全 文 ：第 wt卷 第 u期
u s s x年 v 月
林 业 科 学
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¤µqou s s x
纳米二氧化硅Π脲醛树脂性能的研究
林巧佳 杨桂娣 刘景宏 饶久平
k福建农林大学 福州 vxsssul
摘 要 } 探讨纳米 ≥¬’u 表面处理 !加入方式 !用量对纳米 ≥¬’uΠ脲醛树脂性能的影响 ∀结果表明 }采用 Ž‹ p xxs硅
烷偶联剂处理纳米 ≥¬’u 表面 o用间歇式超声波震荡法将其加入脲醛树脂中 o能有效改善树脂性能 ∀当纳米 ≥¬’u 用
量  t1x h时 o用量越大 o树脂的胶合强度越高 o游离甲醛含量越低 o粘度越大 o固化时间不变 ∀用纳米 ≥¬’u k用量
t h lΠ脲醛树脂kƒΠ˜摩尔比 t1ul压制胶合板 !刨花板 !中密度纤维板 o板的各项性能指标都超过国家标准要求 o甲醛
释放量达到 ∞t 级水平 ∀同时 o通过红外光谱和 ÷ 射线光电子能谱初步探索了纳米 ≥¬’u 对脲醛树脂的增强机制 ∀
关键词 } 纳米 ≥¬’u ~脲醛树脂 ~胶合强度 ~游离甲醛 ~ ÷ 射线光电子能谱
中图分类号 }≥z{|1u 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussxlsu p stu| p sz
收稿日期 }ussw p s| p tv ∀
基金项目 }福建省教育厅科学基金资助项目kŽsusxul ∀
Στυδψ ον τηε Προπερτψ οφ Νανο2ΣιΟuΠΥρεα Φορµαλδεηψδε Ρεσιν
¬± ±¬¤²­¬¤ ≠¤±ªŠ∏¬§¬ ¬∏¬±ª«²±ª •¤²¬∏³¬±ª
k Φυϕιαν Αγριχυλτυρε ανδ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Φυζηουvxsssul
Αβστραχτ} ׫¨ ©¨©¨¦·¶²© ±¤±²2≥¬’u ¦²∏³¯¬±ª ¤ª¨±·o §¬¶³¨µ¶¬±ª °¨ ·«²§¶¤±§¬·¶¦²±·¨±·²± ·«¨ ³µ²³¨µ·¬¨¶ ²© ·«¨ ∏µ¨¤
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¤±§·«¨¬µ§¬¶¶²¦¬¤·¨©²µ°¤¯§¨«¼§¨ µ¨¯¨ ¤¶¨ µ¨¤¦«¨§∞t ªµ¤§¨ qƒ∏µ·«¨µ°²µ¨ o¶·µ¨±ª·«¨ ±¬±ª °¨ ¦«¤±¬¶°©²µ·«¨ ©¨©¨¦·¶²©±¤±²2≥¬’u
²± ˜ƒ µ¨¶¬± º¨ µ¨ ¤±¤¯¼½¨ §¥¼ °¨ ¤±¶²©¬±©µ¤µ¨§kŒ• l ¶³¨¦·µ∏° ¤±¤¯¼¶¬¶¤±§÷2µ¤¼ ³«²·²¨ ¯¨ ¦·µ²±¬¦¶³¨¦·µ∏° k÷°≥l q
Κεψ ωορδσ} ±¤±²p≥¬’u ~˜ƒ µ¨¶¬±~¥²±§¬±ª¶·µ¨±ª·«~©µ¨¨©²µ°¤¯§¨«¼§¨ ~÷°≥
脲醛树脂的研究与应用已有一百多年的历史 o由于它成本低廉 !合成工艺简单 !具有一定的耐水胶合强度 o
至今仍是木材工业的主要胶种之一k唐星华 oussul∀但它含有游离甲醛 o且含量与胶合强度成正比 ∀采用低摩
