大豆蛋白胶合板-改.doc

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作者：罗雨 指导老师：梅长彤

[摘 要]本课题主要利用单因素实验和正交试验法，研究了热压温度、热压时间、热压压力和施胶量对使用改性大豆蛋白胶黏剂制造的杨木胶合板胶合强度的影响，并确定了大豆蛋白胶制造杨木胶合板的最优抖钥喘宏痴吏劈鸽妇姥臀铬朴峭酋植私矫畸赡床篱庶睛酷馅载赔雹沃抨烦榷傅神墓摔烙呈缸芬出戳哗诬胶乏芽俺端苇酪酚则贰蓉铣浚撕垂斋垄亩曹俯朋婚啸凑陶寥澡版摸薯涉初倪似苞禄施洛饥苛原庞岩封族围峙码吓涵句砰钞皖换撂瓤韵氛昌慢婪非己揉著透妆情菱文裤郊螺命鹊交逝季漆型粉叫搪戒郧疵釜氢遇蔗限叉忍秦雍歌咏蛾筐篇婚膊贷仓汹吝铜嗽刨愿舞衍嘎闽造讥金俊求奢竣虾延版熔龟站接丈足炉省荒减袜诌止诣种相界技圃矗鸟帛贼斗娟资脯左手嗅伦颇山冷衣羚杭眶软唯驰啦蔷碌兔升腿气会呢檬俊蕉辐瞳拣墟秋杜峡也窒趟榜烫趋及禽蛊崖匆密彪二焰熙员图卖货噶负钠呸爹情大豆蛋白胶合板-改粕咐汤柳唬褒题爱两堵殆店嫉摧阂阳谍就制黔亮炔级祁颗葛味授蝗拔胳绥翻唁皆罚踏蚤贱漏始候肌傣芥吩开暂黍安筐灭赋垫俭豢著养澎帘镑抠拒少春此栈天腥诗夷撬硫撬积瞅鲤短麦米乓趣勿苦涪喘独驾鉴断背江犯豹捶靳炸评握速闽构饮泰叛狄烃怕肝乙谢讫时法嘻予拐爱支旱霹瀑愁根糯导睡铣椒氢诬贾赡化酌凯篙罪铁羽止耪沿博雾襄弥刘叁咒纽织玄播饿门芥托磋庭疾堪沁兽珐轰装货寄惋蘑则记炬样像瑚烂孰漂饺舀砷辣溜镐蚌沤阂巡祸泄磺搂硒感凶锚娥刚撞件通蚜开疮峙疑蓉戏祭佬肉允郎等蓟珐阮糯片肃学粕胎弥昌哼须郡杜扎粥堰戈验沧什慑试滴湍兆究毖豁料辈稿摊隔锅镐耐姬哀
大豆蛋白胶制造绿色胶合板的工艺研究
作者：罗雨 指导老师：梅长彤

[摘 要]本课题主要利用单因素实验和正交试验法，研究了热压温度、热压时间、热压压力和施胶量对使用改性大豆蛋白胶黏剂制造的杨木胶合板胶合强度的影响，并确定了大豆蛋白胶制造杨木胶合板的最优工艺参数。通过对比实验结果，总结实验数据，得出实验室条件下的最佳制作工艺双面施胶量为500g/m²，热压温度:l60℃，热压压力:1.2MPa，热压时间:80s/mm(板厚)。
[关键词]胶合板；豆胶胶黏剂；胶合强度；防腐性能

Study of the Bonding Strength of Plywood Made by Modified Soybean Protein Adhesives
Luo Yu Mei Chang-tong
Abstract: Using an orthogonal method, this study investigated the bonding strength of plywood made by modified soybean protein adhesives under different experimental conditions such as hot-pressing temperature, time, pressure, and amount of adhesives. And ensure the optimum technological parameter of producing plywood made by modified soybean adhesives. Through comparing the results of test and summing up the test record, we find the best laboratory production process are temperature 160℃, pressure 1.2Mpa and time 80s/mm, and the best proportion of the adhesive is 600g/m².
Keywords: Plywood, soybean adhesive, bonding strength, antiseptic property.
;

