脲醛樹脂中大豆蛋白改性劑對(duì)膠合板性能的影響

崔立東 徐林 張曄

摘要：? 以自制的改性大豆蛋白與脲醛樹脂的改性劑混合使用，在熱壓工藝不變的情況下，研究了樺木膠合板的甲醛釋放量與剪切強(qiáng)度的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明：隨大豆蛋白添加量的增加，甲醛釋放量呈先降低、后上升的趨勢(shì)，剪切強(qiáng)度呈先增加、后持平狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：? 大豆蛋白;? 脲醛樹脂;? 膠合板

脲醛樹脂于1844年合成成功，它是木材工業(yè)用量非常大的膠粘劑，具有價(jià)格低廉、膠合強(qiáng)度高等諸多優(yōu)點(diǎn)。但是，脲醛樹脂存儲(chǔ)期短，在使用過程中會(huì)釋放出甲醛，這在很大程度上限制了它的使用范圍[ 1 - 2 ]。而現(xiàn)在工藝是把膠液利用干燥設(shè)備轉(zhuǎn)化成粉末，極大提高了儲(chǔ)存期和運(yùn)輸距離。脲醛樹脂應(yīng)用改性劑種類繁多[ 3 ]，如：增塑劑與增韌劑可改善膠層的脆性;阻燃劑可以提高膠接制品的耐燃性等。利用大豆蛋白生產(chǎn)膠黏劑，可以降低木材膠粘劑的產(chǎn)品成本和對(duì)石化產(chǎn)業(yè)的依賴性[ 4 - 5 ]。蛋白質(zhì)分子除了羥基（-OH）外，還有氨基（-NH2）、羧基（-COOH）等活性官能團(tuán)，都可提供化學(xué)交鏈，因此可以使用大豆粉作為脲醛等膠粘劑的填料，提高膠粘劑的粘度，改善膠粘劑性能[ 6 ]。大豆基膠粘劑用于膠合板、刨花板時(shí)，表現(xiàn)出類似于脲醛樹脂膠粘劑的力學(xué)性能，將改性大豆蛋白作為一種改性劑使用在脲醛樹脂膠合板中，可以降低其成本，改善膠合性能。

1 試驗(yàn)材料與方法

1. 1 材料與設(shè)備

樺木單板，尺寸為380 mm×380 mm×1mm，含水率約為9%;改性大豆蛋白，固含量28%～30%，自制;脲醛樹脂膠粉、改性劑，購(gòu)于阿克蘇諾貝爾公司。

試驗(yàn)設(shè)備包括：熱壓機(jī)、4 t萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)、分析天平、溫度計(jì)、干燥器、攪拌器等。

1. 2 試驗(yàn)方法

1. 2. 1 脲醛樹脂膠的調(diào)制與配比

將脲醛樹脂膠粉、改性劑溶于水，合適的水溫為15～30 ℃，混合攪勻。脲醛膠混合液的配比（重量份）為：脲醛樹脂粉 100，改性劑 20，水60。

1. 2. 2 改性大豆蛋白的配比

改性大豆蛋白添加量與改性劑混合比例的設(shè)計(jì)方案如表1所示，其比例為大豆蛋白干物質(zhì)比。同時(shí)，需要重新計(jì)算添加的水量，以保證固體含量保持不變。

1. 2. 3 膠合板制作及檢測(cè)

用樺木單板制作三層膠合板。將調(diào)配好的膠粘劑均勻涂刷單板，雙面涂膠量為260 g/m2，熱壓溫度105 ℃，熱壓壓力1.4 MPa，熱壓時(shí)間4 min。膠合板制作完成后，放置24 h。

檢測(cè)方法：膠合板甲醛釋放量按GB/T17657-2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》，用干燥器法測(cè)定;膠合板剪切強(qiáng)度按GB/T9846-2015《普通膠合板》中檢測(cè)條件處理試件，并記錄木破率數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

改性大豆蛋白干物質(zhì)與改性劑的不同混合比例對(duì)膠合板性能的影響試驗(yàn)結(jié)果（表1）顯示，在不改變膠液固體含量的情況下，剪切強(qiáng)度與甲醛釋放量隨混合比例的不同而變化。

