園藝綠化用膠粘劑的合成與粘接性能研究

王瑜，李福全

摘要：為了開(kāi)發(fā)出環(huán)保型高性能園藝綠化用膠粘劑，考察了各種條件因素對(duì)園藝綠化用膠粘劑的游離甲醛、游離苯酚含量和粘接強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，當(dāng)膠粘劑中NaOH用量為4%、木質(zhì)素取代率為40%、反應(yīng)溫度和時(shí)間分別為80 ℃和1.5 h、甲醛/木質(zhì)素比例為10%時(shí)，膠粘劑具有較低的游離甲醛、游離苯酚和較高的膠合強(qiáng)度。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究表明，尿素添加有助于提升膠粘劑的膠合強(qiáng)度，且隨著尿素添加量升高，膠粘劑的膠合強(qiáng)度先增大后減小，在尿素添加量4%時(shí)取得最大值。

關(guān)鍵詞：膠粘劑；影響因素；游離苯酚；游離甲醛；膠合強(qiáng)度

中圖分類號(hào)：TQ433.4+31文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2023）12-0038-04

Study on synthesis and adhesive properties?of horticultural and greening adhesives

WANG Yu1，LI Fuquan2

（1.Sichuan Academy of Medical Sciences & Sichuan Provincial Peoples Hospital，Chengdu 610072，China;2.Chongqing University of Technology，Chongqing 400054，China）

Abstract：In order to develop environmental friendly high performance horticultural and greening adhesive，the effects of various conditions on the content of free formaldehyde and phenol and the bonding strength of horticultural and greening adhesive were investigated.The results showed that when the amount of NaOH in the adhesive was 4%，the lignin substitution rate was 40%，the reaction temperature and time were 80 ℃ and 1.5 h，respectively，and the formaldehyde/lignin ratio was 10%，the adhesive had lower free formaldehyde，free phenol，and higher adhesive strength.On this basis，further research showed that the addition of urea helps to improve the bonding strength of the adhesive，and with the increase of the amount of urea added，the bonding strength of the adhesive first increased and then decreased，reaching a maximum value when the amount of urea added was 4%.

Key words：adhesive;influencing factors;free phenol;free formaldehyde;bond strength

在園林綠化建設(shè)過(guò)程中，不同的基礎(chǔ)設(shè)施都或多或少用到膠粘劑材料[1]，而隨著節(jié)能環(huán)保要求的提高和人們對(duì)健康關(guān)注度的提升，用于園林綠化的膠粘劑除需要滿足相應(yīng)性能指標(biāo)要求外[2-6]，還需要具有良好的環(huán)保性。因此，具有良好耐水性、耐候性的酚醛樹(shù)脂膠粘劑[7-9]在園藝綠化中受到了普遍關(guān)注，并具有良好的市場(chǎng)應(yīng)用前景，但是其膠接強(qiáng)度和環(huán)保性有待進(jìn)一步提升，為了開(kāi)發(fā)出環(huán)保型高性能園藝綠化用膠粘劑，考察了工藝參數(shù)對(duì)園藝綠化用膠粘劑的游離甲醛、游離苯酚含量及粘接強(qiáng)度的影響，將利于新型高性能園藝綠化膠粘劑的開(kāi)發(fā)，并推動(dòng)其在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用。

1試驗(yàn)材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)原料包括工業(yè)級(jí)汽爆木質(zhì)素、分析純氫氧化鈉、分析純苯酚、分析純甲醛、分析純硫酸、分析純無(wú)水乙醚、分析純尿素、工業(yè)純酚醛樹(shù)脂、市售楊木板和自制蒸餾水。

1.2試樣制備

（1）將熔融苯酚與氫氧化鈉充分混合均勻后，加入總量37%的甲醛，在58 ℃水浴中進(jìn)行反應(yīng)60 min，升溫至88 ℃后加入總量37%的甲醛，繼續(xù)88 ℃恒溫反應(yīng)1.5 h，減壓脫水后備用。

（2）木質(zhì)素酚化改性酚醛樹(shù)脂。將一定量汽爆木質(zhì)素、苯酚和質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的氫氧化鈉與水?dāng)嚢杈鶆蚝螅?8 ℃水浴中恒溫反應(yīng)2 h后冷卻至室溫。然后加入80%體積的甲醛，在58 ℃反應(yīng)1.5 h，繼續(xù)升溫至設(shè)定溫度，保持設(shè)定時(shí)間反應(yīng)，然后將產(chǎn)物在68 ℃脫水形成酚醛樹(shù)脂膠粘劑。

