黄杨属植物Xanthoceras sorbifolium Bunge油基胶粘剂的制备及其在胶合板中的应用性能 饶端(Rao Duan)、 王杰(Jie Wang)、 张一华(Yihua Zhang)、 王振鹏(Zhenpeng Wang)、 乔磊(Lei Jiao)、 龙燕(Yan Long)、 侯涛(Tao Hou)、 赵高乐(Gaole Zhao)和 郝一楠(Yinan Hao)

《Coatings》:Preparation and Properties of a Xanthoceras sorbifolium Bunge Oil-Based Adhesive for Plywood Rao Duan, Jie Wang, Yihua Zhang, Zhenpeng Wang, Lei Jiao, Yan Long, Tao Hou, Gaole Zhao and Yinan Hao

【字体: 时间:2026年04月14日 来源:Coatings 2.8

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  **摘要** 传统的胶合板粘合剂大多来源于石油基材料,普遍存在甲醛排放问题,对环境和人类健康构成威胁。本研究选用了一种可再生资源——黄连木(Xanthoceras sorbifolium Bunge)油作为原材料,通过合成黄连木油的二甲基丙烯酸酯(MXOEA)作为活性稀释剂,

  **摘要**
传统的胶合板粘合剂大多来源于石油基材料,普遍存在甲醛排放问题,对环境和人类健康构成威胁。本研究选用了一种可再生资源——黄连木(Xanthoceras sorbifolium Bunge)油作为原材料,通过合成黄连木油的二甲基丙烯酸酯(MXOEA)作为活性稀释剂,并将其与丙烯酸化的黄连木油(AEXO)混合,同时加入2-异氰酸乙基甲基丙烯酸酯(IEM)以增强交联作用,成功制备出了一种高性能的生物基粘合剂。系统研究了MXOEA/AEXO比例及IEM添加量对粘合剂性能及所得胶合板质量的影响。结果表明,当AEXO与MXOEA的质量比为3:7、IEM含量为10%时,粘合剂的粘合性能最佳:所得胶合板的抗弯模量为68.85 MPa,弹性模量为8086 MPa,干态和湿态粘合强度分别为3.21 MPa和2.32 MPa。机理分析表明,IEM的引入适当降低了粘合剂的粘度;同时,IEM中的异氰酸基团与木材表面的羟基发生反应,在粘合剂-木材界面形成了化学交联结构,这是提高胶合板力学性能的原因之一。本研究为木质复合材料领域提供了一种无甲醛、高性能的生物基粘合剂。

