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豆胶杨木刨花板的工艺及特性研究 摘要 目前生产刨花板常用的三醛胶，来源于不可再生的石油资源，在生产及使用 过程中会释放对人体及环境有害的甲醛物质。因此，研究环境友好型生物质胶粘 剂豆胶在刨花板中的应用具有重大的生态效益和环保意义。本课题研究的内容和 结论如下： 豆胶的d s c 分析表明：其主要热反应是在1 6 0 以下完成的；升温温度越 高，其出现的停顿点也较多；温度越高，越有利于豆胶的圈化。 通过正交试验结果表明：施胶量对豆胶刨花板的性能影响最显著，豆胶刨花 板热压的最佳工艺是：施胶量为1 2 ，热压温度为l8 0 ，热压时间为8 m i n ，压 力为4 m p 纛。 豆胶刨花板经贴面后的防霉性能最好，其次是进行防霉剂表面涂捌的豆胶刨 花板，而防霉剂在拌胶时加入板坯中的豆胶刨花板防霉性能较前两者较差。而不 同防霉剂对豆胶刨花板的防霉性能影响研究表明：硼酸锌和防霉剂一x 的防霉效 果毙铜唑和t 8 q m 好。 豆胶刨花板在热压过程中不同因素对板坯芯层的温度变化影响是：在快速升 温段，提高热压温度和增大初含水率均能加快板坯的升温，目标厚度小或目标密 度低的板坯升温速率更快；在水分集中汽化段，通过提高热压温度和减少板坯含 水率均能缩短汽化时闻，西标厚度小或露标密度低的板坯汽化时间更短。 热压温度对豆胶刨花板贴面的浸渍剥离性能和表面胶合强度的影响最为显 著；豆胶刨花板贴面的最佳工艺为：热压温度1 3 0 ，热聪时间4 m i n ，单位压力 1 2 m p a ，涂胶量2 0 0 9 。 关键词：豆胶铷花板；防霉；芯层温度；薄术贴面 s t u d yo nt e c h n o l o g ya n ds p e c i a l i t yo fs o ya d h e s i v ep a r t i c l e b o a r d a b s i r a c r p r e s e n t l yt h em o r ec o m m o n l yu s e dr e s i n si np a r t i c l e b o a r di n d u s t r ya r eu f ，p f a n dm u f h o w e v e r ，t h e s er e s i n sa r ed e r i v e df r o mn o n r e n e w a b l eo i lr e s o u r c e s ，a n d w i l lr e l e a s et o x i cf b r m a l d e h y d ei ni t sp r o d u c i n ga n du s i n g s o ，t h e r ei sm u c hi n t e r e s t i nd e v e l o p i n ge n v i r o n m e n t a lf r i e n d l yb i o b a s e da d h e s i v e si nt h ep a r t i c l e b o a r d t h e m a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dr e s u l t sw e r ea st h ef 6 1 1 0 w i n g t h ed s co fs o ya d h e s i v ep r o c l a i m e dt h a tt h em a i ns o ya d h e s i v et h e r m a l r e a c t i o na c c o m p l i s hb e l o w16 0 ；t h em o r eh i g ht e m p e r a t u r e ，t h em o r es t a n d s t i l l p o i n t s ；t h eh i g ht e m p e r a t u r ei sa d v a n t a g e o u so fs o ya d h e s i v es o l i d i f - y t h r o u g ho r t h o g o n a le x p e r i m e n t ，t h et e s tr e s u l t sp r o c l a i m e dt h a tr e s i nc o n t e n t h a v es i g n i f i c a n ti n n u e n c eo nt h es o yp a r t i c l e b o a r dp r o p e r t i e s t h eo p t i m a lp h y s i c a l a n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fp a r t i c l e b o a r dw a so b t a i n e dw i t hr e s i nc o n t e n t12 ， h o t - p r e s s i n gt e m p e r