改性酚醛樹脂膠粘劑在園林景觀造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

文雅，岳丹

摘要：為了提升園林設(shè)計(jì)造型用膠粘劑的膠合強(qiáng)度，同時(shí)保證膠粘劑具有較低的游離甲醛含量和較高的黏度，考察了木質(zhì)素和羥甲基木質(zhì)素添加量對(duì)園林景觀造型設(shè)計(jì)用膠粘劑結(jié)構(gòu)、物理性能和膠合強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，隨著酚醛樹脂膠粘劑中木質(zhì)素添加量的增加，游離甲醛含量和黏度不斷增大，而固含量逐漸減小。隨著木質(zhì)素添加量的增加，酚化前后膠粘劑的膠合強(qiáng)度都呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)。隨著酚醛樹脂膠粘劑中羥甲基木質(zhì)素添加量的增加，游離甲醛含量和黏度不斷增大，而固含量逐漸減小。添加羥甲基木質(zhì)素的酚醛樹脂膠粘劑的強(qiáng)度有所減小，改性后酚醛樹脂膠粘劑的膠合強(qiáng)度有所增大。

關(guān)鍵詞：膠粘劑；木質(zhì)素；羥甲基木質(zhì)素；添加量；物性

中圖分類號(hào)：TQ323.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2023）12-0050-04

Research on the application of modified phenolic?resin adhesive in landscape design

WEN Ya，YUE Dan

（Hubei Vocational and Technical College of Ecological Engineering，Wuhan 430200，China）

Abstract：In order to improve the bonding strength of adhesives for landscape design，and at the same time ensuring a low free formaldehyde content and high viscosity，the effects of lignin and hydroxymethyl lignin additions on the structure，physical properties，and bonding strength of adhesives for landscape design were investigated.The results showed that with the increase of lignin addition in phenolic resin adhesive，the free formaldehyde content and viscosity，while the solid content gradually decreased.With the increase of lignin addition，the bonding strength of the adhesive before and after phenolic treatment showed a gradually decreasing trend.With the increase of hydroxymethyl lignin in phenolic resin adhesives，the free formaldehyde content and viscosity continued to increase，while the solid content gradually decreased.The strength of phenolic resin adhesive added with hydroxymethyl lignin decreased，while the bonding strength of modified phenolic resin adhesive increased.

Key words：adhesive;lignin;hydroxymethyl lignin;addition amount;physical properties

隨著人們生態(tài)環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)和對(duì)自然環(huán)境要求的提高，國(guó)內(nèi)園林景觀造型設(shè)計(jì)與建設(shè)迎來了快速發(fā)展階段，對(duì)園林設(shè)計(jì)用膠粘劑也提出了更高的要求。除了傳統(tǒng)膠粘劑的膠合強(qiáng)度需要滿足標(biāo)準(zhǔn)要求外[2]，還需要膠粘材料具有低的游離甲醛含量，較高的黏度等[3-5]。較為可行的方法是對(duì)園林景觀造型設(shè)計(jì)用膠粘劑進(jìn)行改性處理，以尋找適當(dāng)?shù)奶砑觿┖椭苽涔に?。為了提升園林景觀造型設(shè)計(jì)用膠粘劑的膠合強(qiáng)度，同時(shí)保證膠粘劑具有較低的游離甲醛含量和較高的黏度，考察了木質(zhì)素和羥甲基木質(zhì)素添加量對(duì)園林景觀造型設(shè)計(jì)用膠粘劑結(jié)構(gòu)、物理性能和膠合強(qiáng)度的影響，結(jié)果將有助于高綜合性能的園林設(shè)計(jì)用膠粘劑的開發(fā)，并推動(dòng)其在園林景觀造型設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料包括市售木質(zhì)素（過60目篩，灰分含量為1.25%），酚醛樹脂膠粘劑（PF）苯酚、氫氧化鈉、異丙醇、鹽酸、甲醛水溶液、乙醚。

