液化木基酚醛樹脂制備膠合板的熱壓工藝研究

巫國富　許忠允　潘暉

摘要：采用速生人工林桉樹木材苯酚液化產物和甲醛進一步樹脂化制備液化木基酚醛（Liquefied wood phenol formaldehyde，LWPF）樹脂作為膠合板用膠粘劑，探討了熱壓溫度和熱壓時間對LWPF樹脂膠合板膠合性能的影響。結果表明，熱壓溫度和熱壓時間均對LWPF樹脂膠合板的膠合性能有顯著影響（P<0.05），熱壓溫度160 ℃、熱壓時間5 min時所得膠合板的膠合性能好，平均木破率為86.4%。

關鍵詞：液化木基酚醛（LWPF）樹脂；膠合板；熱壓工藝；木破率

中圖分類號：S784 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）07-1644-02

木材液化技術是近年來迅速發展起來的一門新興技術，利用木材液化產物制造合成樹脂是木材利用技術研究的一個發展方向，對于節約代用化石資源和高效利用木材資源具有雙重意義。有研究表明木粉在酸性或堿性催化作用下的苯酚液化產物等與交聯劑、固化劑等試劑反應可進一步制備酚醛樹脂[1-5]；液化木基酚醛（Liquefied wood phenol formaldehyde，LWPF）樹脂與傳統樹脂相比具有生物降解性能，游離甲醛釋放量低，是一種新型環保膠粘劑[6]。目前利用木材液化產物制備酚醛樹脂的研究報道較多，而對以LWPF樹脂作為膠合板用膠粘劑的熱壓工藝的研究報道很少。因此，本研究對LWPF樹脂應用于膠合板的熱壓工藝條件進行考察，旨在提高速生人工林桉樹木材的使用范圍和附加值，為LWPF樹脂的應用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

試驗原料尾葉桉（Eucalyptus urophylla）為廣西壯族自治區柳州市沙塘林場單板廠的尾葉桉單板，剪碎后粉碎成20目木粉，置于105 ℃的干燥箱中干燥12 h后放在干燥器中備用。膠合單板為美國南方松，采自美國南部Pineville膠合板廠，單板幅面尺寸為200 mm×200 mm，含水率為12%左右。苯酚、硫酸、甲醛、NaOH等化學試劑均為分析純。

制膠反應釜、抽風臺、熱壓機、膠合強度檢測儀、真空壓力罐、真空干燥箱、電子天平、木工圓鋸機等試驗設備由美國南方研究所提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 桉木液化及LWPF樹脂的制備 將木粉、苯酚和硫酸按一定比例混合均勻后放在帶有攪拌器和回流冷凝管的三頸燒瓶中，放在150 ℃油浴鍋中，根據工藝設定的時間反應后得到木材液化產物。將液化產物、甲醛、50% （質量分數，下同） 的NaOH、水按一定比例加入反應釜中，開動攪拌機。待反應液的溫度均勻升至75 ℃后保溫1 h，然后按設定的比例二次加入50%的NaOH和甲醛，接著將反應溫度迅速升至90 ℃，繼續反應1 h后迅速將產物冷卻至40 ℃以下，出料。

1.2.2 熱壓試驗 調膠，將液化產物LWPF樹脂、面粉、催化劑（NaOH）和水按比例加入后攪拌均勻得膠粘劑。用毛刷將調制好的膠粘劑均勻涂布在南方松芯板上，單面施膠量為220 g/m2，陳放5 min后熱壓，熱壓壓力為1.2 MPa，制得三層膠合板。采用單因素試驗考察熱壓溫度和熱壓時間對膠合板膠合性能的影響。①熱壓溫度。熱壓時間為5 min，熱壓溫度分別為150、160、170、180 ℃，每處理壓4塊板，共壓16塊板。②熱壓時間。熱壓溫度為160 ℃，熱壓時間分別為3、5、7 min，每處理壓4塊板，共12塊板。

1.2.3 膠合性能檢測 目前國內尚無LWPF樹脂膠合板性能檢測標準，參照美國D 1037-99膠合板工業標準（American Society for Testing and Materials），試板成型后放置24 h取樣，測定樣品的木破率，每塊板制取4個檢測試件，取平均值，采用SPSS統計軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 熱壓溫度對膠合板膠合性能的影響