a t u r e 18 0 ， h o t p r e s s i n g t i m e 8 m i n ，h o t p r e s s i n gp r e s s u r e 4 m p a t h ea n t i m o u l di st h eb e s ta f - t e rt h es o ya d h e s i v ep a r t i c l e b o a r dv e n e e r ，s e c o n d l y p a i n t e ds u r f a c ew i t ha n t i m o u l d - a g e n t ，n n a l l yjo i n e dt h eb o a r d ，t h ee f f e c to fz i n c b o r a t ea n da n t i m o u l d - a g e n t - xa r eb e t t e rt h a nt b q - ma n dc o p p e ra z o l e t h ei n f l u e n c eo nt h et e m p e r a t u r ec h a n g e so ft h ec o r np r o c e s so ft h ef a c t o r s ：i f h o t - p r e s s i n gt e m p e r a t u r eo rt h em a tm o i s t u r ec o n t e n ti n c r e a s e sd u r i n gt h er a p i d l y r i s i n gt e m p e r a t u r es t a g e ，t h er a t eo fi n c r e a s i n gt e m p e r a t u r ew i l la c c e l e r a t e ，t h er a t eo f a c c e l e r a t i o ni nt h i no rl o wd e n s i t yb o a r di sv e r yh i g h d u r i n gt h em o i s t u r e v a p o r i z i n gs t a g et h et i m eu s e dt ov a p o r i z em o i s t u r ec a nb es h o r t e n e db yi n c r e a s i n g h o t p r e s s i n gt e m p e r a t u r eo rd e c r e a s i n gt h em a tm o i s t u r ec o n t e n t i nt h i n o r1 0 w d e n s i t yb o a r dt h i st i m ep e r i o di ss h o r t t h eh o t - p r e s s i n gt e m p e r a t u r eh a v es i g n i 丘c a n ti n f l u e n c eo nt h ep e e ls t r e n g t h a n dt h ei n t e r f a c i a lb o n d i n gs t r e n g t h ，t h em o s ta p p r o p r i a t ec o n d i t i o nf b rv e n e e r t e c h n i c si s ：h o t - p r e s s i n gt e m p e r a t u r e13 0 ，h o t - p r e s s i n gt i m e4 m i n ，h o t - p r e s s i n g p r e s s u r e1 2 m p a ，g l u es p r e a d i n ga m o u n t2 0 0 9 m 2 k e yw o r d ：s o ya d h e s i v ep a r t i c l e b o a r d ；a n t i m o u i d ；c o r nt e mp e r a t u r e ；v e e e r 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作 所取得的成果尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担 牡做作者c 她弦承磷月膨 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南京林业大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版( 中国科学技术 信息研究所；国家图书馆等) ，允许论文被查阅和借阅本人授权南京林业大学 可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以汇编和综合 为学校的科技成果，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论 文全部或部分内容 保密口，在年解密后适用本授权书本学位论文属于不保密阻 ( 请在以上方框内打“ ”) 学位论文作者( 本人签名) ：赳啄矽罗年月胁 指导教师( 本人签名) 坩嚼翮年乡月7 7 日 致谢 本论文的研究和撰写是在导师张洋教授的悉心指导下完成的，从论文的选 题，到最后论文的评审和定稿，导师都倾注了大量的心血。