交联壳聚糖作为高性能的环保粘合剂的木质纤维板

文摘

高性能和高强度木质纤维板尺寸稳定性是热压法制造的,使用2,5-dimethoxy-2, 5-dihydrofuran (DHF)交联壳聚糖(CS)作为环保粘合剂。交联壳聚糖的影响木质纤维板的力学性能和尺寸稳定性。很明显,交联壳聚糖不仅是有效提高木质纤维板的力学性能和尺寸稳定性。准备用木纤维板保税的登革出血热交联CS显示最佳断裂模量(铁道部)42.1 MPa,弹性模量(MOE) 3986.0 MPa,内部键(IB) 1.4 MPa,强度和厚度膨胀(TS)值的16.3%。木质纤维板的物理和机械性能的提高可能是由于酰胺之间的联系和氢键木材纤维和交联壳聚糖。高性能的木质纤维板制作在这个研究可能是一个有前途的候选人环保木基复合材料。

1。介绍

木质纤维板作为传统的复合材料已被广泛用于许多应用程序在我们的日常生活,例如,室内地板,回家,和办公家具1]。一般来说,机械强度木质纤维板在很大程度上依赖于粘合剂的使用。甲醛粘合剂是最常用的,因为他们的良好的粘合剂性能和相对较低的成本。然而,释放游离甲醛,对人体健康构成了威胁和生活环境在制造和使用木质纤维板引起了强烈的关注。与此同时,不可再生和日益枯竭的石油资源需要甲醛生产。解决这些问题,逐渐取代了传统的甲醛粘合剂生物粘合剂提高和环境友好或修改粘合剂甲醛拾荒者。此外,异氰酸酯胶粘剂没有甲醛也适合使用制造环保纤维板。然而,与传统的甲醛胶粘剂相比,更高的价格也阻碍了更广泛使用的板材生产异氰酸酯胶粘剂。因此,有一个迫切的需求开发的绿色制造过程通过使用环保和可再生胶纤维板。

无甲醛生物粘合剂和提高一直试图制造纤维板(2),例如,来自植物木质素及其衍生物(3,4),植物蛋白来源于大豆和小麦(5- - - - - -7],nanocellulose [8,9),和淀粉10,11]。然而,他们并没有被广泛用于纤维板制造因复杂的制备过程,相对较弱的粘结性能和耐水性。基于上述问题,迫切需要发展绿色纤维板的制造流程,结合强度高,尺寸稳定性好。

壳聚糖提高和生物降解性,产品天然多糖甲壳素通过去除乙酰基的一部分,已经吸引了广泛关注,因为他们的丰富来源12]。它已经广泛应用于食品添加剂、纺织、农业、环保、美容保健、化妆品、抗菌剂、医疗纤维由于其许多生理功能,如生物降解性、生物相容性、无毒性、抗菌、抗癌,降脂,增强免疫13- - - - - -15),等等。壳聚糖具有很大的自由氨基和羟基的框架,可以承受焊接材料之间的优势(16,17]。最近,木制材料也取得良好结合的优势利用chitosan-based粘合剂(18- - - - - -20.]。然而,壳聚糖结构的线性性质可能会导致材料的变形。为了克服这种结构性限制,三维聚合物网络创建了壳聚糖的化学交联(21- - - - - -23]。

与环保,高性能的木质纤维板交联壳聚糖粘合剂已经成功地由一个灵巧的热压过程。纤维板达到优良的物理和机械性能由于交联壳聚糖的加入。的影响2 5-dimethoxy-2 5-dihydrofuran交联治疗准备用木纤维板的物理和力学性能进行了研究。好了用木纤维板与杰出的机械性能可以被视为一个有前途的候选人环保装饰材料。

2。材料和方法

2.1。材料

杨树木材(Populus tomentosa卡尔)纤维(含水量10%)是由浙江新木材料科技有限公司有限公司(中国宁波)。壳聚糖(CS)是购自Macklin生化(上海,中国)。醋酸是由Lingfeng化学试剂有限公司(上海,中国)。2 5-Dimethoxy-2 5-dihydrofuran (DHF)是由国药控股提供化学试剂有限公司(上海,中国)。所有化学物质被用作收到没有任何进一步净化。

