生物质木材胶黏剂的研究进展

综述了几种重要生物质木材胶黏剂即单宁、木素、大豆蛋白、淀粉及木材原料基木材胶黏剂的研究进展情况,分析了生物质木材胶黏剂的应用现状,探讨了生物质木材胶黏剂的研究方向及发展趋势.     

人造板用大豆蛋白胶黏剂研究进展

目前人造板用胶黏剂仍以醛类树脂胶黏剂为主导,存在人居环境甲醛污染和依赖化石资源等问题。随着人们环保意识提高、不可再生资源日益减少以及人造板环保等级要求的不断提升,以生物质资源为原料、水为分散介质的大豆蛋白胶黏剂,作为一种环保、可再生木材胶黏剂显示出巨大的发展潜力,但其耐水胶接性能差等问题仍制约其工业化应用,为木材工业研究热点之一。笔者综述了近年来国内外研究者在提高人造板用大豆蛋白胶黏剂耐水胶接性能方面的研究进展,重点介绍了提高大豆蛋白胶黏剂耐水胶接性能的改性方法,并分析了其改性机制与存在问题,包括蛋白质变性、接枝改性、酶改性、交联改性、大豆多糖改性、仿生改性、纳米材料改性、复合改性等,同时对提高大豆蛋白胶黏剂固体含量、降低黏度、改善抗霉变性能等方面研究进行了综述。探讨了大豆蛋白胶黏剂改性研究方向,并对其科学意义以及应用发展趋势进行了展望,以期为生物质木材胶黏剂的深入研究和在木材工业中的进一步推广应用提供理论与经验指导。     

竹材苯酚液化及胶黏剂制备工艺

采用单因素试验和正交试验研究了竹材加工剩余物的苯酚液化工艺,并进一步研究了竹材苯酚液化产物-甲醛树脂胶黏剂(BPF)的制备工艺和性能。试验结果表明:竹材苯酚液化过程中,液化温度对液化效果的影响最为显著,其次是液比和液化反应时间,催化剂用量2%~4%范围内对液化效果影响不大。竹材加工剩余物苯酚液化的优选工艺为:液固比值3.5、催化剂用量4%、液化温度145℃、液化时间60 min;在此工艺下竹材液化率为99.1%。胶黏剂制备过程中,竹材苯酚液化物与甲醛溶液(甲醛质量分数为37%)的合理质量比为100∶164.8~199.5,其中以100∶182.1较佳。BPF的固化温度低于普通酚醛树脂胶黏剂(PF),因而可在较低温度下固化良好,在130℃或140℃热压温度条件下,用其制备的胶合板的胶合强度均比较理想,热压温度为140℃时的试验结果更佳。     

纸浆基木材胶黏剂的合成及其性能

以桉木纸浆为原料制备木材胶黏剂,研究了合成路线、化学结构、胶合性能和胶合界面行为,为纤维素基木材胶黏剂研发和纸浆多元化应用提供理论依据和技术路线。纸浆经高碘酸钠选择性氧化处理,形成高反应活性双醛化纸浆纤维(DAP),利用醛基与支化多胺的氨基之间的反应构建交联网络,获得可固化的纸浆基木材胶黏剂(PWA)。使用傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)分析PWA化学结构,利用热重分析仪(TGA)分析其热性能,通过压制胶合板评估胶合性能。实验结果初步证明,双醛化纸浆纤维上的醛基能与支化多胺的末端氨基发生希夫碱反应并形成新的化学键;胶合性能分析结果表明,使用纸浆纤维基木材胶黏剂(PWA)制备杨木胶合板,干状胶合强度1.54 MPa,沸水浸泡3 h胶合强度0.85 MPa,杨木表面经界面活化处理后干强度提升到1.99 MPa,沸水3 h胶合强度提升至1.80 MPa,且与多胺末端氨基数量密切相关。纸浆纤维双醛化后再与支化多胺反应可制备性能优异的木材胶黏剂,界面活化处理可显著提高PWA的胶合性能和耐水性能以及热稳定性,末端氨基数量越多,性能提高越显著。     

PMUF树脂胶黏剂的制备与性能

以尿素和三聚氰胺作为酚醛树脂改性单体制备苯酚-三聚氰胺-尿素-甲醛(PMUF)树脂胶黏剂,研究甲醛、苯酚、尿素、三聚氰胺及氢氧化钠用量对PMUF树脂胶黏剂性能的影响,并采用DSC和13C-NMR对其进行表征.结果表明:PMUF树脂游离甲醛含量低,能满足耐水、耐候性能要求较高的人造板产品的生产.当甲醛、苯酚、尿素、三聚氰胺、NaOH的摩尔比为3.1∶1∶0.7∶0.3∶0.5时胶黏剂性能最佳,其最佳固化温度为135.5℃.     