**1. 引言**
作为一种重要的工程木质复合材料,胶合板的性能在很大程度上取决于所使用的粘合剂的性能。在家具制造、室内装饰和体育器材等应用领域,由于需要对产品具有较高的力学性能和环境友好性,胶合板的结构完整性和环境适应性尤为重要[1]。然而,工业上广泛使用的酚醛树脂、脲醛树脂和环氧树脂等粘合剂不仅依赖于日益枯竭的石化资源,在固化或使用过程中还会释放甲醛等有害物质[2]。因此,开发源自可再生资源、兼具优异粘接性能和环境友好的无甲醛生物基粘合剂,成为推动木质复合材料领域绿色可持续发展的重要研究方向[3,4]。
单宁[5]、 lignin[6]、淀粉[7]和蛋白质[8]可作为可再生生物基粘合剂的天然聚合物原料。基于这些原料制备的粘合剂大多为水溶性、无毒或低毒的天然粘合剂,具有生产工艺简单、粘合速度快、成本低、可降解且无环境污染等优点。然而,由于存在耐水性差、固含量低和粘合强度低等缺点,这些粘合剂无法满足现代生产的需求。植物油来源于多种作物(如大豆、棕榈、菜籽等),其主要成分是含有三种脂肪酸的三甘油酯分子[9]。这些脂肪酸可以是饱和的或不饱和的[10]:饱和脂肪酸含有不活性的烷基链(如硬脂酸或棕榈酸);不饱和脂肪酸则含有双键(如油酸、亚油酸、亚麻酸和蓖麻酸[11])。由于脂肪酸链的疏水性,植物油是制备耐水性粘合剂的理想原料。此外,三甘油酯中的高反应性基团(如双键、烯丙基和酯基)使其能够用于合成多种聚合物,包括环氧树脂、聚酰胺、聚酯和聚氨酯[13]。尽管近年来基于植物油的粘合剂研究取得了一些进展,但目前使用的主要原料仍是大豆油和棕榈油等常见油脂,而基于黄连木油的粘合剂研究仍较少。作为一种富含油脂的木本植物,黄连木油的脂肪酸不饱和度超过90%;由于其油中油酸和亚油酸含量较高,其三甘油酯分子中含有大量C=C键,为后续化学改性提供了丰富的反应位点。由于脂肪酸中C=C键的活性较低,通常需要通过丙烯酸化和环氧化反应对其进行改性。丙烯酸化改性过程中引入的活性C=C键和-OH基团为高性能聚合物的构建提供了关键反应基础[14]。然而,丙烯酸化环氧黄连木油(AEXO)的主要缺点是室温下粘度较高且缺乏刚性结构。因此,开发基于AEXO的粘合剂树脂的核心挑战在于筛选合适的活性稀释剂[15]。
除了丙烯酸化-环氧化改性途径外,通过三甘油酯酯交换和酰胺化合成多元醇也是制备黄连木油基聚氨酯的可行方法[16]。黄连木油与二乙醇胺的简单酰胺化反应可生成基于黄连木油的反应性 vinyl 单体,该单体保留了原始油脂中的反应性官能团,具有较好的聚合活性,可作为木材粘合剂基体。此外,向粘合剂中引入反应性官能团(如异氰酸基团)可提高其与木材的粘合强度,这是由于木材的羟基与异氰酸基团发生反应[17]。异氰酸基团的高反应性使得粘合剂能够快速固化并形成高密度的交联结构。本研究旨在开发一种源自黄连木油的高性能生物基热固性粘合剂,首次将黄连木油应用于木材粘合体系中,旨在拓展生物基粘合剂的原料来源。为解决现有植物油基粘合剂在室温下粘度高和交联密度不足的问题,提出了一种结合活性稀释和交联增强的策略:合成MXOEA作为活性稀释剂并与AEXO混合,从而调控体系的粘度和交联密度;同时引入双官能单体IEM,其双键参与自由基聚合,与MXOEA和AEXO共同构建交联网络,其异氰酸基团与木材表面的羟基发生反应形成界面化学交联。通过上述分子设计,预期粘合剂的性能将得到提升,同时保持生物基材料的环保优势,为粘合剂的发展提供理论基础和技术解决方案。

**2. 材料与方法**
**2.1 材料**
黄连木油(XO)购自桥东坊生物燃料集团有限公司(中国包头市)。二乙醇胺(DEA,99%)、甲醇钠(CH3ONa,98%)、甲基丙烯酸酐(MAA,94%)、4-二甲氨基吡啶(DMAP,99.8%)、Amberlite IR120 阳离子交换树脂(H 树脂,分析级)、三苯基磷(PPh3/C18H15P,99.8%)、对苯二酚(C6H6O2,99%)、2-异氰酸乙基甲基丙烯酸酯(IEM,98%)和过氧化苯甲酰(BPO,99%)均来自上海麦克林生化科技有限公司(中国上海)。冰醋酸(CH3COOH,分析级)和氯化钠(NaCl,分析级)由天津新博特化学有限公司提供;过氧化氢(H2O2,30%)和丙烯酸(AA,分析级)购自中国医药化学试剂有限公司(上海);碳酸钠(Na2CO3,分析级)和碳酸氢钠(NaHCO3,分析级)由天津新博特化学有限公司提供。 Ayous木单板、云杉木单板和Limba木单板(含水量均为8%–12%)由天津729体育用品有限公司提供。所有实验均使用去离子水。

