硅灰石礦物粉改性脲醛樹脂膠黏劑的研究

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摘要：用未改性硅灰石【Ca3(Si309)]礦物粉和Gui烷類改性硅灰石礦物粉改性脲醛樹脂膠黏劑，研究了硅灰石對脲醛樹脂膠黏劑性能的影響和改性脲醛樹脂制備的刨花板的膠合性能。研究結果表明，硅灰石礦物粉及其添加量對UF膠的固體含量、pH值、黏度、接觸角、固化時間均有一定的影響，所制備的刨花板與用原膠相比膠合性能有不同程度的降Di，隨著硅灰石添加量的增加，刨花板的吸水厚度膨脹率增加，內結合強度有一定程度下降，但可以達到刨花板斟家標準的要求。硅灰石礦物粉作為脲醛樹脂膠黏劑改性劑是可行的。

????脲醛樹脂膠黏劑（UF樹脂膠黏劑）是木材工業(yè)中使用Zui多的膠黏劑，廣泛地應用于膠合板、刨花板等人造板材以及礦物棉、硅灰石礦物粉、鑄件砂型等材質的粘結。從我國化工原料的供應情況、膠黏劑的價格以及人造板的發(fā)展動態(tài)上來看，在今后相當長的一段時間中游離甲醛釋放量、耐水性及耐老化性能等因素影響著脲醛樹脂的性能。因此，要想獲得性能較好的脲醛樹脂膠黏劑，就必須對它進行改性。其中，添加填充劑或填料能減小這幾個因素對樹脂的影響，同時改善其綜合性能并降Di成本。

????常用的脲醛樹脂填料有淀粉、紙漿廢液、木粉、胡桃殼粉、礦物粉等有Ji和無機粉料，使用無機填料的研究有：蔣玉興等采用凹凸棒石黏土作脲醛樹脂填充劑，當摻入量為膠量的5%。20%時，膠合強度均可達到國Jia標準的要求，在30℃的條件下膠的生活力和耐老化性能有所提高，并且可使膠的成本下降20%一40010左右；杜官本等研制了礦物類脲醛樹脂填料，并對其使用中的各項性能進行了研究：當增量比例為?15%．涂膠量為230—300g/m2時，使用礦物填料所壓制的膠合板能達到GB?9846-88的要求，而且板材的耐久性和耐水性也有所提高；在此基礎上進行的工業(yè)化生產試驗表明川：當增量比例控制在25%以內時，壓制的膠合板Wan全可以達到國Jia標準的要求，使用該礦物填料可使生產成本下降約8qo左右。陳祖勛研究了添加40%以上礦物粉填料的脲醛樹脂，礦石粉添加量25%一40%，面粉配合量2%一10%,增強劑配合量2%一4%，用該膠壓制的膠合板性能超過GB?9846-88的要求，并且該膠網化快，對甲醛的吸收作用強，經濟效Guo顯著，可使樹脂成本下降30%左右。

????同時從上述文獻中可知礦物填料在應用中也存在一些共性的問題，如礦物填料比重較大，調制過程中易產生沉淀分層現(xiàn)象，大多數(shù)礦物堿性較強，嚴重降Di膠黏劑同化速度等。為解決沉淀分層問題，通常采用提高膠黏劑黏度和合成過程中使用PVA、CMC等改性劑，為使礦物填料盡量不延緩固化速度，多采用改進膠黏劑配方或使用其他體系的固化劑等方法。

????硅灰石屬于鏈狀偏硅酸鹽，化學分子式為CaSi03，粉碎后，顆粒呈纖維狀或針狀。廣泛應用于陶瓷、涂料、塑料和橡膠填料中，硅灰石可增加材料的硬度、抗彎強度、抗沖擊性，改善塑料的電學特性，提高材料的熱穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性和耐老化性能。

