楊木膠合板液化自膠合工藝

口＾ｊ■ｉ．１■ｊ工

郭福思，侯倫燈　，歐勝雄，林添源

（福建農林大學材料工程學院，福州３５０００２）

摘要：借鑑本質材料介面液化自膠合的ｓ－藝，以楊木單板為原料，碳酸乙烯酯為液化劑，硫酸或甲烷磺酸為催化

劑進行膠合板製造工藝的研究。採用正交試驗法，**催化荊、液化劑以及熱壓工藝對膠合板膠合強度的影響。

試驗結果表明：以稀釋硫酸作為催化劑，催化劑用量佔液化劑的３．５％，液化荊的塗佈量（單面）為２５０　ｇ／ｍ　，熱壓

溫度１４５，熱壓時間熱壓壓力１．２　ｍｐａ為較優工藝，膠合強度均值可達到１．４６　ｍｐａ。關鍵詞：楊木膠合板；液化自膠合；液化劑；無膠膠合

人造板的無膠膠合是指通過特定的處理方法使原料單元表面基團活化，或者產生類似膠黏劑的物質，進而壓制粘結成板。國內外一些學者對此曾進行過相應研究。ｙｏｕｎｇ等¨　採用３ｎ氫氧化鈉溶液處理木材後新增甲基化木素製造無膠板，板材的膠合強度與酚醛膠所製板材相當。

李堅以碳水化合物處理木材介面，在催化劑和高溫高壓下成功製造了椴木膠

自膠合３層膠合板的工藝研究，希望能為液化自膠合製備膠合板工藝的研究與應用提供參考。１材料與方法

１．１試驗材料

楊木單板，取自山東臨沂，厚度為幅面含水率８％～１０％；碳酸乙烯酯、濃硫酸（９８％）、甲烷磺酸（９９％）均為分析純。

１．２儀器裝置

合板。金春德等採用漆酶活化竹刨花，實現了幹

法生產無膠竹質刨花板的中試。徐信武等借鑑木

材常壓催化液化技術，在熱壓條件下使單板淺層液化，產生物理變化和化學交聯並逐步固化粘結，製備

壓機型，蘇州新協力機器製造****）、電熱恆溫鼓風乾燥箱（ｄｈｇ一９２２３ａ型，上

了液化自膠合的無膠膠合板。有關木材液化的研究方面，ｙａｍａｄａ等以環碳酸酯作為新型液化劑。實現了木質纖維的低溫快速液化。丁伯祥用乙二醇液化楊木粉，研究了多種催化劑的催化能力，認為以硫