1.2試樣制備

將木質(zhì)素、氫氧化鈉和水混合均勻后，升高溫度至78 ℃后加入苯酚，反應(yīng)60 min后加入剩余氫氧化鈉、苯酚和甲醛溶液，蒸餾3 h后當(dāng)黏度達(dá)到150 MPa·s時(shí)冷卻至室溫，得到PLPF膠粘劑，其中，共制備了4種不同木質(zhì)素添加量的PLPF膠粘劑，其中，PF試樣是指木質(zhì)素∶苯酚=0∶100，25%PLPF是指木質(zhì)素∶苯酚=25∶75，40%PLPF是指木質(zhì)素∶苯酚=40∶60，60%PLPF是指木質(zhì)素∶苯酚=60∶40。

當(dāng)反應(yīng)完成后加入乙醚洗滌并在下層溶液中加入濃度為0.8 mol/L鹽酸，離心分離后得到酚化木質(zhì)素。將木質(zhì)素、氫氧化鈉和水混合均勻后，升高溫度至78 ℃后加入甲醛（木質(zhì)素∶甲醛=1∶1），反應(yīng)80 min后得到羥甲基化木質(zhì)素，然后加入剩余氫氧化鈉、苯酚和甲醛溶液，蒸餾3 h后當(dāng)黏度達(dá)到150 MPa·s時(shí)冷卻至室溫，得到HLPF膠粘劑，當(dāng)反應(yīng)完成后加入乙醚洗滌并在下層溶液中加入0.8 mol/L鹽酸，離心分離后得到羥甲基木質(zhì)素。其中，共制備了4種不同羥甲基木質(zhì)素添加量的HLPF膠粘劑，其中，25%HLPF是指羥甲基木質(zhì)素∶苯酚=25∶75，依次類推。

1.3測(cè)試方法

采用ThermoFisher Nicolet iS5 FTIR紅外光譜儀對(duì)木質(zhì)素進(jìn)行紅外光譜分析；根據(jù)GB/T 1723標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試膠粘劑的黏度[6]；根據(jù)GB/T 14074—2006標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試膠粘劑的固含量和游離甲醛含量[7]。根據(jù)GB/T 9846—2004標(biāo)準(zhǔn)[8]，在RGF-3型平板硫化機(jī)上制備膠合板，膠合板試樣尺寸示意圖如圖1所示?；臑闂钅荆┠z量為135 g/m2，涂膠后進(jìn)行0.5 MPa、25 min的陳化處理，然后進(jìn)行135 ℃、1 MPa、5 min的熱壓和0.5 MPa、5 min的冷壓處理，使其充分固化，采用INSTRON 5500型萬能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)試膠合板的膠合強(qiáng)度，拉伸速率為3 mm/min，結(jié)果取5根試樣平均值。

2結(jié)果與分析

2.1木質(zhì)素添加量的影響

圖2為木質(zhì)素酚化前后的紅外光譜圖。對(duì)比分析可知，無論是酚化前的木質(zhì)素，還是酚化后的木質(zhì)素，紅外光譜圖中的特征峰位置基本相同，在3 410、1 600、1 510、1 425和1 222 cm-1位置處分別出現(xiàn)了O—H伸縮振動(dòng)峰、芳環(huán)骨架振動(dòng)峰、芳環(huán)骨架振動(dòng)峰、、酚羥基C—O伸縮振動(dòng)峰和C—H彎曲振動(dòng)峰，且在1 028 cm-1位置處還出現(xiàn)了C—O伸縮振動(dòng)峰。由此可見，經(jīng)過酚化處理后的木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)并沒有發(fā)生明顯變化。只是相較于酚化前木質(zhì)素，酚化后木質(zhì)素在754、1 223 cm-1處出現(xiàn)了C—H彎曲振動(dòng)峰和C—O伸縮振動(dòng)峰，表明酚化后的木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中已經(jīng)成功引入了苯酚，相應(yīng)地有助于增加酚化木質(zhì)素的活性位點(diǎn)[11-13]，提升反應(yīng)活性。

表1為不同木質(zhì)素添加量的膠粘劑的物理特性，分別列出了膠粘劑游離甲醛、固含量和黏度測(cè)試結(jié)果。

由表1可知，對(duì)于未改性的酚醛樹脂膠粘劑，游離甲醛、固含量和黏度分別為0.063%、49.8%和86 MPa·s；當(dāng)在酚醛樹脂膠粘劑中加入不同添加量的木質(zhì)素后，添加木質(zhì)素的酚醛樹脂膠粘劑的游離甲醛含量增加、固含量減小、黏度增大。隨著酚醛樹脂膠粘劑中木質(zhì)素添加量的增加，游離甲醛含量和黏度不斷增大，而固含量逐漸減小。