2.2。交联壳聚糖的制备粘结剂

交联CS粘结剂制备如下:CS粉末是可溶性酸性水溶液与冰醋酸(1.3%, )在室温(20°C)下搅拌,形成一个稳定的CS溶液(2%, )。后来,登革出血热(0.1)连续搅拌下一滴一滴地注入CS的解决方案。然后,混合溶液的反应在70°C约40分钟直到CS登革出血热交联水凝胶的形成。

2.3。由登革出血热交联制备木质纤维板保税CS (F-DHF-CS)

木质纤维板的制备过程如图1。纤维板的形成是通过热压过程。在热压过程中,木材纤维和登革出血热CS交联水凝胶混合在质量比为4.5:100绝对干木纤维(CS)。之后,混合纤维被根据中华人民共和国的国家标准GB / t11718 - 2009 180°C下温度、4.0 MPa压力(纤维板表面的单位压力),和9分钟时间紧迫董事会的规模 。的密度纤维板 克/厘米³。纤维板具有相同数量的水(F-W)、纤维板具有相同数量的CS (F-CS)和纤维板的登革出血热(F-DHF)作为控制小组由上述同样的过程。

2.4。描述

纤维板的形态观察通过扫描电子显微镜(SEM、TM3030日立)。纤维板的化学集团是由傅里叶变换红外(FTIR)光谱记录那些时光)(iS10, Nicolet通过KBr颗粒压方法。纤维板的表面成分进行x射线光电子能谱(XPS, ESCALAB 250 xi,热Fisher)。纤维板的力学性能是由万能力学试验机测试(英斯特朗)5960年,根据中国国家标准(GB / T 17657 - 2013)。三点弯曲试验的加载速度5毫米分钟¹被用来研究断裂模量(MOR)和弹性模量(MOE)纤维板。纤维板样品的内部键(IB)优势的大小 被垂直拉伸试验评估的加载速度1.0毫米分钟吗¹。纤维板尺寸稳定性的样本分析的24小时测量厚度的肿胀(TS)。

3所示。结果与讨论

不同的表面形态纤维板(F-W、F-DHF F-CS, F-DHF-CS)从俯视图如图所示2。很明显,在不同的纤维板纤维显示不同状态和形态。如数据所示2(一个)和2 (b)纤维拥有更宽松的州和相对光滑的表面。介绍了CS和登革出血热交联CS后,有一个明显的变化在美国纤维(数字2 (c)和2 (d))。F-CS和F-DHF-CS显示一个粗糙的表面形态增加后的CS和登革出血热CS交联水凝胶,这表明CS和登革出血热交联CS成功附着在纤维表面。与此同时,更严格的结构观察的粘结效果的CS和登革出血热交联CS两纤维之间的界面。

的横截面形态不同的纤维板(F-W、F-DHF F-CS, F-DHF-CS)如图S1。如图S1一个和图S1b, F-W的横截面和F-DHF蓬松,相互脱离。相比之下,F-CS和F-DHF-CS显示更严格的分层结构用更少的空洞。因此,F-W的松散结构和F-DHF可能导致其力学性能较差。F-DHF-CS可能的紧密和致密结构有利于改善其力学性能。

图S2显示了XPS谱F-W,登革出血热交联CS, F-DHF-CS。从图可以看出S2F-W,登革出血热交联CS, F-DHF-CS显示两个主要特征峰在285.1 eV和533.1 eV归因于c1和o1群(24- - - - - -26),分别。与F-DHF-CS相比,登革出血热交联CS具有更明显的特征峰在399.1 eV。与F-W相比,F-DHF-CS具有更明显的特征峰在n1 (399.1 eV是对应27成功),这表明木纤维表面覆盖的氮含量交联CS。

