茶多酚改性樺木膠合板工藝初探

(1.黑龍江省林業(yè)科學(xué)院木材科學(xué)研究所，黑龍江 哈爾濱 150081； 2.黑龍江省人造板及原木鋸材產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站，黑龍江 哈爾濱 150081)

研究與設(shè)計(jì)

茶多酚改性樺木膠合板工藝初探

張佳彬1，2

(1.黑龍江省林業(yè)科學(xué)院木材科學(xué)研究所，黑龍江 哈爾濱 150081； 2.黑龍江省人造板及原木鋸材產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站，黑龍江 哈爾濱 150081)

基于茶多酚對(duì)木腐菌中采絨革蓋菌和密粘褶菌具有抑制作用，設(shè)計(jì)了兩種不同的工藝路線，使用茶多酚水溶液制備改性樺木膠合板，并對(duì)改性后板材的膠合強(qiáng)度、甲醛釋放量及抑菌性能進(jìn)行測(cè)定，以選擇合適的工藝路線。

茶多酚；樺木膠合板；熱壓；工藝

Abstract：Based on tea polyphenol’s role of inhibiting Coriolus versicolor and Gloeophyllum trabeum in the wood rotting fungi，two process routes are designed.Tea polyphenols solution is used to prepare modified birch plywood，with the bond strength of the plank after modification，formaldehyde release quantity and bacteriostatic properties measured to select a suitable process route.

Keywords：tea polyphenols(TP)；birch plywood；hot-press；process

茶多酚(TeaPolyphenols，簡(jiǎn)稱TP)是茶葉中多酚類物質(zhì)的總稱，具有廣譜抗菌功能。研究表明，茶多酚對(duì)引起木材腐朽的真菌密粘褶菌有很強(qiáng)的抑制作用。本文以樺木單板、茶多酚水溶液及脲醛樹(shù)脂為主要原材料，采用熱壓生產(chǎn)工藝制備具有一定防腐性能、低甲醛釋放量的改性膠合板，并對(duì)改性后板材的膠合性能和甲醛釋放量進(jìn)行測(cè)定[1-4]。

目前，木材抑菌劑尤其是液體抑菌劑的應(yīng)用方式主要有對(duì)木材進(jìn)行加壓浸注、浸泡處理及直接涂刷等。研究表明，樺木通過(guò)浸泡處理的方式即可對(duì)茶多酚抑菌劑具有較好的吸收效果。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)3種原料組合制備3種不同類型的樺木膠合板，通過(guò)對(duì)樺木單板不同的抑菌處理方式，考核茶多酚對(duì)樺木膠合板性能的影響。茶多酚樺木膠合板制備工藝路線如圖1所示，①使用未處理樺木單板制備三層膠合板，其作為對(duì)比膠合板，編號(hào)為a；②使用浸泡過(guò)茶多酚的樺木單板壓制三層膠合板，編號(hào)為b；③在調(diào)膠中加入一定量的茶多酚，使用未處理樺木單板壓制三層膠合板，編號(hào)為c。本試驗(yàn)所用膠黏劑均為普通的脲醛樹(shù)脂膠。

圖1 茶多酚樺木膠合板制備工藝路線

1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

(1)樺木單板：購(gòu)于黑龍江省葦河林業(yè)局人造板廠，規(guī)格：400 mm×400 mm×1.3 mm。

(2)膠黏劑：市售脲醛樹(shù)脂膠，固體含量63%，固化劑為NH4Cl。

(3)常壓浸漬槽(自制)、熱壓機(jī)(KU-HPD1515，日本生產(chǎn))、電子天平(Mettler PE 3600型)、涂膠輥、木材萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(MW-4型 濟(jì)南生產(chǎn))、玻璃干燥器(容積11 L±2 L)、紫外分光光度計(jì)(U-3200型 日立公司生產(chǎn))、恒溫水槽(BK-53型)、數(shù)顯卡尺。