表2為酚化前后木質(zhì)素添加量對(duì)膠粘劑膠合強(qiáng)度的影響，分別列出了不同木質(zhì)素添加量時(shí)膠粘劑酚化前后的膠合強(qiáng)度。

由表2可知，對(duì)于未改性的酚醛樹脂膠粘劑，酚化前膠合板沒有膠合強(qiáng)度，而酚化后膠合強(qiáng)度達(dá)到1.03 MPa；當(dāng)在酚醛樹脂膠粘劑中加入不同添加量的木質(zhì)素后，酚化前25%HLPF、40%HLPF和60%HLPF的膠合強(qiáng)度分別為0.83、0.63和0.39 MPa；酚化后25%HLPF、40%HLPF和60%HLPF的膠合強(qiáng)度分別為0.89、0.68和0.49 MPa。由此可見，酚化后助于提升木質(zhì)素酚醛樹脂膠粘劑的膠合強(qiáng)度，且隨著木質(zhì)素添加量的增加，酚化前后膠粘劑的膠合強(qiáng)度都呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)。

圖3為酚化前后不同木質(zhì)素添加量對(duì)膠粘劑紅外光譜圖。

由圖3可知，對(duì)于PF和25%PLPF而言，二者具有相似的特征峰，如3 400、1 600、1 475、1 220、1 145、1 020 cm-1位置處的O—H伸縮振動(dòng)峰，苯環(huán)骨架伸縮振動(dòng)峰、C—O伸縮振動(dòng)峰、C—H彎曲振動(dòng)峰和醇羥基的C—O伸縮振動(dòng)峰。當(dāng)增加木質(zhì)素含量至40%時(shí)，膠粘劑的紅外光譜圖中出現(xiàn)了1 124 cm-1處的醚鍵C—O伸縮振動(dòng)峰和1 380 cm-1位置處的C—H彎曲振動(dòng)峰；繼續(xù)增加木質(zhì)素含量至60%時(shí)，1 475 cm-1位置處特征峰減弱，而1 124 cm-1處和1 380 cm-1位置處的的C—O和C—H特征峰增強(qiáng)，表明較高的木質(zhì)素添加量時(shí)膠粘劑中苯環(huán)結(jié)構(gòu)含量會(huì)有所降低[9-15]，這與前述的繼續(xù)增加木質(zhì)素含量并沒有進(jìn)一步提升膠粘劑的膠合強(qiáng)度相吻合。

2.2羥甲基木質(zhì)素添加量的影響

表3為不同羥甲基木質(zhì)素添加量的膠粘劑的物性參數(shù)。

由表3可知，對(duì)于未改性的酚醛樹脂膠粘劑，游離甲醛、固含量和黏度分別為0.063%、49.8%和86 MPa·s，改性前膠合強(qiáng)度為1.03 MPa；當(dāng)在酚醛樹脂膠粘劑中加入不同添加量的羥甲基木質(zhì)素后，添加羥甲基木質(zhì)素的酚醛樹脂膠粘劑的游離甲醛含量增加、固含量減小、黏度增大。隨著酚醛樹脂膠粘劑中羥甲基木質(zhì)素添加量的增加，游離甲醛含量和黏度不斷增大，而固含量逐漸減小。從力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果看，添加羥甲基木質(zhì)素的酚醛樹脂膠粘劑的強(qiáng)度有所減小，而改性后酚醛樹脂膠粘劑的膠合強(qiáng)度有所增大，但是都低于改性前酚醛樹脂膠的膠合強(qiáng)度。

圖4為不同羥甲基木質(zhì)素添加量的膠粘劑的紅外光譜圖。

由圖4可知，當(dāng)羥甲基木質(zhì)素添加量為25%時(shí)其紅外光譜圖中的特征峰與PF相似，繼續(xù)增加羥甲基木質(zhì)素添加量為40%，改性膠粘劑的特征峰仍然未發(fā)生明顯變化，這與40%PLPF出現(xiàn)的新的特征峰有明顯差異；進(jìn)一步增加羥甲基木質(zhì)素添加量至60%時(shí)，紅外光譜圖中可見1 124 cm-1位置處的醚鍵C—O伸縮振動(dòng)峰，相應(yīng)的苯環(huán)特征峰減弱[16]，這與上述的羥甲基木質(zhì)素添加量為60%時(shí)膠粘劑的膠合強(qiáng)度降低相吻合。

