桉樹皮灰改性樂器膠粘劑制備及性能研究

摘 要：為了提高樂器膠粘劑的耐濕熱穩(wěn)定性和粘接性能，采用桉樹皮灰（A）和偶聯(lián)桉樹皮灰（CA）對(duì)涂料膠粘劑進(jìn)行了改性處理，研究了其占膠粘劑占比，以及添加面粉后對(duì)酚醛膠粘劑的改性效果。結(jié)果表明，相同改性劑添加量時(shí)，CA改性膠粘劑的干膠合強(qiáng)度和濕膠合強(qiáng)度都高于A改性膠粘劑；在相同占比下，偶聯(lián)桉樹皮灰+面粉（CAF）改性膠粘劑的干膠合強(qiáng)度和濕膠合強(qiáng)度都高于桉樹皮灰+面粉（AF）改性膠粘劑。A改性膠粘劑的固化起始點(diǎn)、峰值、終止點(diǎn)和熱焓值的變化趨勢(shì)與CA改性膠粘劑較為相似，CA改性膠粘劑的固化峰值溫度低于A改性膠粘劑。CAF占比為25%時(shí)膠粘劑具有較好的干膠合強(qiáng)度和濕膠合強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：樂器；膠粘劑；改性劑；膠合強(qiáng)度

中圖分類號(hào)：TQ433.4+37;TS953.03

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2024）03-0035-04

Preparation and performance study of eucalyptus bark ash modified musical instrument adhesive

YU Jingyuan

（1.Xian Railway Vocational and Technical College，Xian 710014，China;

2.Weinan Vocational and Technical College，Weinan 714026，Shaanxi China）

Abstract：In order to improve the hygrothermal stability and adhesive performance of adhesive for musical instruments，the phenolic adhesive was modified with eucalyptus bark ash （A） and coupling eucalyptus bark ash （CA），and the proportion of eucalyptus bark ash and coupling eucalyptus bark ash in adhesive，as well as the modified effect of adding flour on phenolic adhesive were studied.The results showed that when the same amount of modifier was added，the dry bonding strength and wet bonding strength of CA modified adhesive were higher than those of A modified adhesive.At the same proportion，the dry bonding strength and wet bonding strength of the adhesive modified with eucalyptus bark ash and flour （CAF） were higher than those of the adhesive modified with eucalyptus bark ash and flour （AF）.The trend of changes in the curing starting point，peak value，termination point，and enthalpy value of A modified adhesive was similar to that of CA modified adhesive.The curing peak temperature of CA modified adhesive was lower than that of A modified adhesive.When the proportion of CAF was 25%，the adhesive had good dry bonding strength and wet bonding strength.

Key words：musical instruments;adhesive;modifying agent;adhesive strength

隨著樂器中膠粘劑的廣泛使用，在較大程度上能影響音樂樂器使用性能的粘接材料，其膠合強(qiáng)度、耐濕熱性能等逐漸受到大家普遍關(guān)注［1-2］，而傳統(tǒng)的酚醛樹脂膠粘劑雖然在一定程度上能夠滿足短期的使用要求，但是隨著氣候變化、使用環(huán)境惡化等條件，膠粘位置處容易發(fā)生脫粘等現(xiàn)象，這與膠粘劑的膠合強(qiáng)度不足等有關(guān)［3-6］，因此，有必要對(duì)膠粘劑進(jìn)行改性處理，以進(jìn)一步提高其膠合強(qiáng)度和耐濕熱性。基于提高樂器膠粘劑的耐濕熱穩(wěn)定性和粘接性能的需要［7］，采用桉樹皮灰和偶聯(lián)桉樹皮灰對(duì)涂料膠粘劑進(jìn)行了改性處理，研究了桉樹皮灰和偶聯(lián)桉樹皮灰占涂料膠粘劑占比，以及添加面粉后對(duì)涂料膠粘劑的改性效果，結(jié)果將有助于高膠合強(qiáng)度和耐濕熱穩(wěn)定性的樂器用膠粘劑的開發(fā)與應(yīng)用。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)原料包括桉樹皮灰（A）、Z6011硅烷偶聯(lián)劑、分析純苯酚、分析純甲醛、分析純乙醇、分析純氫氧化鈉、市售桉木單板。

