改性大豆蛋白胶黏剂的制备及应用

改性大豆蛋白胶黏剂的制备及应用

目前，木材用粘土剂仍以“三聚氰胺水框架”（三聚氰胺水框架、酚醛树脂、二聚氰胺水框架）为主导。但醛基胶黏剂及其制品在使用过程中都会释放出甲醛。甲醛已经成为室内主要污染物之一,严重威胁着人们的身心健康。另外,醛基胶黏剂的一些原料来自不可再生资源,因此在资源逐渐枯竭的今天,研究开发具有可再生性的环境友好型木材用胶黏剂是木材工业面临的一个重要课题。大豆蛋白等天然可再生资源胶黏剂的研究开发越来越受到重视。大豆蛋白胶黏剂有来源丰富、无毒无害、可再生等优点,但其也存在着耐水性差、初黏力小、黏接强度低、固化速度慢、改性后成本高、防霉防腐性差等缺点。因此,需要进一步通过化学方法改进大豆蛋白胶黏剂的缺点。国外诸多文献显示,改性大豆蛋白胶黏剂的黏接强度、黏度、稳定性、耐水性等都比未改性的有所改善,有的甚至可以与商业用醛基胶黏剂媲美;对国内而言,最早的对大豆蛋白胶的研究报道是1952年薛培元利用豆粕作为原料,用氢氧化钠使部分蛋白质溶解制成蛋白质溶胶,再配合抗水剂和分散性试剂用于木材胶黏剂。近年来对大豆蛋白胶黏剂的研究才逐渐增多。本论文采用改性大豆蛋白胶黏剂制造胶合板,通过正交试验,胶合板力学性能测试,研究了改性大豆胶黏剂制备胶合板的优化工艺参数。1材料和方法1.1大豆胶黏剂1)杨木(Populussp.)单板。规格:410mm×410mm×1.5mm,含水率:7%~10%,产地:河北文安县。2)改性大豆胶黏剂。实验室自制,固体含量:25%~28%,交联剂用量(占胶黏剂总重):6%,脱脂豆粉产地:黑龙江省绥化地区。1.2实验和方法1.2.1实验技术工艺流程如下:单板※称量※施胶※铺装※热压※陈化※锯制试件※63℃水煮3h※检测性能。1.2.2板胶合性能的影响选定热压温度、热压时间、热压压力、施胶量为4个试验因素,研究各因素对胶合板胶合性能的影响。选择L16(45)正交表安排试验,分别选取热压温度、热压时间、热压压力和施胶量4个因素,各4水平(见表1)。胶合板主要检测指标为胶合强度。按照国家标准GBT17657—1999的规定测定胶合板胶合强度。2结果与讨论2.1正交试验的结果正交试验结果列于表2,各因素直观分析如图1~4所示。2.2各因素、热压技术对胶合板胶合强度的影响2.2.1合强度的确定由图1可以看出,热压温度从130℃上升到160℃,胶合板胶合强度增幅明显。热压温度直接影响胶黏剂固化速度与固化程度,温度越高,在有限时间内固化反应越充分,胶合强度就越高;另外,随温度的继续升高,胶合强度还有继续增大的趋势。说明大豆蛋白胶黏剂需要较高的反应温度来达到固化完全。但是,改性大豆蛋白胶黏剂胶合板的制造并不是热压温度越高越好。热压温度越高,胶合板内蒸气压力也越高,易产生鼓泡等质量缺陷;热压温度越高,还会造成胶合板堆放过程中热量难以释放,造成胶层热分解;同时,热压温度过高,易造成木材热解、人造板变形变色;另外,热压温度越高,能量消耗越大,设备投资也越大。实验表明,热压温度达到170℃时,胶合板有鼓泡现象并且颜色加深。2.2.2施胶量对胶合强度的影响由图2可以看出,施胶量在285~310gm2范围内增加时,胶合板胶合强度上升;当达到310gm2后,随着施胶量的进一步增加,胶合强度开始下降。由于使用的改性大豆蛋白胶黏剂的固体含量较小,施胶量小于310gm2时,出现缺胶现象,所以胶合强度随施胶量增加而上升。当施胶量高于310gm2后,存在2个原因影响其强度:(1)胶层内聚力小于胶与单板之间的胶接力;(2)胶层过厚产生内部应力,降低胶合强度。2.2.3压力和热压压力的影响由图3可以看出,在本试验所选的水平范围内,随着热压压力的增加,胶合板的胶合强度呈上升趋势。一般来说,随着热压压力的升高,胶黏剂易于在木材表面均匀分布,特别是大豆蛋白生物质胶黏剂具有很高的黏度,流动性差,需要较高的压力来保证其一定的流动性;并且,热压压力越高,胶黏剂与木材接触越紧密。因此,只有较高的热压压力,才能保证大豆蛋白生物质胶黏剂胶接胶合板具有较高的胶合强度。但是当热压压力高于1.2MPa后,胶合板压缩率显著增大。2.2.4胶黏剂固化时间的确定由图4可以看出,随着热压时间的增加,胶合板胶合强度越来越大。这与前面的分析是一样的:胶黏剂,特别是大豆蛋白生物质胶黏剂的完全固化需要足够的时间,随着固化时间的延长,固化程度越大,胶合强度越高。但是,热压时间直接影响生产效率,必须综合考虑各种因素,根据不同的需要来选择合适的热压时间。3热压时间和涂胶量对人工胶合强度的影响1)在130~160℃热压温度范围内,随着热压温度的增加,胶合板胶合强度逐渐上升,热压温度对胶合强度的影响最显著。2)在30~60smm热压时间范围内,胶合板胶合强度随热压时间的增加呈上升趋势。3)在0.6~1.0MPa范围内,胶合板胶合强度随热压压力的增加几乎呈直线上升,到达1.0MPa后,增加趋势有所减缓。4)涂胶量小于310gm2时,随涂胶量的增多,胶合板胶合强度上