海精巨集實驗裝置****）、微機控制電子式萬能試

驗機（ｃｗｔ６１０４型、深圳新三思計量****）。

１．３試驗方法

先用濃硫酸配製質量分數為７０％的稀釋硫酸。以碳酸乙烯酯作為液化劑，硫酸或甲烷磺酸為催化劑，將定量的催化劑和液化劑均勻混合後，按給定的

酸和甲烷磺酸的催化效果較好。本試驗採用碳酸乙烯酯為液化劑，硫酸或甲烷磺酸為催化劑，進行液化

收稿日期

修回日期

塗佈量，均勻塗佈在單板芯層兩面，置放２０　ｍｉｎ後組坯，根據設定的熱壓工藝壓制膠合板。實驗流程圖

如下：林業科技開發２０１４年第２８卷第６期

**專案：福建省科技廳重點資助專案

作者簡介：郭福思（１９８９一），男，碩士生，研究方向木材科學與技術。通訊作者：侯倫燈，男，副教授

１２４技】ｔ【開發

ｉ堡魚卜一ｉ蘭堡　ｌ——ｉ些型｝』一［

考察液化劑塗佈量、催化劑用量與催化劑種類對

ｌ膠合板膠合強度的影響，其檢測結果及極差分析見表

圈—圈—圓—固—囤

３，方差分析見表４。

表３不同催化劑與液化劑條件下膠合強度檢測結果

初設熱壓溫度１５０℃，熱壓時間熱

壓壓力１．２　ｍｐａ。首先考察催化劑和液化劑對膠合

強度的影響。考慮到液化自膠合的特點，以催化劑種

類、催化劑用量（佔液化劑的百分比）、液化劑塗佈量為因素，按正交表ｌ。（３　）設計試驗（表１）。

表１催化劑與液化劑的因素水平

通過以上試驗得到較佳的催化劑種類、催化劑用

量和液化劑塗佈量後，以此為固定引數，考察熱壓工藝對膠合板膠合強度的影響。以熱壓溫度、熱壓時間、熱壓壓力為因素，按正交表ｌ　（３　）進行試驗（表２）。

表２熱壓工藝因素水平因素

偏差平方和

自由度ｆ值

注同。由表３可知，各因素對膠合強度的影響主次順序

１．４膠合強度檢測

是：液化劑塗佈量＞催化劑種類＞催化劑用量。較佳工藝水平為：催化劑選擇濃硫酸，催化劑用量為

膠合板在自然條件下放置２４　ｈ，參照膠合板國家標準膠合板》和人造板及飾面人造板理化效能試驗方法》，檢測乾狀膠合強度。

２結果與分析

３．５％，液化劑塗佈量為３５０　ｇ／ｍ　。由表４可知，液化劑塗佈量對膠合強度影響極顯著，催化劑種類和用量的影響顯著。

使用稀釋硫酸和濃硫酸作為催化劑對膠合板的

２．１催化劑和液化劑的選擇

木材液化自膠合的機理比較複雜。牛敏研究表明：木材多元醇液化產物的縮聚反應主要是由纖維

膠合強度影響差異不明顯，而使用甲烷磺酸作為催化

劑所製膠合板的膠合強度則明顯變小。濃硫酸對操作人員與裝置皆有損害，也容易導致木材炭化，汙染板材表觀。牛敏在木材多元醇液化中以７２％的硫

素和半纖維素降解所得的葡萄糖苷和乙醯丙酸，以及

木質素的液化產物與液化劑之間的反應。木質素與醣類化合物的降解產物之間也能發生聚合反應，如酚類物質與糠醛類物質聚合成類似酚醛樹脂的化合物，愈瘡木基甲醇類物質與丙酸類物質發生酯化反應生

