MUF共縮聚樹(shù)脂生產(chǎn)楊木膠合板影響因素分析

王 輝，雷 洪，周曉劍，杜官本，黃 興

（西南林業(yè)大學(xué)，云南省木材膠粘劑及膠合制品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650224）

MUF共縮聚樹(shù)脂生產(chǎn)楊木膠合板影響因素分析

王 輝，雷 洪，周曉劍，杜官本，黃 興

（西南林業(yè)大學(xué)，云南省木材膠粘劑及膠合制品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650224）

利用MUF共縮聚樹(shù)脂制備楊木膠合板，對(duì)影響膠合板的熱壓工藝要素、膠粘劑黏度、陳放方式和不同陳放時(shí)間進(jìn)行了優(yōu)化和分析。結(jié)果表明，熱壓工藝3要素中，對(duì)楊木膠合板膠合強(qiáng)度的影響主次順序?yàn)椋簾釅簻囟龋緹釅簳r(shí)間＞熱壓壓力；在楊木膠合板制備時(shí)，通過(guò)添加不同含量的淀粉，調(diào)節(jié)膠粘劑黏度，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)矸厶砑恿繛槟z粘劑用量的11%～15%時(shí)，膠合板膠接強(qiáng)度顯著提高；通過(guò)對(duì)施膠后的單板進(jìn)行陳放處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)無(wú)論是開(kāi)口陳放還是閉口陳放，均可提高膠接強(qiáng)度，同時(shí)綜合考慮陳放方式和陳放時(shí)間發(fā)現(xiàn)，以閉合陳放3 min時(shí)，膠接強(qiáng)度效果最佳。

MUF共縮聚樹(shù)脂；楊木膠合板；影響因素

膠合板在我國(guó)有著悠久的歷史[1～3]，產(chǎn)量位居人造板首位。隨著原材料供應(yīng)結(jié)構(gòu)的改變，人造速生林成為膠合板生產(chǎn)用原料的主要來(lái)源，伴隨著膠合板生產(chǎn)設(shè)備和旋切技術(shù)的不斷完善，特別是速生楊樹(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展給膠合板產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了新的契機(jī)，楊木基膠合板產(chǎn)品將具有廣闊的市場(chǎng)前景[4，5]。然而，目前市場(chǎng)上的膠合板產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，一方面源于速生楊木材料本身質(zhì)量的影響，另一方面與部分膠合板企業(yè)管理和設(shè)備落后、技術(shù)水平不高，忽視對(duì)影響膠合板產(chǎn)品質(zhì)量因素的分析有關(guān)[6～8]。膠合板質(zhì)量的優(yōu)劣，除受原材料本身性質(zhì)的影響外，生產(chǎn)工藝、膠粘劑也是影響膠合板產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素[9～11]。研發(fā)合理的膠合板生產(chǎn)工藝和性能優(yōu)異的膠粘劑對(duì)膠合板企業(yè)的發(fā)展有重要意義。

本文以前期優(yōu)選的MUF共縮聚樹(shù)脂制備楊木膠合板為基，考查并分析了影響膠合板質(zhì)量的部分主要工藝因素，以供楊木膠合板生產(chǎn)參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 MUF共縮聚樹(shù)脂的合成

1.1.1 合成原料

甲醛，分析純（AR），純度為37%～40%，重慶川江化學(xué)試劑廠；尿素，分析純（AR），無(wú)色針狀結(jié)晶或白色結(jié)晶，天津化學(xué)試劑三廠；三聚氰胺，工業(yè)級(jí)，純度99.8%，符合GB/T9567—1997；氫氧化鈉，分析純（AR），汕頭市達(dá)濠區(qū)精細(xì)化學(xué)品有限公司；甲酸，分析純（AR），廣東光華化學(xué)廠有限公司。

