李 杉 趙士猛 丁子峰 唐朝發(fā) 時君友

大豆基膠黏劑早期在人造板生產(chǎn)中主要作為膠合板用膠黏劑，其耐潮、耐水等性能較差。后來隨著合成樹脂類膠黏劑的發(fā)展，大豆基膠黏劑逐步被脲醛樹脂、酚醛樹脂等取代，合成樹脂因其具有良好的性能，使用方便、價格低廉等特性，是目前人造板生產(chǎn)中主要使用的膠黏劑。但因目前人造板生產(chǎn)所使用的合成樹脂主要是含醛膠黏劑，不可避免地存在甲醛污染。近年隨著人們對綠色環(huán)保室內(nèi)裝飾材料的需求逐漸增加，使用異氰酸酯、API、大豆基等無醛膠黏劑生產(chǎn)的人造板不斷增多。其中大豆因生長周期短、來源豐富、價格低廉、可再生等優(yōu)點，是理想的制膠原料。目前以脫脂大豆為主要原料的耐水性改性大豆基膠黏劑在膠合板生產(chǎn)中得到推廣應用。但因其黏度大，固體含量低等問題，在刨花板生產(chǎn)中主要處于研究階段[1-3]。

該研究以大豆基膠黏劑制備木質(zhì)刨花板，主要針對密度、施膠量、防水劑用量對大豆基木質(zhì)刨花板的主要性能的影響進行試驗研究，確定主要生產(chǎn)工藝參數(shù)。大豆基膠黏劑主要由以大豆蛋白為主要成分的主劑及以環(huán)氧改性聚酰胺為主要成分的交聯(lián)劑組成，使用時按一定比例調(diào)制即可，在一定溫度條件下，交聯(lián)劑中的活性基團氮雜環(huán)丁烷基與主劑中大豆蛋白的氨基發(fā)生交聯(lián)反應，使膠黏劑固化。

1 主要試驗儀器設備及試驗材料

1.1 試驗儀器設備

自適應模糊控制人造板實驗壓機；微機控制電子式木材萬能力學試驗機；NDJ-1型旋轉(zhuǎn)黏度計；刨花拌膠機；電熱鼓風干燥箱；水浴鍋等。

1.2 試驗材料

大豆基膠黏劑[自制，主劑：固體含量38.4%，黏度74 mPa·s（25 ℃）；交聯(lián)劑：固體含量42.5%，黏度615 mPa·s（25 ℃）]；雜木刨花（表層、芯層刨花含水率均＜1%，吉林森工露水河刨花板分公司）；防水劑（石蠟乳液，吉林森工露水河刨花板分公司）。

2 大豆基木質(zhì)刨花板制造

2.1 膠黏劑調(diào)制

按照主劑∶交聯(lián)劑=7∶3（以主劑、交聯(lián)劑內(nèi)固體物質(zhì)的量）的比例進行調(diào)膠，膠黏劑混合均勻后其黏度為346 mPa·s（25 ℃），加入試驗要求的防水劑與膠黏劑混合均勻，調(diào)膠后膠黏劑適用期不低于4 h。

2.2 刨花板壓制

首先確定熱壓工藝條件，壓制刨花板厚度15 mm，因大豆基膠黏劑固體含量偏低，導致拌膠后板坯含水率較高，經(jīng)初步試驗，當表芯層刨花含水率＜1%時，確定熱壓溫度為175～180 ℃；熱壓時間為420 s（其中第一段高壓時間為300 s，第二段低壓時間為120 s）；熱壓壓力分兩段，第一段為3.0 MPa，第二段為0.5 MPa。其次確定制品密度、表芯層施膠量、防水劑用量，采用L9(34)正交試驗表，依據(jù)初步試驗，確定密度、表芯層施膠量、防水劑用量各因素水平，見表1。將定量好的刨花放入刨花拌膠機中，啟動拌膠機，用噴槍將調(diào)制好的膠黏劑與防水劑均勻地施加到刨花上。在成型框中按表芯層刨花質(zhì)量比（絕干刨花）44∶56（表層∶芯層∶表層=22∶56∶22）的比例完成三層結構刨花板板坯鋪裝，板坯經(jīng)預壓后按試驗熱壓工藝壓制成刨花板。每一試驗號刨花板壓制不低于3塊。因大豆基膠黏劑固體含量較低，為了降低施膠后刨花含水率，使板坯含水率滿足熱壓要求，除采取降低刨花含水率（＜1%）的措施外，在刨花施膠時，刨花的溫度控制在40～50 ℃，在刨花施膠的過程中，使膠黏劑中的水分蒸發(fā)掉一部分。試驗表明，采用上述措施，成型后板坯的含水率＜12%。板坯熱壓時，為了使板坯中的水分排出，縮短熱壓時間，熱壓后段采用較低的單位壓力，此時膠黏劑已基本完成固化，主要是使板坯含水率滿足工藝要求，防止產(chǎn)生分層、鼓泡等缺陷。