????筆者與云南省非金屬礦產應用研究所合作，對其生產的硅灰石礦物粉作為脲醛樹脂膠黏劑填料的各項性能進行研究，研究結果可用于擴大硅灰石礦物粉的使用范圍，同時為脲醛樹脂提供一種新的填料選擇。

l試驗部分

1.1試驗材料

I.l.l脲醛樹脂

????脲醛樹脂膠黏劑取自新飛林人造板有限公司，技術性能指標如下：外觀為乳白色均勻液體，pH值9.0—9.3．固體含量63.3%．黏度90mPa-s，固化時間90-95s。

1.1.2硅灰石礦物粉

????硅灰石礦物粉由云南省非金屬礦產應用研究所、云南超微新材料有限責任公司提供，基本性能如下：硅灰石是一種鏈狀結構硅酸鹽，屬三斜晶系，分子式Ca-S103;顏色為亮Bai色；粉料在顯微鏡和電鏡下呈針狀，長徑比為12：1一l5：1;比重為2.889g/cm3，水中的溶解度為0.005?8g/lOOmmL;試驗用礦物粉的目數(shù)小于100目。試驗使用未改性和Gui烷類表面改性兩種硅灰石礦物粉，Gui烷改性和未改性的硅灰石在性能上**的區(qū)別在于水分的浸潤性，未改性的是親水的，改性后的是??憎水的。改性的硅灰石在膠中不易分層，但其憎水性對??膠合強度又有一定影響，因此各有利弊。

??1.1.3其他原料

????木質刨花為桉樹和松樹木材混合刨花，由新飛林人造板有限公司提供；固化劑為自制濃度為20%的氯化銨水溶液。

1.2試驗設備與儀器

????電子天平、攪拌機、干燥箱、上海橡膠機械一廠生產的XLB-500×500×2平板硫化機、施膠鋪裝設備、天平、砂光機、鋸切機、黏度測定儀.pH值測定儀、上海中晨數(shù)字技術設備有限公司出品的JC2000A靜滴接觸角／界面張力測定儀、螺旋測微器、游標卡尺、電子天平、島津AG-1?50KN型**力學實驗機和電子**實驗機。

1.3試驗方法

1.3.1??硅灰石礦物粉改性脲醛樹脂膠黏劑的制備

????室溫(20±2)℃，量取lOOg脲醛樹脂膠于三口燒瓶中，放置于攪拌機上恒速lOOr/min攪拌，分別量取5%。20%（硅灰石：絕干UF樹脂）改性和未改性硅灰石礦物粉均勻加入三口燒瓶中。調節(jié)攪拌機轉速到200r/min攪拌，添加硅灰石礦物粉前后UF膠黏劑的顏色不同，添加前，原UF呈白色，略有黃色，膠液均勻，有亮澤；添加后，膠液呈乳白色，有灰色細微礦物粉懸浮在膠液中。30min

后，用移液管移取膠液做周含量等各項性能測試。

1.3.2硅灰石礦物粉改性脲醛樹脂膠黏劑的性能測試

????l)pH值、固體含量的測定、黏度、固化時間均按GB/T14518-1993要求測定。

????2)接觸角：將云南松木材放入JC2000A的樣品池中，在其弦切面上滴上UF樹脂0.002mL，拍攝圖象后用量角器測量接觸角，圖像放大率為266pixel/mm，測定環(huán)境溫度20℃。

1.3.3改性脲醛樹脂膠黏劑刨花板的制備

????試板尺寸：350×350×12(mm);熱壓參數(shù)：高壓3.5MPa，保壓時間2min，2min均勻降壓Zhi壓力為零，壓板溫度170C。固化劑施加量：I%氯化銨（配制成20%的水溶液）。

1.3.4刨花板試件的制備與檢Ce

????按照GB/T?17657-1999《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》要求進行試件的制備與檢Ce。