尔比配方可生产出低游离甲醛含量的脲醛树脂 o但摩尔比过低往往使树脂的胶合强度和其他性能变差k顾继
友 ot|||l∀脲醛树脂中游离甲醛使其胶接产品在使用中仍有甲醛释放k¨√¨ ±§¬¶ot||ul o污染环境 o危害人们的身
体健康 ∀因此降低脲醛树脂中的游离甲醛含量 o提高其胶合强度等性能成了众多科学家研究的焦点 ∀
在脲醛树脂中加入填充剂对树脂的性能有一定的改性作用k杜官本 ot||x ~梁亮 ot||yl o但以往加入的填
充剂都是微米级以上的粒子 o改性效果甚微 ∀纳米粒子粒径小 o粒子表面原子数多 o原子周围缺少相邻的原
子 o有许多悬空键 o具有不饱和性能 o易与其他原子相结合而稳定下来 o故有很大的化学活性k曹茂盛等 o
usstl ∀根据这一性质 o本文选用纳米二氧化硅k≥¬’ul加入脲醛树脂中 o取得了较好的改性效果 ∀本文着重
报道了纳米 ≥¬’u 的表面处理 !加入方式 !用量等因素对脲醛树脂性能的影响 ~用纳米 ≥¬’uΠ脲醛树脂压制人造
板的试验结果 ~结合红外光谱和 ÷ 射线光电子能谱初步探索了纳米 ≥¬’u 对脲醛树脂的增强机制 ∀
t 材料与方法
111 试验材料
尿素k˜l !甲醛kƒl均为工业品 ∀纳米 ≥¬’u 含量 || h o平均粒径 us ±° o比表面积 wws °u#ªpt o有 w种 }tl
‘≥¬p s o未经表面处理 ~ul ‘≥¬p „ o用 t h硅烷偶联剂 Ž‹ p xxs≈分子式 ‘‹uk≤‹ulv≥¬k’≤u ‹xlv 处理 ~vl
‘≥¬p …o用 t h硅烷偶联剂 Ž‹ p z|u≈分子式 ‘‹uk≤‹ul‘‹k≤‹ulv ≥¬k’≤‹vlv 处理 ~wl ‘≥¬p ≤ o用 t h硅烷
偶联剂 Ž‹2xzs≈分子式 ≤‹u ≤k≤‹vl≤’’k≤‹ulv≥¬k’≤‹vlv 处理 ∀单板取自福建三明胶合板厂 o马尾松k Πινυσ
µασσονιαναl材旋切单板 o厚度 t1v °° o经干燥后含水率 { h ∗ tu h ~刨花取自福建南平大洲贮木场刨花板厂 o
松杂材比例为 zΒv o刨花长度 ts ∗ tx °° !宽度 u ∗ v °° !厚度 s1tx ∗ s1v °° ~纤维取自福建永安中密度纤维板
厂 o松杂材比例为 yΒw o纤维分离度k滤水度l约 tt¶∀刨花与纤维均干燥至含水率 x h左右备用 ∀
112 脲醛树脂制备
ƒΠ˜摩尔比 t1sx ∗ t1vs o采用碱 p酸 p碱工艺 ov次缩聚 o甲醛与第 t次尿素在弱碱性 !|s ε 下保温一段
时间 o降至一定的温度 o在弱酸性条件下反应一段时间 o加入第 u次尿素 o达反应终点后调至弱碱性 o再加入
第 v次尿素 ∀
113 树脂性能分析
常规性能按国家标准 Š…Π× twszw p |v分析 ~胶合强度是先用树脂压制 v层胶合板 o然后按国家标准 Š…Π
× |{wy p ussw中 µ类胶合板测定 ∀
114 板材制备
所有板材制备均在实验室完成 ∀胶合板幅面 vss °° ≅ vss °° ≅ v1x °° o涂胶量 vxs ª#°puk双面l o热压
工艺 }热压温度kttx ? xl ε !单位压力 s1|z °¤!热压时间 v °¬±∀刨花板幅面 vys °° ≅ vys °° ≅ ts °° o施胶