1.2 試樣制備

將體積比5∶95硅烷偶聯(lián)劑與乙醇溶液混合后，加入與硅烷偶聯(lián)劑相同質(zhì)量的桉樹皮灰混合均勻后，機(jī)械球磨24 h并干燥，直至質(zhì)量恒定不變時(shí)取出得到偶聯(lián)桉樹皮灰（CA）；將125 g苯酚、100 g水和62 g氫氧化鈉溶液攪拌均勻后，加入125 g甲醛溶液繼續(xù)攪拌，加熱至88 ℃后繼續(xù)加入55 g甲醛、12.5 g氫氧化鈉，然后升溫至90 ℃，靜置15 min后降溫至室溫，得到酚醛膠粘劑（PF）。

1.3 測(cè)試方法

采用DX-2700A型X射線衍射儀對(duì)改性劑進(jìn)行物相分析；將膠粘劑均勻涂覆在桉木單板表面，涂膠量控制在280 g/m2，在1.1 MPa、138 ℃和6 min的熱壓條件下制備成膠合板，根據(jù)GB/T 17657標(biāo)準(zhǔn)［8］，在MTS-810型萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行膠合強(qiáng)度測(cè)試。熱參量測(cè)試在DSC-214型差示掃描量熱儀上進(jìn)行，升溫速率8 K/min。

2 結(jié)果與分析

2.1 物相分析

圖1為涂料膠粘劑改性劑的X射線衍射圖譜，分別列出了桉樹皮灰和偶聯(lián)桉樹皮灰的物相分析結(jié)果。

由圖1對(duì)比分析可知，桉樹皮灰主要由CaCO3、SiO2、KCl組成，并含有少量CaSO4·2（H2O）2、Fe2（SO4）3和Mg2SO4等；經(jīng)過偶聯(lián)改性后，偶聯(lián)桉樹皮灰也主要含CaCO3、SiO2、KCl、CaSO4·2（H2O）、Fe2（SO4）3和Mg2SO4，只是其SiO2和KCl衍射峰強(qiáng)度要明顯高于桉樹皮灰，這主要是因?yàn)榕悸?lián)劑改性后桉樹皮灰中的復(fù)合鉀鹽會(huì)發(fā)生分解，且硅醇基團(tuán)會(huì)產(chǎn)生與二氧化硅相近的化合物［9-10］，從而造成在這2個(gè)物相的衍射峰強(qiáng)度提升。

2.2 干濕膠合強(qiáng)度

圖2為桉樹皮灰（A）和偶聯(lián)桉樹皮灰（CA）改性膠粘劑的膠合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果。

由圖2可知，隨著桉樹皮灰含量增加，改性膠粘劑的濕膠合強(qiáng)度逐漸減小，而干膠合強(qiáng)度變化幅度不大。 隨著偶聯(lián)桉樹皮灰含量增加，改性膠粘劑的干膠合強(qiáng)度先增加后減小，濕膠合強(qiáng)度逐漸減小，但是在相同改性劑添加量時(shí)，偶聯(lián)桉樹皮灰改性膠粘劑的干膠合強(qiáng)度和濕膠合強(qiáng)度都高于桉樹皮灰改性膠粘劑，這主要是因?yàn)榻?jīng)過硅烷偶聯(lián)劑改性處理后，膠粘劑表面會(huì)形成穩(wěn)定化學(xué)鍵，表面活性基團(tuán)會(huì)與酚醛膠粘劑牢固連接在一起并具有一定疏水性［11］，因此其干膠合強(qiáng)度和濕膠合強(qiáng)度都會(huì)有所提高。