2結果與分析2.1改性與未改性硅灰石礦物粉及其添加量對UF膠黏劑性能的影響。

2.1.1??改性與未改性硅灰石礦物粉及其添加量對UF膠黏劑固體含量的影響

????添加未改性硅灰石礦物粉的UF膠黏劑，從中可以看到，隨著礦物粉添加量的增加，UF樹脂膠黏劑的固體含量從63.31%增加到67.96%，固體含量與硅灰石的添加量呈正相關的遞增趨勢。膠液靜置20min后，上下層膠液的固體含量有一定的變化，靜置20min后的上下兩層與均勻混合時的同體含量相比較，上層的膠黏劑固體含量略小于下層。從膠黏劑外觀觀察膠液沒有分層，但從固體含量的變化看硅灰石開始出現(xiàn)沉淀，但膠黏劑的黏度對硅灰石的沉淀有阻滯作用。20min的時間可以滿足施膠時間的需要。靜置約60min后膠液從外觀開始出現(xiàn)分層，靜置24h后膠液出現(xiàn)明Xian的分層現(xiàn)象，盛放膠液的燒杯底部有淡蘭色礦物粉析出。在5%~?20%的硅灰石添加量范圍內膠液分層的情況無明Xian差別。

????添加Gui烷類改性硅灰石礦物粉的UF膠黏劑，從中可以看出原膠的固體含量從63.31%增加到

65.17%．增加的幅度小于添加未改性硅灰石。添加5%時，UF樹脂的固體含量比原膠有所下降，隨后同體含量隨著硅灰石添加量的增加而增加。膠液靜置20min后，均勻混合的膠液與上下層膠液的固體含量有一定的變化，但無規(guī)律。從膠黏劑外觀觀察膠液沒有分層。膠液在靜置50min后外觀開始出現(xiàn)分層現(xiàn)象。24h后膠液明Xian層，燒杯底部有淡蘭色固體礦物粉析出。

????在相同礦物粉的添加量情況下，添加未改性礦物粉比添加改性硅灰石礦物粉的LjF膠黏劑的固體含量明Xian高，這可能是改性硅灰石礦物粉中部分化學成分能與膠黏劑中的主要成分，在120℃溫度下干燥時發(fā)生化學反應，產生降解或分解。

2.1.2改性與未改性硅灰石礦物粉及其添加量對UF膠黏劑pH值的影響

????可以看出，UF膠黏劑的pH值隨著硅灰石礦物粉添加量的增加而增Da，相同添加比例下改性硅

灰石礦物粉比未改性硅灰石礦物粉的UF膠黏劑的pH值高。從膠黏劑pH值變化看，改性和未改性硅灰石礦物粉均呈堿性，且改性過的硅灰石礦物粉的堿性更強，將延長UF膠黏劑的固化時間。

2.1.3改性與未改性硅灰石礦物粉及其添加量對UF膠黏劑黏度的影響

????由表2數(shù)據(jù)得知，UF膠的黏度隨著加入硅灰石礦物粉添加量的增加而增Da，添加未改性硅灰石比添加改性硅灰石對UF膠黏度影響大。Gui烷類改性的硅灰石疏水性增加，加入后對UF樹脂的黏度影響小于未改性的硅灰石。在實際使用中要考慮黏度變化對施膠工藝和設備的影響。

2.1.4改性與未改性硅灰石礦物粉及其添加量對UF膠黏劑接觸角的影響

????加入不同種類、不同百分比硅灰石礦物粉對UF膠黏劑的接觸角（接觸角為液態(tài)UF樹脂與云南松弦切面木材之間的接觸角）的影響見表2，添加硅灰石礦物粉增大了UF膠黏劑的接觸角。加入未改性的硅灰石礦物粉的UF膠的接觸角影響程度比添加改性硅灰石礦物粉的影響程度明Xian。這與加入硅灰石礦物粉的UF膠黏劑所制的刨花板內結合強度有降Di相一致，因為接觸角增Da，液態(tài)UF膠黏劑對被膠接物的濕潤性降Di，進而降Di了其膠接性能。