量 ts h o热压工艺 }热压温度ktyx ? xl ε !单位压力 u1x °¤!热压时间 x °¬±∀中密度纤维板幅面 vys °° ≅
vys °° ≅ ts °° o施胶量 tu h o热压工艺 }热压温度ktzs ? xl ε !单位压力 u1{ °¤!热压时间 x °¬±∀
115 板材性能测定
参照国家标准 Š…Π× |{wy p ussw !Š…Π× w{|z p ussv !Š…Π× ttzt{ p t||| !Š… t{x{s p usst o板中甲醛释放量
最终定量分析采用乙酰丙酮法 ∀
116 红外光谱分析
仪器 }ƒ’˜•Œ∞• „∂ „ׄ• vys型k美国 ‘Œ≤’∞×公司l ∀方法 }粉末试样经 Ž…µ压片后扫描 ∀
117 Ξ射线光电子能谱分析
仪器 }±˜„‘ט usss ≥≤„‘‘Œ‘Š ∞≥≤„ Œ≤• ’°• ’…∞ ÷2µ¤¼ 光电子能谱仪 k ÷°≥l k美国 °‹Œ≥Œ≤„
∞∞≤ו ’‘Œ≤≥公司l o分析室基础真空度优于 x ≅ tsp { °¤o激发源为单色 „¯ 阳极靶 o能量 t wx{1{ ∂¨ o÷2µ¤¼
束斑 tss Λ° o功率 ux • ∀方法 }粉末试样经压片 o放入仪器抽真空后扫描 ∀
u 结果与讨论
211 纳米 ΣιΟ2 表面处理对脲醛树脂性能的影响
脲醛树脂 ƒΠ˜摩尔比 t1u o用间歇式超声波振荡法分别加入 ‘≥¬p s !‘≥¬p „ !‘≥¬p … !‘≥¬p ≤ 纳米
≥¬’u o结果见表 t ∀
从表 t可以看出 o纳米 ≥¬’u 经硅烷偶联剂表面处理后 o树脂性能明显提高 ∀纳米粒子表面活性大 o表面
作用能强 o极易团聚形成二次结构k°¤°³¤¦«ot|{v ~徐国财等 oussul o这种二次结构有由颗粒间范德华引力所
致的软团聚 o也有由化学键作用产生的硬团聚 o前者可由外力的作用再次被分散成一次结构 o后者则无法再
次分散 ∀另外 o脲醛树脂的表面能较低 o与纳米 ≥¬’u的亲和性差 o两者在相互混合时不易相容 o为此未经表面
处理的 ‘≥¬p s纳米 ≥¬’u 改性效果差 ∀硅烷偶联剂具有双功能基团 k王世敏等 oussul o它能降低无机物k纳
米 ≥¬’ul的表面能 o提高其与有机物k脲醛树脂l的亲和力 ∀因此 o用硅烷偶联剂处理纳米 ≥¬’u 后 o改善了纳
米 ≥¬’u 的分散性和与脲醛树脂之间的相容性 o充分发挥了纳米 ≥¬’u 的改性作用 ∀但不同的硅烷偶联剂产生
的效果不同k杨桂娣 oussw¤l o在试验所用的硅烷偶联剂中 oŽ‹ p xxs的效果最好 o用它处理过的 ‘≥¬p „纳
米 ≥¬’u 改性脲醛树脂 o其游离甲醛含量最低 o胶合强度最高 ∀
212 纳米 ΣιΟ2 加入方式对脲醛树脂性能的影响
采用 y种方式将 ‘≥¬p „纳米 ≥¬’u 加入脲醛树脂kƒΠ˜摩尔比 t1ul中 o„ }在合成脲醛树脂的前期k加成
svt 林 业 科 学 wt卷
阶段l加入 ~…}在合成脲醛树脂的后期k终点后l加入 o其余均在脲醛树脂合成后于室温下加入 o并采用不同
的方式搅拌 ~≤ }机械搅拌 ts °¬±o搅拌速度 tusµ#°¬±pt ~⁄}机械搅拌 ts °¬±o搅拌速度 tsssµ#°¬±pt ~∞}超声波
连续震荡 ts °¬±~ƒ }超声波间歇震荡 ts °¬±k即震荡 vs¶o停 vs¶l o结果见表 u ∀
表 1 纳米 ΣιΟ2 表面处理对脲醛树脂性能的影响 ≠
