改性豆胶胶合板热压工艺优化及固化机理分析

摘要:为了减少含甲醛胶黏剂和推广环境友好型胶黏剂在胶合板中的应用,该文对脱脂豆粉进行改性后制成具有耐水 性的人豆胶黏剂,用于生产胶合板,分析了热压工艺对胶合板性能的影响;并辅以仪器分析结果阐述改性豆胶的固化机 理。结果表明,热11工艺的影响因素大小排序为热压温度>热压压力>热压时间;较佳热压工艺为:14(TC、1.0 MPa和4.69 min,胶合板的耐水胶合强度(0.91 MPa)符介国家标准GB/T9846-2004中II类胶合板的要求00.80 MPa)。傅里叶变 换红外光谱分析表明,固化后的改性豆胶亲水性基闭减少,酰胺键存所增加:豆胶在固化过程中内部基闭发生反应,形 成交联。X•射线光电子能谱分析表明,改性ii胶固化过程+仅发生酰胺化反应,还发生胺化作用,使胶交联成体型结 构。热重-微分热重分析表明,升温至140150°C时,豆胶的吸附水和宫能团间缩合反应产生的水分蒸发完毕,豆胶完全 固化;继续升温,豆胶发生热分解。该研究可为豆胶的工业化应用提供参考。
 
 
绿色环保是21世纪吋持续发展的主题。目前,人造 板生产仍以“三醛”胶为主,生产的产品在使用中会不断 地释放出甲醛,污染环境,危害人们的身体健康;而且,
 
“三醛”胶的原料多为石油化工产品,难以做到吋持续发 展。因此,以天然可再生资源为原料,开发从牛产到应用 过程都尤毒、无污染的胶黏剂是行业发展的趋势+51。
 
以植物的某些成份(如淀粉、纤维素、蛋白质等) 为原料制成的胶黏剂在古代早有应用,但此类胶黏剂的 耐水性差,使用范m有限[6]。随着时代的发展与进步,对 梢物源胶黏剂的研究得到了广泛的关注,此类胶黏剂的耐 7JC性有了明®的改善,应用范围也扩大到人造板行业15,7' 大豆榨油后的脱脂豆粕含人量大豆蛋白,具有来源丰富、 加丄易得、价格低廉等特点,是用于制备胶黏剂的首选 原枓。目前大豆蛋a常用的改性方法有交联改性、化学 修饰、仿生改性、生物酶改性等,主要是提髙大豆胶黏 剂的耐水性【1(M4】。但不同的胶黏剂性能不同,在应用中 需采用与之相适应的胶合工艺,用各种改性方法制备的 豆胶在人造板中的使用方式也不尽相同。Zhikai Zhong等1151 以盐酸胍
 
 
离蛋白(soy protein isolate, SPI)制成胶黏剂,用丁'纤维 板制作,研究了纤维板性能与热压温度和成型时间的关 系。Jian Huang 等将聚乙炼亚胺(polyethyleneimine, PEI)、顺丁稀二酸酐(maleic anhydride, MA)配合豆粉 制备胶黏剂,应用于室内型胶合板的制作,分析了热压 工艺与胶合板性能的关系。张洋等[171以杨木单板为试材, 研究了豆胶压制胶合板的胶合工艺,在施胶量为360 g/m2, 热压压力1.4 MPa,热压温度16(TC,热压时间70 s/nun 时,压制的胶合板达到II类胶合板的标准。方坤等M研 究了豆胶竹刨花板的制作工艺后,生产出物理力学性能 达到国家标准耍求的竹刨花板。但绝大部分研究均以大 豆分离蛋白为原料,成本昂贵:且热压工艺温度高,热 压压力大,木材压缩率高,难于工业化推广。
 
本文以大豆榨油后的F脚料——脱脂豆粕制成的脱 脂豆粉为原料,以发明专利(专利号:ZL 200810072142) 中的配方和方法制备大豆胶黏剂|19],用于马尾松胶合板 的制作,以胶合强度和木材压缩率评价胶合板性能,研 究该种改性豆胶生产胶合板的合适工艺;并通过仪器分 析,揭示改性a胶在较佳罔化条件下内部结构的变化, 分析其固化机理,为改性豆胶的推广应用提供参考依据。
 
 
1. 2. 3肢合板制作
 
改件豆胶均用于压制三层马尾松胶合板(表板顺纹 与芯板顺纹相互垂a),用软毛刷将胶液涂布于芯层单 板上,使单板t湿状胶层厚度为0.14 mm;涂胶后室温 (25°C)闭合陈化12 min,再送入热压机(万能试验压机 BY302X2/15,苏州新协力企业发展有限公司),热压工 艺采用表1的设计方案。
 
1. 2. 4胶合板检测
 
根据国家标准GB/T 9846-2004 “胶合板”中的要求, 制作10个试件,按国家标准GB/T 17657-1999中4.15 II 类胶合板检测方法检测豆胶胶合板的胶合强度;即将试 件放入(63±3/C的热水中浸溃3 h,取出后在室温F冷却 10 min,在试验机上检测其胶合强度,试验机(微机控制 电子万能试验机CMT-6104,深圳市新三思计量技术有限 公司)拉伸速度lOmm/min;试验结果为10个试件胶合 强度的平均值。木材压缩率大小影响着人造板成本的高 低:胶合板工业中木材压缩率可接受范围是017%,这 可作为选择合适热压工艺的参考指标,木材压缩率=(1 一胶合板厚度/单板厚度总和)X100%,胶合板厚度与单 板厚度总和单位均为mm。
 
