納米sio對脲醛樹脂的增強機理

它具有成本低、合成工藝簡單、水凝膠強度好等優點。雖然它是木材工業的主要粘合劑之一，但它含有游離甲醛，使橡膠產品在使用中釋放、污染和污染，從而損害人們的健康。因此，從聚吡咯中去除游離甲醛含量已成為許多科學家的研究重點。在添加中的甲醛量的前提下，可以降低游離甲醛的含量。然而，如果添加的甲基環乙烯的用量過少，則甲基環乙烯的結合性能將惡化。在確保中醇酸乙烯的某些結合強度的前提下，進一步減少游離甲醛，可以在樹脂中添加可吸收的甲基丙烯酸酯。然而，添加的填充劑是粒徑小于表面，具有表面效應、小規模效應和宏觀揚子隧道效應。楊桂英等人選擇了納米二氧化硅（sio2）來改性樹脂，并取得了良好的效果。根據初步研究結果，采用硅烷偶聯劑kh-550處理的納米sio2的納米改性，采用間歇式超聲波振蕩法添加中醇樹脂，可以降低游離甲基的含量，提高膠合強度。在本文中，納米硫酸鈉的使用對各種人造板的影響；結合紅外光譜，對納米硫酸鈉對各種人造板的影響進行了初步分析。1材料和方法1.1表面處理:1%硅烷偶聯劑3ioc2h5尿素(U)、甲醛(F)均為工業品.納米SiO2含量99%,平均粒徑20nm,比表面積440m2·g-1,經1%硅烷偶聯劑KH-550[分子式NH2(CH2)3Si(OC2H5)3]表面處理.單板、刨花、纖維均取自工廠.1.2乙醇樹脂制備F/U摩爾比1.05～1.30,采用堿—酸—堿工藝,3次縮聚.1.3—樹脂性能分析常規性能按國家標準GB/T14074—93分析;膠合強度是先用樹脂壓制3層膠合板,然后按國家標準GB9846/T—2004中Ⅱ類膠合板測定.1.4熱壓工藝所有板材制備均在實驗室完成.膠合板幅面300mm×300mm×3.5mm,涂膠量350g·m-2(雙面),熱壓工藝:熱壓溫度115℃、單位壓力0.97MPa、熱壓時間3min.刨花板幅面360mm×360mm×10mm,施膠量10%,熱壓工藝:熱壓溫度165℃、單位壓力2.5MPa、熱壓時間5min.中密度纖維板幅面360mm×360mm×10mm,施膠量12%,熱壓工藝:熱壓溫度170℃、單位壓力2.8MPa、熱壓時間5min.1.5木材的性能試驗參照國家標準GB/T9846—2004、GB/T4897—2003、GB/T11718—1999、GB18580—2001.1.6紅外光譜分析儀器:Fourier尼高力360智能型(美國).方法:試樣經KBr壓片后掃描.2結果與討論2.1納米sio用量對產物粒徑及粘度的影響取F/U摩爾比為1.30、1.25、1.20、1.15、1.10、1.05制備脲醛樹脂,分別用間歇式超聲波震蕩法加入0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%納米SiO2,其各項性能見圖1.圖1A顯示,隨著F/U摩爾比的降低,脲醛樹脂的膠合強度下降.在相同F/U摩爾比條件下,納米SiO2用量增加,膠合強度提高,當用量超過1.5%時,膠合強度基本不再增長.F/U摩爾比越低,納米SiO2的加量對提高膠合強度的效果越明顯,當F/U摩爾比為1.05時,加入1.5%納米SiO2,可使膠合強度從0.42MPa提高到0.87MPa,增加了1倍.這是由于脲醛樹脂的F/U摩爾比越低,樹脂的交聯度越小,膠合強度就越差,加入納米SiO2后,納米粒子的表面效應和小尺寸效應使粒子表面嚴重的配位不足,活性極高,易與脲醛樹脂中的活性基團起鍵合作用,提高了脲醛樹脂的內聚力,同時能與木材表面的羥基發生交聯反應,因此大幅度地提高了膠合強度,這是其它填充劑所無法比擬的.圖1B顯示,F/U摩爾比提高,脲醛樹脂中的游離甲醛含量就增多.在相同F/U摩爾比時,隨著納米SiO2用量的增加,樹脂中的游離甲醛含量逐漸下降,當納米SiO2用量超過1.5%時,游離甲醛含量不再下降.F/U摩爾比越高,納米SiO2的加量對降低游離甲醛含量的效果越明顯.這是由于納米SiO2具有很強的吸附能力,它對甲醛不僅存在物理吸附,而且具有化學吸附,與甲醛形成了氫鍵或共價鍵,從而降低了樹脂中的游離甲醛含量.圖1C表明,納米SiO2用量越多,樹脂的粘度越大.這是因為納米SiO2與脲醛樹脂的羥基、氨基形成了氫鍵或范德華力,分子間的作用力增大,流體內部阻礙其相對流動的阻力就越大,因而表現出粘度增大.在上述試驗范圍內,增大的粘度還不至于影響到操作性能,相反它可防止膠液過份滲入木材而造成透膠或膠層缺膠的現象,減少面粉等普通填充劑的用量.圖1D顯示,納米SiO2的用量對脲醛樹脂的固化時間影響不大,因此,可不必改變脲醛樹脂原有的熱壓工藝.