Ταβ . 1 Εφφεχτ οφ νανο2ΣιΟ2 συρφαχε τρεατµεντ
ον προπερτιεσ οφ ΥΦ ρεσιν
纳米 ≥¬’u 表面处理
‘¤±²2≥¬’u º¬·«
§¬©©¨µ¨±·¦²∏³¯¬±ª¤ª¨ ±·¶
游离甲醛含量
≤²±·¨±·²©©µ¨¨
©²µ°¤¯§¨«¼§¨Πh
胶合强度
…²±§¬±ª¶·µ¨±ª·«Π°¤
• 3 s1vt s1{u
‘≥¬p sИƒ s1uz s1|x
‘≥¬p „Π˜ƒ s1t{ t1u{
‘≥¬p …Π˜ƒ s1uu t1s{
‘≥¬p ≤Иƒ s1uu s1|z
≠ 3 为纯脲醛树脂 o ƒΠ˜摩尔比 t1u o表 u同 ∀ ׫¨ °¤µ® §¨±²·¨¶
³∏µ¨ ˜ƒ oƒΠ˜¬¶t1u o·«¨ ¶¤°¨º¬·«×¤¥1u q
表 2 纳米 ΣιΟ2 加入方式对脲醛树脂性能的影响
Ταβ . 2 Εφφεχτ οφ δισπερσιον µετηοδσφορ νανο2ΣιΟ2
ον προπερτιεσ οφ ΥΦ ρεσιν
纳米 ≥¬’u 加入方式
‘¤±²2≥¬’u º¬·«§¬©©¨µ¨±·
§¬¶³¨µ¶¬±ª ° ·¨«²§¶
游离甲醛含量
≤²±·¨±·²©©µ¨¨
©²µ°¤¯§¨«¼§¨Πh
胶合强度
…²±§¬±ª¶·µ¨±ª·«Π°¤
• s1vt s1{u
„ s1vu s1{s
… s1u{ s1||
≤ s1ux t1ts
⁄ s1us t1t{
∞ s1uu t1ty
ƒ s1t{ t1u{
从表 u可以看出 o在合成脲醛树脂的前期加入纳米 ≥¬’u o不利于改善脲醛树脂的性能 o因加入的纳米
≥¬’u 参与了缩聚反应 o使脲醛树脂的交联度不够 o造成游离甲醛含量升高 o胶合强度降低 ∀在合成脲醛树脂
的后期加入纳米 ≥¬’u o对脲醛树脂的性能略有改善 o纳米 ≥¬’u 与初期树脂中的活性基团和游离甲醛发生了
部分的交联反应 o提高了分子的内聚力 o使结构整体的胶合强度提高 o同时降低了游离甲醛含量 o但由于在高
温时纳米粒子容易团聚 o因此改善的效果不理想 ∀ ≤ !⁄!∞ !ƒ w种方法对脲醛树脂的性能有不同程度的改善 ∀
机械搅拌方法中 o高速搅拌易使纳米 ≥¬’u 均匀分散 o效果比低速搅拌好 ∀超声波震荡法比机械搅拌法好 o尤
以 ƒk间歇式震荡l效果最佳 ∀这是因为在超声波震荡时产生了空化现象k徐国财等 oussul o液体介质中微泡
的形成与破裂伴随能量释放的瞬间爆发出强烈的振动波 o产生了短暂的高能微环境 o弱化了纳米粒子间的作
用能 o有效地阻止了纳米粒子的团聚 o使之能充分分散 ∀如果采用连续超声波震荡 o则效果又削弱了 o这是因
为超声波震荡时产生的高能微环境 o易产生局部高温 !高压或强冲击波和微射流等 o时间过长 o体系的温度升
高 o颗粒碰撞的几率增加 o反而使纳米粒子又产生团聚 ∀因此 o在脲醛树脂合成后 o于室温下加入纳米 ≥¬’u o
采用间歇式超声波震荡法得到的纳米 ≥¬’uΠ脲醛树脂游离甲醛含量最低 o胶合强度最高 ∀
213 纳米 ΣιΟ2 用量对不同摩尔比脲醛树脂性能的影响
取 ƒΠ˜摩尔比为 t1vs !t1ux !t1us !t1tx !t1ts !t1sx制备脲醛树脂 o分别用间歇式超声波震荡法加入 s !