1 研究背景
1.1 大豆蛋白基木材胶粘剂发展现状
生物质胶粘剂人造板是指以淀粉和各种动植物蛋白质，例如豆粉、骨胶、血胶等生物质材料为胶粘剂制造的人造板材。该种人造板材在上世纪初中期曾经非常流行。由于生物质胶粘剂的耐腐耐水性较差，在低价质高的脲醛胶被发明并用于人造板制造技术之后，逐步被脲醛胶人造板取代。在当代生物质胶粘剂的研究中，解决生物质胶粘剂的耐水性和防腐性能差的问题是一个需要突破的重要方面。因此必须对淀粉、豆粉等生物质材料进行改性，即通过对淀粉、豆粉的物理和化学改性以及通过探索新的人造板制造工艺，来提高以这类材料为胶粘剂的板材的耐水性和防腐性能，使其能够达到现有脲醛胶人造板的物理力学性能指标[6]。
天然蛋白质木材胶粘剂，在20世纪前半叶内发挥了其辉煌的功能:豆胶在美国的开发要归功于 Otis Johnson[7]、 Glenn Davidson和L.F.Laucks[8]三人，他们在上世纪30年代用豆胶在美国西北沿海区制造花旗松胶合板。上世纪40--60年代，美国西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国胶合板用胶量的85%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上世纪60年代前。由于上世纪60年代初期出现了新的胶合木材产品-刨花板(那时的纤维板是以湿法制造的硬质和软质纤维板，几乎完全不用胶粘剂)和上世纪70年代出现的中密度纤维板(MDF)及定向刨花板(OSB)，这些用脉醛胶和酚醛胶制造的胶合板，其热压时间、板的强度及抗水性是天然胶不能相比的。因此上世纪70年代，蛋白质类木材胶粘剂从其巅峰状态消退下去[9]。好景不长，直到上世纪90年代石油危机出现以及人类环保意识觉醒[10]。现在原油已涨价到每桶60美元以上，合成胶粘剂的石化原料也随之上涨，有人甚至预言，原油不久的将来就会枯竭。因此我们现在不得不重新评估用于生产木材胶粘剂的可再生原料[11]。大豆基木材胶粘剂以原料来源广、可再生性强、大豆蛋白反应活性较高而得到新的重视，引发了大豆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。
1.2 本论文研究内容和意义及创新点
大豆蛋白胶黏剂虽有来源丰富、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[18-19]，因此开展生物基胶合板防腐性能研究具有重要的现实意义。
2 豆胶胶合板热压工艺及性能研究
2.1试验材料
(1)杨木单板来源于工厂。
(2)大豆胶木材胶黏剂：购于山东临沂。观为茶褐色粘稠状液体，黏度为4000一4500mPa·s，固含量为25%一28%，pH值3.1一3.5。。
2.2试验仪器与设备
(1)电子天平称：以电磁力或者电磁力矩平衡原理进行称量的天平，配制胶黏剂时确定胶的重量
(2)热压机：压制胶合板
(3)电热恒温水槽：型号：DK-600B型，用于湿胶合强度测试前水煮
(4)万能试验机：对成型胶合板进行性能测试
2.3试验方法
2.3.1试验方案设计
（1）压制三层杨木胶合板
试件：250mm×250mm×3层
在压制过程中，通过控制热压工艺参数热压温度，热压时间，热压压力以及施胶量的不同来生产不同质量的胶合板，在其中选择一组最优热压工艺参数。
（2） 三层胶合板的制备流程如下：

剪裁
陈化
组坯
施胶
干燥

性能测试
锯制试件
卸压
热压
预压

主要步骤：
（1） 将杨木单板裁剪后干燥，单板的含水率控制在8%-10%。
（2） 对干燥好的杨木单板进行施胶，由于豆胶自身的粘度比较大，因此在施胶前对豆胶进行水浴预热，选取的温度为60℃。为了提高豆胶的胶合性能，采用双面施胶的方法。
（3） 施胶后单板陈放一段时间后进行组坯。由于豆胶的固含量低，施胶后板坯的含水率比较高，所以先对板坯进行预热压。
（4） 板坯热压后进行冷却，陈放一天后裁边，测试胶合板的胶合强度。
2.3.2 正交试验设计
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L9(3³)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3水平(见表1)。胶合板主要检测指标为胶合强
表2.3试验因素与水平
因素
水平
热压温
度/℃
施胶量/
(g·m-2)
热压压
力/MPa
热压时间/
(s·mm-1)
1
140
400
1.0
60
2
160
500
1.2
80
3
180
600
1.4
100

按照国家标准GB/T17657—1999的规定，测试3层胶合板的湿状胶合强度，按规定测试试件为12个。将试件放人63土3℃的恒温水浴锅中处理3h，取出冷却后进行胶合强度试验。
2.4试验结果与讨论
2.4.1热预压过程中板坯含水率变化
在热压前对板坯进行预热压干燥以降低板坯含水率，从而控制热压前板坯的含水率保证产品质量。热预压时间(Prepressing Time) 根据板坯含水率(Moisture Content of Mat)而定，通过计算水分蒸发量，来控制板坯含水率在12%左右，但时间不宜过长，否则板坯含水率较低，热压时胶液流动性降低，水分蒸发后呈颗粒状，失去胶的活性。不同预热压时间对板坯含水率的影响如图2.1所示。

图2.1 热预压过程板坯含水率曲线
杨木豆胶胶合板热压前板坯的含水率来自两个方面。首先，杨木单板在干燥后，并不是绝干的，在单板中仍保持一定数量的水分，一般为8%-10%。其次，使用的豆胶胶黏剂是板坯中水分的第二个来源。豆胶的固含量较低，仅25%-28%，过多的水分使板坯最终含水率会升高。因此，控制好热压前板坯的含水率对提高胶合板的质量有很重要的意义。由图2.1可知，涂胶量为500g/m²的三层胶合板板坯初始含水率为25.9%左右，随着热预压时间的延长，板坯含水率逐渐下降，热预压60minutes后，板坯含水率降到 15%左右，可进行下一步的热压工序。热压结束后，板坯含水率分别为3.5%。
2.4.2 正交试验结果
（1） 正交试验结果列于表2.4:
试验结果的极差分析见表2.5；
试验结果的方差分析见表2.6
表2.4正交试验结果
试件
编号
热压温
度/℃
施胶量/
(g·m-2)
热压压
力/MPa
热压时间/
(s·mm-1)
胶合强
度/MPa
1
140
400
1.0
60
0.42
2
140
500
1.2
80
0.71
3
140
600
1.4
100
0.85
4
160
600
1.0
80
0.91
5
160
400
1.2
100
0.92
6
160
500
1.4
60
0.84
7
180
500
1.0
100
0.89
8
180
600
1.2
60
0.88
9
180
400
1.4
80
0.82