2.1.5改性與未改性硅灰石礦物粉及其添加量對UF膠黏劑固化時間的影響

????未改性硅灰石礦物粉做添加量對UF膠的固化時間的影響：當添加量小于等于15%時，隨著添加量的增加固化時間急劇增加，原膠的同化時間為96.18s，添加量為5%的固化時間增加為120s，添加量為10%的固化時間為222s，加1Sc/o未改性硅灰石礦物粉后對UF作固化時間實驗，lOmin后膠固化，但固化產物硬度小且具有彈性。添加20%時，15min后膠液呈稀狀，未能凝膠固化，加水稀釋，溶液中有絮狀白色顆粒物懸浮在水中，接觸手感如觸棉絮狀，手觸冷卻后的物質覺察加入礦物質的痕跡比較明Xian。

????加5%改性硅灰石礦物粉后對UF膠做同化時間實驗，402s固化；加量為10%時．16min后，未能凝膠，有一定流動性，黏度很大，加水稀釋，呈絮狀白色顆粒物懸浮在水中，接觸手感如觸棉絮狀，15%、20%的加量，UF樹脂的固化情況與10%加量的情況類似。

????從試驗結果看硅灰石礦物粉的添加對UF樹脂的固化性能影響很大，需要使用不同的固化劑體系來改善其固化性能。

2.2硅灰石礦物粉及其添加量對UF膠黏劑膠接性能的影響

2.2.1??硅灰石礦物粉及其添加量對刨花板吸水厚度膨脹率的影響

????隨著硅灰石礦物粉添加量的增加，所制刨花板的2h和24h吸水厚度膨脹率有不同程度的增加，但添加量15%與20c/o相比較，吸水厚度膨脹率變化很小，平均值還有降Di，這與膠的固化時間變化規(guī)律不同，機理待研究。相同添加量情況下改性礦物粉的吸水厚度膨脹率大于未改性礦物粉，說明改性劑對膠黏劑的影響是明Xian的。因小試制板試驗中未添加防水劑因此板材的吸水厚度膨脹率較高，添加防水劑后此項指標可以一定程度降Di。

2.2.2硅灰石礦物粉及其添加量對刨花板內膠合強度的影響

從強度數(shù)據(jù)看，數(shù)據(jù)有一定的波動，這與內結合強度檢Ce值的影響因素較多有一定的關系，但基本趨勢是隨著硅灰石礦物粉添加量的增加，所制刨花板的內結合強度下降。但添加量為20%時內結合強度和2h吸水厚度膨脹率均達到CB/T4897.2-2003刨花板國標在干燥狀態(tài)下使用的普通用板要求。

因此硅灰石礦物粉作為UF樹脂的填料使用應該是沒有技術上的障礙的。未改性和改性的硅灰石礦物粉對板材的內結合強度的影響從數(shù)據(jù)上看無顯著差別。

3結論與建議

????1)硅灰石礦物粉作為脲醛樹脂膠黏劑的填料使用是具備可行性的。

????2)硅灰石礦物粉對脲醛樹脂膠黏劑的各項指標影響顯著，UF膠黏劑的固體含量、黏度、pH值隨著硅灰石礦物粉添加量的增加而增大。

????3)UF樹脂固化時間隨著硅灰石礦物粉添加量的增加而延長，超過一定的添加比例后在沸水條件下固化時間大幅增加或不能固化，因此應考慮采用非氯化銨的固化劑體系促進UF樹脂的固化。

????4)從添加硅灰石礦物粉后膠黏劑的固體含量和固化時間變化看，未改性硅灰石礦物粉比改性硅灰石礦物粉更適用于UF膠填料。

????5)隨著UF膠黏劑中硅灰石礦物粉添加量的增加，所制刨花板的內結合強度呈下降趨勢；改性脲醛樹脂膠黏劑刨花板吸水厚度膨脹率隨著硅灰石礦物粉添加量的增加，有不同程度的上升趨勢。

? ? 6)硅灰石礦物粉作為UF樹脂的填料其改性劑的選擇應與用途相適應，添加量應綜合考慮板材性能要求、對調施膠的影響、膠的適用期以及調施膠設備的適應能力，并需適度調整相應的工藝參數(shù)。

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