胶合板降醛效果最好,与未降低热压温度条件下,未加纳米粒子的脲醛树脂胶黏剂制得的胶合板甲醛释放量相比,降低了46.77%。综上所述,本课题研究认为通过构建最佳反相微乳液体系,可以合成脲醛树脂纳米微球;加入脲醛树脂纳米微球制得的脲醛树脂纳米流体胶黏剂与未加纳米微球的胶黏剂相比,降低了脲醛树脂胶黏剂的固化时间和粘度。由纳米流体胶黏剂制得的胶合板与普通脲醛树脂胶黏剂制得的胶合板相比,增强了胶合板的胶合强度,降低了胶合板的甲醛释放量。
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