改性大豆蛋白膠黏劑的制備及應(yīng)用

改性大豆蛋白膠黏劑的制備及應(yīng)用

目前，木材用粘土劑仍以“三聚氰胺水框架”（三聚氰胺水框架、酚醛樹脂、二聚氰胺水框架）為主導(dǎo)。但醛基膠黏劑及其制品在使用過程中都會釋放出甲醛。甲醛已經(jīng)成為室內(nèi)主要污染物之一,嚴(yán)重威脅著人們的身心健康。另外,醛基膠黏劑的一些原料來自不可再生資源,因此在資源逐漸枯竭的今天,研究開發(fā)具有可再生性的環(huán)境友好型木材用膠黏劑是木材工業(yè)面臨的一個重要課題。大豆蛋白等天然可再生資源膠黏劑的研究開發(fā)越來越受到重視。大豆蛋白膠黏劑有來源豐富、無毒無害、可再生等優(yōu)點(diǎn),但其也存在著耐水性差、初黏力小、黏接強(qiáng)度低、固化速度慢、改性后成本高、防霉防腐性差等缺點(diǎn)。因此,需要進(jìn)一步通過化學(xué)方法改進(jìn)大豆蛋白膠黏劑的缺點(diǎn)。國外諸多文獻(xiàn)顯示,改性大豆蛋白膠黏劑的黏接強(qiáng)度、黏度、穩(wěn)定性、耐水性等都比未改性的有所改善,有的甚至可以與商業(yè)用醛基膠黏劑媲美;對國內(nèi)而言,最早的對大豆蛋白膠的研究報道是1952年薛培元利用豆粕作為原料,用氫氧化鈉使部分蛋白質(zhì)溶解制成蛋白質(zhì)溶膠,再配合抗水劑和分散性試劑用于木材膠黏劑。近年來對大豆蛋白膠黏劑的研究才逐漸增多。本論文采用改性大豆蛋白膠黏劑制造膠合板,通過正交試驗,膠合板力學(xué)性能測試,研究了改性大豆膠黏劑制備膠合板的優(yōu)化工藝參數(shù)。1材料和方法1.1大豆膠黏劑1)楊木(Populussp.)單板。規(guī)格:410mm×410mm×1.5mm,含水率:7%~10%,產(chǎn)地:河北文安縣。2)改性大豆膠黏劑。實(shí)驗室自制,固體含量:25%~28%,交聯(lián)劑用量(占膠黏劑總重):6%,脫脂豆粉產(chǎn)地:黑龍江省綏化地區(qū)。1.2實(shí)驗和方法1.2.1實(shí)驗技術(shù)工藝流程如下:單板※稱量※施膠※鋪裝※熱壓※陳化※鋸制試件※63℃水煮3h※檢測性能。1.2.2板膠合性能的影響選定熱壓溫度、熱壓時間、熱壓壓力、施膠量為4個試驗因素,研究各因素對膠合板膠合性能的影響。選擇L16(45)正交表安排試驗,分別選取熱壓溫度、熱壓時間、熱壓壓力和施膠量4個因素,各4水平(見表1)。膠合板主要檢測指標(biāo)為膠合強(qiáng)度。按照國家標(biāo)準(zhǔn)GBT17657—1999的規(guī)定測定膠合板膠合強(qiáng)度。2結(jié)果與討論2.1正交試驗的結(jié)果正交試驗結(jié)果列于表2,各因素直觀分析如圖1~4所示。2.2各因素、熱壓技術(shù)對膠合板膠合強(qiáng)度的影響2.2.1合強(qiáng)度的確定由圖1可以看出,熱壓溫度從130℃上升到160℃,膠合板膠合強(qiáng)度增幅明顯。熱壓溫度直接影響膠黏劑固化速度與固化程度,溫度越高,在有限時間內(nèi)固化反應(yīng)越充分,膠合強(qiáng)度就越高;另外,隨溫度的繼續(xù)升高,膠合強(qiáng)度還有繼續(xù)增大的趨勢。說明大豆蛋白膠黏劑需要較高的反應(yīng)溫度來達(dá)到固化完全。但是,改性大豆蛋白膠黏劑膠合板的制造并不是熱壓溫度越高越好。熱壓溫度越高,膠合板內(nèi)蒸氣壓力也越高,易產(chǎn)生鼓泡等質(zhì)量缺陷;熱壓溫度越高,還會造成膠合板堆放過程中熱量難以釋放,造成膠層熱分解;同時,熱壓溫度過高,易造成木材熱解、人造板變形變色;另外,熱壓溫度越高,能量消耗越大,設(shè)備投資也越大。實(shí)驗表明,熱壓溫度達(dá)到170℃時,膠合板有鼓泡現(xiàn)象并且顏色加深。2.2.2施膠量對膠合強(qiáng)度的影響由圖2可以看出,施膠量在285~310gm2范圍內(nèi)增加時,膠合板膠合強(qiáng)度上升;當(dāng)達(dá)到310gm2后,隨著施膠量的進(jìn)一步增加,膠合強(qiáng)度開始下降。由于使用的改性大豆蛋白膠黏劑的固體含量較小,施膠量小于310gm2時,出現(xiàn)缺膠現(xiàn)象,所以膠合強(qiáng)度隨施膠量增加而上升。當(dāng)施膠量高于310gm2后,存在2個原因影響其強(qiáng)度:(1)膠層內(nèi)聚力小于膠與單板之間的膠接力;(2)膠層過厚產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力,降低膠合強(qiáng)度。2.2.3壓力和熱壓壓力的影響由圖3可以看出,在本試驗所選的水平范圍內(nèi),隨著熱壓壓力的增加,膠合板的膠合強(qiáng)度呈上升趨勢。一般來說,隨著熱壓壓力的升高,膠黏劑易于在木材表面均勻分布,特別是大豆蛋白生物質(zhì)膠黏劑具有很高的黏度,流動性差,需要較高的壓力來保證其一定的流動性;并且,熱壓壓力越高,膠黏劑與木材接觸越緊密。因此,只有較高的熱壓壓力,才能保證大豆蛋白生物質(zhì)膠黏劑膠接膠合板具有較高的膠合強(qiáng)度。但是當(dāng)熱壓壓力高于1.2MPa后,膠合板壓縮率顯著增大。2.2.4膠黏劑固化時間的確定由圖4可以看出,隨著熱壓時間的增加,膠合板膠合強(qiáng)度越來越大。這與前面的分析是一樣的:膠黏劑,特別是大豆蛋白生物質(zhì)膠黏劑的完全固化需要足夠的時間,隨著固化時間的延長,固化程度越大,膠合強(qiáng)度越高。但是,熱壓時間直接影響生產(chǎn)效率,必須綜合考慮各種因素,根據(jù)不同的需要來選擇合適的熱壓時間。3熱壓時間和涂膠量對人工膠合強(qiáng)度的影響1)在130~160℃熱壓溫度范圍內(nèi),隨著熱壓溫度的增加,膠合板膠合強(qiáng)度逐漸上升,熱壓溫度對膠合強(qiáng)度的影響最顯著。2)在30~60smm熱壓時間范圍內(nèi),膠合板膠合強(qiáng)度隨熱壓時間的增加呈上升趨勢。3)在0.6~1.0MPa范圍內(nèi),膠合板膠合強(qiáng)度隨熱壓壓力的增加幾乎呈直線上升,到達(dá)1.0MPa后,增加趨勢有所減緩。4)涂膠量小于310gm2時,隨涂膠量的增多,膠合板膠合強(qiáng)度上