三年来，导师严谨的 治学态度、丰富的实践经验、埋头苦干的钻研精神，对学生都是莫大的教诲，导 师的教导使学生终身受益。导师不仅教给我专业方面的知识，更教给我做人处事 方面的道理，在生活上更是对我关怀备至。在此论文完成之际，谨向导师表示诚 挚的谢意和深深的敬意。 论文的顺利完成还得到了刘启明教授、张立芳教授、吴羽飞副教授、葛达璋 师傅、沙卫东师傅、李显成师傅的指导和帮助，在此表示感谢；感谢南京林业大 学木材工业学院的老师在我研究生期间无私传授给我的专业知识，感谢他们对我 学业上的指导和帮助。 感谢贾狲老师、周兆兵老师、刘翔老师、黄润州老师在论文试验过程中给与 的帮助；感谢李艳、章昕同学在我遇到困难时给与的指导和关心，以及学习和生 活上的帮助；感谢刘艳萍同学，师妹张一萍、姜俊，师弟朱捷、沈竹在论文试验 过程中给与的帮助；感谢王二勇、彭明凯、许俊、章瑞同学在论文试验中提出的 宝贵意见和帮助；感谢室友谢启强、丁欢、张毕蒙、郝东恩在生活上给与的关怀； 感谢0 5 级硕士( 16 ) 班的其它同学陪我度过了难忘而愉快的研究生三年的生活。 最后，感谢父母对我的关心和鼓励，感谢亲人们对我的鼓励和支持，他们无 微不至的关怀是我成长进步的动力。 值此论文完成之际，谨向所有提供帮助的老师、同学和朋友表示诚挚的感谢。 袁少飞 2 0 0 8 年于南京林业大学 羔绪论 1 1 速生杨木刨花板的发展概况 王王。羔杨树资源的发展现状 我囡森林资源严重缺乏，发展人工速生丰产林是缓解我国木材资源不足的 条有效途径。杨树作为一种优良的速生树种，在我国许多地区己被广泛种植，可 以说杨树是我国林业发展中栽培愿积扩展最快的树种，杨树产业的发展将在我国 林业中占据越来越重要的地位hj 。 杨树属，全世界近10 0 种，我们有5 0 余种。它们分别属于胡杨派，白杨派， 大叶杨派和黑杨派【2 1 。杨树是世界中纬度平原地区栽培面积最大、木材产量最高 的速生照材树种之一，它具有生长快、戒材晕、产量高、易于更薪豹特点，是较 为合适的短轮伐期工业用材经营树种【3 l 。目前我国杨树人工林总面积已达7 0 0 多 万公顷，居世界第一，超过了其他国家杨树人工林面积的总和，其中杨树用材林 面积占全国杨树人工林面积的4 0 左右。杨树产业的大发展，不仅有效缓解了我 国用材供应的紧张状提，改善了森林资源结构，丽显优化了农村产业结构，促进 了广大农民增收l 们。 特别是近年来，江苏杨树资源的发展非常迅速。8 0 年代开始，苏北地区形成 了由成片林、农田林网、四旁植树等组成的杨树森林培育体系，尤其是“十五 期阀，新一代杨树l i ；l 静的培育成功和大量推广应用，彻底改变了苏薯艺地区缺材少 林的状况，生态、经济和社会效益改善十分明显。截止至2 0 0 5 年，苏北地区的杨 树成片林有3 0 万亩，林网及四旁植树2 亿株，如以每亩栽植3 0 株，可折算成6 6 0 万亩，加上成片林，总计6 9 0 万宦左右。l2 年为一个轮伐期，亩产木材1 2 立方米， 杨树木材总产量达8 3 0 0 万立方米，年采伐量约4 0 0 万立方米筘】。冒蔫，苏北地区 已有木材加工企业6 0 0 0 余家，术材加工产值达13 0 亿元，提供了3 0 余万人的就业， 产生了臣大的社会与经济效益。杨树加工产业已成为黄淮海等地区的支柱产业和 新的经济长点，同时也使江苏的森林覆盖率有了大幅度提高。 杨树木材的物理力学性质、纤维形态和化学组成、加工性能、资源分布等方 面有许多独特之处。如何高效利用丰富的杨树资源是人工林木材加工利用的重要 课题【6 1 。同时，随着我国天然林保护工程的实施，杨树等人工木材作为工业用材， 其加工利焉的科学研究与技术歼发越来越受到重视。现在以杨树人工林木材的加 工利用十分广泛。在以杨木单板、胶合板为中心的人造板生产中，杨树人工林本 材已经成为我国人造板工业的主要原料。特别是我国的华北、华东及中南地区的 人造板企业，广泛利用当地的杨树人工林资源生产单板和胶合板等产品，估计每 年所耗杨本5 0 0 万立方米。杨木生产胶合木拼板和细木板在我国的术材加工和家 具厂较为普遍，由于杨树木材密度低，材色自，又是生产中纤板和刨花板的理想 原料，尤其是中密度纤维板的较好原料，且原料来源广泛，杨木的枝桠、梢头和 加工利用剩余物均可使用。近年来，国内已有很多中密度纤维厂和刨花板厂以杨 树作为原料1 7 】。此外，杨木单板漂白、染色较容易，可以用来生产组合装饰薄木， 替代天然的珍贵树种做家具、室内装饰的饰面材料。这种装饰薄木可以大量生产， 价格低于珍贵树种薄木，目前已为木材加工企业所重视，在市场上受到消费者的 欢迎。 1 1 2 速生杨木刨花板的特点 刨花板是将木材加工剩余物( 如板皮、边条、工厂刨花) 、采伐剩余物( 如枝 桠) 、小径木或非木材植物纤维原料( 如亚麻屑、甘蔗渣、秸秆) 加工成刨花( 或 碎料) 然后加胶粘剂压制成的人造板材，是人造板的主要品种之一。