白腐菌產(chǎn)漆酶處理木屑對生產(chǎn)刨花板用膠量的影響1)

林琳 張永明 劉力寧 韓松 陳廣勝

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

責(zé)任編輯:張 玉。

用漆酶進(jìn)行木材前處理［1］，減少脲醛樹脂使用量，則是實現(xiàn)環(huán)保型木基復(fù)合材料生產(chǎn)工藝的重要途徑之一。目前已發(fā)現(xiàn)，能夠處理木質(zhì)材料的生物酶［2］(包括漆酶、木質(zhì)素過氧化酶、錳過氧化酶等)中，漆酶［3］具有較強(qiáng)的木質(zhì)素活化處理能力。目前雖已有成品漆酶出售，然而，直接利用成品漆酶［4］處理板材制人造板，造價較貴，限制了漆酶處理技術(shù)在木材加工行業(yè)的推廣及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。本課題利用白腐菌能夠產(chǎn)漆酶［5］這一特性，直接把白腐菌產(chǎn)的高活性漆酶利用到木材的前處理過程中。其優(yōu)點在于，能夠直接利用漆酶活化木質(zhì)素［7－8］，達(dá)到簡化工藝、降低造價的目的。本研究采用木制產(chǎn)品加工過程中產(chǎn)生的廢棄木屑為原料，通過漆酶進(jìn)行不同條件的前處理［9－10］后，進(jìn)行刨花板的壓制，再與未經(jīng)處理的木屑熱壓成的刨花板進(jìn)行對比。發(fā)現(xiàn)，經(jīng)前處理后，達(dá)到同等物理力學(xué)性能時所需脲醛樹脂的用量，減少了42．9%。為探索開發(fā)新型、廉價、環(huán)保的刨花板生產(chǎn)工藝提供了有益的參考。

1 材料與方法

本試驗中所用的漆酶培養(yǎng)方法及酶活測量方法，均為試驗室已有的方法［11］。

實驗用的木質(zhì)材料為木屑;膠黏劑為脲醛樹脂膠。

木質(zhì)材料的處理:將木屑和粗酶液混合。按木屑質(zhì)量(g)與粗酶液體積(mL)比1．0 g∶1．5 mL的配比，將木屑和漆酶粗酶液混合，攪拌均勻，隨后密封，以避免混合物受到其它菌種的干擾;同時保證了潮濕的環(huán)境及適宜的溫度，有利于保持漆酶活性。將密封的混合物放置在25～30℃環(huán)境下靜置7 d，使漆酶與木質(zhì)素充分接觸，達(dá)到活化效果。木屑靜置后進(jìn)行烘干，烘箱溫度設(shè)置在50℃以上，將木屑烘至含水率為8%～10%，待用。

設(shè)定刨花板密度0．7～0．8 g/cm3，厚度0．6 cm。

刨花板物理力學(xué)性能測試:將成板裁成5 cm×5 cm的試樣，進(jìn)行內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測定;將成板裁成5 cm×15 cm的試樣，進(jìn)行靜曲強(qiáng)度、彈性模量測定。

施膠量的確定:刨花板的施膠量，不僅要考慮板的各項物理力學(xué)性能，還要考慮到成板的甲醛釋放量。本試驗中，未經(jīng)處理過的木屑施膠量最大值定為木屑絕干質(zhì)量的14%，在對比試驗中逐漸減少施膠量，取施膠量14%、12%、10%、8%進(jìn)行對比試驗。

2 結(jié)果與分析

2．1 漆酶的選擇

在葡萄糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 g/L的基礎(chǔ)培養(yǎng)基中，添加外源天然成分。培養(yǎng)11 d后:基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的白腐真菌漆酶產(chǎn)量，僅為39 U/mL;添加麩皮浸出液的培養(yǎng)基中，白腐菌漆酶產(chǎn)量為68 U/mL;添加馬鈴薯浸出液的培養(yǎng)基中，白腐菌漆酶產(chǎn)量達(dá)到112 U/mL，約為基礎(chǔ)培養(yǎng)基產(chǎn)量的2．8倍以上。試驗選用添加馬鈴薯浸出液的培養(yǎng)基進(jìn)行漆酶培養(yǎng)。

經(jīng)培養(yǎng)試驗證明:在搖床培養(yǎng)11 d，漆酶酶活最高，可達(dá)200 U/mL以上。在后續(xù)試驗中用的漆酶，均為搖床培養(yǎng)白腐菌11 d的漆酶粗酶液。

