《基於納米纖維素的脲醛樹脂微結構調控及增強機制研究》是依託北京林業大學，由高強擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於納米纖維素的脲醛樹脂微結構調控及增強機制研究
- 依託單位：北京林業大學
- 項目負責人：高強
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
降低甲醛/尿素摩爾比是脲醛樹脂低毒化改性最有效的方法，但改性樹脂的固化膠接性能變差。本項目在前期研究成果基礎上，擬將納米纖維素引入脲醛樹脂合成體系，調控脲醛樹脂微結構，通過觀測納米纖維素改性脲醛樹脂膠液及固化後聚集形態、固化特性變化、膠接破壞形態變化，研究製備條件對納米纖維素長徑比、表面粗糙度、電荷、表面活性基團的影響，實現納米纖維素形態尺寸及表面特性調控；研究納米纖維素形態尺寸、表面特性及電荷對脲醛樹脂結晶度、晶體形態、結晶尺寸、聚集形態等的影響關係，實現納米纖維素改性脲醛樹脂的微結構調控；研究納米纖維素對脲醛樹脂的固化熱行為、固化樹脂聚集形態、膠接破壞界面裂隙、銀紋形態等的影響關係，探討納米纖維素改性脲醛樹脂微結構變化對其固化行為及膠接破壞形態的影響規律；揭示納米纖維素對脲醛樹脂性能影響的機制，解明其增強機理，為低摩爾比脲醛樹脂性能提高及膠接製品甲醛釋放量控制提供新思路。
結題摘要
降低脲醛樹脂（UF）摩爾比是降低製備人造板甲醛釋放量最有效的方法，但隨摩爾比降低，樹脂更多表現出膠體性質，力學性能急劇下降，其改性與增強難以用經典縮聚理論指導。本研究在膠體理論基礎上，從UF樹脂微結構入手，利用改變甲醛/尿素摩爾比、與三聚氰胺共縮聚建立樹脂微結構（結晶結構、聚集形態、結晶區尺寸和分布）衡量體系，利用納米纖維素調控脲醛樹脂微結構，通過調控前後UF樹脂固化特性、熱穩定性、水解穩定性、膠接性能以及人造板甲醛釋放量等表征，揭示了低摩爾比脲醛樹脂固化與膠接機理，解明了納米纖維素對UF樹脂微結構作用機制和UF樹脂微結構變化與性能影響關係，完善了脲醛樹脂的膠體理論，為低摩爾比UF樹脂改性提供新思路和理論支持。主要研究結論如下： ⑴ 當F/U摩爾比低於1.2時，UF樹脂分子主要以膠體粒子形態存在，固化過程中膠體粒子聚集形成球狀聚集體和結晶區。當摩爾比從1.2降低到0.9時，樹脂結晶度提高14.26%，球狀聚集體直徑增加612.93%，從而樹脂水解穩定性和熱穩定性提高，製品甲醛釋放量降低。 ⑵ 三聚氰胺改性後樹脂分子支鏈羥甲基含量增加，固化時發生交聯反應降低樹脂結晶度。當添加量從5%提高至15%時，樹脂結晶度降低6.36%，球形聚集體直徑降低36.77%，結晶區直徑增加61.64%，製備膠合板膠合強度提高19.27%，甲醛釋放量降低46.05%。 ⑶ 納米纖維通過表面羥基與UF樹脂分子間形成氫鍵，誘導樹脂膠體粒子在其周圍有序排列，提升樹脂結晶度並將不規則分布的大球形結晶區轉化成均勻分布的小球形結晶，實現樹脂自增強。加入0.3%NCC使樹脂結晶度提高14.89%，球狀聚集體直徑降低36.95%，樹脂熱穩定性降低，水解穩定性提高，膠合板膠合強度提高32.79%，甲醛釋放量降低21.32%。纖維素納米纖維（CNF）誘導UF樹脂膠體粒子在其周圍聚集，但其網狀形態阻礙結晶結構的形成。加入0.3%CNF使樹脂結晶度降低12.82%，球狀聚集體和結晶區消失，導致樹脂熱穩定性和水解穩定性降低，膠合板膠合強度提高54.98%，甲醛釋放量增加25.75%。