根据板材的 结构可分成普通刨花板、华夫板、定向结构刨花板、复合板等【8 】。 速生杨木给刨花板的生产和发展提供了可观的木材资源。众所周知，我国是 一个森林资源极其贫乏、而人口众多的国家。全国森林覆盖率为15 5 5 ，相当于 世界平均森林覆盖率2 7 的6 1 。全国人均森林蓄积量为9 0 4 8 m 3 ，相当于世界平 均森林蓄积量7 2 m 3 的12 6 。全国人均森林面积为0 12 8h m 2 ，相当于世界人均森 林面积o 6 h m 2 的2 1 3 。为了维护生态安全，走可持续发展之路，19 9 8 年我国实 施了天然林保护工程，有计划地调减木材采伐量，计划内木材采伐量从19 9 8 年的 5 9 6 6 2 万m 3 逐年递减至2 0 0 2 年的4 4 3 6 0 7 万m 3 ，年均递减6 。另外，重点林区实 施天然林保护工程后，国产的优质大径材、硬阔叶材、尤其是珍贵阔叶材严重匾 乏，而人工林木材、小径材、抚育间伐材和三剩余物资源丰富。据有关资料介绍， 我国目前有人工林4 7 0 0 万h m 2 ，居世界第一位，其中速生丰产林3 3 0 多万h m 2 ，每 年可提供木材2 2 5 0 万m 3 ，待抚育间伐林有2 0 0 0 万h m 2 ，每年可抚育间伐小径材10 0 0 万m 3 ，薪炭林面积4 4 5 万h m 2 ，每年提供薪材近5 0 0 0 万m 3 。 速生杨木刨花板产业是高效利用木材的产业。随着国民经济的高速发展和人 民生活水平的提高，木材的消费在增长，而资源的供应在下降，这一供需矛盾的 存在，只有靠大力发展我国的人造板工业及进一步发挥人造板产品替代实木材的 作用来解决。在发展中必须考虑木材资源结构的变化：一是原料从以天然林资源 为主向以人工林资源为主的方向转变；二是考虑因大径材严重缺乏所造成的原料 结构性矛盾更显突出的问题，由仅扩大生产规模的单一发展模式向扩大规模与节 约使用及使有限的资源得到充分利用的复合发展模式转变，提高木材原料的综合 利用率。这些木材资源结构的变化，给普通刨花板产业的发展带来了很大的机遇。 作为非单板型的刨花板对原料的要求比较低，不同类型的原料通过不同的制备工 艺都能制成可生产刨花板的刨花。可以说速生杨木刨花板产业的发展最适合我国 启动天然林保护工程和速生丰产林工程后的木材资源结构的变化，它是高效利用 木材的主要方式一j 。 速生杨木刨花板是一种绿色环保的产品，它具有节约木材、改善木材性能、 劣材优用、提高木材综合利用率等优点，必将在人造板领域中起主导作用。这是 因为一是速生杨木刨花板的生产成本较低，投资少见效快，目前刨花板的销售价 格9 0 0 l o o o 元珥3 、胶合板为3 0 0 0 一3 1 0 0 元一、中密度纤维板为1 8 0 0 1 9 0 0 元 寤。明显的价格优势有剩于刨花板产品在人造板市场竞争中把握先机【臻l 。二是 速生杨木刨花板的技术性能指标足以满足制作家具及室内装修板材等消费的性 能要求，且广泛应用于家具、装修、建材、厨具等行业( 它和中纤板各有特色， 是互补，不是替代) ；三是速生杨木刨花板生产所使用的原料是所有人造板中用 材较经济的一种，这一点最符合我国缺林少材的国情，符合我国天然林保护工程 实施后术材资源结构的变化。可见，速生杨木刨花板工业的发展，在今后很长一 段时间将是我国人造板市场的主流，速生杨术刨花板无疑鼹是满足市场木材和木 制品需求的重要替代材料。 1 1 3 速生杨木刨花板的研究概况 1 1 3 。l 速生杨木刨花板环保的研究 我国刨花板行业绝大多数企业使用的是脲胶( u f ) ，包括自制的和从国外购 进的脲胶。由于脲胶具有制造成本低、胶粘性好、色泽浅等优点，在刨花板行业 用胶量中约占8 5 一9 0 。但它在制胶和压板过程中，以及用脲胶制成的人造板在 其长期使用过程中都会持续释放零醛。甲醛释放过程漫长，3 年内为高峰期，3 一王5 年内为衰退期，要在l5 年以后才能消除脲胶人造板甲醛释放对环境的污染l 。 甲醛被认为是一种致癌物质，经常吸入甲醛甚至是少量的甲醛都可能会产生癌症 危险。 随着人们生活水平的提高、人们健康意识、环保意识的不断加强以及国内外 对环保相关标准要求的不断提高，刨花板不仅在物理力学性能有更高的要求，而 且对其甲醛的释放量也作为其检测时的一项重要控制指标。所谓的游离甲醛是指 使用氨基树脂胶粘剂( 主要是脲醛树脂胶) 的人造板在生产过程及使用过程中释 放的甲醛。由于人造板材主要焉于建筑、室内装修和家具方面。铁人造板中游离 出来的甲醛是一种有害人体、污染环境的气体，必须对其采用相应的解决方法。 关于人造板甲醛释放问题，现已成为社会和人们关注的焦点，发达国家如欧美、 日本等都制订了相应的标准，而且都严格执行。我国在2 0 0 1 年年底也制订了国家 标准g b 圭8 5 8 0 2 0 0 王室内装饰装修材料一入造板及其制晶中甲醛释放限量， 并于2 0 0 2 年7 月1 日强制执行【l 引。 甲醛释放问题已经引起整个世界的关注，有关科研人员做出了很多的努力。 现在努降低人造扳游离甲醛释放量主要有以下几种常用方法：( 1 ) 对脲胶进行改 性。国内外在这方面已有很多研究，但产品的稳定性差，很难得到持续应用。