2 試驗(yàn)方法

(1)樺木單板浸泡：選用適量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的茶多酚水溶液倒入自制的不銹鋼木材常壓浸漬槽中，將樺木單板采用平鋪的方式放置于浸漬槽，使其全部浸入藥劑，為保證木材能夠充分吸收茶多酚試劑，本試驗(yàn)對(duì)樺木單板浸漬48 h。

(2)調(diào)膠：a組和b組膠合板的調(diào)膠配比為脲醛樹(shù)脂100 g，面粉25 g，NH4Cl固化劑0.8 g；c組膠合板的調(diào)膠配比則是在a組和b組的基礎(chǔ)上添加了茶多酚粉5 g。

(3)熱壓：由于單板厚度較薄，而且木材具有很強(qiáng)的干縮濕脹性，浸漬后單板的含水率又很高，因此直接使用電熱鼓風(fēng)干燥箱干燥單板時(shí)非常容易產(chǎn)生翹曲變形，不利于熱壓。本試驗(yàn)使用熱壓機(jī)平壓干燥單板，將熱壓機(jī)上下壓板升溫到150 ℃，放入3張單板使上下熱壓板與單板接觸只對(duì)單板加熱，不施加壓力。待單板不再有蒸汽冒出時(shí)取出冷卻。

(4)涂膠：待單板冷卻后涂膠，涂膠量為280 g/m2，涂膠時(shí)采用雙面涂膠的方式，均勻涂膠。

(5)熱壓工藝：熱壓溫度115 ℃，熱壓時(shí)間1 min/mm，熱壓壓力1.4 MPa。熱壓工藝曲線如圖2所示，熱壓后膠合板平衡72 h后進(jìn)行性能檢測(cè)。

圖2 三層樺木膠合板熱壓工藝曲線

3 膠合強(qiáng)度測(cè)試

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 9846-2015《普通膠合板》和GB/T 17657-2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》規(guī)定，首先確定本試驗(yàn)?zāi)z合板類型。因使用的是脲醛樹(shù)脂膠黏劑，故試驗(yàn)?zāi)z合板為Ⅱ類膠合板，本試驗(yàn)?zāi)z合強(qiáng)度檢測(cè)方法需按照Ⅱ類膠合板規(guī)定方法進(jìn)行。首先按標(biāo)準(zhǔn)要求制取長(zhǎng)度L=(100±1)mm、寬度b=(25±1)mm的試件12塊，按膠層開(kāi)槽。試件熱壓前表板厚度大于1 mm，采用A型試件尺寸。在(63±3)℃的熱水中浸漬3 h，然后在室溫下冷卻10 min。將試件兩端在試驗(yàn)機(jī)上夾緊，成一直線，均勻加載，在(30±10)s內(nèi)使試件破壞，記錄最大載荷。試件膠合強(qiáng)度XA的計(jì)算公式為：

(1)

式中：XA為試件膠合強(qiáng)度(MPa)；Pmax為最大破壞載荷(N)；b為試件剪斷面寬度(mm)；L為試件剪斷面長(zhǎng)度(mm)。

根據(jù)剪斷面膠層破壞情況目測(cè)木材破壞率，其中非正常破壞試件如槽口折斷、表面割裂、芯板剪斷和表面剝離等情況，如膠合拉伸剪切強(qiáng)度值符合規(guī)定的最小值可列入統(tǒng)計(jì)記錄，不符合規(guī)定的最小值則應(yīng)予以剔除。對(duì)于樺木Ⅱ類膠合板來(lái)說(shuō)，膠合強(qiáng)度指標(biāo)值要求不低于1.0 MPa。

4 甲醛釋放量測(cè)試

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 18580-2001《室內(nèi)裝飾裝修材料 人造板及其制品中甲醛釋放限量》的規(guī)定，制取長(zhǎng)度L=(150±1.0)mm、寬度b=(50±1.0)mm的試件2組，經(jīng)過(guò)平衡處理后放入干燥器中，干燥器底部放置加入(300±1)mL蒸餾水的結(jié)晶皿。在20 ℃環(huán)境條件下，蒸餾水吸收試件釋放的甲醛24 h，充分混勻后放入100 mL容量瓶中。準(zhǔn)確吸取25 mL甲醛溶液至100 mL帶蓋三角燒瓶中，加入25 mL乙酰丙酮-乙酰胺溶液，塞上瓶蓋搖勻，再放到(65±2)℃水槽中加熱10 min，然后在避光處放置1 h，使用分光光度計(jì)，在412 nm波長(zhǎng)處測(cè)定溶液的吸光度，再用同樣的方法測(cè)定空白液的吸光度，然后計(jì)算出甲醛溶液的濃度，計(jì)算公式為：

c=f×(As-Ab)×1800/A

(2)

