木质素基酚醛树脂胶粘剂制备工艺研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:hysywlp2007
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酚醛树脂由于具有优异的机械性能、尺寸稳定性、化学耐久性和阻燃性,使其具有广泛的应用需求,苯酚是常规酚醛树脂的必备原料之一。面对石油资源即将枯竭和气候变化问题,用生物质资源作为原料部分替代苯酚成为研究热点。随着制浆技术和生物精炼技术的不断进步,生物质资源的有效利用已经具备了较好的技术基础。木质素作为木质生物质三大组分之一,是自然界中芳香环含量最多的天然高分子聚合物。就分子组成而言,木质素提供了一种替代苯酚的可行选择。并且理论上,苯酚的价格比同等有效成分木质素的价格高3倍以上。因而用木质素制备酚醛树脂,既实现了环境友好生物质的有效利用,又可以节约成本,是十分有前景的热固性树脂材料的原料。具体内容如下:(1)首先对木质素原料进行组分与结构的分析,然后通过FT-IR和13C NMR等表征手段表征了木质素的特殊分子结构,从微观结构上证明了木质素替代苯酚的可行性,适用于木质素基酚醛树脂的制备。(2)由于真实木质素是三维高度交联的大分子,无确定分子结构,所以根据第一部分真实木质素分子的官能团结构特征,选择木质素模型化合物进行模拟木质素基酚醛树脂的制备过程。通过每间隔半小时取样测定游离甲醛含量和游离苯酚含量,结合树脂样品的FT-IR分析、1H NMR和13C NMR分析,得出每阶段进行的主要特征反应,提出本文所使用的实验方法——三步共聚法。(3)利用第一部分真实木质素部分替代苯酚,采用第二部分的三步共聚法制备了木质素基酚醛树脂胶粘剂,通过设计单因素实验,系统考察了碱浓度、醛酚比、木质素添加量等过程参数对木质素基酚醛树脂胶粘剂的黏度、固含量、游离甲醛含量、游离苯酚含量和胶合强度的影响,并采用FT-IR、13C NMR和TG对木质素基酚醛树脂胶粘剂官能团结构和热固化特性进行表征。木质素替代率为30%时所合成的树脂具有良好的分子结构和固化性能。用木质素部分替代苯酚制备的酚醛树脂同时满足GB/T 14732-2006标准的要求。(4)以尿素和纳米氧化镁(MgO)为改性剂,利用木质素部分替代苯酚,三步共聚制备了木质素基酚醛树脂胶粘剂,系统考察了尿素添加量、MgO添加量、木质素添加量等过程参数对胶粘剂的密度、黏度、固含量和游离甲醛含量的影响,并采用FT-IR和DSC对胶粘剂官能团结构和热固化特性进行表征。在尿素和MgO协同催化作用下,木质素添加量可以提高到45%,并且热固化性能显著提高。
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