前　言
我国木材工业使用的胶粘剂中,氨基树脂(脲醛、三聚氰氨甲醛树脂)和酚醛树脂胶粘剂由于其原料广、成本低、质量好等特点而被广泛使用,约占木材胶粘剂总量的70%以上,但是氨基树脂和酚醛树脂仍然存在的问题有:一、树脂中含有游离甲醛,对环境造成污染,严重地危害人们的身体健康:二、胶粘剂在固化过程中易产生内应力而引起龟裂,脆性大。到目前为止,木材工业用胶粘剂的研究方向还是以对氨基树脂和酚醛树脂的改性为主,降低游离甲醛含量,改善胶的耐水性,并取得了一定的成效,但是仍不能彻底解决游离甲醛的释放问题。随着环保法规日趋严格和人们健康意识日益增强,许多发达国家都在大力研制和开发水系和热熔型等无溶剂胶粘剂,生产和使用环保型胶粘剂则是大势所趋,因此开发非甲醛系胶粘剂有着积极的现实意义。
本文将聚乙烯醇、改性淀粉、苯丙乳液混合制成主剂,二异氰酸酯化合物作为交联剂,按一定配比混合制备出了一种具有无污染,粘接强度、耐水性能优良的环保型复合胶粘剂。
1　实验部分
1.1 主要原料
聚乙烯醇(分析纯),淀粉(分析纯),Ｈ2Ｏ2(分析纯),硼砂(分析纯),苯乙烯(分析纯),丙烯酸丁酯(分析纯),氧化锌(化学纯),二苯基甲烷二异氰酸酯(ＭＤＩ,化学纯)
1.2 仪器,
强力电动搅拌机、温度计、涂-4杯粘度计、液压式万能试验机、天平、烘箱、三口烧瓶、常规玻璃仪器等。
1.3　复合胶粘剂的制备
1.3.1　苯丙乳液的制备
将少量的表面活性剂、单体、水等混合并进行乳化。取部分乳化液放入三口瓶中,加入少量的引发剂,慢慢升温,将温度控制在一定范围内,连续缓慢加入余下的部分乳化液,隔一定时间补加引发剂。加完后升温至95～98℃,恒温反应30分钟,冷却,调节ｐＨ值,过滤即得苯丙乳液。
1.3.2 氧化淀粉胶的制备
取一定量的淀粉溶于水中,用ＮａＯＨ溶液调节ｐＨ值。边搅拌边滴加一定量的Ｈ2Ｏ2,升温至50℃反应1小时,再进行糊化,得透明状液体。降温至室温,加入少量硼砂,得到氧化淀粉胶。1.3.3　复合胶粘剂的制备将一定量的ＰＶＡ与去离子水按比例加入三口烧瓶中,搅拌下升温至90℃完全溶解,降温至所需温度,边搅拌边加入上述氧化淀粉胶、苯丙乳液、氧化锌制得主剂,再按比例滴加交联剂ＭＤＩ,充分搅拌混合得到复合胶粘剂。
1.4 剪切强度的测定
用胶合板制成长为(55±1.0)ｍｍ,宽为(25±0.5)ｍｍ的样片,采用单搭接形式,搭接长度为(25±0.5)ｍｍ。试片经涂胶后,在一定压力和温度下固化,室温放置24ｈ,待用。将制备好的试样夹在液压式万能试验机上,拉伸速度为50ｍｍ/ｍｉｎ,记录试样剪切破坏时的最高负荷,算出剪切强度。
2　结果与讨论
2.1 主剂用量
对复合胶粘剂性能的影响通过单因素条件实验对聚乙烯醇、淀粉胶和苯丙乳液等主剂用量对复合胶粘剂性能的影响进行了探讨,确定了各主剂的用量范围,并利用正交实验对复合胶粘剂中主剂的用量进行了优化。采用Ｌ9(34)正交表安排实验,以剪切强度作为目标函数,因素、水平见表1,实验结果见表2。

　　

　　


　　通过对正交实验结果进行分析,第5号实验结果剪切强度为1.89ＭＰａ,剪切强度最大,其因素水平为Ａ2Ｂ2Ｃ3,即ＰＶＡ用量9%,淀粉胶13%,苯丙乳液25%。此时复合胶粘剂的粘接性最好且胶液均匀、稳定。(以下实验均采用该配比进行)2.2　交联剂的用量对复合胶粘剂性能的影响　　异氰酸酯化合物含有高度不饱和键的异氰酸酯基团(—ＮＣＯ,结构式—Ｎ=Ｃ=Ｏ),因而化学性质非常活泼,能够与主剂中所含的各种活性基团发生反应。交联剂用量的多少影响到大分子树脂的交联度以及游离羟基的数目从而影响胶粘剂的粘接性能[3,4]。

　　

　　交联剂的用量对剪切强度的影响见图1。从图中可看出,交联剂的质量分数太小时,复合胶的粘接强度低,随着质量分数的增加,复合胶的粘接强度也增加。当ＭＤＩ的质量分数为主剂的(12～15)%时,测得试样的剪切强度较好,随后随着交联剂的增多,剪切强度逐渐下降。交联剂用量过多,聚合物由于交联程度增大而变硬、变脆,反而会使粘接强度下降[5],同时还容易发生凝胶,因此要控制好交联剂的用量。本实验中采用交联剂的用量为主剂的(12～15)%。
2.2 复合胶粘剂固化温度的确定
将试样放入烘箱中,在不同温度下烘1ｈ,冷却至室温测其剪切强度,实验结果见表3。

　　

　　从上表的测试结果可以看出试样在烘烤后剪切强度的变化情况。由于试样在室温固化时,初始结构交联密度低,内聚强度较弱;提高试样的固化温度后使得聚合物交联程度变大,提高了胶层的内聚力,交联结构比较紧密、稳定,粘合强度增强,因此该复合胶粘剂的固化温度为100～120℃。2.4　复合胶粘剂的耐水性能将试样置于(63±3)℃的温水中浸泡不同的时间,然后测其剪切强度(室温),实验结果见表4。

　　

　　　　从上表的测试结果可以看出试样在不同的浸水时间后剪切强度的变化不大,显示了该复合胶粘剂较好的耐水性。这主要是因为异氰酸酯化合物的异氰酸酯基团能与木材和主剂中的-ＯＨ、-ＣＯＯＨ等活性基团发生反应,交联成网状结构,同时减少了亲水性基团,从而有效提高耐水性。
3　结　论
(1)本文研究的复合胶粘剂属于非甲醛系胶粘剂,对解决甲醛系胶粘剂造成的环境污染问题有着积极的社会意义,是制造胶合板、人造板、复合地板等有较好发展前景的胶粘剂。
(2)复合胶粘剂施胶后固化时间短,胶合强度大,耐水、耐热性能好。
(3)复合胶粘剂的制备工艺比较简单,设备要求较低,采用淀粉胶粘剂等为主剂,原料来源充足,价格便宜,因而具有较好的经济效益和社会效益。