圖3為桉樹皮灰+面粉（AF）和偶聯(lián)桉樹皮灰+面粉（CAF）改性涂料膠粘劑的膠合強(qiáng)度，分別列出了AF和CAF占膠粘劑總添加量不同比例時(shí)的干膠合強(qiáng)度和濕膠合強(qiáng)度。

由圖3可知，對(duì)于桉樹皮灰+面粉改性膠粘劑，隨著AF占比逐漸提高，膠粘劑的干膠合強(qiáng)度先增大后減小，濕膠合強(qiáng)度先減小后趨于穩(wěn)定；對(duì)于偶聯(lián)桉樹皮灰+面粉涂料膠粘劑，隨著CAF占比逐漸提高，涂料膠粘劑的干膠合強(qiáng)度變化幅度不大，濕膠合強(qiáng)度先上升而后趨于穩(wěn)定，在占比為25%時(shí)具有較好的干膠合強(qiáng)度和濕膠合強(qiáng)度。在相同占比下，CAF改性膠粘劑的干膠合強(qiáng)度和濕膠合強(qiáng)度都高于AF改性膠粘劑。此外，對(duì)比圖2的測(cè)試結(jié)果可知，AF和CAF改性膠粘劑的干膠合強(qiáng)度和濕膠合強(qiáng)度都高于單一A和CA改性的涂料膠粘劑，這主要是因?yàn)槊娣鄣募尤肟梢砸欢ǔ潭壬咸岣咄苛夏z粘劑中膠液的黏度，在制備過程中有助于防止透膠并改善其膠接強(qiáng)度［12-13］，因此膠合強(qiáng)度會(huì)有所提升。

2.3 耐濕熱性

圖4為桉樹皮灰（A）改性涂料膠粘劑的差示掃描量熱法（DSC）曲線。

由圖4對(duì)比分析可知，酚醛涂料膠粘劑（PF）和不同A添加量改性涂料膠粘劑在固化過程中都發(fā)生了放熱反應(yīng)，且由于A改性劑的加入，涂料膠粘劑的特征溫度和熱焓值發(fā)生了一定變化。由此可見，A改性劑會(huì)改變涂料膠粘劑的固化過程。

表1為桉樹皮灰（A）改性涂料膠粘劑的特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

由表1可知，

對(duì)于酚醛膠粘劑而言，固化起始點(diǎn)、峰值、終止點(diǎn)和熱焓值分別為104.8、134.7、144.6 ℃和83.81 J/g；當(dāng)A添加量為5%時(shí)，膠粘劑的起始點(diǎn)、峰值減小，而終止點(diǎn)和熱焓值增大；繼續(xù)增加A含量至10%，膠粘劑的起始點(diǎn)、峰值和終止點(diǎn)增大，而熱焓值減小；在A添加量為20%時(shí)，膠粘劑的起始點(diǎn)、終止點(diǎn)都為最大值，而熱焓值最小。這主要是因?yàn)楫?dāng)A的添加量達(dá)到一定程度時(shí)，膠粘劑中的A的吸濕性會(huì)發(fā)生明顯作用，從而造成膠粘劑固化過程中的水分難以揮發(fā)［14］，峰值溫度會(huì)趨于向更高的方向移動(dòng)。

圖5為偶聯(lián)桉樹皮灰（CA）改性涂料膠粘劑的DSC曲線。

由圖5對(duì)比分析可知，酚醛膠粘劑（PF）和不同CA添加量改性涂料膠粘劑在固化過程中都發(fā)生了放熱反應(yīng)，且由于CA改性劑的加入，涂料膠粘劑的特征溫度和熱焓值發(fā)生了一定變化，可見，CA改性劑會(huì)改變涂料膠粘劑的固化過程［15］。

