大豆基膠黏劑在楊木多層膠合板中的應(yīng)用?

杜洪雙 田 甜 唐朝發(fā)

[ 吉林省木質(zhì)材料科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(北華大學(xué))，吉林 132013 ]

生物質(zhì)膠黏劑以“綠色、環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟(jì)”特點(diǎn)，成為人們研究的熱點(diǎn)。以大豆基膠黏劑替代脲醛樹脂制造膠合板，可在源頭上減少甲醛對環(huán)境及人體造成的危害[1-4]。為改善大豆膠黏劑的耐水膠合性能，人們進(jìn)行了大量的改性研究，取得了一系列進(jìn)展和突破，如采用聚酰胺多胺環(huán)氧氯丙烷樹脂改性大豆分離蛋白可制備I類膠合板；通過采用雙組份大豆蛋白膠黏劑，可改善大豆基膠黏劑膠合板的膠合性能；采用環(huán)氧單體等交聯(lián)改性及玄武巖纖維改性大豆蛋白膠黏劑制備膠合板；用大豆蛋白改性脲醛樹脂、液化淀粉改性酚醛樹脂等；通過穩(wěn)定劑改善大豆基膠黏劑性能；利用環(huán)氧化接枝改性與苯乙烯接枝共聚改性，制備耐沸水大豆基膠黏劑；采用1, 2-苯并異噻唑啉-3-酮提高防腐性能等，有關(guān)大豆基膠黏劑制備膠合板的研究多以三層、五層膠合板為研究對象[5-20]。由于大豆基膠黏劑普遍存在固體含量低，涂膠后板坯含水率高等問題，因此在大豆基膠黏劑多層膠合板的實(shí)際生產(chǎn)過程中，存在壓縮率、成品板厚度不易控制問題，針對上述問題，本文探究能確保大豆基膠黏劑多層膠合板膠合強(qiáng)度和厚度可控的工藝方案。

1 材料與方法

1.1 材料

環(huán)氧改性大豆基膠黏劑，固體含量35%，自制；楊木單板，厚度（2.0±0.1）mm,含水率8%～10%，遼源云山木業(yè)有限公司。

1.2 設(shè)備

智能控制實(shí)驗(yàn)壓機(jī)，SYSMEN-N,中國林科院木材工業(yè)研究所；微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)，CMT5105，深圳新三思材料檢測有限公司；恒溫水浴鍋，HH-1，金壇宏華儀器廠。

1.3 試驗(yàn)方法

采用L9(34)正交試驗(yàn)方法，探究工藝參數(shù)對九層楊木膠合板物理力學(xué)性能的影響，找出滿足生產(chǎn)條件的工藝參數(shù)。采用厚度規(guī)，壓制滿足壓縮率及厚度的楊木膠合板。

以熱壓壓力、涂膠量、熱壓時間、熱壓溫度為試驗(yàn)因素，因素與水平見表1。按表1 試驗(yàn)條件，采用L9(34)正交試驗(yàn)表，壓制9 組膠合板，每組壓制3 張500 mm×500 mm的九層膠合板。按GB/T 9846—2015 《普通膠合板》、GB/T 17657—2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行主要物理力學(xué)性能檢測[21-22]。

表1 試驗(yàn)因素與水平Tab. 1 Test factors and levels

2 結(jié)果與分析

根據(jù)GB/T 9846—2015、GB/T 17657—2013 標(biāo)準(zhǔn)，測得大豆基楊木膠合板的含水率為9.0%～13.6%，滿足Ⅱ類膠合板含水率要求；壓縮率、膠合強(qiáng)度檢測結(jié)果見表2，正交試驗(yàn)極差分析見表3。

表2 大豆基楊木膠合板壓縮率及膠合強(qiáng)度Tab. 2 Compressing rate and bond strength for soy-based poplar plywood

表3 大豆基楊木膠合板正交試驗(yàn)極差分析Tab. 3 Orthogonal test rang analysis for soy-based poplar plywood

通過表3 可知，熱壓溫度對壓縮率影響最為顯著，其次是熱壓壓力、熱壓時間、涂膠量。涂膠量對膠合強(qiáng)度影響最為顯著，其次是熱壓溫度、熱壓壓力、熱壓時間。由表2、表3 數(shù)據(jù)可知，涂膠量對膠合板的膠合強(qiáng)度影響最大，主要因?yàn)樗么蠖够z黏劑固體含量比較低，同時單板表面存在背面裂隙、木毛等缺陷，當(dāng)涂膠量低時，易造成局部缺膠等問題，導(dǎo)致膠合強(qiáng)度低，不能達(dá)到普通膠合板的膠合強(qiáng)度要求[23-27]。試驗(yàn)中當(dāng)涂膠量達(dá)到400 g/m2時，膠合強(qiáng)度滿足普通膠合板的膠合強(qiáng)度要求，涂膠量由400 g/m2提高到440 g/m2時，膠合強(qiáng)度提升不明顯。熱壓溫度、熱壓壓力、熱壓時間對膠合板的膠合強(qiáng)度影響不大，說明熱壓工藝條件可保證膠合板各層單板在緊密接觸時，膠黏劑完成固化[28-37]。熱壓溫度對膠合板的壓縮率影響最大，同時熱壓壓力、熱壓時間、涂膠量對膠合板的壓縮率影響也比較顯著，主要是木材硬度與木材的溫度、含水率有很大的關(guān)系，隨著溫度、含水率的增加，木材硬度降低，塑性增大，木材易被壓縮，因此在熱壓溫度升高、壓力增大、熱壓時間延長、含水率增加等任一條件或多個條件改變時，都會導(dǎo)致壓縮率增大。

3 一定壓縮率條件下大豆基楊木膠合板制備

通過以上分析，涂膠量以400 g/m2為宜；熱壓工藝參數(shù)選擇：熱壓壓力0.8 MPa，可保證單板間緊密接觸；熱壓溫度125 ℃，可減少熱壓時間，保證膠黏劑固化及膠合板含水率較低；熱壓時間取70 s/mm板厚，以提高生產(chǎn)效率。按以上試驗(yàn)條件壓制16 mm厚九層大豆基楊木膠合板，考慮到單板的厚度誤差、含水率差異等因素對壓縮率的影響，采用16 mm厚度規(guī)控制制品的最終厚度，按壓縮率為12%確定板坯厚度。制備的楊木膠合板主要性能指標(biāo)如表4 所示，均滿足GB/T 9846—2015 標(biāo)準(zhǔn)要求，說明此工藝方案可行。按此生產(chǎn)工藝條件，基本可解決工廠實(shí)際生產(chǎn)過程中膠合板厚度不易控制的問題。

表4 一定壓縮率楊木膠合板主要性能指標(biāo)Tab. 4 Main performance indexes of poplar plywood under the determined compressing ratio

4 結(jié)論

1）采用厚度規(guī)控制膠合板制品的厚度，在熱壓壓力0.8 MPa、涂膠量400 g/m2、熱壓溫度125 ℃、熱壓時間70 s/mm板厚的工藝條件下，可生產(chǎn)出滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的大豆基楊木多層膠合板。

2）采用厚度規(guī)控制厚度制備大豆基楊木多層膠合板，可采用較高的熱壓溫度，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率。