桉树皮灰改性乐器胶粘剂制备及性能研究

摘 要：为了提高乐器胶粘剂的耐湿热稳定性和粘接性能，采用桉树皮灰（A）和偶联桉树皮灰（CA）对涂料胶粘剂进行了改性处理，研究了其占胶粘剂占比，以及添加面粉后对酚醛胶粘剂的改性效果。结果表明，相同改性剂添加量时，CA改性胶粘剂的干胶合强度和湿胶合强度都高于A改性胶粘剂；在相同占比下，偶联桉树皮灰+面粉（CAF）改性胶粘剂的干胶合强度和湿胶合强度都高于桉树皮灰+面粉（AF）改性胶粘剂。A改性胶粘剂的固化起始点、峰值、终止点和热焓值的变化趋势与CA改性胶粘剂较为相似，CA改性胶粘剂的固化峰值温度低于A改性胶粘剂。CAF占比为25%时胶粘剂具有较好的干胶合强度和湿胶合强度。

关键词：乐器；胶粘剂；改性剂；胶合强度

中圖分类号：TQ433.4+37;TS953.03

文献标志码：A文章编号：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

随着乐器中胶粘剂的广泛使用，在较大程度上能影响音乐乐器使用性能的粘接材料，其胶合强度、耐湿热性能等逐渐受到大家普遍关注［1-2］，而传统的酚醛树脂胶粘剂虽然在一定程度上能够满足短期的使用要求，但是随着气候变化、使用环境恶化等条件，胶粘位置处容易发生脱粘等现象，这与胶粘剂的胶合强度不足等有关［3-6］，因此，有必要对胶粘剂进行改性处理，以进一步提高其胶合强度和耐湿热性。基于提高乐器胶粘剂的耐湿热稳定性和粘接性能的需要［7］，采用桉树皮灰和偶联桉树皮灰对涂料胶粘剂进行了改性处理，研究了桉树皮灰和偶联桉树皮灰占涂料胶粘剂占比，以及添加面粉后对涂料胶粘剂的改性效果，结果将有助于高胶合强度和耐湿热稳定性的乐器用胶粘剂的开发与应用。

1 试验材料与方法

1.1 试验原料

试验原料包括桉树皮灰（A）、Z6011硅烷偶联剂、分析纯苯酚、分析纯甲醛、分析纯乙醇、分析纯氢氧化钠、市售桉木单板。

1.2 试样制备

将体积比5∶95硅烷偶联剂与乙醇溶液混合后，加入与硅烷偶联剂相同质量的桉树皮灰混合均匀后，机械球磨24 h并干燥，直至质量恒定不变时取出得到偶联桉树皮灰（CA）；将125 g苯酚、100 g水和62 g氢氧化钠溶液搅拌均匀后，加入125 g甲醛溶液继续搅拌，加热至88 ℃后继续加入55 g甲醛、12.5 g氢氧化钠，然后升温至90 ℃，静置15 min后降温至室温，得到酚醛胶粘剂（PF）。

1.3 测试方法

采用DX-2700A型X射线衍射仪对改性剂进行物相分析；将胶粘剂均匀涂覆在桉木单板表面，涂胶量控制在280 g/m2，在1.1 MPa、138 ℃和6 min的热压条件下制备成胶合板，根据GB/T 17657标准［8］，在MTS-810型万能材料试验机上进行胶合强度测试。热参量测试在DSC-214型差示扫描量热仪上进行，升温速率8 K/min。

2 结果与分析

2.1 物相分析

图1为涂料胶粘剂改性剂的X射线衍射图谱，分别列出了桉树皮灰和偶联桉树皮灰的物相分析结果。

由图1对比分析可知，桉树皮灰主要由CaCO3、SiO2、KCl组成，并含有少量CaSO4·2（H2O）2、Fe2（SO4）3和Mg2SO4等；经过偶联改性后，偶联桉树皮灰也主要含CaCO3、SiO2、KCl、CaSO4·2（H2O）、Fe2（SO4）3和Mg2SO4，只是其SiO2和KCl衍射峰强度要明显高于桉树皮灰，这主要是因为偶联剂改性后桉树皮灰中的复合钾盐会发生分解，且硅醇基团会产生与二氧化硅相近的化合物［9-10］，从而造成在这2个物相的衍射峰强度提升。

2.2 干湿胶合强度

图2为桉树皮灰（A）和偶联桉树皮灰（CA）改性胶粘剂的胶合强度测试结果。

由图2可知，随着桉树皮灰含量增加，改性胶粘剂的湿胶合强度逐渐减小，而干胶合强度变化幅度不大。 随着偶联桉树皮灰含量增加，改性胶粘剂的干胶合强度先增加后减小，湿胶合强度逐渐减小，但是在相同改性剂添加量时，偶联桉树皮灰改性胶粘剂的干胶合强度和湿胶合强度都高于桉树皮灰改性胶粘剂，这主要是因为经过硅烷偶联剂改性处理后，胶粘剂表面会形成稳定化学键，表面活性基团会与酚醛胶粘剂牢固连接在一起并具有一定疏水性［11］，因此其干胶合强度和湿胶合强度都会有所提高。