1.1.2 樹(shù)脂合成工藝

MUF共縮聚樹(shù)脂合成工藝參照文獻(xiàn)[12]進(jìn)行。

1.1.3 樹(shù)脂基本性能測(cè)試

參照GB/T14074—2006《木材膠粘劑及及其樹(shù)脂檢驗(yàn)方法》中的相關(guān)要求進(jìn)行檢測(cè)。

1.2 膠合板的制備

1.2.1 原料

楊木單板，尺寸：400 mm×400 mm×1.5 mm，含水率：10%～12%。

自制MUF共縮聚樹(shù)脂，基本性能參數(shù)為：固含量50%，pH值為7.2，黏度為80～100 mPa·s。

固化劑，氯化銨固體。

1.2.2 制備工藝

實(shí)驗(yàn)室自制三層膠合板，手工單面涂膠，施膠量200 g/m2，紋理交錯(cuò)組坯，熱壓成型，每個(gè)條件下平行壓制2塊膠合板。

采用表1中的3因素3水平進(jìn)行正交試驗(yàn)（暫不考慮交互作用），對(duì)熱壓工藝進(jìn)行優(yōu)化，在最佳熱壓工藝條件下，分析了陳放方式、陳放時(shí)間以及膠粘劑黏度對(duì)膠合板性能的影響因素。

1.3 膠合板性能測(cè)試

膠接性能測(cè)試參照GB/T17657—1999中的相關(guān)規(guī)定。濕狀膠合強(qiáng)度分為冷水和耐沸水2種膠合強(qiáng)度。冷水濕狀膠合強(qiáng)度是指常溫下試件在冷水中浸泡24 h后的測(cè)試值，耐沸水強(qiáng)度是指將樣品在沸水中煮2 h后的測(cè)試值。

表1 熱壓工藝因素及水平表Tab.1 Factors and levels of hot pressing process

2 結(jié)果與討論

2.1 膠合板熱壓工藝優(yōu)化

2.1.1 正交試驗(yàn)結(jié)果分析（表2）

對(duì)表2的膠合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，膠合強(qiáng)度值越高，效果越好，由此發(fā)現(xiàn)熱壓工藝最優(yōu)組合為A1B2C2。而通過(guò)對(duì)濕狀膠合強(qiáng)度的方差結(jié)果分析可知，熱壓工藝最優(yōu)組合為A1B2C3，即熱壓3要素對(duì)膠合板膠合強(qiáng)度的影響主次順序?yàn)椋簻囟龋緯r(shí)間＞壓力。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Results of orthogonal experiments

2.1.2 最佳工藝的驗(yàn)證

分別在試驗(yàn)和理論最佳工藝組合條件下，進(jìn)行三層膠合板的壓制，所測(cè)膠合強(qiáng)度結(jié)果如表3所示。

表3 最佳工藝驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Resuts of verification tests of optimal process

根據(jù)表3的測(cè)試結(jié)果可知，A1B2C3是制備膠合板熱壓工藝的最佳組合，即在熱壓壓力為1 MPa，熱壓溫度為150 ℃，熱壓時(shí)間為4 min的工藝條件下，膠合板的膠合強(qiáng)度值達(dá)到最佳。因此，后期的影響因素分析均在此最優(yōu)工藝條件下進(jìn)行。

2.2 膠粘劑黏度對(duì)膠合強(qiáng)度的影響

膠粘劑的黏度對(duì)其在板材表面的滲透性有很大影響。膠粘劑的黏度越高，滲透性越差；黏度越低，滲透性越好。但是，過(guò)渡的滲透會(huì)造成膠接表面缺膠，產(chǎn)生不良膠合效果，反之，如果滲透不佳，亦無(wú)法產(chǎn)生優(yōu)良的膠接性能[13～15]。因此，在使用膠粘劑時(shí)，可通過(guò)加入與膠粘劑不產(chǎn)生反應(yīng)的淀粉填料物質(zhì)，對(duì)膠粘劑黏度進(jìn)行調(diào)節(jié)，填料物質(zhì)的加入量分別為膠粘劑量的3%、7%、11%、15%、19%，其膠合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