图3(一个)显示了CS和登革出血热的红外光谱谱交联CS。从图可以看出3(一个)CS和登革出血热交联CS高峰在1156厘米¹,1085厘米¹,1030厘米¹,896厘米¹,这是由于壳聚糖的氨基葡萄糖单元28]。CS展出的红外光谱特征峰酰胺(1652厘米¹)和酰胺二世(1595厘米¹)[29日]。登革出血热交联CS呈现一个明显的特征峰在1648厘米¹的形成归因于希夫碱结构的C = N由于CS氨基葡萄糖单元之间的相互作用和形成醛组登革出血热。此外,登革出血热交联CS显示减少胺半个强度为1595厘米¹。这进一步表明CS和登革出血热发生之间的交联反应30.]。示意图说明壳聚糖交联反应与登革出血热在图中进行了描述4。

F-W和F-DHF-CS的红外光谱谱图所示3 (b)。的特征峰强度F-DHF-CS 1655厘米⁻¹(酰胺联系)高于F-W。这可能是由于反应交联壳聚糖胺组之间的粘结剂和羰基化合物的木材纤维,形成酰胺联系。此外,特征峰在1595厘米⁻¹被分配到叠加的C = C联系的木质素和C = O酰胺联系在F-DHF-CS更强。这进一步表明,酰胺交联壳聚糖和木纤维之间的联系。的特征峰-哦组从3405厘米⁻¹(F-W)到3412厘米⁻¹(F-DHF-CS),这表明在F-DHF-CS氢键的存在。这些氢键之间的相互作用的结果,-哦组木材纤维和交联壳聚糖的-哦/胺组。根据上面的红外光谱分析,酰胺之间的联系和氢键木材纤维和交联壳聚糖是有利于改善木质纤维板的物理和机械性能。

图5显示了铁道部,MOE、IB和TS值F-W, F-DHF F-CS, F-DHF-CS。从图可以看出5(一个),铁道部值F-W和F-DHF相似。铁道部F-CS值和F-DHF-CS增加到38.7 MPa和42.1 MPa CS和登革出血热交联后介绍了CS。如图5 (b)、教育部F-W值和F-DHF刚好达到2242.2 MPa和2238.0 MPa。教育部F-CS和F-DHF-CS的值增加到3690.7 MPa和3986.0 MPa。如图5 (c)的IB优势F-CS和F-DHF-CS明显高于F-W F-DHF。F-DHF-CS拥有最高的IB强度值(1.42 MPa)。F-DHF-CS力学性能的改进可能由于酰胺之间的联系和氢键木纤维和交联壳聚糖。此外,从图可以看出5 (d)的尺寸稳定性,准备还改进了木质纤维板使用CS和交联CS作为粘结剂。F-DHF-CS有最小TS值(16.3%)。F-DHF-CS尺寸稳定性的提高可能是由于壳聚糖的成键效应导致的结构,可以减少渠道水吸收。这就像F-DHF-CS致密结构的扫描电镜观察。

4所示。结论

在这项研究中,一个高性能的木质纤维板用高强度和水阻力保税的登革出血热交联CS成功通过热压工艺制造的。添加交联CS提高木质纤维板的力学性能和尺寸稳定性。结果表明,F-DHF-CS能够实现铁道部42.1 MPa, MOE 3986.0 MPa, IB 1.4 MPa,分别和TS的16.3%。FTIR和XPS结果显示酰胺之间的联系和氢键木纤维和交联壳聚糖改善木质纤维板的物理和机械性能。这样的高性能和高强度木质纤维板尺寸稳定性有望成为一种很有前途的候选人为绿色装饰材料。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果中包括文件的补充信息。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

Erzhuo黄和曹Yanwei同样这项工作。

确认

这项研究是由国家森林和草原的开放研究基金管理植物纤维素功能材料重点实验室(批准号2019 kfjj05)和浙江大学和F的科学研究基金会(2020 fr031)。

补充材料

图S1:横截面扫描电镜图片:(一)F-W;(b) F-DHF;(c) F-CS;(d) F-DHF-CS。图S2: F-W XPS谱,交联CS, F-DHF-CS。(补充材料)

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