**2.2 黄连木油基粘合剂的制备**
在氮气氛围下,将105克黄连木油(XO)与70克二乙醇胺和1.62克甲醇钠催化剂混合,于80°C下搅拌20分钟后升温至120°C,以520 rpm的速度反应4小时。冷却后得到黄连木油二醇(XOEA)。随后,在65°C和520 rpm的条件下,将XOEA与甲基丙烯酸酐(MAA)按1:2的质量比反应5小时,用4-二甲氨基吡啶(DMAP,占XOEA质量的2%)作为催化剂。反应完成后,产物依次用饱和NaHCO3溶液和饱和NaCl溶液洗涤,然后通过旋转蒸发提纯得到黄连木油二甲基丙烯酸酯(MXOEA)。
另外,将50克XO、1.5克阳离子交换树脂和45毫升冰醋酸混合均匀,随后在室温下逐滴加入125毫升30% H2O2溶液,将混合物加热至65°C并持续搅拌3小时得到环氧化黄连木油(EXO)。产物依次用饱和Na2CO3溶液和饱和NaCl溶液洗涤至中性,再通过旋转蒸发纯化。
接着,将100克EXO与3.75克三苯基磷(PPh3)和1.25克对苯二酚(作为抑制剂)混合,然后在80°C下逐滴加入50克丙烯酸(AA),将混合物加热至100°C并反应4小时得到丙烯酸化环氧黄连木油(AEXO)。反应产物同样用饱和Na2CO3溶液和饱和NaCl溶液洗涤至中性,再通过旋转蒸发纯化。最后,将制备好的MXOEA和AEXO混合,按总粘合剂质量的2%加入2-异氰酸乙基甲基丙烯酸酯(IEM)和过氧化苯甲酰(BPO),在室温下以300 rpm的速度搅拌10分钟,得到最终的黄连木油基粘合剂(图1)。

**2.3 胶合板样品的制备**
将制备好的黄连木油基粘合剂放入真空 oven 中除去内部气泡和残留挥发性物质。采用单面涂胶工艺处理五层木单板,粘合剂用量控制在180克/平方米。用刷子均匀涂抹粘合剂后,将单板按垂直纹理方向拼接。在室温下开放老化15分钟后,将其放入热压机中,热压参数设置为:温度120°C、压力1.0 MPa、时间480秒,从而完成五层胶合板的制备。通过初步的单因素实验优化了热压温度、压力、时间和粘合剂用量等加工参数。在这些条件下制备的胶合板具有最佳的总体力学性能。从热压机取出后,应立即用塑料保鲜膜包裹并密封在绝缘泡沫箱中。室温下放置24小时后,将胶合板切割成样品并进行性能测试(图2)。

**2.4 方法**
固化粘合剂的化学结构通过傅里叶变换红外光谱(FTIR,Nicolet iS20,Thermo Fisher Scientific,美国马萨诸塞州沃尔瑟姆)进行表征,使用KBr颗粒,扫描范围为4000–400 cm?1,分辨率4 cm?1。形态观察采用扫描电子显微镜(SEM,Phenom Pro,重庆纳普森科学仪器有限公司,中国重庆),加速电压为10 kV。样品在成像前进行了金溅射处理,同时使用二次电子(SE)和背散射电子(BSE)探测器,放大倍数为2000倍。液态粘合剂的流变性质在氮气氛围下使用旋转流变仪进行测试,剪切速率为10 s?1,温度从25°C升至140°C,升温速率为10°C/min。热稳定性通过同步热分析仪(TG-DSC,STA200,日立,日本东京)进行测定。样品(约10–15毫克)在20毫升/分钟的氮气流速下从室温加热至800°C。动态热机械性能采用动态机械分析仪在单悬臂模式下进行测试,加热速率为5°C/min。表面润湿性通过接触角测量来表征,方法是将2微升粘合剂滴滴在木材表面上,并在1秒内记录接触角。每个样品进行了五次测量,报告了平均值。根据GB/T 17657-2022《评估木质板材和表面装饰木质板材性能的测试方法》[18],使用电脑控制电子万能试验机(WDW-20A,天津机械制造有限公司,济南)测试了胶合板的抗拉强度(MOR)、弹性模量(MOE)以及干态和湿态的粘合强度。抗拉强度和弹性模量的测试条件如下:试样长度基于厚度t设置为(20t + 50)毫米,宽度为50毫米,跨度长度为20t毫米,加载速度为20毫米/分钟。对于粘合强度测试,试样尺寸为100毫米×25毫米,加载速度为5毫米/分钟。对于湿态试样,将其浸泡在63°C的水中3小时,然后取出并在测试前冷却10分钟。粘合剂整体的冲击强度根据GB/T 1043.1-2008《塑料—夏比冲击性能测定—第1部分:非仪器冲击测试》[19]进行测定,使用夏比冲击试验机,固化后的试样尺寸为80毫米×10毫米×4毫米。所有机械测试均重复三次,取三个平行试样的平均值作为结果。