表2為偶聯(lián)桉樹皮灰（CA）改性涂料膠粘劑的特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

由表2可知，

對(duì)于酚醛膠粘劑而言，固化起始點(diǎn)、峰值、終止點(diǎn)和熱焓值分別為104.8、134.7、144.6 ℃和83.81 J/g；當(dāng)CA添加量為5%時(shí)，膠粘劑的起始點(diǎn)、峰值、終止點(diǎn)和熱焓值都有所減小；繼續(xù)增加CA含量至10%，膠粘劑的起始點(diǎn)減小，而峰值、終止點(diǎn)和熱焓值增大；在CA添加量為20%時(shí)，起始點(diǎn)、峰值、終止點(diǎn)和熱焓值分別為107.4、136.6、147.4 ℃和46.33 J/g。

由上述試驗(yàn)結(jié)果可知，桉樹皮灰（A）改性膠粘劑的固化起始點(diǎn)、峰值、終止點(diǎn)和熱焓值的變化趨勢(shì)與偶聯(lián)桉樹皮灰（CA）改性涂料膠粘劑較為相似，具體表現(xiàn)在，在添加量較低時(shí)，改性涂料膠粘劑的峰值溫度較低，而在改性劑含量較大時(shí)，峰值溫度會(huì)提高；在較低添加量時(shí)，CA改性涂料膠粘劑的固化峰值溫度低于A改性涂料膠粘劑，這主要是因?yàn)榻?jīng)過CA改性后的涂料膠粘劑中有更多的金屬離子參與了固化［16］，硅烷偶聯(lián)改性后涂料膠粘劑表面有一定疏水性，固化速率會(huì)相對(duì)有所提升［17］，這與前述的XRD測(cè)試結(jié)果相吻合。

3 結(jié)語

（1）桉樹皮灰和偶聯(lián)桉樹皮灰都主要由CaCO3、SiO2、KCl、CaSO4·2H2O、Fe2（SO4）3和Mg2SO4組成，只是后者的SiO2和KCl衍射峰強(qiáng)度要明顯高于桉樹皮灰;

（2）相同改性劑添加量時(shí)，偶聯(lián)桉樹皮灰改性涂料膠粘劑的干膠合強(qiáng)度和濕膠合強(qiáng)度都高于桉樹皮灰改性涂料膠粘劑；在相同占比下，偶聯(lián)桉樹皮灰+面粉改性涂料膠粘劑的干膠合強(qiáng)度和濕膠合強(qiáng)度都高于桉樹皮灰+面粉改性涂料膠粘劑。隨著CAF占比逐漸提高，涂料膠粘劑的干膠合強(qiáng)度變化幅度不大，濕膠合強(qiáng)度先上升而后趨于穩(wěn)定，在占比為25%時(shí)具有較好的干膠合強(qiáng)度和濕膠合強(qiáng)度;

（3）桉樹皮灰（A）改性涂料膠粘劑的固化起始點(diǎn)、峰值、終止點(diǎn)和熱焓值的變化趨勢(shì)與偶聯(lián)桉樹皮灰（CA）改性涂料膠粘劑較為相似，在添加量較低時(shí)，改性涂料膠粘劑的峰值溫度較低，而在改性劑含量較大時(shí)，峰值溫度會(huì)提高；在較低添加量時(shí)，CA改性涂料膠粘劑的固化峰值溫度低于A改性涂料膠粘劑。

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收稿日期：2023-10-13；修回日期：2024-01-12

作者簡(jiǎn)介：于靜媛（1990-），女，碩士，講師，研究方向：音樂器材等;E-mail：dyuan90@tom.com。

基金項(xiàng)目：陜西省教育廳科研計(jì)劃項(xiàng)目資助（項(xiàng)目編號(hào)：21JK0137）。

引文格式：于靜媛.桉樹皮灰改性樂器膠粘劑制備及性能研究［J］.粘接，2024，51（3）：35-37.