1.2.5红外光谱分析
 
仪器:Nicolet380 (美国热电公司)。待分析的豆胶 样品采用2种方法处理:方法一,冷冻干燥,即未固化 的豆胶在-47’C、真空度4.75 Pa条件下干燥24 h;方法 二,烘箱干燥,即未固化的豆胶在丨.2.2确定的温度、压 力为1个大气压的条件下干燥2 h。将样品研成粉末,经 KBr压片后扫描。
 
1.2.6 X射线光电子能谱分析
 
仪器:ESCALAB250 (英国赛默飞世尔科技公司)。 样品与1.2.5相同,在20 MPa的压力下压片1 min,用X
射线光电子能谱仪测试,真空度为2xl0_7Pa,采用A1K Alpha辐照源,能量分析器采用固定透过能方式全扫描, 透射能为100eV,步宽为l.OeV,精细扫描时步宽为0.1 eV,样品结合能荷电校正采用饱和烃污染碳C1S^284.6 eV).先在01 200 eV范做全谱扫描,再对C元素做 精细扫描,得到C元素在不丨s)样品中的结合能值,结果 用Origin 7.0和随机软件Thermo A vantage处理。
 
1. 2. 7热重-微分热重分析
 
仪器:NetzschTG209 (德国耐驰集团)。样品处理 与1.2.5方法一相同。以2(TC/min的加热速度,通过在氮 气(纯度>99.9%,气流量10 mL/min)气氛中测定样品 25300°C的加热过程中质量的变化。
 
2结果与分析
 
2.1圧板工艺试验结果与分析
 
按压板工艺设计试验,结果与极差分析见表2,方差 分析见表L
趋势,在87107-C时,胶合强度在0.260.54 MPa之间, 说明在87107"C时,改性豆胶在给定的K板时间内难以 完全固化,胶合强度低;当热压温度达到127°C时,胶合 强度增至0.730.81 MPa,表明较卨的温度玎促进改性豆 胶的同化,在豆胶胶层中可发生-NH/ij-COO的缩合反 应[2()1、-N^+与e胶多糖中羟基和单板表面羟基的胺化作 用[2固化的豆胶形成交联,提高了耐水胶合强度。当 热压压力分别为1.0和1.2 MPa时,对应的胶合强度均值 分别为0.47和0.49 MPa,两者相差仅0.02 MPa,而热压 压力在1.4 MPa时胶合强度均值迅速提卨至0.62 MPa, 说明提高热压压力有利于改性豆胶与单板表面形成紧密 结合,且压实板坯,促使豆胶进一步渗入木材:豆胶固 化后在胶合板中形成胶钉结构,与单板形成机械结合力, 提高胶合板的强度:但过高的热压压力易导致单板过度 压缩,因此,在胶合板胶合强度达标前提下,可选用较 低的热E压力,以利于降低木材压缩率。在热压时间为 4.69min时,胶合强度均值最卨,达到0.59 MPa;说明在 短时间内,改性豆胶内部基团难以完全反应,而热压时 间长也易造成胶黏剂的分解,胶合性能下降。由胶合强 度极差分析结果可知,热压工艺对改性豆胶胶合板胶合 强度的影响大小为热压温度>热压压力>热压时间;改性 豆胶胶合板的较佳热压工艺为热压温度127’C、热乐乐力 1.4 MPa和热压时间4.69 miru表3的方差分析结果也说 明热压温度对改性豆胶的固化有显著影响。
 
考虑到热压温度对改性豆胶固化和木材压缩率的影 响,采用试验号9和优化的热压工艺做重复性试验,同 时改变试验号9的压板温度做单因素试验,结果见表4。
表4改性豆胶压板工艺验证及温度单因素试验 Table 4 Hot-pressing factors validation and temperature’s single-factor experiment of modified soy-based adhesives
热仄温度/  r 热n;JK力/ MPa 热Jt;.时间/ min 胶合强度/ MPa 木材爪缩率 / %
127 1.4 4.69 0.83 25.8
127 1.0 4.69 0.82 15.9
140 1.0 4.69 0.91 16.7
150 t.o 4.69 0.93 23.4
 
表4结果表明,试验号9和优化的热压工艺压制的 胶合板胶合强度均可达到II家标准要求(>0.80 MPa), 但优化的较佳工艺的热压压力大,木材ft:缩率高达25.8%, 实用性较差。另外,胶合板胶合强度随热压温度提高而上 升;当热压温度为140°C时,胶合强度达0.91 MPa,木材 压缩率16.7%,处于正常范围;继续提高热FR温度至150 •C,胶合强度上升幅度不大,而木材压缩率增加至23.4%。 综上分析,热压温度14(TC、热压压力1.0 MPa、热压时间 4.69min时,改性豆胶固化良好,又不会导致太高的木材 压缩率,是较优的改性立胶胶合板热压工艺。
 
以140。。、1.0 MPa' 4.69 min的热压工艺重复压制3 块胶合板,测得其平均胶合强度为0.89 MPa,标准偏差 为0.03,达到国家标准GBAT 9846-2004规定的II类胶合 板的要求,且平均木材压缩率为16.3%,重复性好。
2. 2改性豆胶固化前后红外光谱分析
 
由2.1分析得,改性豆胶较优的热)+:温度是140-C。 因此,取140"C做为表征分析中改性豆胶样品固化处理的 温度。将改性R胶罔化前后的产物进行红外光谱分析, 谱图如图1所示。
波数/cnr1
 
本文地址:/xinwen/107.html

版权所有:费县磐石板材厂 技术支持:浩瀚网络

网站地图

123