复合变性淀粉制备淀粉基异氰酸酯胶黏剂的研究

研究了复合变性玉米淀粉制备Ⅰ、Ⅱ型淀粉基水性高分子-异氰酸酯(API)胶黏剂的工艺.选择复合变性淀粉乳液、二元酸、聚乙烯醇、多异氰酸酯的用量作为影响因素,以压缩、拉伸剪切强度为评价目标,通过正交试验优化出满足日本JISK 6806-1995指标要求的Ⅰ、Ⅱ型淀粉基API胶黏剂的配方,对影响胶黏剂理化性能的因素进行了系统分析.验证实验证明,所优化出的最佳配方具有明显的生产可操作性,交联剂多异氰酸酯可不经封闭直接使用,完全能够满足现有的木材胶合制品生产工艺的要求.     

胶黏剂在人造板上的应用现状

分析了胶黏剂在人造板行业的利用情况,阐述了环保型胶黏剂、生物质黏剂及其它胶黏剂的研究进展和应用现状,以期为木材胶黏剂的发展提供了一定的参考。     

人造板用无机胶黏剂研究现状

随着人造板产业的快速发展,胶黏剂的无甲醛化受到人们的广泛关注,而在人造板行业中,常用的胶黏剂为“三醛类”有机胶黏剂,在使用过程中会释放甲醛,危害人们的身体健康。因此,无甲醛化的无机胶黏剂研究引起了研究者的兴趣。本文主要介绍了人造板工业中常用的硅酸盐胶黏剂和氯氧镁胶黏剂及其改性研究现状,并且对无机胶黏剂生产人造板的研究与应用现状进行了阐述,以期为无机胶黏剂生产人造板提供参考。     

大豆蛋白基生物质胶黏剂的合成及热力学性能

以大豆蛋白为原料,研究了生物质大豆蛋白胶黏剂(SPA)的合成及热力学性能。在单因素试验基础上,采用GL9(34)正交平衡区组设计试验,对改性SPA的合成工艺进行了优化。结果表明:改性SPA优化合成工艺条件为硫脲用量1.5 mol,二氧化硅质量0.5 g,三聚磷酸钠质量3 g,最佳工艺下SPA(OSPA)胶接木质材料湿状胶合强度达1.01 MPa,与正交平衡区组设计第7组SPA(SPA7)相比,其胶合强度降低了10%,但胶合板压缩率减少了29.35%,多次验证,湿状胶合强度变异系数为1.7%,具有较高的实用性和稳定性。差示扫描量热仪(DSC)曲线上出现结晶吸热峰,且OSPA起始温度降低,峰值温度略提高,其热焓值由83.89 J/g升高到99.61 J/g;热重分析(TG)表明OSPA分解温度向高温偏移,至800℃时残炭率为25.20%,热稳定性提高。扫描电镜(SEM)分析表明OSPA界面出现诱发银纹,断面层形貌结合致密,改善了大豆蛋白基生物质胶黏剂的胶合强度及耐水性。     

大豆基胶黏剂流变性能研究进展

从物理改性和化学改性方面综述了国内外有关大豆基胶黏剂流变性能的研究现状,分析存在的问题,并提出未来研究方向:研究大豆基胶黏剂的流变性能,应该结合大豆基胶黏剂的改性方法,对在不同改性条件下大豆基胶黏剂的流变性能进行多元分析,同时通过改进测量仪器,结合微观分析和仪器分析,表征大豆基胶黏剂的结构和流变性能之间的关系,为大豆基胶黏剂的改性制备提供理论依据。     

低游离甲醛羟甲基化木质素磺酸盐-酚醛复合胶黏剂研究

以工业木质素为原料,采用羟甲基化反应提高木质素反应活性,确定了羟甲基化反应木质素和催化剂的最佳配比:木质素与甲醛质量比为3:1、催化剂用量为0.25%(以木质素原料计).并用FT-IR和13C NMR对羟甲基化反应结果进行了分析.通过羟甲基化木质素磺酸盐(HLF)与酚醛树脂(PF)共混制得木质素酚醛树脂(LPF)胶黏剂.实验结果表明,该胶具有制备工艺简单、游离甲醛低的特点,用HLF替代40%的PF时,其胶合强度达到国家Ⅰ类胶合板的要求.     