3. 结果与讨论
3.1. MXOEA/AEXO质量比对胶合板机械性能的影响
当改性剂(IEM)含量占Xanthoceras sorbifolium Bunge油基粘合剂总质量的5%时,以不同的质量比混合MXOEA和AEXO,以研究不同MXOEA/AEXO混合比对胶合板机械性能的影响。根据图3和表1,随着AEXO/MXOEA混合比的增加,胶合板的抗拉强度、弹性模量以及干态和湿态粘合强度先增加后减少。当MXOEA的比例较低时,其交联能力有限;当比例过高时,会导致粘合剂硬度不足,降低其固化后的抗变形能力,从而机械性能不佳。当AEXO/MXOEA质量比为3:7时,一方面AEXO中的丙烯酸基团与MXOEA中的双键通过自由基聚合形成化学交联结构;另一方面,该比例下的粘合剂具有适当的粘度,有助于其渗透到木材的细胞腔和微孔结构中。研究表明,粘合剂在木材中的渗透深度和分布均匀性直接影响粘合界面的机械性能。适当的粘度有助于良好的物理渗透,在固化后产生机械互锁效应,从而进一步提高界面粘合强度[20]。化学交联和物理互锁的协同作用使胶合板达到最佳的机械性能。当AEXO过量时,粘合剂系统的粘度增加,填充木材孔隙的能力下降,物理渗透减弱,导致粘合强度降低。相反,当MXOEA过量时,粘合剂粘度过低,流动性过高,容易在固化前从木材孔隙中流出,这不利于形成有效的机械互锁,也会导致机械性能下降。根据GB/T 9846-2015《通用胶合板》,II级胶合板的粘合强度要求≥0.70 MPa[21]。本研究中制备的胶合板的湿态粘合强度范围为0.91 ± 0.10至1.89 ± 0.12 MPa,最低值已经超过了标准要求,表明Xanthoceras sorbifolium Bunge油基粘合剂在所有混合比例下均表现出良好的耐水性。
图3. AEXO和MXOEA混合比对胶合板机械性能的影响。(a) AEXO和MXOEA混合比对胶合板抗拉强度(MOR)和弹性模量(MOE)的影响。(b) AEXO和MXOEA混合比对胶合板干/湿态粘合强度的影响。
表1. 制备的胶合板的机械性能。