随 着人们环保意识的加强和对人造板产品环保性能要求的提高，低甲醛释放量胶粘 剂市场潜力巨大【l3 1 。( 2 ) 改进人造板热压工艺条件，随着热压温度的升高，甲醛 释放量降低：热压时间延长，甲醛释放量也减少瑟引。僵热压时间延长和温度提 高会增加能量损耗、降低生产效率、提高产品成本，更主要的是对降低游离甲醛 作用不明显，仍不能解决问题。( 3 ) 脲胶中添加甲醛捕捉剂，目前国内外已有很 多的可以吸收甲醛的制剂，如山东张丰峦等发明的s l n 型甲醛捕捉剂【l5 1 、南京 林业大学卢晓宁等发明的f s 一1 游离甲醛捕捉剂【l6 1 、南京林业大学的张立芳用木 质素酸钠作为甲醛捕捉剂来降低刨花板中的甲醛【l 7 1 、日本的f c 一5 甲醛捕捉剂 等，但有的存在着效果不稳定、一些制剂成本高、价格昂贵的问题，所以很难推 广使用，象日本的f c 一5 甲醛捕捉剂每吨8 万元。( 4 ) 人造板的后处理，可对人造 板进行后期处理以降低甲醛的释放。通常对人造板采用薄木、薄膜贴面、对产品 熏氨处理、封边、油漆等，使板材中的甲醛释放速度减慢，和外界隔绝，封闭起 来【l 引。( 5 ) 其他方法，选择材料时使用具有环保标志的、低甲醛含量的或者不含 甲醛的产品；若使用了含甲醛的产品，要经常保持使用场所通风换气良好，如新 装修后的房子经常保持开窗通风，数月后室内甲醛浓度可降至0 0 8 m g m 3 以下； 对环境的湿度和温度进行适当控制；对室内进行绿化，摆放一些能吸收甲醛的植 物，象吊兰和百合、芦荟等。 1 1 3 2 速生杨木刨花板贴面研究 刨花板素材表面没有纹理，色彩单调、呆板，所以它并不能完全适应市场需 求，满足人们的要求。为了解决刨花板外观质量不足的问题，所以要进行表面装 饰工艺i l 引。表面装饰后可以达到以下目的：( 1 ) 遮盖人造板表面的缺陷，美化 外观，提高使用价值。刨花板进行表面装饰加工后，可变成美观的板材。 ( 2 ) 保护表面，使人造板表面具有耐磨、耐热、耐水、耐化学药品污染等性能。人造 板使用过程中随周围空气温、湿度的变化而反复吸湿膨胀、干燥收缩，使有些刨 花板的表面会变得粗糙不平。刨花板表面用涂料涂饰或用其他材料贴面后，就可 与周围的空气隔开，并且赋予各种优良的性能。( 3 ) 提高刨花板的强度、刚度 和尺寸稳定性。( 4 ) 节省珍贵树种的术材【2 0 】。 刨花板表面装饰工艺发展很快，表面装饰处理的方法也越来越多。其中，薄 木饰面装饰是目前人造板装饰数量最多和最常用的装饰方法。较普遍使用的有以 下几种【2 1 1 。 ( 1 )薄木贴面。即利用纹理美丽的珍贵木材或用人工方法制造的仿珍贵木 材，经刨切( 或旋切) 成很薄的单板( 统称为薄木) 贴在人造板表面进行装饰。应用 薄木装饰人造板不仅可以改善产品外观质量，木纹逼真新颖，色泽自然清晰、具 有天然木质感，而且能提高物理力学性能，具有较高的实用性和装饰性，可用来 制作高档产品。从而扩大产品用途，提高人造板价值，是节省木材，提高木材利 用率的有效举措。薄木贴面方法有干法和湿法两种。 ( 2 ) 三聚氰胺装饰板贴面。是用分别浸有三聚氰胺树脂和酚醛树脂的几种 特制纸压制成的装饰板粘贴在刨花板板面。其特点是表面平滑光洁，质地坚硬， 耐磨、耐热、耐烫、耐水、耐腐蚀，花纹图案多样，色调美观大方，使用、维护 方便。 ( 3 ) 浸渍纸贴面。是将浸有合成树脂的专用胶膜纸直接贴在刨花板上的一种 饰面方法。这种饰面方法工艺简单、成本低、质量好。所以越来越广泛地运用于 刨花板饰面。尽前通常使用的是低压短周期浸渍纸贴厦，其性能除耐磨和耐冲击 性毙差予高压三聚氰胺树脂装缘板矫，其它性能基本相同，与刨花板表面贴单扳、 贴p v c 塑料薄板、贴纸及直接印刷等表面装饰方法相比，在耐热、耐磨、耐污 染、耐腐蚀、耐老化等性能方面都要好。 ( 4 ) 聚氯乙烯塑料薄膜贴面。是用胶粘剂把塑料薄膜直接贴在刨花板的表面 上。塑料薄膜贴面工艺简单，设备投资小，成本低，尽翦广泛用于人造板饰面处 理。其优点是色泽鲜艳、价格低廉，但耐热、耐久性差。 ( 5 ) 装饰纸贴面。是将装饰纸贴在刨花板上。装饰纸的表面印有各种图案， 并且罩有面漆。这种馋面方法简单，成本较低，板面有一定的光泽，装饰性能较 好，具有一定耐热、耐腐蚀性能，饰面层比较柔软，可用于盐面基材的装饰，但 是饰面层较薄，耐磨性能较差，多用于装饰立面部件。 ( 6 ) 刨花板直接饰面。刨花板直接饰面是针对刨花板贴面装饰而畜的，它不 需要任何贴亟材料，褥是在刨花板板面上直接印刷图案，或者涂馋各种涂料。前 者称刨花板直接印刷，后者称刨花板直接涂饰，优点是不需要木材、纸张或塑料 薄膜，成本低、生产效率高，印刷图案逼真、耐久，可用来制作高档家具。但与 贴面装饰方法相比，直接印刷或涂饰对刨花板板面质量的要求更严格，否则印刷 图案可能模糊不清，甚至根本印不出图案。因此，对刨花扳设备精度要求更高， 对印刷前的种种处理工序要求更严，目前较少采用。 1 1 3 3 刨花板热压过程中内部温差的研究 在刨花板的热压过程中，当热压机闭合时，压扳热量通过热传导迅速地将热 量传递到板坯表面，板坯表面的水分迅速蒸发，向温度较低的板坯芯层渗透，这 样板坯内部刨花单元之间形成了有效的对流传热。随着热压的进行，当芯层温度 上升到定程度时，水蒸气由心郝向板坯边缘扩散。