图3为桉树皮灰+面粉（AF）和偶联桉树皮灰+面粉（CAF）改性涂料胶粘剂的胶合强度，分别列出了AF和CAF占胶粘剂总添加量不同比例时的干胶合强度和湿胶合强度。

由图3可知，对于桉树皮灰+面粉改性胶粘剂，随着AF占比逐渐提高，胶粘剂的干胶合强度先增大后减小，湿胶合强度先减小后趋于稳定；对于偶联桉树皮灰+面粉涂料胶粘剂，随着CAF占比逐渐提高，涂料胶粘剂的干胶合强度变化幅度不大，湿胶合强度先上升而后趋于稳定，在占比为25%时具有较好的干胶合强度和湿胶合强度。在相同占比下，CAF改性胶粘剂的干胶合强度和湿胶合强度都高于AF改性胶粘剂。此外，对比图2的测试结果可知，AF和CAF改性胶粘剂的干胶合强度和湿胶合强度都高于单一A和CA改性的涂料胶粘剂，这主要是因为面粉的加入可以一定程度上提高涂料胶粘剂中胶液的黏度，在制备过程中有助于防止透胶并改善其胶接强度［12-13］，因此胶合强度会有所提升。

2.3 耐湿热性

图4为桉树皮灰（A）改性涂料胶粘剂的差示扫描量热法（DSC）曲线。

由图4对比分析可知，酚醛涂料胶粘剂（PF）和不同A添加量改性涂料胶粘剂在固化过程中都发生了放热反应，且由于A改性剂的加入，涂料胶粘剂的特征温度和热焓值发生了一定变化。由此可见，A改性剂会改变涂料胶粘剂的固化过程。

表1为桉树皮灰（A）改性涂料胶粘剂的特征参数统计结果。

由表1可知，

对于酚醛胶粘剂而言，固化起始点、峰值、终止点和热焓值分别为104.8、134.7、144.6 ℃和83.81 J/g；当A添加量为5%时，胶粘剂的起始点、峰值减小，而终止点和热焓值增大；继续增加A含量至10%，胶粘剂的起始点、峰值和终止点增大，而热焓值减小；在A添加量为20%时，胶粘剂的起始点、终止点都为最大值，而热焓值最小。这主要是因为当A的添加量达到一定程度时，胶粘剂中的A的吸湿性会发生明显作用，从而造成胶粘剂固化过程中的水分难以挥发［14］，峰值温度会趋于向更高的方向移动。

图5为偶联桉树皮灰（CA）改性涂料胶粘剂的DSC曲线。

由图5对比分析可知，酚醛胶粘剂（PF）和不同CA添加量改性涂料胶粘剂在固化过程中都发生了放热反应，且由于CA改性剂的加入，涂料胶粘剂的特征温度和热焓值发生了一定变化，可见，CA改性剂会改变涂料胶粘剂的固化过程［15］。

表2为偶联桉树皮灰（CA）改性涂料胶粘剂的特征参数统计结果。

由表2可知，

对于酚醛胶粘剂而言，固化起始点、峰值、终止点和热焓值分别为104.8、134.7、144.6 ℃和83.81 J/g；当CA添加量为5%时，胶粘剂的起始点、峰值、终止点和热焓值都有所减小；继续增加CA含量至10%，胶粘剂的起始点减小，而峰值、終止点和热焓值增大；在CA添加量为20%时，起始点、峰值、终止点和热焓值分别为107.4、136.6、147.4 ℃和46.33 J/g。

由上述试验结果可知，桉树皮灰（A）改性胶粘剂的固化起始点、峰值、终止点和热焓值的变化趋势与偶联桉树皮灰（CA）改性涂料胶粘剂较为相似，具体表现在，在添加量较低时，改性涂料胶粘剂的峰值温度较低，而在改性剂含量较大时，峰值温度会提高；在较低添加量时，CA改性涂料胶粘剂的固化峰值温度低于A改性涂料胶粘剂，这主要是因为经过CA改性后的涂料胶粘剂中有更多的金属离子参与了固化［16］，硅烷偶联改性后涂料胶粘剂表面有一定疏水性，固化速率会相对有所提升［17］，这与前述的XRD测试结果相吻合。

3 结语

（1）桉树皮灰和偶联桉树皮灰都主要由CaCO3、SiO2、KCl、CaSO4·2H2O、Fe2（SO4）3和Mg2SO4组成，只是后者的SiO2和KCl衍射峰强度要明显高于桉树皮灰;

（2）相同改性剂添加量时，偶联桉树皮灰改性涂料胶粘剂的干胶合强度和湿胶合强度都高于桉树皮灰改性涂料胶粘剂；在相同占比下，偶联桉树皮灰+面粉改性涂料胶粘剂的干胶合强度和湿胶合强度都高于桉树皮灰+面粉改性涂料胶粘剂。随着CAF占比逐渐提高，涂料胶粘剂的干胶合强度变化幅度不大，湿胶合强度先上升而后趋于稳定，在占比为25%时具有较好的干胶合强度和湿胶合强度;

（3）桉树皮灰（A）改性涂料胶粘剂的固化起始点、峰值、终止点和热焓值的变化趋势与偶联桉树皮灰（CA）改性涂料胶粘剂较为相似，在添加量较低时，改性涂料胶粘剂的峰值温度较低，而在改性剂含量较大时，峰值温度会提高；在较低添加量时，CA改性涂料胶粘剂的固化峰值温度低于A改性涂料胶粘剂。

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收稿日期：2023-10-13；修回日期：2024-01-12

作者简介：于静媛（1990-），女，硕士，讲师，研究方向：音乐器材等;E-mail：dyuan90@tom.com。

基金项目：陕西省教育厅科研计划项目资助（项目编号：21JK0137）。

引文格式：于静媛.桉树皮灰改性乐器胶粘剂制备及性能研究［J］.粘接，2024，51（3）：35-37.