酸作為催化劑，其催化效果較好，未出現結焦現象，對

人員及裝置影響也較小。因此，選用稀釋硫酸作為催

化劑經濟性和可操作性都較好。

膠合板的膠合強度隨著催化劑用量的增加而提

成大分子化合物。而ｙａｍａｄａ等認為，碳酸乙烯酯液化木材的過程與多元醇非常相似，碳酸乙烯酯在液化過程中全部轉化為醇類化合物，並釋放ｃｏ：，但碳

高。黃元波等以濃硫酸催化液化澱粉，當用量大於３％時，液化產物出現重新縮合，液化得率下降。因此，在一定範圍內增加催化劑用量有利於液化產物

酸乙烯酯液化木材的速度比多元醇至少快１０倍。因

此，可以認為碳酸乙烯酯液化產物的縮聚路徑與多元

的縮聚程序，提高膠合強度，但過量硫酸會炭化木材，

影響板材的強度和外觀。從本試驗結果來看，３．５％的催化劑用量較為理想。

１２５醇液化產物相似。

林業科技開發２０１４年第２８卷第６期

口液化劑的塗佈量從１５０　ｇ／ｍ　增加至２５０　ｍ時，膠合強度迅速增大，但繼續提高塗佈量，膠合強度的增加並不明顯，說明液化劑的用量已基本趨於飽

和。因此，選擇２５０ｇ／ｍ　液化劑塗佈量比較合適。

２．２熱壓工藝因素的選擇

考察熱壓溫度、熱壓壓力和熱壓時間對膠合板膠合強度的影響，其檢測結果與極差分析見表５，方差分析結果見表６。

表５不同熱壓工藝條件下膠合強度檢測結果

熱壓溫度

０．３８０

２１９０．ｏｏｏ」熱壓壓力

０．０１８

２９．０００熱壓時間

０．０４５

２２２．５００

由表５可知，各因素對膠合強度的影響主次順序是：熱壓溫度＞熱壓時問＞熱壓壓力。各因素的較佳水平為：熱壓溫度１４５　ｏｃ，熱壓壓力１．５　ｍｐａ，熱壓時間由表６可知，熱壓溫度對膠合強度

的影響極顯著，熱壓時間影響顯著。

膠合強度先是隨著熱壓溫度的公升高而增大，並在

１４５℃時達到最大值；當熱壓溫度繼續公升高，膠合強

度反而下降。木材的液化需要達到一定的溫度，合適的溫度有助於縮合反應的進行。謝濤等用碳酸乙烯酯液化蔗渣，當溫度大於１５０℃時，縮合反應迅速

加劇，殘渣率公升高，並隨反應的進行而不斷增大。但過高的溫度會造成單板的嚴重降解，破壞木材本身的強度，最終導致膠合強度迅速下降，所以熱壓溫度以

１４５　ｃ【二為宜。

熱壓時間對膠合強度也有較顯著的影響，在１．２

～的範圍內，隨著熱壓時間的延長，膠合

強度呈上公升趨勢。液化自膠合需要一定時間來形成

１２６液化和再縮聚的過程，因此時間延長能提高板材強度。但繼續增加熱壓時間會影響生產效率，也可能造成木質原料本身結構的破壞。本試驗範圍內，２．４

ｍｉｎ／ｍｍ為較佳熱壓時間。

熱壓壓力對膠合強度影響不顯著。當熱壓壓力在範圍內時，膠合強度隨熱壓壓力的增大略有上公升。但過高的壓力容易擠出液化劑，使得液化劑實際用量變少，也容易造成透膠。本試驗採用

膠合板常用的熱壓壓力１．２　ｍｐａ。３結論

液化劑的塗佈量和熱壓溫度對膠合板膠合強度的影響極顯著，而熱壓壓力的影響不顯著。本試驗得

出的一組較優工藝引數為：催化劑採用稀釋硫酸，催化劑用量佔液化劑的３．５％，液化劑的塗佈量（單面）為２５０　ｇ／ｍ　，熱壓溫度１４５　ｏｃ，熱壓時間熱壓壓力１．２　ｍｐａ。檢測到的膠合強度最大值為１．７９

ｍｐａ，均值為１．４６　ｍｐａ。

利用木材介面液化自膠合技術製備膠合板具有

一定的可行性。採用本工藝生產的膠合板，可應用於

室內置材或環保包裝材料，但仍存在壓縮率高，液化層強度損失較大，以及易透膠造成板麵汙染等問題，有待進一步研究改善。未來可在膠合機理、降低成本、提高熱壓效率、增強板材的耐水性和耐久性，以及

應用於不同原料和板種等方面繼續深入研究。

參考文獻

［２］李堅．無膠椴木膠合板［ｊ］．林產工業

［３］金春德，王進，周冠武．漆酶活化處理條件對竹材活性氧類自由基

變化的影響［ｊ］．林產工業

［４］徐信武，湯正捷，周坤，等．木材介面液化的自膠合工藝引數對膠

合效能的影響［ｊ］．東北林業大學學報

丁伯祥．楊木常壓液化技術的研究［ｄ］．南京：南京林業大學，

２００７．

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北京林業大學，２０１１．

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西南林業大學學報

［９］謝濤，諶凡更．蔗渣在碳酸乙烯酯中的快速液化［ｊ］．林產化學與

工業（責任編輯葛華忠莫弦豐）

林業科技開發２０１４年第２８卷第６期

楊木膠合板液化自膠合工藝

膠合板複習題

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