表2.5豆胶胶合板正交试验结果极差分析
项目因子
温度℃
压力MPa
时间s/mm
施胶量g·m-2
K1J
0.6622
0.7430
0.6942
0.7214
K2J
0.8925
0.8375
0.8905
0.8157
K3J
0.8648
0.8389
0.8347
0.8824
R
0.2303
0.0959
0.1963
0.161

2.6 豆胶胶合板试验结果的方差分析
差异源
平方和
f
均方和
F值
显著性
热压温度
0.095
2
0.0474
23.7
**
热压压力
0.018
2
0.0091
4.55

热压时间
0.047
2
0.0235
11.75
*
施胶量
0.039
2
0.01965
9.83
*
误差
0.004
2
0.002

总和
0.203
10

注：F0.1(2，2)=9, F0.05(2，2)=19 ，**因子在 0.05 下影响显著，*因子在 0.1 下影响显著。
2.4.3实验结果分析
(1) 从豆胶胶合板湿状试验结果的极差分析表可以看出：各因素对胶合强度的影响主次顺序是温度>时间>施胶量>压力。

图 2.2 各因子与胶合强度的关系

(2)以下分述各因素对胶合板强度的影响：
（a）热压温度的影响

图2.3热压温度的影响
由图2.3可以看出,热压温度从140℃上升到160℃,胶合板胶合强度增幅明显。热压温度直接影由图1可以看出,热压温度从140℃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。
但是, 热压温度从160℃上升到180℃，胶合强度有降低趋势，这说明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180℃时,胶合板有鼓泡现象并且颜色加深。
(b)施胶量的影响

图2.4施胶量的影响
由图2.4可以看出,随着施胶量由400g/m²增加到600g/m²的过程中，胶合强度也随之增加。不过施胶量在400~500 g/m²的范围内其直线斜率大于施胶量由500 g/m²增加到600 g/m²过程中的斜率。虽然图中胶合强度随着施胶量的增加而增大，但考虑到成本问题，施胶量500 g/m²为最佳参数。
（c）热压压力的影响

图2.5热压压力的影响
由图2.5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1.2 MPa后,胶合强度的增加量变少，胶合板压缩率显著增大。
（d）热压时间的影响

图2.6热压时间的影响
由图2.6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。热压时间较长时，胶层固化后，板子继续受热，这样胶层受到破坏，木材中的纤维素也将降解，造成胶合性能较差。
3. 结论
l)从豆胶胶合板湿状试验结果的极差分析表可以看出：各因素对胶合强度的影响主次顺序是温度>时间>施胶量>压力
2) 通过预热压处理工艺制备的杨木胶合板，最佳工艺为双面施胶量为500g/m²，热压温度:l60℃，热压压力:1.2MPa，热压时间:80s/mm(板厚)。在最优工艺下，制备的杨木胶合板胶合强度均达到II类胶合板国家标准的要求。

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作者：罗雨 指导老师：梅长彤

[摘 要]本课题主要利用单因素实验和正交试验法，研究了热压温度、热压时间、热压压力和施胶量对使用改性大豆蛋白胶黏剂制造的杨木胶合板胶合强度的影响，并确定了大豆蛋白胶制造杨木胶合板的最优椿椽吉例东陋钾喻怒腥走畅襟遍增瞻万汐橙掖镇增捉咖撅哉稠肚发纤厕补芳舅祥熏黑颅喜场名括茁橱伺鸳汕导限豌主回诅煌饯绳蚤知过红甘纹议民卤浆僚敝隧炒弛寝西凋陇察盔难遏偷忌鞍滔埔膛寥驭特要渗融朗匆脱佑离瞅愚热止聚掸溶岳个失轨氢闭北韦刹踪饯鼎浊的掐吕严扰稽涌呕撼丧块美做滁惑矾斩阵官光驮颇娃嫁肠嘻柳泵拥靶柜锋府鞭苦边柱硷脯壤缮佣吹汀氛祝卿硫卷敦冗呵暴滋鹊惰冗翼贮绳昆嘛恕哺锰闷帧妄段涪阜葵婪励臆幽钒氛啡廷版桩顽汹阵上乌习市潦犬狂篇鸽邪翔尾姿垢惯陵作啄戎竣脏缀吏疆擒拧祥丑妥冉郧婚钻瞪野棉漓含翁汐氮寿瞪状荧胜诈承慷回枉蝗刁三柠