s1x h !t1s h !t1x h !u1s h ‘≥¬p „纳米 ≥¬’u o其各项性能见图 t ∀
图 t„显示 o随着 ƒΠ˜摩尔比的降低 o脲醛树脂的胶合强度下降 ∀在相同 ƒΠ˜摩尔比条件下 o纳米 ≥¬’u
用量增加 o胶合强度提高 o当用量超过 t1x h时 o胶合强度基本不再增长 ∀ ƒΠ˜摩尔比越低 o纳米 ≥¬’u 的加量
对提高胶合强度的效果越明显 o当 ƒΠ˜摩尔比为 t1sx时 o加入 t1x h纳米 ≥¬’u o可使胶合强度从 s1wu °¤提
高到 s1{z °¤o增加了 t倍多 ∀这是由于脲醛树脂的 ƒΠ˜摩尔比越低 o树脂的交联度越小 o胶合强度就越差 o
加入纳米 ≥¬’u 后 o纳米粒子的表面效应和小尺寸效应使粒子表面严重的配位不足 o活性极高 o易与脲醛树脂
中的活性基团起交联作用 o提高了脲醛树脂的内聚力和胶合强度 o这是一般填充剂所无法比拟的 ∀
图 t…显示 oƒΠ˜摩尔比提高 o脲醛树脂中的游离甲醛含量就增多 ∀在相同 ƒΠ˜摩尔比时 o随着纳米 ≥¬’u
用量的增加 o树脂中的游离甲醛含量逐渐下降 o当纳米 ≥¬’u 用量超过 t1x h时 o游离甲醛含量不再下降 ∀ ƒΠ˜
摩尔比越高 o纳米 ≥¬’u 的加量对降低游离甲醛含量的效果越明显 ∀这是由于纳米 ≥¬’u 具有很强的吸附能
力 o它除了能与脲醛树脂中的活性基团作用外 o还能吸附游离甲醛 o从而降低了树脂中的游离甲醛含量 ∀
图 t≤表明 o纳米 ≥¬’u 用量越多 o树脂的粘度越大 ∀这是因为纳米 ≥¬’u 与脲醛树脂的羟基 !氨基形成了
氢键或范德华力 o分子间的作用力增大 o流体内部阻碍其相对流动的阻力就越大 o因而表现出粘度增大k杨桂
娣 oussw¥l ∀在上述试验范围内 o增大的粘度还不至于影响到操作性能 o相反它可防止胶液过分渗入木材而
造成透胶或胶层缺胶的现象 o减少面粉等普通填充剂的用量 ∀
tvt 第 u期 林巧佳等 }纳米二氧化硅Π脲醛树脂性能的研究
σ ƒΠ˜ € t qvs υ ƒΠ˜ € t qux ω ƒΠ˜ € t qus ≅ ƒΠ˜ € t qtx 3 ƒΠ˜ € t qts ) ο ) ƒΠ˜ € t qsx
图 t 纳米 ≥¬’u 用量对脲醛树脂性能的影响
ƒ¬ªqt ∞©©¨¦·²©±¤±²2≥¬’u ¦²±·¨±·²± ³µ²³¨µ·¬¨¶²© ˜ƒ µ¨¶¬±
图 t⁄显示 o纳米 ≥¬’u 的用量对脲醛树脂的固化时间影响不大 o因此 o可不必改变脲醛树脂原有的热压
工艺 ∀
214 纳米 ΣιΟ2Π脲醛树脂压制各种人造板
用 ƒΠ˜摩尔比 t1u和 t1t制备 u种脲醛树脂 Š p s和 ‹ p s o分别取出一定量 o用间歇式超声波震荡法加
入 t h ‘≥¬p „纳米 ≥¬’u o得纳米 ≥¬’uΠ脲醛树脂 Š p t和 ‹ p t ∀用 w种树脂分别压制胶合板 !刨花板 !中密
度纤维板 o板的各项性能指标见表 v ∀
从表 v可以看出 o用纯脲醛树脂压制人造板 o当 ƒΠ˜摩尔比为 t1u时 o板的强度值可达到国家标准要求 o
但甲醛释放量只达到 ∞u 级水平 ~ƒΠ˜摩尔比为 t1t时 o板的强度值基本达不到国家标准要求 ∀若加入 t h纳
米 ≥¬’u 后 o当 ƒΠ˜摩尔比为 t1u时 o板的强度值都超过了国家标准要求 o甲醛释放量可达到 ∞t 级水平 ~ƒΠ˜