1.3測(cè)試方法

采用PHS-3C型PH計(jì)對(duì)膠粘劑進(jìn)行游離甲醛含量測(cè)定[11]，參照標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 14074—2006；采用溴量法測(cè)定游離苯酚含量[12]，參照標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 14074—2006；以厚度2mm的楊木板為原材料，將膠粘劑涂覆表面，壓制成三合板[13]，采用AG-120kN型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行膠合強(qiáng)度測(cè)試，參照標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 14074—2006。

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1木質(zhì)素取代率

圖1為木質(zhì)素取代率對(duì)園藝綠化用膠粘劑性能的影響，其中，NaOH用量為4%、甲醛/木質(zhì)素比例（SEL）=10%，反應(yīng)溫度和時(shí)間分別為80 ℃和1.5 h。從游離苯酚測(cè)試結(jié)果看，隨著木質(zhì)素取代率增加，膠粘劑中的游離苯酚含量先減小，后增加而后又減小，在木質(zhì)素取代率為40%時(shí)取得最大值；從膠合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果看，隨著木質(zhì)素取代率增加，膠粘劑的膠合強(qiáng)度先減小，后增加而后又減小的趨勢(shì)，在木質(zhì)素取代率為40%時(shí)取得改性膠粘劑膠合強(qiáng)度的最大值1.11 MPa。對(duì)比GB/T 14732—2006標(biāo)準(zhǔn)分析可知，在木質(zhì)素取代率為40%時(shí)，膠粘劑的游離苯酚含量和膠合強(qiáng)度較大，且滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，游離苯酚含量≤6%、游離甲醛含量≤0.3%、膠合強(qiáng)度≥0.7[14-16]，為適宜的添加量。

2.2反應(yīng)溫度

圖2為反應(yīng)溫度對(duì)園藝綠化用膠粘劑性能的影響，其中，NaOH用量為4%、SEL=10%，反應(yīng)時(shí)間為1.5 h、木質(zhì)素取代率為40%。從游離甲醛含量測(cè)試結(jié)果看，隨著反應(yīng)溫度升高，膠粘劑的游離甲醛含量先減小后增加，在反應(yīng)溫度為85 ℃時(shí)候取得最小值；從游離苯酚含量測(cè)試結(jié)果可知，隨著反應(yīng)溫度升高，膠粘劑的游離苯酚含量先減小后增大，在反應(yīng)溫度為80 ℃時(shí)取得最小值；從膠合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果看，隨著反應(yīng)溫度升高，膠粘劑的膠合強(qiáng)度先增大后減小，在反應(yīng)溫度為80 ℃時(shí)取得最大值。結(jié)合反應(yīng)溫度對(duì)游離苯酚含量、游離甲醛含量和膠合強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果可知，當(dāng)反應(yīng)溫度為80 ℃時(shí)膠粘劑具有較高的膠合強(qiáng)度和較低的游離苯酚含量，為適宜的反應(yīng)溫度。

2.3反應(yīng)時(shí)間

圖3為反應(yīng)時(shí)間對(duì)園藝綠化用膠粘劑性能的影響，其中，NaOH用量為4%、SEL為10%，反應(yīng)溫度為80 ℃、木質(zhì)素取代率為40%。從游離甲醛含量測(cè)試結(jié)果看，隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，膠粘劑的游離甲醛含量先減小后增加，在反應(yīng)時(shí)間為1.5 h時(shí)候取得最小值；從游離苯酚含量測(cè)試結(jié)果可知，隨著反應(yīng)時(shí)間升高，膠粘劑的游離苯酚含量先減小后增大，在反應(yīng)時(shí)間為1.5 h時(shí)取得最小值；從膠合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果看，隨著反應(yīng)時(shí)間升高，膠粘劑的膠合強(qiáng)度先增大后減小，在反應(yīng)時(shí)間為2 h時(shí)取得最大值，且與反應(yīng)時(shí)間為1.5 h時(shí)差別不大。結(jié)合反應(yīng)時(shí)間對(duì)游離苯酚含量、游離甲醛含量和膠合強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果可知，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為1.5 h時(shí)膠粘劑具有較高的膠合強(qiáng)度、較低的游離苯酚含量和游離甲醛含量，為適宜的反應(yīng)時(shí)間。