2．2 熱壓條件的選定

在實際生產(chǎn)中，刨花板的熱壓條件一般為:熱壓溫度180℃、壓力3．5～4．0 MPa、熱壓時間8 min［12］。本試驗用木屑均經(jīng)過活化處理，在熱壓成板的過程中，起到膠合作用的除了脲醛樹脂膠外，還有經(jīng)活化的木質(zhì)素，在熱壓時表面官能團(tuán)反應(yīng)所起到的膠合作用;所以，本試驗的熱壓條件定為:熱壓溫度120℃、熱壓時間30 min。

壓力的選定:為保證經(jīng)活化的木質(zhì)素表面的官能團(tuán)能全反應(yīng)，取經(jīng)活化的木屑進(jìn)行壓力試驗(見表1)。由表1可見:在相同施膠量、熱壓溫度、熱壓時間條件下，壓力增加，會使刨花板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度、彈性模量、靜曲強(qiáng)度，有一定的增強(qiáng)，但效果不明顯;所以選定，后續(xù)試驗中的熱壓壓力為6 MPa。

表1 壓力對刨花板物理力學(xué)性能的影響

2．3 2種刨花板物理力學(xué)性能對比

由表2可見:當(dāng)施膠量為14%時，經(jīng)活化木屑壓成的刨花板，比未經(jīng)活化木屑壓成的刨花板，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度提高了0．015 8 MPa，效果并不明顯;彈性模量提高了106．54 MPa、靜曲強(qiáng)度提高了0．49 MPa。施膠量為12%時，經(jīng)活化木屑壓成的刨花板，比未經(jīng)活化木屑壓成的刨花板，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度提高了0．096 4 MPa，效果并不明顯;彈性模量提高了106．48 MPa、靜曲強(qiáng)度提高了0．49 MPa。施膠量為10%時，經(jīng)活化木屑壓成的刨花板，比未經(jīng)活化木屑壓成的刨花板，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度并未提高，彈性模量提高了106．51 MPa、靜曲強(qiáng)度提高了0．49 MPa。施膠量為8%時，經(jīng)活化木屑壓成的刨花板，比未經(jīng)活化木屑壓成的刨花板，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度沒有提高，彈性模量提高了134．85 MPa、靜曲強(qiáng)度提高了0．41 MPa。

從對比結(jié)果看，當(dāng)施膠量和熱壓條件相同時，經(jīng)活化的木屑壓制的刨花板，彈性模量和靜曲強(qiáng)度，都優(yōu)于未經(jīng)處理的木屑壓制的刨花板，說明經(jīng)漆酶活化的木屑自身有膠合作用。內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的對比結(jié)果并不明顯，原因在于木屑本身呈顆粒狀，熱壓成板后，板間起到膠合作用的是脲醛樹脂膠和被活化的木質(zhì)素表面官能團(tuán)的反應(yīng)結(jié)合，并沒有木質(zhì)材料間的交織力，導(dǎo)致內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度結(jié)果不理想。

表2 2種刨花板的物理力學(xué)性能對比

3 結(jié)論

在漆酶培養(yǎng)時，可選擇馬鈴薯浸出液加入培養(yǎng)基中，以提高漆酶的酶活;在漆酶培養(yǎng)的11 d酶活最高(最高值大于200 U/mL)，即可滿足后續(xù)試驗所需的酶活。省去純漆酶的購置開銷，降低刨花板的制作成本。

在施膠量、溫度和時間相同的條件下，分別用6、10 MPa壓力壓制的刨花板，各項物理力學(xué)性能的提高均不顯著，因此選擇6 MPa熱壓。經(jīng)活化和未經(jīng)活化的木屑，在相同施膠量、熱壓條件下壓制的刨花板，對其物理力學(xué)性能的對比可看出:施膠量為8%時，經(jīng)漆酶活化的木屑壓成的刨花板的彈性模量，優(yōu)于施膠量為14%的未經(jīng)活化的木屑壓成的刨花板，且靜曲強(qiáng)度相差小于1 MPa。實驗證明:當(dāng)達(dá)到相同的物理力學(xué)性能時，經(jīng)活化的木屑的脲醛樹脂使用量，比未經(jīng)活化的木屑的脲醛樹脂使用量降低了42．9%。本實驗結(jié)果，可為探索開發(fā)新型、廉價、環(huán)保的刨花板生產(chǎn)工藝及降低刨花板的甲醛釋放量，提供參考。

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