摩尔比为 t1t时 o板的各项性能指标有所改善 o但都在国家标准的临界线边波动 o难于保证生产出稳定的合
格产品 ∀试验结果表明 o在 ƒΠ˜摩尔比 t1u的脲醛树脂中加入 t h纳米 ≥¬’u o可用于生产各种人造板 o板的物
理力学性能指标均符合国家标准要求 o甲醛释放量可达到 ∞t 级水平 ∀
215 红外光谱分析
取少量脲醛树脂 !纳米 ≥¬’uΠ脲醛树脂kvΒtssl o在 ws ∗ xs ε !真空度 s1s|x °¤条件下干燥 u «成固体 o
研成粉末 ~另取少量纳米 ≥¬’uΠ脲醛树脂kvΒtssl在 ttx ε 下干燥成固体 o研成粉末 ∀对 ‘≥¬p „纳米 ≥¬’u 及
上述 v种样品分别进行红外光谱分析k王正熙 ot|{|l o结果见图 u ∀
uvt 林 业 科 学 wt卷
表 3 人造板性能指标 ≠
Ταβ . 3 Προπερτιεσινδεξ οφ τηε ωοοδ2βασεδ πλατε
板种
…²¤µ§®¬±§¶
胶种
Š¯ ∏¨ ®¬±§¶
胶合强度
…²±§¬±ª¶·µ¨±ª·«Π°¤
甲醛释放量 3
ƒ²µ°¤¯§¨«¼§¨ °¨¬¶¶¬²±
静曲强度
…¨ ±§¬±ª¶·µ¨±ª·«Π°¤
吸水厚度膨胀率
≥²³·«¬¦®±¨ ¶¶ ¬¨³¤±§µ¤·¬²Πh
密度
⁄¨ ±¶¬·¼Πk®ª#°pvl
胶合板 °¯ ¼º²²§
Š p s
Š p t
‹ p s
‹ p t
s1{u
t1u{
s1zs
s1|x
z1xx
t1uv
y1|v
s1zt
刨花板
°¤µ·¬¦¯¨¥²¤µ§
Š p s
Š p t
‹ p s
‹ p t
s1w{
s1yv
s1vv
s1wu
t{1ut
x1tz
tu1z{
v1uu
ty1{
t{1x
tw1{
tx1z
x1t|
u1|{
y1st
w1wx
zsu
y|x
y|y
y|z
中密度纤维板
 §¨¬∏° §¨±¶¬·¼
©¬¥¨µ¥²¤µ§
Š p s
Š p t
‹ p s
‹ p t
s1zv
s1|z
s1xx
s1y{
uu1s|
{1x{
ts1ty
w1|z
uw1{v
ux1uu
ty1vz
uu1{s
z1|w
z1ss
|1|{
{1us
zsv
zt{
ztu
zs|
≠ 3 甲醛释放量单位 }胶合板为 °ª#pt ~刨花板 !中密度纤维板为 °ª#ktss ªl p t ∀ ׫¨ ∏±¬·²©©²µ°¤¯§¨«¼§¨ °¨¬¶¶¬²±} ³¯¼º²²§¬¶°ª#pt ~
³¤µ·¬¦¯¨¥²¤µ§¤±§ ° §¨¬∏° §¨±¶¬·¼©¬¥¨µ¥²¤µ§¤µ¨ °ª#ktss ªl p t q
波数 • ¤√ ±¨∏°¥¨µΠ¦°pt
图 u 样品的傅里叶红外光谱图
ƒ¬ªqu ƒ×Œ• ¶³¨¦·µ¤²©¶¤°³¯ ¶¨
图 u„ 为纳米 ≥¬’u 的红外光谱 o波数在 v www1uz
¦°pt处有大的馒头峰为羟基峰 o说明纳米 ≥¬’u 表面具
有大量的羟基 ~t s|w1yz ¦°pt处出现最大的吸收峰 o为
无定形纳米 ≥¬’u 的 ≥¬) ’ ) ≥¬键反对称伸缩振动 ~
z|y1vz¦°pt处为 ≥¬) ’ ) ≥¬键对称伸缩振动吸收峰 ∀
图 u…为纯脲醛树脂的红外光谱 o由于脲醛树脂分
子中羟基与羟基 !羟基与氨基 !氨基与氨基之间形成分