水平方向温度、蒸汽压力和 含水率的分布影嘀板材密度的形成，进而影响刨花板成板物理力学性麓的一致性 【2 引。因此了解温度在板坯平面的分布情况，掌握板坯热雁时的温度场，对于深 入理解密度成型机理、胶粘剂固化、成板内部残余应力以及成板最终物理力学性 能的研究有着重要意义。 影响热压过程的因素缀多，主要有树脂胶类型、树脂胶固佬剂、加热温度、 木材树种、刨花几何形状、含水率及其分布、温度分布、压板闭合时间和压力、 刨花板密度分布、加压时刨花板板坯内的蒸汽压力、树脂胶的固化和预固化等。 而压力、温度、热压时闻对热压过程的影响占主导地位，这三个因素的变化将引 起板坯内温度、气压和含水率不同的分布和变化规律，结果将导致成板质量的变 化。因此，探索热压过程刨花板板坯内部温度、压力和含水率的分布和变化规律 将为合理制定热压工艺参数奠定基础。 b o l t o 靛y a n 研究了刨花板扳开始热压时，加热板坯的热量主要来盘子热压扳 的接触传热，即热压板直接与板坯表面相接触，将热量传递给板坯表层，然后逐 渐传递到板坯芯层。刨花板热压过程中，随着压力的升高和热量的输入板坯内部 的温度、压力、水分含量发生变化，与此同时，木碎料被软化，胶粘剂逐渐固化， 板坯变的密实。传热传质是热压过程中其它变化产生的主瑟根源。因此，正确理 解热压过程酶传热传质及其影嚷因素，是合理制定熟压工艺酶基础和保证1 2 引。 k a m k ea n dc a s e y 【2 4 】等人通过实验研究了刨花板热压过程中板坯的温度和含 水率变化规律，分析了热压板的温度、原料初含水率、板坯终了密度分布对产品 性能的影响。 支| j 应安珏舅对刨花板热压过程的热传导问题进彳亍了研究，利用菲线性回归的 方法得出温度与时间的变化关系。假这个关系式也是假设在整个热压过程板坯只 有一个升温过程的基础上得出的近似关系。 张帝树，李启岭臻6 】等研究了刨花板板坯含水率及其梯度对热传递速度的影 响。对刨花板板坯含水率及相同含水率条件下不同含水率梯度时，芯层升温至 10 0 所需时间和相应条件下刨花板的静曲强度、平面抗拉强度、板的密度等进 行了测量。找出了较合适的板坯含水率及含水率梯度，认为板坯含水率以l2 一 王8 篱较为适宣。 刘正添等研究了刨花板的目标密度、厚度、热压温度、热压前板坯含水率、 汽击法喷水量及其添加剂的浓度等因素对热压传热的影响。研究采用不加胶粘剂 的小径木混合材刨花，忽略了胶粘剂对刨花板热压时传热传质的影响【2 7 】。 孙光瑞研究了刨花板板坯表露增湿处理对热压传热的影响，认为板坯表面增 湿处理可以大大缩短保压时间，并且经过增湿处理表面区域温度下降很多，因而 容许进一步提高热压温度，进一步缩短热压时间【2 引。 林利民等人研究了单板类人造板热压过程传热速度。研究结果表明，提高热 压湿度，增加单板含水率可以加快传热速度，并指出随板坯厚度( 层数) 的增加( 霹 在制造厚度有特殊要求的产品时) ，应考虑采用分步热压法【2 9 1 。 杜朝刚等人【30 1 总结了刨花板热压过程中传热传质的研究现状并作了展望， 回顾了国瘛外在刨花板热压过程中传热传质方丽进行的研究，特别是对近3 0 年来 基于传热传质机理建立起来的数学模型所取得的探索性遴展作了系统的阐述。后 来又对刨花板热压过程温度变化规律及其影响因素做了研究，深入探讨了施胶和 未施胶两种情况下，刨花板热压过程中表、芯层传热速率和表、芯层温度的变化 翘律；在板坯施胶的条件下，根据在热压过程中板逐厚度方向上中心点温度的变 化规律，分剐探讨板坯含水率、成板目标密度对刨花板热压传热过程的影响；对 比研究和分析了刨花板板坯热压过程厚度方向的表、芯层中心点水蒸气压力与温 度的关系【3 1 1 。 吴娟强2 l 对大片刨花扳热压过糕中板坯内部环境变化傲了研究。本试验以毛 白杨速生材为原料制造大片刨花板。采用温度、压力传感器和计算机数据采集系 统，对大片刨花板热压过程中板坯内部温度和气压进行实时监测。 陈天全睁列研究了大片刨花板热压过程中温度、气压和含水率变化规律。实 验采用自行研制的温度、气压和含水率检测系统，可对板坯内的湿度、气压和含 水率进行在线实时测量。通过对大片刨花板热压内部不同位置温度、压力和含水 率的监测，得出温度、压力和含水率在板坯内部的分布状况，以及它们随时闻变 化的睦线，这三者之闻关系密切里相互影嘀。 1 1 3 4 杨木刨花板防霉研究 近年来，刨花板正业在我国已有了突飞猛进的发展。据有关方面统计，2 0 0 4 年我国刨花板的生产能力己达6 4 5 万氆3 ，刨花板产品以其优良的性能被广泛用于 家具、建筑、交通等行业。但是，由于普通刨花板生产工艺的原因，制板过程中， 原料内的纤维素、半纤维素易分解成低聚合度的糖类，极有利于霉菌繁殖，从而 导致刨花板的霉变【3 4 l 。在我国南方地区尤为突出，有的甚至在出厂前板子就己 长霉，这样既影响产晶外观质量，又明显降低了板子的物理力学性能，使刨花板 的进一步发展、应用受到了限制。因此，寻找种合适的刨花板防霉处理方法已 显得非常紧迫。大多数研究都是采用一定浓度的防霉剂对板子进行处理，有在压 板翦期处理，比如和胶糙剂一起施加在板子里，还有就是后期处理，比如采用浸 泡和涂利的方法，这些药剂对霉菌有较强的毒杀作用，且在防霉时效果显著，对 产品的物理力学性能和成本影响较小。