熱壓工藝條件不變，熱壓溫度分別為150、160、170、180 ℃時所制得的膠合板的木破率分別為36.25%、86.25%、68.13%、57.50%（圖1）。方差分析表明在150～180 ℃范圍內熱壓溫度對膠合板的膠合性能有顯著影響（P<0.05）。這與使用脲醛樹脂膠壓制膠合板的熱壓工藝研究結果相類似[7，8]。熱壓溫度低，特別是在單板含水率比較高的狀態下膠固化不完全；熱壓溫度高，導致膠提前固化，使得膠的延展性差，導致膠合性能下降。本研究中熱壓溫度為160 ℃時木破率最高，適合LWPF樹脂膠的固化。

2.2 熱壓時間對膠合性能的影響

熱壓時間分別為3、5、7 min時制得的膠合板的木破率分別為11.56%、86.25%、64.04%（圖2）；方差分析結果表明熱壓時間在3～7 min范圍內膠合板膠合性能有顯著差異（P<0.05）。熱壓時間為5 min時膠合板木破率最大，主要是因為這一時間與LWPF樹脂膠的固化時間相近。熱壓時間短，特別是在單板含水率比較高的狀態下芯層溫度低，還沒有達到膠的固化溫度，膠固化不完全；熱壓時間長，則導致膠固化過度，從而膠合性能降低。

2.3 驗證試驗結果

選擇熱壓溫度160 ℃、熱壓時間5 min，在涂膠量220 g/m2、熱壓壓力1.2 MPa的條件下以相同的組坯方式平行壓制3張美國南方松三層膠合板。參照美國D 1037-99膠合板工業標準取樣，每塊板制取4個試件，進行膠合性能測定。測得每張板的平均木破率分別為87.5%、86.5%、85.1%，達到美國D 1037-99膠合板工業標準要求。12個試件中木破率最大的為試件F，木破率達100.0%（圖3A）；最小的為試件E，木破率為70.0%（圖3B），平均木破率達86.4%。

3 小結與討論

LWPF樹脂作為膠合板用膠粘劑其效果良好，可以通過優化熱壓工藝參數來提高其膠合性能，與常用的酚醛樹脂膠粘劑制備膠合板的熱壓工藝相似[9]。優化的熱壓工藝參數為涂膠量220 g/m2、熱壓壓力1.2 MPa、熱壓溫度160 ℃、熱壓時間5 min，壓制出的板材性能達到美國D 1037-99膠合板工業標準要求。本研究為LWPF樹脂在膠合板膠粘劑中的應用奠定了一定基礎，LWPF樹脂作為膠合板膠粘劑的熱壓工藝及在工業生產上的應用還有待進一步研究。

參考文獻：

[1] MALDAS D， SHIRAISHI N， HARADA Y. Phenolic resol resin adhesives prepared from alkali-catalyzed liquefied phenolated wood and used to bond hardwood[J]. Journal of Adhesion Science and Technology，1997，11（3）：305-316.

[2] ALMA M， MALDAS D， SHIRAISHI N. Resinification of NaOH-catalyzed phenolated wood-phenol mixture with formalin for making molding materials[J]. Journal of Adhesion Science and Technology，2002，16（8）：1141-1151.

[3] SHIRAISHI N， KISHI H. Wood-phenol adhesives prepared from carboxymethylated wood. I[J]. Journal of Applied Polymer Science，2003，32（1）：3189-3209.

[4] LIN L， YOSHIOKA M， YAO Y， et al. Preparation and properties of phenolated wood/phenol/formaldehyde cocondensed resin[J]. Journal of Applied Polymer Science，2003，58（8）：1297-1304.

[5] ALMA M， YOSHIOKA M， YAO Y， et al. Preparation of sulfuric acid-catalyzed phenolated wood resin[J]. Wood Science and Technology， 1998，32（4）：297-308.

[6] 秦特夫，羅 蓓，李改云.人工林木材的苯酚液化及樹脂化研究Ⅱ.液化木基酚醛樹脂的制備和性能表征[J].木材工業，2006，20（5）：8-10.

[7] 姚利宏，王喜明，費本華，等.膠合工藝對桉/楊Ⅰ類膠合板膠合強度的影響[J].木材工業，2008，22（6）：34-36.

[8] 劉曉輝，宋孝金，吳遠彬. 杉木膠合板熱壓工藝研究[J]. 福建林業科技，2010，37（3）：70-73.

[9] 董玉香，商成臣.膠合板生產工藝對產品質量的影響[J].林業科技通訊，2000（6）：4-6.