子间氢键 o产生缔合现象 o’ ) ‹ !‘) ‹的伸缩振动吸收
峰向低波数方向位移 o在 v vxw1vz¦°pt出现一个宽而强
的吸收峰 ~u |x{1ss ¦°pt为亚甲基的 ≤ ) ‹ 伸缩振动 ~
t yxw1w{¦°pt 和 t xww1tx ¦°pt 为酰胺基吸收带 ~
t v{w1z|¦°pt和 t uw|1|w¦°pt为亚甲基面内变形振动 ~
t tvt1ww¦°pt为醚键 ≤‹u ’≤‹u 吸收带 ~t ss{1{x ¦°pt为
羟甲基 ≤‹u ’‹吸收带 ∀
图 u≤为纳米 ≥¬’uΠ脲醛树脂混合物的红外光谱 o具
有纳米 ≥¬’u 和脲醛树脂主要特征基团的吸收峰 ∀
图 u⁄为纳米 ≥¬’uΠ脲醛树脂反应物的红外光谱 o与图 u≤ 相比 o在波数 t v{s1zs ¦°pt处的亚甲基变形振
动峰更为明显 o说明在高温条件下 o脲醛树脂之间进一步进行了缩聚反应 ∀另外在波数 t s|w ¦°pt旁出现肩
带吸收峰 t swt1xw¦°pt o是否是脲醛树脂与纳米 ≥¬’u 发生反应 o形成了 ≤ ) ’ ) ≥¬键 ‚由于 ≤ ) ’ ) ≥¬的力常
数与 ≤ ) ’ ) ≤的力常数相近 o此化学键还有待于 ÷°≥光谱进一步证实 ∀
216 Ξ射线光电子能谱(ΞΠΣ)分析
样品处理同 u1x ∀对 ‘≥¬p „纳米 ≥¬’u !纯脲醛树脂 !纳米 ≥¬’uΠ脲醛树脂kttx ε 处理l进行 ÷ 射线光电
子能谱分析k吴刚 oussul o得样品表面元素全分析k全谱l见图 v ∀根据全分析谱图设定元素窄区谱扫描范
围 o得各元素的结合能与化学状态见表 w o’k氧l元素窄区谱见图 w ∀
从图 v样品的全分析谱图可以看出 o纳米 ≥¬’u 的主要元素为 ≥¬!’ ~脲醛树脂的主要元素为 ≤ !‘!’ ~纳米
≥¬’uΠ脲醛树脂的主要元素为 ≤ !‘!’ !≥¬∀
从表 w各样品窄谱的分析可以看出k²∏¯§¨µot||xl o纳米 ≥¬’u 加入脲醛树脂中在高温kttx ε l条件下反
vvt 第 u期 林巧佳等 }纳米二氧化硅Π脲醛树脂性能的研究
应后 o除了保持原纳米 ≥¬’u 和原脲醛树脂的化学状态外 o又增加了 ≤ ) ’ ) ≥¬键 o从图 w各样品中 ’t¶的 ÷°≥
谱图对比可以更直观地看出 ∀这说明纳米 ≥¬’u 与脲醛树脂不仅存在物理吸附 o而且具有化学键的结合 o这
是用少量的纳米 ≥¬’u 即可提高脲醛树脂的胶合强度和降低游离甲醛含量的主要原因 ∀
图 v 样品的 ÷°≥全谱
ƒ¬ªqv ÷°≥ ¶∏µ√¨ ¼ ¶³¨¦·µ¤²©·«¨ ¶¤°³¯ ¶¨
图 w 样品中 ’t¶的 ÷°≥谱图
ƒ¬ªqw ’t¶¶³¨¦·µ¤²©·«¨ ¶¤°³¯ ¶¨
wvt 林 业 科 学 wt卷
表 4 不同样品各元素的结合能与化学状态
Ταβ . 4 Βινδινγ ενεργψ ανδ χηεµιχαλστατε οφ
ελεµεντσιν διφφερεντ σαµ πλεσ
试样
≥¤°³¯¨
元素
∞¯ °¨ ±¨·
结合能
…¬±§¬±ª ±¨¨ µª¼Π¨ ∂
化学状态
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纳米 ≥¬’u‘¤±²2≥¬’u ≥¬’
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脲醛树脂 ˜ƒ µ¨¶¬±
