【博士】異氰酸酯與纖維素反應(yīng)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)

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　　【博士】異氰酸酯與纖維素反應(yīng)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：東北林業(yè)大學(xué)　　學(xué)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(jì)和社會(huì)效益。但是PU價(jià)格昂貴，目前我國(guó)將其用于木材加工業(yè)還很有限，研究PU對(duì)木材的膠接機(jī)理，對(duì)于Pu的設(shè)計(jì)開發(fā)、降低成本具有重要意義。研究PU對(duì)木材膠接機(jī)理遇到的主要困難是：木材多孔且組成復(fù)雜，PU又有極其活潑的異氰酸酯官能團(tuán)(-NCO)，使各種粘接作用不能分離；沒有準(zhǔn)確測(cè)定膠接強(qiáng)度的測(cè)試技術(shù)。本文創(chuàng)新性地巧妙地設(shè)計(jì)制備各種模型物模擬木材和PU以分解膠黏劑對(duì)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(shù)研究界面吸附作用機(jī)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(qiáng)度測(cè)試深入研究了膠接的機(jī)械互鎖機(jī)理和界面擴(kuò)散機(jī)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(yīng)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，并研究了膠接的化學(xué)鍵作用機(jī)理。用木材中的主要組分且化學(xué)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(tuán)的苯基異氰酸酯(PI)模擬PU，研究PU對(duì)木材膠接的化學(xué)鍵作用機(jī)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(biāo)記的PI與(含水)微晶纖維素反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，并且詳細(xì)研究了纖維素濕含量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)物配比等條件對(duì)反應(yīng)的影響?！　? 用IGC技術(shù)測(cè)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(duì)木材粘接的吸附作用機(jī)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(shì)的兩性材料，而固化的PU和PF都是表面堿性占優(yōu)勢(shì)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(cè)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(cè)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(duì)木材粘接存在吸附作用，色散吸附作用遠(yuǎn)大于酸堿吸附作用。應(yīng)用SEM和xPS技術(shù)分別觀察了木材膠合板斷面的形貌，研究膠接的機(jī)械互鎖作用機(jī)理。選擇不與PU發(fā)生化學(xué)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(cè)試其剪切強(qiáng)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(dǎo)管、導(dǎo)管壁上的紋孔以及梯狀穿孔進(jìn)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(luò)”；PE膠合板的剪切強(qiáng)度隨PE板粗糙度增加、孔徑增大、孔隙率加大而提高。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了膠黏劑粘接木材的機(jī)械互鎖作用機(jī)理。在不存在化學(xué)作用和吸附的酸堿作用，擴(kuò)散作用加色散作用比機(jī)械互鎖作用對(duì)膠接強(qiáng)度貢獻(xiàn)更大。　　本文通過創(chuàng)新地設(shè)計(jì)制備模型物、創(chuàng)新性地運(yùn)用先進(jìn)的測(cè)試技術(shù)、巧妙地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、深入系統(tǒng)地進(jìn)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(xué)鍵機(jī)理、吸附機(jī)理、機(jī)械互鎖機(jī)理和擴(kuò)散機(jī)理。　　

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