2. 1 不同混合比例對(duì)膠合板剪切強(qiáng)度的影響

從圖1可以看到，改性大豆蛋白添加比例對(duì)膠合板的剪切強(qiáng)度影響比較大。初始改性大豆蛋白添加比例從0/20增加到5.0/15 ，剪切強(qiáng)度從初始的2.26 MPa增加到2.41 MPa，可見添加改性大豆蛋白能增加脲醛樹脂膠粘劑粘度，提高板的剪切強(qiáng)度。隨著改性大豆蛋白添加量持續(xù)增加，剪切強(qiáng)度有隨之下降趨勢(shì)，當(dāng)改性大豆蛋白完全替代改性劑時(shí)，剪切強(qiáng)度降到最低，為1.93 MPa。

2. 2 混合比例對(duì)膠合板甲醛釋放量的影響

改性大豆蛋白與改性劑不同混合比例對(duì)膠合板甲醛釋放量的影響試驗(yàn)結(jié)果（圖2）表明，隨著改性大豆蛋白添加量的增加，膠合板甲醛釋放量呈先降低、后升高趨勢(shì)。說明適當(dāng)增加改性大豆蛋白能有效抑制甲醛的釋放，改性大豆蛋白添加比例從0/20到10/10時(shí)，甲醛釋放量呈持續(xù)降低趨勢(shì)。改性大豆蛋白與改性劑的比例在10/10時(shí)，甲醛釋放量最低，為4.09 mg/L;當(dāng)大豆蛋白比例繼續(xù)提高時(shí)，甲醛釋放量出現(xiàn)隨之增加趨勢(shì)。因此，大豆蛋白與改性劑的合適比例應(yīng)為10/10。

3 結(jié)論

3. 1 改性大豆蛋白與脲醛樹脂改性劑混合使用時(shí)，比例為5.0/15.0的剪切強(qiáng)度最高，未添加改性蛋白的膠合板剪切強(qiáng)度為2.26 MPa，添加比例在5.0/15.0時(shí)剪切強(qiáng)度達(dá)到2.41 MPa?？梢姼男源蠖沟鞍椎奶砑犹岣吡税宓哪z合強(qiáng)度。

3. 2 改性大豆蛋白與脲醛樹脂改性劑以比例10/10混合使用時(shí)，膠合板的甲醛釋放量最低。未添加改性大豆蛋白時(shí)甲醛釋放量為4.76 mg/L，添加比例在10/10時(shí)甲醛釋放量降到最低為4.09 mg/L。由此可見，添加改性大豆蛋白能在一定范圍內(nèi)有效改善膠合板性能，降低甲醛釋放量。

3. 3 大豆蛋白原料來源豐富，屬可再生資源。在不改變脲醛樹脂使用時(shí)可以替代部分改性劑。以可再生資源有效替代不可再生資源，對(duì)于改善環(huán)境、降低對(duì)石油資源的依賴性起到作用。在價(jià)格方面，改性大豆蛋白比脲醛樹脂改性劑更具有優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫振，? 吳書泓.? 脲醛樹脂的結(jié)構(gòu)與形態(tài)、脲醛樹脂膠體理論及其進(jìn)展[J].? 林業(yè)科學(xué)，? 1993，? 29（1）：? 49 - 52.

[2] 周文瑞，? 李建章.? 脲醛樹脂膠黏劑及其制品低毒化研究新進(jìn)展[J].? 中國(guó)膠黏劑，? 2004，? 13（1）：? 54 - 58.

[3] 陳靜，? 陳紅，? 馬軍寶，? 等.? 納米蒙脫土改性脲醛樹脂制備膠合板研究[J].? ?森林工程，? 2013，? 29（1）：? 156 - 158.

[4] 顧繼友.? 膠黏劑與涂料[M].? 北京：中國(guó)林業(yè)出版社，? 1999.

[5] 汪浩，? 黃華，? 張隱西.? 大豆蛋白質(zhì)塑料特性的研究[J].? 中國(guó)塑料，? 2002，? 16（18）：? 57 - 60.

[6] Huang W N， Sun X Z，. Adhesive properties of soy proteins modified by sodium dodecyl sulfate and soudium dodecyl benzene sulfonate [J].? JAOCS， 2000， 77： 705 - 708.