3.2. IEM含量对胶合板机械性能的影响
当MXOEA与AEXO的混合比为7:3时,向粘合剂中添加改性剂(IEM),以研究不同改性剂(IEM)含量的Xanthoceras sorbifolium Bunge油基粘合剂对胶合板机械性能的影响。根据图4和表2,随着IEM含量的增加,胶合板的抗拉强度和弹性模量先增加后略有下降,而干态和湿态粘合强度先增加后降低。当不添加IEM时,粘合剂仅依赖于AEXO和MXOEA中的双键的自由基聚合进行交联,导致交联密度低、界面粘合强度不足、系统粘度高和流动性差,从而使胶合板的机械性能不理想。当IEM含量为10%时,其异氰酸酯基团(-NCO)与木材中的羟基(-OH)反应形成脲酸酯键。-NCO与-OH的摩尔比约为0.955,接近化学计量平衡,导致反应较为完全,界面粘合强度显著提高。当IEM含量增加到15%时,交联密度进一步增加,但过度交联导致粘合剂变脆。冲击强度测试也证实了这一点:AX-IEM10的冲击强度为5.02 kJ/m2,而AX-IEM15的冲击强度降至2.93 kJ/m2。这表明确定IEM含量是一个综合优化过程:IEM含量为10%时,粘合强度和韧性达到最佳平衡;IEM含量较高虽然提高了交联密度,但牺牲了韧性。同时,IEM的添加也降低了系统粘度,不利于粘合剂在木材孔隙中的有效保留,从而导致机械性能下降。在本研究中,除了不含IEM的粘合剂(湿态粘合强度为0.61 ± 0.11 MPa,低于II级胶合板的≥0.70 MPa要求[21])外,添加5%–20% IEM后,强度范围为1.092 ± 0.22至2.31 ± 0.10 MPa,均符合标准要求。
图4. IEM添加对胶合板机械性能的影响。(a) IEM添加对胶合板抗拉强度(MOR)和弹性模量(MOE)的影响;(b) IEM添加对胶合板干/湿态粘合强度的影响。
表2. 制备的胶合板的机械性能。

3.3. FTIR分析
对MXOEA、不含IEM的AX(Xanthoceras sorbifolium Bunge油基粘合剂)和含有10% IEM的AX-IEM10进行了FTIR表征。结果显示在图5中。对于MXOEA,甲基丙烯酸酯羰基(C=O)的拉伸振动峰出现在1782 cm?1,酯键(C-O-C)的对称拉伸振动峰出现在1040 cm?1,表明二酯基团已成功引入其结构中。在AX的光谱中,MXOEA的羰基峰移至1720 cm?1并与AEXO的酯峰重叠,而1040 cm?1处的酯键特征峰消失,因为形成了交联网络,表明MXOEA和AEXO通过双键的自由基聚合形成了三维交联结构。与AX相比,AX-IEM10在1700 cm?1处出现了一个新的峰,归因于脲酸酯键(-NH-CO-O-),以及在1554 cm?1处的N-H弯曲振动峰[14],证实了IEM中的异氰酸酯基团(-NCO)与AEXO中的羟基发生了反应。此外,在2270 cm?1附近没有观察到特征性的-NCO峰,表明异氰酸酯基团几乎完全反应[22]。这些结果表明IEM通过化学键合成功融入了交联网络中。
图5. MXOEA、AX和AX-IEM10的FT-IR光谱。

3.4. SEM分析
使用扫描电子显微镜(SEM)对AX和AX-IEM10的断裂形态进行了表征,结果如图6所示。AX的SEM图像显示断裂表面上有不规则的沟槽状形态(图6a),表明材料在断裂过程中发生了显著的塑性变形[8,23],这归因于AX中柔性脂肪酸长链的分子流动性和较低的交联密度。在应力作用下,柔性脂肪酸长链通过滑动和重排吸收能量,导致断裂表面上形成分层折叠结构。相比之下,AX-IEM10的断裂表面光滑平整(图6b),裂纹传播路径单一且无分支,表现出典型的脆性断裂特性。这种现象表明IEM的添加显著提高了粘合剂的交联密度,形成了密集的三维网络结构。高度交联的三维网络限制了分子链的移动性,使得材料在断裂过程中难以通过塑性变形释放能量,最终导致脆性断裂模式。
图6. AX和AX-IEM10的断裂表面SEM图像:(a) AX;(b) AX-IEM10。