2.3膠粘材料在園林景觀造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

從木質(zhì)素含量和羥甲基木質(zhì)素添加量對(duì)膠粘劑游離甲醛、固含量和黏度，以及膠合強(qiáng)度的影響上看，經(jīng)過酚化處理后的木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)并沒有發(fā)生明顯變化。只是相較于酚化前木質(zhì)素，酚化后木質(zhì)素在754 cm-1位置和1 223 cm-1位置處出現(xiàn)了C—H彎曲振動(dòng)峰和C—O伸縮振動(dòng)峰，表明酚化后的木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中已經(jīng)成功引入了苯酚，相應(yīng)地有助于增加酚化木質(zhì)素的活性位點(diǎn)，提升反應(yīng)活性。當(dāng)增加木質(zhì)素含量至40%時(shí)，膠粘劑的紅外光譜圖中出現(xiàn)了1 124 cm-1處的醚鍵C—O伸縮振動(dòng)峰以及1 380 cm-1位置處的C—H彎曲振動(dòng)峰；繼續(xù)增加木質(zhì)素含量至60%時(shí)，1 475 cm-1位置處特征峰減弱，而1 124 cm-1處和1 380 cm-1位置處的的C—O和C—H特征峰增強(qiáng)；當(dāng)增加羥甲基木質(zhì)素添加量為40%，改性膠粘劑的特征峰仍然未發(fā)生明顯變化，這與40%PLPF出現(xiàn)的新的特征峰有明顯差異；進(jìn)一步增加羥甲基木質(zhì)素添加量至60%時(shí)，從紅外光譜圖中可見1 124 cm-1位置處的醚鍵C—O伸縮振動(dòng)峰，相應(yīng)的苯環(huán)特征峰減弱。

酚化前25%、40%和60%HLPF的膠合強(qiáng)度分別為0.83、0.63和0.39 MPa；酚化后25%、40%和60%HLPF的膠合強(qiáng)度分別為0.89、0.68和0.49 MPa，可見，酚化后助于提升木質(zhì)素酚醛樹脂膠粘劑的膠合強(qiáng)度。添加羥甲基木質(zhì)素的酚醛樹脂膠粘劑的游離甲醛含量增加、固含量減小、黏度增大。隨著酚醛樹脂膠粘劑中羥甲基木質(zhì)素添加量的增加，游離甲醛含量和黏度不斷增大，而固含量逐漸減小。羥甲基木質(zhì)素含量為25%時(shí)膠粘劑的物性指標(biāo)已經(jīng)可以滿足國(guó)標(biāo)要求，而羥甲基木質(zhì)素含量增加至40%及以上時(shí)，膠合強(qiáng)度低于國(guó)標(biāo)要求且膠粘劑中的游離甲醛含量較高[17-18]，不適宜在園林景觀造型設(shè)計(jì)中應(yīng)用。

3結(jié)語

（1）對(duì)于未改性的酚醛樹脂膠粘劑，游離甲醛、固含量和黏度分別為0.063%、49.8%和86 MPa·s。當(dāng)在酚醛樹脂膠粘劑中加入不同添加量的木質(zhì)素后，添加木質(zhì)素的酚醛樹脂膠粘劑的游離甲醛含量增加、固含量減小、黏度增大;

（2）酚化后助于提升木質(zhì)素酚醛樹脂膠粘劑的膠合強(qiáng)度，且隨著木質(zhì)素添加量的增加，酚化前后膠粘劑的膠合強(qiáng)度都呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì);

（3）隨著酚醛樹脂膠粘劑中羥甲基木質(zhì)素添加量的增加，游離甲醛含量和黏度不斷增大，而固含量逐漸減小。添加羥甲基木質(zhì)素的酚醛樹脂膠粘劑的強(qiáng)度有所減小，而改性后酚醛樹脂膠粘劑的膠合強(qiáng)度有所增大，但是都低于改性前酚醛樹脂膠的膠合強(qiáng)度。

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