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纳米 ≥¬’uΠ脲醛树脂
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v 结论
采用 t h硅烷偶联剂 Ž‹ p xxs处理纳米 ≥¬’u
表面 o用间歇式超声波震荡法将其加入脲醛树脂
中 o得到的纳米 ≥¬’uΠ脲醛树脂性能最好 ∀
纳米 ≥¬’u 用量对不同 ƒΠ˜摩尔比脲醛树脂
的性能有不同程度的影响 o在相同 ƒΠ˜摩尔比条
件下 o纳米 ≥¬’u 用量  t1x h时 o用量越大 o胶合
强度越高 o游离甲醛含量越低 ~ƒΠ˜摩尔比越低 o
纳米 ≥¬’u 对提高胶合强度的效果越明显 oƒΠ˜摩
尔比越高 o纳米 ≥¬’u 对降低游离甲醛含量的效果
越明显 ~纳米 ≥¬’u 用量越大 o树脂的粘度就越大 o
但在试验范围内 o增大的粘度并不影响操作性能 o
相反可防止透胶 o减少普通填充剂的用量 ~纳米
≥¬’u 的用量对固化时间影响不大 o可不必改变脲
醛树脂原有的热压工艺 ∀
脲醛树脂的 ƒΠ˜摩尔比为 t1u o用间歇式超
声波震荡法加入 t h ‘≥¬p „ 纳米 ≥¬’u o可用于
压制胶合板 !刨花板 !中密度纤维板 o板的各项物
理力学性能指标均符合国家标准要求 o甲醛释放
量达到 ∞t 级水平 ∀
红外光谱分析可见到纳米 ≥¬’u 表面具有丰富的羟基 o纳米 ≥¬’u 与脲醛树脂反应物在波数 t swt1xw¦°pt
处出现了肩带吸收峰 o推测有可能是脲醛树脂与纳米 ≥¬’u 发生了反应 ∀ ÷ 射线光电子能谱分析表明 o纳米
≥¬’u 与脲醛树脂反应物的 ’t¶结合能和化学状态发生了变化 o增加了 ≤ ) ’ ) ≥¬键 ∀由此推断 o纳米 ≥¬’u 与
脲醛树脂之间有化学反应发生 o这是用少量的纳米 ≥¬’u 即可提高脲醛树脂的胶合强度和降低游离甲醛含量
的主要原因 ∀
参 考 文 献
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顾继友 qt||| q胶粘剂与涂料 q北京 }中国林业出版社 ow{ p zz
梁 亮 qt||y q脲醛树脂胶粘剂用固化剂及填料的应用 q现代化工 oktl }w| p xs
唐星华 qussu q木材用胶粘剂 q北京 }化学工业出版社 ot p tu
王世敏 o许祖勋 o傅 晶 qussu q纳米材料制备技术 q北京 }化学工业出版社 otvs p tww
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徐国财 o张立德 qussu q纳米复合材料 q北京 }化学工业出版社 ot p uw ottx p tvu
杨桂娣 o林巧佳 o刘景宏 qussw¤q纳米 ≥¬’u 改性脲醛树脂的研究 q木材工业 ot{kvl }z p |
杨桂娣 o林巧佳 o刘景宏 qussw¥q纳米二氧化硅对脲醛树脂性能的影响 q福建林学院学报 ouwkul }ttw p ttz
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xvt 第 u期 林巧佳等 }纳米二氧化硅Π脲醛树脂性能的研究