1材料与方法

1.1试验材料

脱脂豆粉(defatted soy flour, DSF):山东省新龙亚 洲(龙口)大豆食品有限公司提供,粗蛋白质量分数53%, 含水率8.56%,粗脂肪质量分数0.97%,灰分质量分数 6.20%,粗细度彡100目;豆胶:自制;马尾松单板:建 阳鲁班木业产,幅面300 mm><300 mm,厚度1.2〜1.3 mm,

 

按压板工艺设计试验,结果与极差分析见表2,方差 分析见表3。
表2改性豆胶压板工艺L9(34)正交试验结果与极差分析 Table 2 Result and range analysis of L9(34) orthogonal test of the
hot-pressing factors of modified soy-based adhesives
试验号  热压温度/ °C 热压压力/ MPa 热压时间/ min 空白列 胶合强度/ MPa表2结果表明:在热压温度、热压压力、热压时间 分别为127°C、1.4 MPa、6.26 min时(试验号7),胶合 板的胶合强度0.81 MPa,略高于热压温度、热压压力、 热压时间为127V、1.0 MPa、4.69 min时(试验号9)的 0.80 MPa,胶合强度均达到了 GB/T9846-2004中II类胶 合板的要求(多0.8 MPa),但在试验中发现试验号7的 木材压缩率(31.2%)远大于试验号9 (16.3%),实用价 值低。热压温度所对应的胶合强度均值呈先下降后上升
趋势,在87〜107°C时,胶合强度在0.26〜0.54 MPa之间, 说明在87〜107°C时,改性豆胶在给定的压板时间内难以 完全固化,胶合强度低;当热压温度达到127°C时,胶合 强度增至0.73〜0.81 MPa,表明较高的温度可促进改性豆 胶的固化,在豆胶胶层中可发生-NH3+与-COO_的缩合反 应[2())、-NH3+与豆胶多糖中羟基和单板表面羟基的胺化作 用[21】,固化的豆胶形成交联,提高了耐水胶合强度。当 热压压力分别为1.0和1.2 MPa时,对应的胶合强度均值 分别为0.47和0.49 MPa,两者相差仅0.02 MPa,而热压 压力在1.4 MPa时胶合强度均值迅速提高至0.62 MPa, 说明提高热压压力有利于改性豆胶与单板表面形成紧密 结合,且压实板坯,促使豆胶进一步渗入木材;豆胶固 化后在胶合板中形成胶钉结构,与单板形成机械结合力, 提高胶合板的强度;但过高的热压压力易导致单板过度 压缩,因此,在胶合板胶合强度达标前提下,可选用较 低的热压压力,以利于降低木材压缩率。在热压时间为 4.69min时,胶合强度均值最高,达到0.59 MPa;说明在 短时间内,改性豆胶内部基团难以完全反应,而热压时 间长也易造成胶黏剂的分解,胶合性能下降。由胶合强 度极差分析结果可知,热压工艺对改性豆胶胶合板胶合 强度的影响大小为热压温度>热压压力>热压时间;改性 豆胶胶合板的较佳热压工艺为热压温度127°C、热压压力

1.4 MPa和热压时间4.69 min=表3的方差分析结果也说 明热压温度对改性豆胶的固化有显著影响。

考虑到热压温度对改性豆胶固化和木材压缩率的影 响,采用试验号9和优化的热压工艺做重复性试验,同 时改变试验号9的压板温度做单因素试验,结果见表4。
表4改性豆胶压板工艺验证及温度单因素试验 Table 4 Hot-pressing factors validation and temperature’s single-factor experiment of modified soy-based adhesives
热压温度/  °c 热压压力/ MPa 热压时间/ min 胶合强度/ MPa 木材压缩率/ %
127 1.4 4.69 0.83 25.8
127 1.0 4.69 0.82 15.9
140 1.0 4.69 0,91 16.7
150 1.0 4.69 0.93 23.4

表4结果表明,试验号9和优化的热压工艺压制的 胶合板胶合强度均可达到国家标准要求(彡0.80 MPa), 但优化的较佳工艺的热压压力大,木材压缩率高达25.8%, 实用性较差。另外,胶合板胶合强度随热压温度提高而上 升;当热压温度为140°C时,胶合强度达0.91 MPa,木材 压缩率16.7%,处于正常范围;继续提高热压温度至150 °C,胶合强度上升幅度不大,而木材压缩率增加至23.4%。 综上分析,热压温度140V、热压压力1.0 MPa、热压时间 4.69min时,改性豆胶固化良好,又不会导致太高的木材 压缩率,是较优的改性豆胶胶合板热压工艺。

以140°C、1.0 MPa、4.69 min的热压工艺重复压制3 块胶合板,测得其平均胶合强度为0.89 MPa,标准偏差 为0.03,达到国家标准GB/T 9846-2004规定的II类胶合 板的要求,且平均木材压缩率为16.3%,重复性好。
2. 2改性豆胶固化前后红外光谱分析

由2.1分析得,改性豆胶较优的热压温度是140°C。 因此,取140°C做为表征分析中改性豆胶样品固化处理的 温度。将改性豆胶固化前后的产物进行红外光谱分析, 谱图如图1所示。
波数/cm_1

注:A:未固化的豆胶在_47°C、真空度4,75 Pa条件下干燥24 h。

B:未固化的豆胶在140°C、1 MPa条件下用烘箱干燥2 h。

图1改性豆胶固化前后的红外光谱图 Fig. 1 FTIR spectrum of modified soy-based adhesives before/after curing
由图1可以看出,2个样品均有3个典型的蛋白质酰 胺谱带红外吸收特征峰,与参考文献[22]结果相似;

3 300〜3 400 cm'1是0-H和N-H伸缩振动吸收峰;

2 920 cm'1是-CH3的吸收峰;2 890 cm'1是-CH2的吸收峰; 1 700 cm_1是酰胺键中C=0的吸收峰;1 250 cm'1是醚键 -C-O-的吸收峰[23]。对比曲线B与A,可发现曲线B在

3 300〜3 400 cm.1的吸收峰收窄,在1 700、1 250 cm-1左 右吸收峰变尖锐,1 570 cm1处酰胺谱带II的吸收峰重新 出现,均提示固化后的大豆胶黏剂亲水性基团减少,酰 胺键有所增加;说明改性豆胶在140°C固化过程中内部基 团有发生化学反应,形成交联。

2.3改性豆胶固化前后X射线光电子能谱分析

改性豆胶固化前后的X射线光电子能谱全谱图如图 2所示。对Cls做拟合分析,结果见图3。
结合能/eV

注:A:未固化的豆胶在-47'C、真空度4.75 Pa条件下干燥24 h。