3.5. 流变分析
通过流变测试分析了液态Xanthoceras sorbifolium Bunge油基粘合剂的粘度-温度特性,粘度随温度的变化如图8所示。所有粘合剂的粘度随温度升高而呈指数下降。AX在30°C时表现出最低的粘度,表明其分子链具有高柔韧性和低缠结密度。添加5 wt% IEM后,粘度略有增加,这归因于异氰酸酯基团(-NCO)和羟基(-OH)预聚反应生成的脲酸酯键形成的分支结构,增加了系统内的分子间作用力。当IEM含量增加到10–20 wt%时,粘度显著降低。这是因为一方面过量的IEM作为小分子稀释剂降低了分子链的缠结密度[24];另一方面,IEM的高反应性加速了自由基链的终止,抑制了分子链的进一步增长[25],从而提高了系统的整体流动性。图中所有粘合剂的粘度均低于500 mPa·s,符合复合材料制备的粘度要求。图8显示了基于黄连木油(Xanthoceras sorbifolium Bunge oil)的粘合剂的粘度-温度曲线。

3.6 热稳定性分析
通过TG(热重分析)和DSC(差示扫描量热)分析了几种基于黄连木油的粘合剂的热稳定性。如图9a所示,TG曲线表明,在0–269°C范围内,AX和AX-IEM10均没有明显的重量损失,显示出良好的热稳定性。在269–496°C范围内,这两种粘合剂经历了三个阶段的分解:初始酯键断裂和脂肪酸链分解(269–320°C),主链酯键热解(320–420°C),以及碳链的氧化碳化(420–496°C)。AX-IEM10的分解起始温度略高于AX,这归因于交联网络对分子链热运动的抑制[15]。DSC曲线显示,AX在130°C时出现溶剂蒸发峰,在436°C时出现碳化峰,而AX-IEM10则表现出四个阶段的重度损失,分别对应于溶剂蒸发(112°C)、未反应的-NCO基团分解(220°C)、弱键断裂(288°C)和碳链碳化(428°C)。其酯键热稳定性的提高源于交联作用增强了分子间的相互作用。

图9 显示了基于黄连木油的粘合剂的热重(TG)和微商重(DSC)曲线:(a) AX和AX-IEM的TG和DTG曲线;(b) 基于黄连木油的粘合剂的DSC曲线。图9b表明,固化过程涉及自由基聚合和逐步聚合的共同作用。引入IEM显著增加了放热峰的强度,因为其-NCO基团与AEXO中的-OH基团反应形成尿烷键,构建了三维网络;同时,IEM作为反应性稀释剂,降低了系统粘度并促进了扩散,使AX的初始固化温度从91.98°C降至AX-IEM20的72.79°C。化学交联和物理稀释的协同作用提高了加工效率,同时保持了网络强度[26],表明IEM优化了粘合剂的热性能。

3.7 动态热机械分析
通过动态机械分析(DMA)表征了AX和AX-IEM10粘合剂的热机械性能,结果如图10所示。随着温度从20°C升高到140°C,两种粘合剂的储存模量(E′)均显著下降,这与分子链流动性的增强有关。AX-IEM10的E′值在所有温度下均高于AX,表明其较高的交联密度有效抑制了分子链的松弛[24]。两种粘合剂的损耗因子(tan δ)曲线均显示出单一的特征峰,表明材料具有均匀的结构。从tan δ峰确定的玻璃化转变温度(Tg)分别为AX的111.2°C和AX-IEM10的113.0°C,表明引入IEM对Tg没有显著影响。这些结果表明,IEM主要通过增加交联密度来提高储存模量,而不会显著改变Tg或材料的均匀性。

3.8 冲击强度分析
通过摆锤冲击试验研究了基于黄连木油的粘合剂的冲击性能。如图11所示,实验数据表明,随着IEM含量的增加,冲击强度从AX的5.02 kJ/m2显著降至AX-IEM20的0.87 kJ/m2。当IEM含量超过10%(从AX-IEM10到AX-IEM15)时,冲击强度降低了约40%,表明显著增加的交联密度限制了分子链的运动,使得断裂模式从韧性断裂(能量吸收)转变为脆性断裂(快速裂纹扩展)[27]。AX由于交联度较低,允许分子链通过滑动和塑性变形吸收能量,因此表现出较高的冲击强度;而AX-IEM20由于交联度过高,限制了分子链的塑性变形能力,导致韧性降低,韧性显著下降。