水溶性腰果酚醛树脂胶的研制

研究了用腰果油部分替代苯酚制备腰果酚醛树脂胶的最佳反应条件。结果表明:腰果油在总酚中的质量分数大于20%时,固形物从反应产物中析出,其量随腰果油质量分数的增大而增大;腰果酚醛树脂胶的拉伸强度和稳定性与反应温度密切相关。最佳反应条件为:总酚与甲醛的质量比为1∶1.2,腰果油在总酚中的质量分数为20%,混合催化剂用量为0.7%,反应温度为95℃,反应时间为60 min。     

双组份豆粕基中密度纤维板的制备及性能研究

为解决传统中密度纤维板甲醛释放的问题,实验以豆粕粉为原料,研制出双组份生物质基环保型胶黏剂,并用其制备了中密度纤维板。通过单因素法研究了胶液、豆粕粉用量,木纤维含水率及热压时间对豆粕基中密度纤维板物理力学性能的影响。结果表明:1)在热压温度180℃条件下,胶液用量100 kg/m~3,豆粕粉用量60 kg/m~3,热压时间27 s/mm,木质纤维含水率(12±1)%为较优的制备工艺;2)较优条件下制备的中密度纤维板密度(ρ)为760 kg/m~3,内结合强度(IB为0.71 MPa,24 h吸水厚度膨胀率(24 h-TS)为9.3%,静曲强度(MOR)为33.2 NPa,弹性模量(MOE)为3 319 MPa,各项指标均符合国家标准;3)穿孔萃取法测试甲醛释放量为0.2 mg/100 g,优于国家E_0级纤维板标准;4)总挥发性有机化合物(TVOC)的释放率合格,挥发率达到A~+级。     

木材液化产物制备热塑性树脂的研究

在酸性催化剂作用下,用木材的苯酚液化产物和甲醛进一步树脂化制备了液化木基热塑性酚醛树脂(PWF).用正交试验方法研究了各影响因素对树脂产率和软化点的影响,结果表明,pH值和反应温度对PWF树脂产率的影响最大,而甲醛与苯酚的投料比对PWF树脂软化点的影响最大.当木材液化产物中残留的苯酚与甲醛的物质的量之比为1∶0.75,pH值为木材液化产物的实际值,在105℃反应150min时,液化木基热塑性酚醛树脂的产率达到124%,软化点为110℃左右.用凝胶渗透色谱(GPC)、傅立叶红外光谱(FT-IR)和核磁共振(NMR)对比研究了PWF和传统热塑性酚醛树脂(PF)的结构特征.结果显示PWF和PF的结构基本相似,酚单元之间的连接形式主要是邻-对位和对-对位连接.PWF中含有木材组分的液化碎片,且相对分子质量较低,分布较窄.     

利用苯酚液化大豆粉制备耐水性木材胶黏剂

以硫酸/磷酸为催化剂和苯酚液化,将大豆粉转化为胶黏剂的制备原料,并制备得到耐水性木材胶黏剂。采用GPC,HPLC,FTIR等手段结合胶合板压制,对豆粉苯酚液化产物及其与甲醛缩聚得到的胶黏剂进行表征。结果表明:以苯酚/豆粉质量比为3/1～2/1、5%硫酸为催化剂下,将豆粉在130～150℃下液化90min,90%以上的豆粉转化成相对分子质量为250～7250的产物,部分苯酚以1,4-取代和1,2-取代方式与豆粉反应形成结合酚;苯酚液化不仅破坏大豆蛋白的紧密球形结构,还使液化豆粉的活性基团增加,由此通过苯酚液化豆粉与甲醛缩聚,制得低游离甲醛释放的、胶接性能满足国家标准要求的Ⅰ类胶黏剂,由此所制备胶合板的28h煮-烘-煮湿强度在1.24～1.81MPa之间,达到耐候胶合板要求;苯酚/豆粉的比例对液化产物以及苯酚液化豆粉-甲醛胶黏剂的许多特性都有不同的影响,其中以苯酚/豆粉比例为3的胶黏剂胶接强度最好。     

酚醛树脂/蒙脱土混合溶液固化特性研究

用单因素法分析蒙脱土和酚醛树脂混合溶液的固化情况,结果表明蒙脱土分散浓度增加,混合溶液固化时间增长;酚醛树脂浓度和固化温度加大,固化时间缩短,其中温度是影响固化效果较为明显的因素;不加固化剂时固化效果更好.     

啤酒瓶贴标用复合淀粉粘合剂的研制

通过对聚乙烯醇（ Ｐ Ｖ Ａ）缩甲醛工艺的改进，合成一种高固含量、高粘性的 Ｐ Ｖ Ａ缩甲醛粘合剂，该粘合剂与淀粉复合，形成一种啤酒瓶贴标用粘合剂。     

竹材苯酚液化物及其甲醛树脂的FT-IR分析

采用傅立叶红外光谱和核磁共振法分析了竹粉在苯酚溶剂作用下酸催化液化产物的化学结构,以及液化物-甲醛树脂胶黏剂的结构特征.分析表明:竹材苯酚液化物的FT-IR图谱在1595.32～1512.70 cm-1处C=O伸缩振动、C=C伸缩振动、芳环骨架振动增强,在 1360.77 cm-1 处面内O-H弯曲振动、1028.62 cm-1 伯醇C-O伸缩振动及手纹区有强吸收峰;1512.70 cm-1处酚类C-O吸收及832.79～691.68 cm-1 处吸收带增强.竹材苯酚液化物-甲醛树脂和普通酚醛树脂的FT-IR图谱非常类似.