纳米氧化铜/酚醛树脂复合体系制备及应用基础研究

开发防腐型酚醛树脂胶粘剂是解决人造板耐腐性问题的最根本途径之一，其关键难题是防腐剂有效成分能否在胶粘剂中均匀稳定地分散。本项目在酚醛树脂合成阶段引入纳米氧化铜，制备出具有防腐功效的酚醛树脂胶粘剂并用于结构刨花板生产。研究分别采用改变分散剂与分散条件、超声波频率与超声时间以及溶解剂与溶解条件的方法，优选纳米氧化铜分散及溶解条件，在酚醛树脂合成阶段最大程度地溶解或分散纳米氧化铜，筛选出引入纳米氧化铜的酚醛树脂合成最佳工艺，并分析合成树脂固化过程的热行为、固化动力学和固化前后分子结构的变化。通过检测该防腐型酚醛树脂胶粘剂制备的结构刨花板的物理力学性能、纳米氧化铜流失性及Cu2+离子化合价变化与板材生物耐久性的关系，验证其防腐性。本研究从合成防腐型酚醛树脂胶粘剂的角度赋予人造板充分的耐腐性，为有效解决人造板防腐问题及拓宽酚醛树脂研究领域提供科学依据。

生物耐久性问题在很大程度上限制了结构型木质人造板在户外建筑领域的更广泛应用。本项目旨在通过开发纳米氧化铜（CuO）改性酚醛树脂（PF）胶粘剂并应用于木质复合材料生产，从而在胶粘剂生产阶段赋予木质复合材料防腐性能。开发了以长链烷烃阴离子表面活性剂及其它阴离子表面活性剂复配保护胶体的分散技术体系，完成了纳米CuO在液体PF树脂胶粘剂中的稳定分散。利用动态DSC（差示扫描量热法）、恒温DSC、DMA（动态力学分析）等研究方法，在国内外首次从固化动力学角度阐明了纳米CuO改性PF树脂的固化历程，分别从固化反应活化能、活化能与转化率的关系、固化反应热焓、固化反应速率、反应级数、扩散系数等方面定量分析了固化行为的微观特征。固相核磁共振研究从PF树脂固化产物分子结构变化的角度印证了固化动力学研究结果，即以自主开发的分散技术引入纳米CuO后促进了PF树脂的固化行为，使固化过程更易完成。纳米CuO改性PF树脂的应用研究发现，与普通PF树脂胶粘剂相比，纳米CuO改性后PF树脂胶粘剂制备的15层胶合板，其物理力学性能未受负面影响，而实验室抗白蚁及野外抗白蚁性能均显著提高。偶然发现了改性分散体系对PF树脂制备的胶合板具有再固化作用，由此引导课题组开发自愈合型木质复合材料生产技术。