3.9 表面润湿性分析
通过接触角测量揭示了水、AX和AX-IEM10粘合剂与木材之间的表面润湿行为差异。如图12所示,水、AX和AX-IEM10与木材表面的接触角分别为65.0°、53.1°和46.7°。这一差异归因于AX-IEM10中的酯基团和异氰酸基团(-NCO)可以与木材表面的羟基(-OH)发生极性相互作用,有效改善了粘合剂的润湿性能和界面粘着力;而缺乏反应性官能团的AX粘合剂则表现出有限的界面亲和力。此外,水在木材上的接触角高于这两种粘合剂,进一步证实了AX和AX-IEM10与木材之间的界面亲和力和粘着力优于水。这些结果表明,IEM通过极性基团的协同作用显著提高了粘合剂在木材表面的润湿能力。

3.10 与传统粘合剂的性能比较
为了客观评估本研究开发的基于黄连木油的粘合剂的性能水平,将其与三种典型的商业木材粘合剂进行了比较:脲醛树脂(UF)、酚醛树脂(PF)和聚合MDI(pMDI)。传统粘合剂的性能数据来源于已发表的文献,并总结在表3中。表3显示,本研究制备的粘合剂(AX-IEM10)的干态粘合强度(3.21 MPa)和湿态粘合强度(2.32 MPa)显著高于脲醛树脂(1.21/0.96 MPa)和酚醛树脂(1.59/0.96 MPa),其湿态强度也略优于聚合MDI(2.04 MPa)。在弯曲性能方面,断裂模量(68.85 MPa)和弹性模量(8086 MPa)也高于三种传统粘合剂的文献报道值(51.63–67.00 MPa/5175–7096 MPa)。值得注意的是,脲醛树脂和酚醛树脂会释放甲醛,而聚合MDI不含甲醛但依赖于石化资源;相比之下,本研究开发的基于黄连木油的粘合剂使用可再生植物油作为原料,不释放甲醛,在环境友好性和可持续性方面具有显著优势。需要注意的是,传统粘合剂的性能数据来源于不同的文献,木材种类、热压工艺和测试条件各不相同。因此,表3中的比较仅作为性能水平的参考,不应视为严格控制的对比研究。尽管如此,这种比较仍然为评估当前粘合剂的性能提供了有价值的参考。总之,本研究开发的基于黄连木油的粘合剂在环保性和基于可再生资源方面表现出良好的粘合性能,初步显示出替代传统石油基粘合剂的可行性。

4. 结论
本研究成功使用黄连木油作为原料制备了一种无甲醛的生物基热固性粘合剂。通过引入IEM,有效增强了粘合剂与木材之间的界面粘合力。FTIR分析表明,MXOEA和AEXO通过双键的自由基聚合形成了三维交联结构,而IEM通过化学键成功融入了交联网络。流变学和润湿性分析显示,适当的粘度和润湿性使粘合剂能够有效地渗透木材孔隙,形成机械互锁结构,进一步提高了界面粘合力。扫描电子显微镜(SEM)观察发现,引入IEM后,粘合剂的断裂表面从凹坑结构转变为光滑的脆性断裂形态,交联密度显著增加。当AEXO与MXOEA的质量比为3:7,且IEM含量为10%时,所得胶合板的机械性能最佳:干态粘合强度为3.21 MPa,湿态粘合强度为2.32 MPa,断裂模量为68.85 MPa,弹性模量为8086 MPa。与传统商业粘合剂(脲醛树脂、酚醛树脂和聚合MDI)的比较表明,这种生物基粘合剂的机械性能达到了或超过了文献中的典型值,同时具有无甲醛排放和可再生原料的环境优势。本研究为开发高性能生物基粘合剂提供了有效的设计和制备策略,作为石油基产品的替代品。未来的工作可以进一步探索低温热压或冷压固化技术,以降低固化温度和能耗。同时,应进行系统的长期耐久性评估,以全面验证这种生物基粘合剂在实际应用中的可靠性,从而扩大其在对热敏感的木材基复合材料和潮湿环境中的应用潜力。
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