纳米纤维素接枝超支化聚酰胺对单宁树脂的交联增强机理

This project bases on the reaction of Michael addition reaction between tannin which is highly susceptible to oxidation resulting in the formation of an ortho-quinone and polymer with amino groups. A novel method to crosslink and reinforce tannin resin which use cellulose nanofibers grafted by hyperbranched polyamide with more amino groups and low viscosity is also proposed. The objective is to enhance the chemical crosslinking degree and reduce the residual hydrophilic groups in tannin network. It will be demonstrated that the improvement on the mechanical properties and water resistance of tannin adhesive applied for particleboard with the synergy of nanofibers and hyperbranched polyamide, and clarified the mechanism of crosslinking and reinforcement to tannin resin. Then, the tannin adhesive properties will be optimized by regulating and controlling the types (aliphatic series and aromatic series), properties, technology of grafting and content of hyperbranched polyamide on the surface of cellulose nanofibers. These results would be of great importance to understanding and utilization of tannin adhesives with high performance, also support the industrialization development of tannin adhesives and promote scientific and technological progress of biomass composites industry in China.

本项目以单宁易转化成邻苯醌且羰基与含氨基聚合物发生迈克尔加成反应为基础，提出一种利用纳米纤维素接枝低粘度的多氨基超支化聚酰胺为单宁树脂交联增强剂的新思路，旨在提高单宁树脂胶层的化学交联程度并降低胶层中残余的亲水基团。通过纳米纤维的增强与表面接枝的超支化聚酰胺交联的协同作用，阐明纳米纤维素接枝超支化聚酰胺改善单宁胶粘剂胶接和耐水性能的规律，揭示在生物质材料加工条件下纳米纤维素接枝超支化聚酰胺对单宁树脂交联增强机理。在此基础上，通过调控纳米纤维素表面超支化聚酰胺的类型（脂肪族和芳香族）、性能、接枝工艺和含量等，使其对单宁树脂的交联增强作用获得最佳效果。本研究将为实现单宁树脂的高性能化奠定理论基础和提供应用依据，对加快我国单宁胶黏剂的产业化进程和推动我国生物质复合材料工业的科技进步具有重要的现实意义。

单宁基胶黏剂由于化学交联度低导致木质复合材料如刨花板的胶合强度低和耐湿性差。本项目以单宁易转化成邻苯醌且羰基与含氨基聚合物发生迈克尔加成反应为基础，提出一种利用纳米纤维素接枝低粘度的多氨基超支化聚酰胺为单宁树脂交联增强剂的新思路。研究内容包括五部分：1）脂肪族超支化聚酰胺控制合成与结构表征研究。完成了脂肪族超支化聚酰胺工艺研究，采用FTIR和1H NMR表征了超支化聚酰胺的分子结构，优化了缩聚温度、摩尔比和反应时间等参数对超支化聚酰胺分析结构的影响；2）纳米纤维素接枝超支化聚酰胺研究。完成了纳米纤维素表面氧化工艺，优化了纳米纤维素表面氧化工艺的反应温度，pH，反应时间，NaIO4与纳米纤维素配比等因素对醛基官能团的影响，完成了超支化聚酰胺接枝改性纳米纤维素工艺及表征，研究了接枝脂肪族和芳香族超支化聚酰胺种类，浓度和不同性能的影响；3）功能纳米纤维素对单宁树脂的交联增强研究。开展了纳米纤维素接枝超支化聚酰胺前后对单宁胶黏剂胶合性能的影响，通过压制胶合板评价了纳米纤维素接枝超支化聚酰胺改性单宁胶黏剂对胶合性能和耐水性能的影响，优化了接枝超支化聚酰胺的纳米纤维素添加量，接枝超支化聚酰胺种类，缩聚温度和摩尔比等对胶合性能的影响；4）交联增强机理研究。在研究复合材料性能的基础上，利用固体核磁、红外光谱等跟踪纳米纤维素接枝超支化聚酰胺与单宁树脂化学反应过程中官能团变化等，并提出了初步的交联增强机理。5）纳米纤维素接枝芳香族超支化聚酰胺对单宁树脂交联增强机理研究。通过刨花板评价了纳米纤维素接枝芳香族超支化聚酰胺对单宁树脂交联增强性能，研究了纤维素接枝芳香族超支化聚酰胺添加量对单宁胶黏剂及其刨花板的力学和耐水性能。本研究将为实现单宁树脂的高性能化奠定理论基础和提供应用依据，对加快我国单宁胶黏剂的产业化进程和推动我国生物质复合材料工业的科技进步具有重要的现实意义。