綜合上述研究結果可以看出,采用1%納米SiO2就可使脲醛樹脂的性能得到較好的改善.2.2f/u摩爾比對板膠合強度和甲醛釋放量的影響用F/U摩爾比1.30、1.20、1.10制得脲醛樹脂A-0、B-0、C-0,分別取出一定量,用間歇式超聲波震蕩法加入1%納米SiO2,得納米SiO2/脲醛樹脂A-1、B-1、C-1.用6種樹脂分別壓制膠合板、刨花板、中密度纖維板,板的各項性能指標見表1.從表1可以看出,用純脲醛樹脂壓制人造板,F/U摩爾比越高,板的膠合強度及其它力學性能越好,但甲醛釋放量也越高;當F/U摩爾比為1.10時,膠合強度基本達不到國家標準要求,甲醛釋放量仍超過國家標準限量,這種板都不能用于室內.加入1%納米SiO2后,板的各項性能指標都大大改善,當F/U摩爾比為1.30時,膠合強度及其它力學性能指標都超過了國家標準要求,甲醛釋放量可達到E2級[≤5mg/L或≤30mg/(100g)]水平,但該類板須經飾面后才可用于室內;當F/U摩爾比為1.20時,膠合強度及其它力學性能指標仍達到國家標準要求,甲醛釋放量可達到E1級[≤1.5mg/L或≤9mg/(100g)]水平,即該類板可直接用于室內;當F/U摩爾比1.10時,甲醛釋放量也達到E1級水平,但各項力學性能指標在國家標準的臨界線邊波動,難于保證生產出穩定的合格產品.試驗結果表明,在F/U摩爾比1.20的脲醛樹脂中加入1%納米SiO2,可用于生產各種人造板,板的物理力學性能指標均符合國家標準要求,甲醛釋放量可達到E1級水平.2.3紅外光譜分析取少量脲醛樹脂、納米SiO2/脲醛樹脂,在40～50℃、真空度0.095MPa條件下干燥2h成固體,研成粉末;另取少量納米SiO2/脲醛樹脂在115℃下干燥成固體,研成粉末.對納米SiO2及上述3種樣品分別進行紅外光譜分析,結果見圖2.圖2A為納米SiO2的紅外光譜圖,波數在3444.27cm-1處有大的饅頭峰為羥基峰,說明納米SiO2表面具有大量的羥基;1094.67cm-1處出現最大的吸收峰,為無定形納米SiO2的Si—O—Si鍵的反對稱伸縮振動;796.37cm-1處為Si—O—Si鍵的對稱伸縮振動.圖2B為純脲醛樹脂的紅外光譜圖,由于脲醛樹脂分子中羥基與羥基、羥基與氨基、氨基與氨基之間形成分子間氫鍵,產生締合現象,O—H、N—H的伸縮振動吸收峰向低波數方向位移,在3354.37cm-1出現一個寬而強的吸收峰.2958.00cm-1為亞甲基的C—H伸縮振動;1654.48和1544.15cm-1為酰胺吸收帶;1384.79和1249.94cm-1為亞甲基面內變形振動;1131.44cm-1為醚鍵CH2OCH2吸收帶;1008.85cm-1為羥甲基CH2OH吸收帶.圖2C為納米SiO2/脲醛樹脂混合物的紅外光譜圖,具有納米SiO2和脲醛樹脂主要特征基團的吸收峰.圖2D為納米SiO2/脲醛樹脂在高溫條件下反應后的紅外光譜圖,與圖2C相比,在波數1380.70cm-1處的亞甲基變形振動峰更為明顯,說明脲醛樹脂之間進一步進行了縮聚反應.另外在Si—O—Si鍵的反對稱伸縮振動吸收峰1094cm-1旁出現肩帶吸收峰1041.54cm-1,推測可能是脲醛樹脂與納米SiO2發生了反應,形成Si—O—C鍵.由于Si—O—C鍵與Si—O—Si鍵的力常數相近,從紅外光譜圖上難于分辨,有待于采用XPS光電子能譜等儀器進一步證實.而孫立等的研究認為,納米SiO2能與木材中的羥基發生鍵和作用;李西忠的研究認為,納米SiO2能與甲醛形成化學鍵.由此推斷,納米SiO2能與脲醛樹脂和木材表面的活性基團發生交聯反應,如反應式(1);納米SiO2亦可與脲醛樹脂中的游離甲醛反應,如反應式(2).上述反應結果使脲醛樹脂的膠合強度提高,游離甲醛含量降低,這是普通填充劑所無法比擬的.3納米sio用量對固化時間的影響納米SiO2的用量對不同F/U摩爾比脲醛樹脂的性能有不同程度的影響,在相同F/U摩爾比條件下,納米SiO2用量<1.5%時,用量越大,膠合強度越高,游離甲醛含量越低;F/U摩爾比越低,納米SiO2對提高膠合強度的效果越明顯,F/U摩爾比越高,納米SiO2對降低游離甲醛含量的效果越明顯;納米SiO2用量越大,樹脂的粘度就越大,但在試驗范圍內,增大的粘度并不影響操作性能;納米SiO2的用量對固化時間影響不大,可不必改變脲醛樹脂原有的熱壓工藝.脲醛樹脂的F/U摩爾比為1.2,用間歇式超聲波震蕩法加入1%納米SiO2,可用于壓制膠合板、刨花板,中密度纖維板,板的各項性能指標均超過國家標準要求,甲醛釋放量可達到E1級水平.紅外光譜分析