2.4氫氧化鈉用量

圖4為氫氧化鈉對(duì)園藝綠化用膠粘劑性能的影響，其中，SEL=10%、木質(zhì)素取代率為40%、反應(yīng)溫度和時(shí)間分別為80 ℃和1.5 h。從游離甲醛含量測(cè)試結(jié)果看，隨著氫氧化鈉用量增加，膠粘劑的游離甲醛含量逐漸減小，在氫氧化鈉用量為5%時(shí)候取得最小值；從游離苯酚含量測(cè)試結(jié)果可知，隨著氫氧化鈉用量升高，膠粘劑的游離苯酚含量先減小后增大，在氫氧化鈉用量為3%時(shí)取得最小值，且與氫氧化鈉用量為4%時(shí)差別不大；從膠合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果看，隨著氫氧化鈉用量升高，膠粘劑的膠合強(qiáng)度先增大后減小，在氫氧化鈉用量為4%時(shí)取得最大值。結(jié)合氫氧化鈉用量對(duì)游離苯酚含量、游離甲醛含量和膠合強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果可知，當(dāng)氫氧化鈉用量為4%時(shí)膠粘劑具有較高的膠合強(qiáng)度、較低的游離苯酚含量和游離甲醛含量，為適宜的氫氧化鈉用量。

2.5甲醛/木質(zhì)素比例

圖5為甲醛/木質(zhì)素比例對(duì)園藝綠化用膠粘劑性能的影響，其中，NaOH用量為4%、木質(zhì)素取代率為40%、反應(yīng)溫度和時(shí)間分別為80 ℃和1.5 h。從游離甲醛含量測(cè)試結(jié)果看，隨著甲醛/木質(zhì)素比例增加，膠粘劑的游離甲醛含量先增加后減小，在甲醛/木質(zhì)素比例為5%時(shí)取得最小值；從游離苯酚含量測(cè)試結(jié)果可知，隨著甲醛/木質(zhì)素比例升高，膠粘劑的游離苯酚含量逐漸減小，在甲醛/木質(zhì)素比例為12%時(shí)取得最小值；從膠合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果看，在甲醛/木質(zhì)素比例10%時(shí)取得最大值。結(jié)合甲醛/木質(zhì)素比例對(duì)游離苯酚含量、游離甲醛含量和膠合強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果可知，當(dāng)甲醛/木質(zhì)素比例為10%時(shí)膠粘劑具有較高的膠合強(qiáng)度、較低的游離苯酚含量和游離甲醛含量，為適宜的甲醛/木質(zhì)素比例。

2.6尿素添加量

圖6為尿素添加量對(duì)園藝綠化用膠粘劑性能的影響，其中，NaOH用量為4%、木質(zhì)素取代率為40%、反應(yīng)溫度和時(shí)間分別為80 ℃和1.5 h、甲醛/木質(zhì)素比例為10%。從游離甲醛含量測(cè)試結(jié)果看，隨著尿素添加量增加，膠粘劑的游離甲醛含量先減小后增大，在尿素添加量為4%時(shí)取得最小值；從游離苯酚含量測(cè)試結(jié)果可知，隨著尿素添加量升高，膠粘劑的游離苯酚含量逐漸增大，在尿素添加量為4%時(shí)游離苯酚含量與尿素添加量為2%時(shí)相差不大；從膠合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果看，隨著尿素添加量升高，膠粘劑的膠合強(qiáng)度先增大后減小，在尿素添加量4%時(shí)取得最大值。結(jié)合尿素添加量對(duì)游離苯酚含量、游離甲醛含量和膠合強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果可知，當(dāng)尿素添加量為4%時(shí)膠粘劑具有較高的膠合強(qiáng)度、較低的游離苯酚含量和游離甲醛含量，為適宜的尿素添加量，這主要是因?yàn)樵谀z粘劑中添加一定量的尿素后，尿素會(huì)與膠粘劑中的甲醛發(fā)生反應(yīng)，且由于反應(yīng)產(chǎn)物的耐水性較差[17-20]，在制備膠合板時(shí)會(huì)影響其粘接性能，因此，膠粘劑的膠合強(qiáng)度會(huì)受到一定影響。

3結(jié)語(yǔ)

（1）在木質(zhì)素取代率為40%時(shí)，膠粘劑的游離苯酚含量和膠合強(qiáng)度較大，且滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，游離苯酚含量≤6%、游離甲醛含量≤0.3%、膠合強(qiáng)度≥0.7，為適宜的添加量;

（2）隨著反應(yīng)溫度升高，膠粘劑的膠合強(qiáng)度先增大后減小，在反應(yīng)溫度為80 ℃時(shí)取得最大值;

（3）隨著尿素添加量升高，膠粘劑的游離苯酚含量逐漸增大，在尿素添加量為4%時(shí)游離苯酚含量與尿素添加量為2%時(shí)相差不大；隨著尿素添加量升高，膠粘劑的膠合強(qiáng)度先增大后減小，在尿素添加量4%時(shí)取得最大值。

【參考文獻(xiàn)】

［1］張廣鑫，趙毅磊，王文博.木質(zhì)素改性膠粘劑研究進(jìn)展[J].化學(xué)與粘合，2022，44（4）：351-354.

