【博士】異氰酸酯與纖維素反應產(chǎn)物結(jié)構(gòu)

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　　【博士】異氰酸酯與纖維素反應產(chǎn)物結(jié)構(gòu)　　授予學位：博士　　學位授予單位：東北林業(yè)大學　　學位年度：2010　　聚氨酯膠黏劑(PU)是適用于多種基材及不同材質(zhì)間粘接且性能優(yōu)異的膠黏劑，用于木制品加工業(yè)替代傳統(tǒng)的三醛膠具有重要的經(jīng)濟和社會效益。但是PU價格昂貴，目前我國將其用于木材加工業(yè)還很有限，研究PU對木材的膠接機理，對于Pu的設計開發(fā)、降低成本具有重要意義。研究PU對木材膠接機理遇到的主要困難是：木材多孔且組成復雜，PU又有極其活潑的異氰酸酯官能團(-NCO)，使各種粘接作用不能分離；沒有準確測定膠接強度的測試技術。本文創(chuàng)新性地巧妙地設計制備各種模型物模擬木材和PU以分解膠黏劑對木材的不同膠接作用，創(chuàng)新性地使用反相氣相色譜(IGC)技術研究界面吸附作用機理，用掃描電鏡(SEM)、X．射線衍射(XRD)、x光電子能譜(XPS)結(jié)合膠接強度測試深入研究了膠接的機械互鎖機理和界面擴散機理，用交叉極化魔角旋轉(zhuǎn)核磁共振、紅外光譜(FTIR)表征了苯基異氰酸酯與(含水)纖維素反應產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，并研究了膠接的化學鍵作用機理。用木材中的主要組分且化學結(jié)構(gòu)明確的纖維素模擬木材，用不能交聯(lián)且活性唯一的單官能團的苯基異氰酸酯(PI)模擬PU，研究PU對木材膠接的化學鍵作用機理。用15N和”C交叉極化魔角旋轉(zhuǎn)核磁共振(15N、13C CP／MAS NMR)和傅里葉變換紅外光譜(FTIR)表征了98％15N標記的PI與(含水)微晶纖維素反應產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，并且詳細研究了纖維素濕含量、反應溫度、反應時間、反應物配比等條件對反應的影響。　　用IGC技術測定了水曲柳、楊木、樺木、一NCO含量不同的固化PU和固化酚醛膠(PF)的表面色散自由能及表面酸堿性，研究PU對木材粘接的吸附作用機理。結(jié)果表明這幾種木材屬于高表面能且表面酸性占優(yōu)勢的兩性材料，而固化的PU和PF都是表面堿性占優(yōu)勢的兩性材料，PU的表面色散自由能隨-NCO含量增加變化很大。測得水曲柳、楊木和固化PU的表面自由能及其色散分量和酸堿分量，表明色散分量大于酸堿分量，測出水曲柳／PU、楊木／PU界面的粘附功，粘附功的色散分量是酸堿分量的5-6倍。證明了PU對木材粘接存在吸附作用，色散吸附作用遠大于酸堿吸附作用。應用SEM和xPS技術分別觀察了木材膠合板斷面的形貌，研究膠接的機械互鎖作用機理。選擇不與PU發(fā)生化學鍵作用和酸堿作用的聚乙烯(PE)制備表面光滑、表面打磨、內(nèi)部氣室、孔隙連通的各種PE板模擬木材，用PU粘接成PE膠合板，測試其剪切強度。SEM觀察到樺木膠合板膠接斷面膠黏劑沿木材表面的空隙流經(jīng)木材導管、導管壁上的紋孔以及梯狀穿孔進入木材內(nèi)部，在膠接斷面的膠面看到從木材的梯度穿孔中拔出的膠釘，揭示了在木材膠接面一定厚度形成了膠黏劑在木材中的“半互穿網(wǎng)絡”；PE膠合板的剪切強度隨PE板粗糙度增加、孔徑增大、孔隙率加大而提高。這些實驗結(jié)果證明了膠黏劑粘接木材的機械互鎖作用機理。在不存在化學作用和吸附的酸堿作用，擴散作用加色散作用比機械互鎖作用對膠接強度貢獻更大?！　? 本文通過創(chuàng)新地設計制備模型物、創(chuàng)新性地運用先進的測試技術、巧妙地設計實驗、深入系統(tǒng)地進行理論研究，得出創(chuàng)新性的研究成果。揭示了聚氨酯膠黏劑粘接木材存在化學鍵機理、吸附機理、機械互鎖機理和擴散機理。　　

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