表1 因素水平Tab.1 Factors and levels

3 結果與分析

壓制的刨花板放置48 h后，按GB/T 17657—2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》、GB/T 4897—2015《刨花板》進行主要物理力學性能檢測，其中靜曲強度、內(nèi)結合強度、2 h吸水厚度膨脹率檢測結果平均值及分析見表2；其他檢測結果為：大豆基木質(zhì)刨花板的表面結合強度≥1.2 MPa，板面握螺釘力＞1 200 N，板邊握螺釘力＞800 N，彎曲彈性模量≥1 800 MPa，24 h吸水厚度膨脹率＜15%[4,5]。

由表2試驗數(shù)據(jù)分析可知，刨花板密度對大豆基木質(zhì)刨花板的靜曲強度、內(nèi)結合強度影響極顯著，芯層施膠量對內(nèi)結合強度影響顯著，此結果比較符合密度、芯層施膠量對刨花板力學性能影響的規(guī)律。因密度、表芯層施膠量、防水劑用量各因素的交互影響，對大豆基木質(zhì)刨花板2 h吸水厚度膨脹率的影響相對比較復雜， 一般認為，刨花板密度增大，木材的壓縮變形增加，當其含水率增大時，因恢復變形能力大會導致厚度增加。因GB/T 17657—2013規(guī)定，刨花板2 h吸水厚度膨脹率的厚度檢測位置是測量試件中心點厚度，當刨花板密度增加到一定數(shù)值后，木材被壓密，水分向試件內(nèi)部擴散阻力增大，在一定時間內(nèi)試件測量位置的含水率增加幅度有限，測量點厚度增加不大，使2 h吸水厚度膨脹率降低；同樣道理，因隨著施膠量、防水劑用量的增加，被堵塞的刨花間空隙量增多，截斷了水分傳遞的渠道，同時，木質(zhì)刨花表面吸附防水劑中憎水物質(zhì)石蠟顆粒后，可降低吸附作用，進一步阻止水分的擴散，使刨花板防水性能增加，2 h吸水厚度膨脹率進一步降低。理論上隨著防水劑用量的增加，憎水物質(zhì)增加，會阻礙刨花之間的膠合，導致其力學性能降低，因該試驗防水劑用量不大，從試驗結果看，在該試驗用量范圍內(nèi)，其對大豆基木質(zhì)刨花板的靜曲強度、內(nèi)結合強度影響不大，隨著用量的增加，2 h吸水厚度膨脹率呈下降趨勢，防水劑用量可選1%。施膠量對大豆基木質(zhì)刨花板的性能影響較大，不同密度應選用不同的施膠量，在保證大豆基木質(zhì)刨花板性能的前提下，降低施膠量不但可以降低生產(chǎn)成本，還可以有效降低板坯的含水率，為壓制優(yōu)良的制品創(chuàng)造條件[6]。

表2 大豆基木質(zhì)刨花板主要物理力學性能Tab.2 Main physical and mechanical properties of soybean based wood particleboard

由試驗結果分析可知，當芯層刨花施膠量為6%，表層刨花施膠量為8%；壓制出的密度為0.65 g/cm3的大豆基木質(zhì)刨花板的靜曲強度、彈性模量、內(nèi)結合強度、2 h吸水厚度膨脹率達到GB/T 4897—2015標準P2型要求；當芯層刨花施膠量≥6%，表層刨花施膠量≥8%；壓制出的密度為0.7 g/cm3的大豆基木質(zhì)刨花板的靜曲強度、內(nèi)結合強度、24 h吸水厚度膨脹率達到GB/T 4897—2015標準P3型要求。當芯層刨花施膠量≥6%，表層刨花施膠量≥8%；壓制出的密度為0.75 g/cm3的大豆基木質(zhì)刨花板的靜曲強度、內(nèi)結合強度、24h吸水厚度膨脹率達到GB/T 4897—2015標準P4型要求。

4 結論

1）采用一定的生產(chǎn)工藝參數(shù)，用低固體含量大豆基膠黏劑可生產(chǎn)出滿足要求的木質(zhì)刨花板。

2）為有效降低板坯的含水率，采用大豆基膠黏劑生產(chǎn)木質(zhì)刨花板的表芯層刨花含水率應小于1%。

3）芯層刨花施膠量≥6%，表層刨花施膠量≥8%，防水劑用量為1%時，壓制出的密度為0.65～0.75 g/cm3的大豆基木質(zhì)刨花板的主要物理力學性能分別達到GB/T 4897—2015標準的不同使用要求。

[1]龐久寅, 王發(fā)鵬, 沈文豪, 等. 大豆蛋白-丙烯酸醋復合膠黏劑的研究[J]. 林產(chǎn)工業(yè), 2013, 40(1):25-27.

[2]桂成勝, 吳頔, 周俊, 等. 大豆基無醛膠黏劑應用拓展概述[J]. 中國人造板, 2015(4):20-24.

[3]唐朝發(fā), 劉彥龍, 李杉, 等. 低成本水性高分子異氰酸酯膠黏劑的研究[J]. 林產(chǎn)工業(yè), 2003, 30(2):27-29.

[4]GB/T 17657—2013 人造板及飾面人造板理化性能試驗方法[S]. 北京:中國標準出版社, 2013.

[5]GB/T 4897—2015 刨花板 [S]. 北京:中國標準出版社, 2015.

[6]周定國. 人造板工藝學[M]. 北京:中國林業(yè)出版社, 2011.