李晓平1　顾　凯1　徐凯宏1,2,

(1·南京林业大学,江苏　南京　210037;2·东北林业大学,黑龙江　哈尔滨　150040)

摘要:分析比较用双氧水处理稻草、板材表芯层固化剂的添加量对稻草碎料板性能影响的结果表明,用浓度为 10%、pH值为10~11的双氧水处理稻草,会降低稻草板的综合性能;而将稻草板的表芯层分开添加不同量的 固化剂,压制的稻草板可达到国标要求。

关键词:双氧水;固化剂;稻草碎料板;板材性能

中图分类号:TS653·92+9　文献标识码:A

目前,制造农作物秸秆人造板,尤其在制造 麦秸人造板和稻草人造板上,通常采用异氰酸酯 胶粘剂,但异氰酸酯胶粘剂价格非常昂贵,既增 加了秸秆板的成本,又削弱了秸秆板的市场竞争 力,阻碍秸秆板的发展速度。为此,许多研究学 者都致力于开发脲醛树脂胶粘剂稻草人造板。 鉴于用双氧水处理木材可以增加木材表面官 能团的活化性,原料的pH值对脲醛树脂胶粘剂 的固化速度和板材的强度亦有很大影响,我们在 稻草的pH值为中性的前提下,通过改变固化剂 的施加量及施加方式,采用双氧水对稻草碎料进 行处理,比较在不同处理条件下压制板材的性能, 并讨论双氧水和固化剂对稻草碎料板性能的影 响[3~6]。

1　试验材料与方法

1·1　试验材料及设备

稻草:取自江苏鼎元科技开发有限公司,含水 率15%。试验前先将原料进行过筛,取其碎料(其 筛分值见表1),并将其含水率干燥至3%; 胶粘剂:取自丹阳人造板厂,固体含量为 50%,pH值为8·5,乳白色液体;

氯化铵:市购,白色晶体;

双氧水:市购,无色溶液,有轻微刺激性气 味,pH值为5·0,浓度为30%;

拌胶机:由实验室自制,转速为40r/min;

干燥机:101A-2B型电热鼓风干燥箱,最高 工作温度为300℃,额定功率33kW;

热压机:型号为XLB,总工作压力1MN;

砂光机:BD-46N型砂光机,功率为375W, 砂带尺寸为mm:100×915。

1·2　试验方法

因稻草相对于木材传热性要差,所以采用 180℃的热压温度和30s/mm的热压时间。本次试 验所采用的方案如表2所示,每个方案一次性压 制3块板子,在相同条件下再重复3次试验。

双氧水处理:由于双氧水在弱酸性条件下非 常稳定,而碱性条件可增强其氧化性能,故先将 30%的双氧水溶液稀释至10%,再用30%的氢氧 化钠水溶液将溶液的pH值调至10~11,置于 80℃的恒温箱中,放置2h[7]。

铺装:采取手工铺装,板材规格为mm:300 ×300×10。

热压:采用三段式热压曲线(如图),表压力 为3·5MPa(热压机油缸直径为300mm,油缸数 量为1)。在表压力升至3·5MPa时,保压1min; 然后卸压至1·5MPa,保压2·5min后卸压至 0·75MPa。

1·3　性能测试

压制好的板坯存放1周后,根据GB/T 4897·3-2003标准要求锯割试件,并用砂光机进 行砂光,去掉预固化层;然后用万能力学试验机 检测其静曲强度(MOR)、弹性模量(MOE)和 内结合强度(IB);在20℃恒温室内测板材的2h 吸水厚度膨胀率(TS2h)。

2　结果与分析

原料经双氧水处理后,其MOR和IB都较未 处理的小,尤其是IB更为明显;而MOE和TS 都较未处理的要大(表3)。可见,经过双氧水处 理稻草后,稻草板的综合性能下降。

稻草板中固化剂添加量由1%变为3%时,其 MOE和IB得到了明显提高,尤其是IB,增长率 达到了50%,而TS较1%时有所升高,原因是当 固化剂含量增加,胶粘剂的固化速度提高,在板 材表面形成的预固化层增厚,阻碍了热量从表层 向芯层的快速传递,这样不仅使板材的TS升高, 还阻碍了板材力学性能的进一步提高。当板材表 层的固化剂含量为1%、芯层含量为3%时,板材的各项性能都得到了明显提高,TS2h明显下降, 达到了国家刨花板标准的要求。为进一步分析双 氧水和表芯层固化剂用量对板材力学性能的影响, 下面利用数学统计分析软件(SAS软件)对数据 进行编程分析,在编程中只对双氧水处理进行了 定性分析(即:用双氧水处理时取1,未用双氧 水处理时取0)[8]。

2·1　双氧水处理对板材力学性能的影响

由表4可知,双氧水与板材的MOR和IB相 关系数为负数,呈负相关关系;而双氧水与板材 的MOE和TS2h的相关系数为正数,呈正相关关 系;并且在显著性水平为0·05时,对板材的 MOE、IB、TS2h的影响显著,即当用双氧水处理 原料时可降低板材的IB和MOR,提高板材的 MOE、TS。简言之,用双氧水处理稻草会降低板 材的综合性能,结论与表3数据一致。

2·2　固化剂对板材性能的影响

由表5、表6可知,表层固化剂的添加量与 板材的MOR、MOE和IB的相关系数为负数,呈 负相关关系;而与板材的TS2h的相关系数为正数, 呈正相关,即随着表层固化剂添加量的增高,板 材的力学性能降低,TS2h增大。板材芯层固化剂 添加量与板材的力学性能呈正相关关系,与TS2h 呈负相关关系,即随着芯层固化剂添加量的增大,板材的力学性能提高,TS2h下降;板材的整体性 能提高。上述结论与表3结果一致。

3　结　论

3·1　用双氧水处理稻草,稻草碎料板的力学性能 低于未处理原料制得的板材,所以浓度为10%、 pH值为10~11的双氧水不适于平压法制造稻草 碎料板。而在其他条件下用双氧水处理稻草还有 待进一步的研究。

3·2　将脲醛树脂胶的固化剂施加量由1%提高到 3%,可以很好地提高板材的力学性能,尤其是 IB增加了50%,但同时也提高了板材的吸水厚度 膨胀率(TS2h)。SAS软件分析结果表明,提高板 材表层的固化剂添加量不利于稻草板的制造质量。

3·3　将板材表芯层的固化剂施加量分开添加,即 板材表层为1%、芯层3%,可以大幅度提高板材的力学性能,并降低板材的TS2h。按照该方案压 制的板材其性能可达到国标要求。由SAS软件的 分析结果也可得出,提高板材芯层的固化剂添加 量有利于稻草板的制造质量。

本次试验只采用了2个水平进行对比,是对 固化剂对于板材性能影响的定性分析;至于固化 剂添加量和板材性能间的定量关系还有待进一步 研究。

参　考　文　献

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第1作者简介:李晓平(1980-),女,硕士在读, 主要从事人造板加工方面的研究。

责任作者:徐凯宏(1969-),男,博士,副教 授,现在南京林业大学博士后流动站工作,主要从事木材 检测和人造板加工方面的研究。