[2]李騰飛，武書彬，莊軍平，等.氧化預(yù)處理木質(zhì)素制備高性能木質(zhì)素酚醛樹(shù)脂膠粘劑[J].應(yīng)用化工，2022，51（4）：907-911.

[3]李栓，張寶艷，張思，等.酚醛環(huán)氧樹(shù)脂改性環(huán)氧膠粘劑的耐熱性能研究[J].化工新型材料，2023，51（1）：272-275.

[4]吳志剛，銀露露，雷洪，等.環(huán)保酚醛樹(shù)脂改性大豆蛋白膠粘劑的研究[J].粘接，2017，38（10）：19-25.

[5]李栓，張寶艷，張思，等.酚醛環(huán)氧樹(shù)脂改性環(huán)氧膠粘劑的耐熱性能研究[J].化工新型材料，2023，51（1）：272-275.

[6]白天，薛剛，孫明明，等.中溫固化酚醛膠粘劑固化工藝及粘接性能研究[J].化學(xué)與粘合，2019，41（4）： 275-278.

[7]邵康宸，卜彥強(qiáng)，史洪源，等.導(dǎo)熱性膠粘劑的制備與性能[J].粘接，2022，49（6）：13-16.

[8]郭睿，李秀環(huán)，何觀偉，等.BPS-BPA酚醛環(huán)氧樹(shù)脂的合成及其應(yīng)用性能[J].精細(xì)化工，2020，37（2）： 403-411.

[9]王成，周保菊，張津源，等.地鐵客車酚醛地板粘接工藝分析[J].粘接，2020，41（2）：42-43.

[10]張廣鑫，趙毅磊，王文博.木質(zhì)素改性膠粘劑研究進(jìn)展[J].化學(xué)與粘合，2022，44（4）：351-354.

[11]高靜，孫常鵬.環(huán)氧樹(shù)脂膠對(duì)繼電器電弧特性的影響研究[J].粘接，2019，40（12）：25-28.

[12]劉綱勇，邱學(xué)青，邢德松.麥草堿木素酚化改性及其制備LPF膠粘劑工藝研究[J].高?；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào)，2007（4）：678-684.

[13]李騰飛，武書彬，莊軍平，等.氧化預(yù)處理木質(zhì)素制備高性能木質(zhì)素酚醛樹(shù)脂膠粘劑[J].應(yīng)用化工，2022，51（4）：907-911.

[14]王凱，劉鳳霞，魏煒，等.三步共聚法制備木質(zhì)素基酚醛樹(shù)脂膠粘劑[J].熱固性樹(shù)脂，2020，35（2）：12-17.

[15]王凱，劉鳳霞，魏煒，等.木質(zhì)素基酚醛樹(shù)脂膠粘劑改性研究進(jìn)展[J].熱固性樹(shù)脂，2020，35（4）：61-66.

[16]鄭典模，溫愛(ài)鵬，徐建國(guó)，等.鄰甲酚甲醛環(huán)氧樹(shù)脂/線性酚醛樹(shù)脂/改性納米SiO2耐高溫膠粘劑的研制[J].化工新型材料，2016，44（12）：109-111.

[17]王旭，梁西良.耐高溫酚醛樹(shù)脂研究進(jìn)展[J].化學(xué)與粘合，2022，44（2）：162-164.

[18]王凱，劉鳳霞，魏煒，等.尿素和MgO改性木質(zhì)素基酚醛樹(shù)脂研究[J].應(yīng)用化工，2020，49（11）：2675-2678.

[19]張春愛(ài)，李久龍，張孝阿，等.耐高溫硼改性酚醛膠粘劑的制備及性能研究[J].熱固性樹(shù)脂，2016，31（5）：30-33.

[20]王旭，梁西良.耐高溫酚醛樹(shù)脂研究進(jìn)展[J].化學(xué)與粘合，2022，44（2）：162-164.