式中：c為甲醛溶液濃度(mg/L)；f為標(biāo)準(zhǔn)溶液斜率(mg/mL)；As為甲醛溶液的吸光度；Ab為空白液的吸光度；A為試件表面積(cm2)。

一張板的甲醛釋放量是同一張板兩份試件甲醛釋放量的算術(shù)平均值。

5 試驗(yàn)結(jié)果與討論

分別對(duì)三組膠合板的膠合強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 三組膠合板膠合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果 MPa

a組為未經(jīng)處理的樺木單板與脲醛樹(shù)脂膠黏劑制備的普通膠合板，b組為使用茶多酚水溶液浸漬后的樺木單板與脲醛樹(shù)脂膠黏劑制備的茶多酚—樺木膠合板，c組為使用樺木單板與添加茶多酚脲醛樹(shù)脂膠黏劑制備的樺木膠合板。對(duì)比三組數(shù)據(jù)可以看出，a組與b組膠合強(qiáng)度值差別不大，可見(jiàn)使用茶多酚水溶液浸漬樺木單板沒(méi)有對(duì)木材膠合性能產(chǎn)生不利影響，而且提高了樺木的綜合性能。c組膠合強(qiáng)度試件在63 ℃水浸泡3 h后全部開(kāi)膠，膠合強(qiáng)度為0，原因可能是在脲醛樹(shù)脂膠黏劑中直接加入酸性成分的茶多酚粉劑后，造成了脲醛樹(shù)脂膠的pH值過(guò)低，使膠黏劑提前固化，導(dǎo)致膠合強(qiáng)度喪失。

分別對(duì)三組膠合板的甲醛釋放量進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 三組膠合板甲醛釋放量測(cè)試結(jié)果 mg/L

甲醛釋放量數(shù)據(jù)顯示，在同一環(huán)境條件、同一生產(chǎn)工藝下，使用茶多酚浸漬的樺木單板熱壓成型的b組膠合板，其甲醛釋放量比a組普通膠合板大大降低，約為a組膠合板的1/4。可見(jiàn)，茶多酚浸漬木材不僅能提高膠合板的抑菌性能，更能降低膠合板的甲醛釋放量。c組膠合板的甲醛釋放量無(wú)明顯改變，主要是由于c組試件膠合不良引起的散發(fā)面積增大所致。采用向脲醛樹(shù)脂膠黏劑中直接加入茶多酚粉劑來(lái)制備膠合板的調(diào)膠工藝配比還有待進(jìn)一步研究和改進(jìn)。

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[2] 鄧富介，沈雋，李永博，等.異氰酸酯濃度對(duì)楊木強(qiáng)化材TVOC釋放影響研究[J].森林工程，2016，32(4)：46-50

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(責(zé)任編輯 張雅芳)

PreliminaryStudyonTeaPolyphenolModifiedBirchPlywoodProcess

ZHANGJia-bin1，2

(1.Heilongjiang Institute of Wood Science，Heilongjiang Academy of Forestry，Harbin Heilongjiang 150081，China； 2.Heilongjiang Man-made Board and Log Lumber Products Quality Supervision
and Inspection Station，Harbin Heilongjiang 150081，China)

2017-08-07

黑龍江省林業(yè)科學(xué)院青年科技基金項(xiàng)目(201404)

張佳彬(1983-)，女，山西人，助理研究員，碩士，主要研究方向?yàn)樯镔|(zhì)材料綜合利用，E-mail：zhangjiabin_425@163.com。

TS653.3

A

2095-2953(2017)10-0037-03