圖1 淀粉添加量對(duì)膠合強(qiáng)度的影響Fig.1 Effects of starch content on plywood strength

由圖1可知，干狀膠合強(qiáng)度在淀粉添加量為15%時(shí)達(dá)到最大值，而經(jīng)過(guò)冷水、沸水處理后的膠合強(qiáng)度則分別在淀粉添加量為11%和7%時(shí)為最優(yōu)。由于當(dāng)?shù)矸厶砑恿繛?%時(shí)，干強(qiáng)度和冷水強(qiáng)度都比較低，綜合效果不明顯，而當(dāng)添加量為11%和15%時(shí)，綜合效果相差不大，因此，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，淀粉的優(yōu)選添加量為11%，或者根據(jù)實(shí)際需要在11%～15%間進(jìn)行調(diào)節(jié)。具體添加量要根據(jù)實(shí)際用膠的黏度情況進(jìn)行判斷，如果基體膠液已能達(dá)到區(qū)間黏度（120～150 mPa·s）要求，則無(wú)需添加。如果從控制成本角度出發(fā)，在不對(duì)膠接性能產(chǎn)生較大影響條件下，可以通過(guò)后期添加填料的方式進(jìn)行實(shí)施。

2.3 陳放方式和陳放時(shí)間對(duì)膠合強(qiáng)度的影響

在最佳工藝和最佳黏度條件下，考查了不同的陳放時(shí)間和陳放方式（開(kāi)口陳放和閉口陳放）對(duì)楊木膠合板膠合強(qiáng)度的影響，測(cè)試結(jié)果如圖2和圖3所示。

由圖2和圖3可以看出，經(jīng)過(guò)陳放后，膠合強(qiáng)度明顯得到提高。首先，在開(kāi)口陳放方式條件下，隨著陳放時(shí)間的增加，干狀強(qiáng)度呈曲折上升，經(jīng)過(guò)冷水24 h浸泡后的濕強(qiáng)度先增加后降低，耐熱水強(qiáng)度逐漸緩慢上升。綜合考慮，在開(kāi)口陳放方式條件下，陳放時(shí)間為9 min時(shí)效果最優(yōu)。其次，在閉口陳放方式條件下，耐熱水強(qiáng)度在7 min時(shí)出現(xiàn)急劇上升，但與其對(duì)應(yīng)的干強(qiáng)度和耐冷水強(qiáng)度均處于低谷；在7 min以下，陳放時(shí)間為3 min時(shí)，綜合效果較優(yōu)；大于7 min時(shí)，在9 min和13 min時(shí)，出現(xiàn)了一定的增長(zhǎng)，綜合考慮，3 min陳放時(shí)間即為最佳。與未經(jīng)陳放時(shí)相比，經(jīng)過(guò)2種不同陳放方式處理后，膠合強(qiáng)度均得到提升。閉口陳放在短時(shí)間內(nèi)可以達(dá)到提升綜合膠合效果的作用，而在開(kāi)口陳放條件下，耗時(shí)長(zhǎng)，綜合膠合效果提升幅度較閉口陳放方式低。應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求，選擇不同的陳放方式，使其綜合強(qiáng)度達(dá)到最優(yōu)。

圖2 開(kāi)口陳放時(shí)間對(duì)膠合強(qiáng)度的影響Fig.2 Effects of open stay time on plywood strength

圖3 閉口陳放時(shí)間對(duì)膠合強(qiáng)度的影響Fig.3 The effects of closed stay time on plywood strength

3 結(jié)論

（1）通過(guò)正交試驗(yàn)對(duì)楊木膠合板生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于熱壓時(shí)間和熱壓壓力而言，熱壓溫度對(duì)膠合強(qiáng)度的形成起主要作用。

（2）用淀粉對(duì)膠粘劑的黏度進(jìn)行調(diào)節(jié)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)矸厶砑恿繛?1%～15%時(shí)，膠接強(qiáng)度的提升效果顯著。

（3）無(wú)論是開(kāi)口陳放還是閉口陳放，對(duì)膠合板的膠合強(qiáng)度均有一定的提升作用。閉合陳放3 min效果最佳。

[1]肖小兵.我國(guó)人造板產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀[J].木材工業(yè),2016,30(2):11-14.