目前对于刨花板的防霉的研究还不是很多 的，但是如果用豆胶作为胶粘剂来生产刨花板，防霉是很重要的。 羔。2 国内外豆胶研究概况 1 2 1 国外豆胶研究概况 1 9 2 3 年，世界上崽现了以大豆粉为基料的胶合板胶粘裁。o 。j o 魏毅s 魏等为胶 合板工业提出豆粕制造胶粘剂的基本理论，同期还有大豆蛋白胶粘剂的专利产生 【3 5 】。代表性的方法是将脱脂大厦粉用烧碱进行变性处理，使其成为糊状。由于 粘度大，般采用挤磁式的施胶方法，仅仅适用于胶合板工业。为了提高大豆粉 胶粘剂的耐水性焉使用石灰代替部分烧碱，其中钙离子与羧基形成不溶的钙盐是 豆粉胶耐水性形成的保证p 引。 2 0 世纪4 0 6 0 年代，美国两海岸几乎每个胶合板厂家都采用大豆胶粘剂， 大豆胶粘剂占领了美匿胶合板用胶量的8 5 以上，盛极一时。代表这一时代大 豆蛋白胶粘剂研发最高水平文献、专利配方等都出现在2 0 世纪6 0 年代前。1 9 3 0 年杜邦公司推出大豆蛋白一脲醛树脂木板胶粘剂，但由予粘接强度较弱及生产成 本过高，未能大量使用。但到了2 0 世纪7 0 年代，蛋白质类木材胶粘剂从其巅 峰状态消退下去。这是盘于合成树脂木材胶糕翻的大量出现，使大豆蛋白胶粘剂 在耐水性、胶接强度等指标上表现出劣势。木材加工工业进入了合成树脂胶粘帮 的时代。“三醛”胶从此占据了木材胶粘剂的天下，直到2 0 世纪9 0 年代石油危 机出现以及人类环保意识觉醒。 2 0 世纪9 0 年代以来世界范围恣石淮供求关系嚣趋紧张，以石化产品为原料 的合成树脂胶粘剂生产成本也快速攀升，同期国际社会对由石油消费引发的环境 问题日益关注。特别是三醛胶中存在有毒挥发性成分甲醛、苯酚等，已严重地影 响了胶粘剂产业、人造板产业，还有人造板消费者的身体健康。这些因索迫使得 胶粘剂工业重新考虑从可再生原料开发胶粘剂，引发了大露蛋白胶粘剂研究新热 潮。蛋白质改性技术的发展也为改善大豆蛋白胶粘剂的性能提供了新的可能 1 3 ”。主要有两个技术路线，分别是利用大豆产品作为合成树脂的填充剂或改良 剂和以大豆产品为主要原料制备无甲醛的木材胶粘剂。 在不牺牲合成树脂胶粘剂性能，减少有毒挥发性物质的释放量的前提下，提 高木材胶粘剂中可再生组分的含璧并降低胶粘齐j 的生产成本是该技术途径的出 发点。美国大豆新利用委员会在19 9 6 年就重点资助包括：( 1 ) 可替代脲醛胶的 抗水性增强型大豆基胶粘剂；( 2 ) 可替代酚醛胶的抗水性增强型大豆基胶粘剂； ( 3 ) 经济安全的大豆粉二苯基甲烷二异氰酸醮混合物等的研究，并有了一些进 展。 以大豆分离蛋白水解产物( 大豆分离蛋白在5 的n a 0 h 溶液，l2 0 和2m p a 的压力下水解得到无色、p h l l ，粘度约为5 0 0 m p a s ，室温下的可流动的液体) 与臊醛树脂、酚醛树脂的混合，在成本相同的情况下，获褥低甲醛释放量、高耐 水性、适用期长的胶粘剂，可用于碎木板和中纤维板的生产。 以大豆分离蛋白水解物与苯酚间苯二酚甲醛组成的双组分胶粘剂配合，二 者混合后，聚合反应立即自发进行，在3 m i n 内形成了可以冷扎的初粘性，最终 形成了缀强的胶合强凌( 2 3 3 3m p a ) ，透过了6 令循环的沸水煮、囊空压力吸 附的耐水性检测。 m o n l i nk u o 等将皿硫酸氢钠( 1 2 5 w w ) 溶解于水，调节p h 6 8 7 1 并加热 到4 5 5 5 ，再加入脱脂大豆粉( 2 5 w ，w ) ，剧烈搅拌使成均一的溶化状态得到 所谓中性大豆粉，荐加入2 0 4 0 的酚醛树脂作为中性大豆粉的交联剂制成交 联树脂，通过冷冻干燥制得粉状树脂产品。该产品用来生产木质纤维索一农作物 秸秆复合纤维板和刨花板，用胶量为l2 2 0 ，产品性能符合法定的指标。 2 0 0 1 年，一种由7 0 9 0 含异氰酸端基的异氰酸酯预聚体和1 0 3 0 碱性求解大豆蛋白组成的双组分胶粘剂申报了专利，可以热固化或射频固化，用 于木材的指接加工1 3 引。 d o n g h a iw a n g 等将通过10 0 目筛的大豆分离蛋白1 份加入lo 份的蛋白变性 溶液中，在室温下搅拌2 囊，制备积变性大豆分离蛋自，与4 ，4 二苯基甲烷 二异氰酸酯( m d i ) 配合，所制造低密度草纤维板可以在对强度要求不高的场合使 用【3 9 】。 对大豆产品( 大豆粉或分离大豆蛋白) 进行变性和化学改性，试图赋予大豆蛋 自这一天然高分子合成树脂的性能，并壹接用做木材胶糖荆。脱脂大豆粉( 含蛋 白5 0 、碳水化合物3 5 ) 用1 5m 尿素、o 4 n b t p t ( 尿酶抑制剂) 、7 柠 檬酸、4 n a h 2 p 0 4 、3 硼酸和1 8 5 n a o h 处理，用于制备麦草颗粒板，具 有一定的抗水性1 4 引。 经过细粉的脱脂大豆粉溶子一定浓度的n a o h 溶液中，再与现有商业忧的 脲醛树脂、酚醛树脂、异氰酸酯相配合，得到可应用于定向细木条板( o s b ) 、 颗粒板、中纤维板和胶合板的混合型胶粘剂。 s u a ，x i u z h i 4 1 l 等将大豆分离蛋白( 占交性剂的1 6 ) 用尿素( 1 1 8m 己) 、 十二烷基苯磺酸钠( 质量分数o 1 1 5 ) 、十二烷基硫酸钠( 质量分数o 1 15 ) 、氯化胍( 适量) 等作为变性修饰剂，经搅拌分散、冻干、粉碎制成的变性 大豆蛋岛胶于粉。