[2]胡顯寧.人造板產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)分析[J].中國(guó)人造板,2014,21(11):4-7.

[3]陳紅兵.淺談我國(guó)人造板產(chǎn)業(yè)發(fā)展與變革[J].中國(guó)人造板,2015,22(3):26-28.

[4]毛秋芳,吳盛富.我國(guó)膠合板行業(yè)存在問(wèn)題剖析[J].中國(guó)人造板,2015,22(8):1-3.

[5]吳盛富.我國(guó)楊木資源與膠合板工業(yè)的發(fā)展[J].中國(guó)人造板,2008,15(3):24-28.

[6]蔡杰彥.中歐膠合板生產(chǎn)工藝及設(shè)備的對(duì)比[J].木材工業(yè),2016,30(2):60-64.

[7]孫文君,程寶棟,龐新生.中國(guó)膠合板國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的比較分析[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2014,13(4):67-72.

[8]胡延杰.膠合板產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和原料供應(yīng)情況調(diào)查(一)[J].國(guó)際木業(yè),2015,38(5):1-5.

[9]王舒婷,郭福思,陳婷婷,等.尿素-雙醛淀粉樹(shù)脂膠合板熱壓工藝優(yōu)化[J].森林與環(huán)境學(xué)報(bào),2016,36(2):240-245.

[10]張亞慧,于文吉.改性豆基蛋白膠粘劑的膠合工藝初探[J].林產(chǎn)工業(yè),2008,35(1):48-50.

[11]姚利宏,王喜明,費(fèi)本華,等.膠合工藝對(duì)桉/楊I(lǐng)類膠合板膠合強(qiáng)度的影響[J].木材工業(yè),2008,22(6):34-36.

[12]王輝,杜官本,駱建林,等.三聚氰胺含量對(duì)MUF性能的影響[J].中國(guó)膠粘劑,2012,21(10):26-29.

[13]宋斐,張世鋒,李建章,等.阻燃E0級(jí)膠合板的制備及性能研究[J].中國(guó)膠粘劑,2010,19(5):29-32.

[14]孫建軍.試論影響粘接質(zhì)量的主要因素[J].中國(guó)膠粘劑,2014,23(1):56-58.

Abstracts：The poplar plywood glued with MUF resin was prepared, and the factors to influence the strength of plywood, including the hot press parameters, adhesive viscosity, stay ways and stay time, were investigated. The results showed that, the parameters to influence the plywood strength for the hot press, in descending orger, were hot press temperature, hot press time and hot press pressure, respectively; the adhesive viscosity was adjusted by adding starch during the preparation of plywood, and the strength was the best when the starch content was 11%～15% of adhesive; finally, it was beneficial for improving the strength of plywood to keep some time after gluing adhesive to veneers whether by open or closed ways, and the best effect was to keep 3 min by closed way after gluing adhesives.

Key words：poplar plywood; MUF co-condensed resin; influencing factor

Analysis of some factors to influence quality of poplar plywood glued with MUF resin

WANG Hui, LEI Hong, ZHOU Xiao-jian, DU Guan-ben, HUANG Xing
(Southwest Forestry University, Yunnan Provincial Key Laboratory of Wood Adhesives and Glued Products, Kunming,Yunnan 650224, China)

TQ433.4+31

A

1001-5922（2017）10-0035-04

2017-02-06

王輝（1983-），女，博士，講師。研究方向：木材膠粘劑與人造板。E-mail：w20030608016@126.com。

西南林業(yè)大學(xué)科研啟動(dòng)項(xiàng)目（111421）；“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2015BAD14B03）。