使用时再用蒸馏水溶解为浓度为1 6 的溶液，用于胶合板制 造，涂胶量为o 1 5m g 蛋自怒m z ，双面上胶。所制胶合板在相对湿度9 0 的箱 内8 周，仍保持很强的胶合力，可以满足室内家具的要求。 大豆基胶粘剂存在粘接强度低、耐水性较差、抗微生物降解能力低等问题， 尤其是耐水胶合强度差的缺陷使其不能很好地达到工业应用的要求，阻碍着豆胶 的推广1 4 引。因此，如何发展性能良好的植物蛋白作为木材胶粘剂一直受到专家 的极大关注。常用的大豆蛋白改性的方法主要有：热改性、酸碱改性、有机溶剂 改性、净化剂改性、酶改性、脲改性等等。 n 。s 。h e l i a 豫e 蠹e 纛y 等人研究碱改性大豆蛋自( a m s p ) 和胰蛋白酶改性大豆蛋 白( t m s p ) 提高其胶接和疏水特性，发现与未改性大豆蛋囱相比，这两种方法都 使胶合强度有所提高【4 弘4 4 1 。 美国大豆新利用研究委员会于19 9 7 年初已批准4 3 0 万美元以资助从事研制 开发大豆王鲎利用新产品的船个项露。胶粘裁是获批准的研究项匿之一，主要研 究大豆蛋白分离物的水解制品；对大豆蛋白分离物作为木材胶粘剂的粘合剂，填 充剂和改良剂的评价1 4 引。 s u 致和b i a n 研究改性大豆蛋自聚合物的胶合性能和发展无甲醛的豆基胶粘 剂引。l9 9 9 年，他们研究发现餍脲改性蛋白胶割成的胶合扳鼗：采用碱改性和热 处理的蛋白胶制成的胶合板具有更高的耐水性【4 7 1 。 h u a n g 和s u n 研究采用十二烷基硫酸钠s d s 和十二烷基苯磺酸钠s d b s 改 性大豆分离蛋自的胶合及耐水特性，发现对硬术和中等硬度本材来说，改性蛋白 具有更高的剪切强度。对s d s 和s p b s 效果的可能机理也作了研究【霹懿。 z h o n g 和s u n 等人研究s p i 应用于纤维薄纸板的胶粘特性及加压条件、预压 干燥时间和蛋白浓度对胶接强度的影响【4 引。 2 0 0 2 年，美国能源部资助了项由多家研究机构合馋进行的庞大计划，曩 的在于改进蛋白质的结构和功麓缀成，进而提高树脂的性能；改善胶粘剂对制板 工艺的适应性( 如可分散性，活性期，可混合性等) ，开发低成本的生产加工方 式，以利于豆基胶粘剂的大规模生产。 与初期使用的豆胶相比，改性豆胶性能德到很大提褰，应用范围不断扩大， 特别是在农作物秸秆入造板制造中的应用，为降低秸秆板生产成本、解决热压时 压板粘板等技术性问题开辟了新径。由于富含硅和蜡质等成分，秸秆表面具有非 极性和斥水性的特点，r u s s e l l 和r o w e l l 等多人都证明，秸秆与极性的u f 和p f 不相适，难以粘接，露翦异氰酸熊( m d l ) 仍是秸秆糙接的主要胶种限巧 。麸大 豆蛋白胶的应用研究结果看，很有希望替代m d i ，用于压制高密度秸秆刨花板。 m o 等研究了改性豆胶在低密度麦秸刨花板上的应用，采用大豆分离蛋白，其蛋 白质含量在9 0 以上，与n a o h 、尿素和十二烷基苯磺酸( s d b s ) 一起用于制胶【5 2 】。 试验证明，n a o h 具有较好的改性效果，板材表现出较好的抗拉强度，当板坯含 水率为3 0 或4 0 时溅现最大值。 c h e n g 等f 5 3 】将多种方法改性的豆蛋白胶用于麦秸刨花板粘接，并对比各种改 性方式的效果。用尿素和丁基硫代磷酸三胺( n b t p t ) 处理的改性豆胶，板材的胶 合强度可显著提高，加入n a o h 和柠檬酸后，胶合强度提离幅度更大；硼酸处理 的豆胶可使板的抗拉强度得到改善，丽板材的m o r 和m o 嚣变化不大。当同时采 用尿素、n b t p t 、柠檬酸、磷酸二氢钠、硼酸和n a o h 等多种试剂西已制改性剂， 改性后豆胶压制的麦秸刨花板获得了最大的力学强度和耐水性，m o r 达到1 1 9 m p a ，m o 嚣达到3 。3 5m p 鑫，线性膨胀率降到1 ，仅厚度膨胀率指标仍屠高不下， 与豆粉中含有相当比例的吸湿性碳水化合物有关。麦草受胶刨花板的最大优点 是：力学性能优良、环保、成本低，使用改性的大豆胶粘剂，麦草刨花板的各项 性能指标可达到a n s i a2 0 8 1 一l9 8 9 的要求。虽然板材的耐水性较u f 树脂胶刨 花扳略差，但从环保的角度出发，该产品仍具有广阔的开发前景，蠢前可以在耐 水性要求不高的环境下使用。 1 2 2 国内豆胶研究概况 我国最早对大豆蛋白胶的研究报道是l9 5 2 年薛培元利用豆粕作为原料，焉 氢氧化钠使部分蛋白质溶解制成蛋白质溶胶，再配合抗水剂和消散性试剂，用于 木材胶粘剂。 国内对植物蛋白胶的研究开发虽已开始起步。但目前参与的单位还很少，力 度还比较弱。兰辉疆4 】研究了耀酰化试荆和交联剂分别对脱脂大豆粉化学改性后冷 冻干燥，再用c a ( o h ) 2 n a o h n a s i 0 3 来调制大豆粉含量约为2 0 的木材胶粘 剂，通过酰化试剂和交联剂改性能提高大豆胶的粘接性与抗水性。赵科【5 5 l 等对大 豆分离蛋白一聚乙烯醇、大豆分离蛋自一皇乳胶复合胶粘燕进行了研究，为