本書結(jié)合國內(nèi)外木材膠黏劑的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢,全面地介紹了近年來木材膠黏劑的最新科研成果和應(yīng)用技術(shù),提出了許多新觀點(diǎn)、新方法。詳細(xì)介紹了改性脲醛樹脂膠黏劑、高性能酚醛樹脂膠黏劑、木質(zhì)素基木材膠黏劑、改性大豆蛋白膠黏劑、芐基化/氰乙基化木材膠黏劑、單寧基木材膠黏劑、生物質(zhì)液化產(chǎn)物制備木材膠黏劑、木材用乳液膠黏劑等新型木材膠黏劑的制備原理、工藝配方、制備過程及在人造板中的應(yīng)用技術(shù)等內(nèi)容。
我國人口眾多,森林資源短缺,以人造板為主的木材高效利用技術(shù)成為我國木材工業(yè)的主要發(fā)展方向。2014年,我國人造板總產(chǎn)量為27371.79萬立方米,木竹地板產(chǎn)量為7.60億平方米,我國已成為世界人造板生產(chǎn)的第一大國。作為人造板輔料的木材膠黏劑,往往決定著人造板的質(zhì)量和等級,已成為衡量一個國家或地區(qū)人造板產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)尺。
近年來,我國人造板、室內(nèi)裝飾及家具工業(yè)的快速發(fā)展,使木材膠黏劑用量大幅提高,帶動了我國木材膠黏劑行業(yè)迅猛發(fā)展。2014年我國消耗木材膠黏劑1644.74萬噸(固體含量100%),已成為木材膠黏劑生產(chǎn)大國。當(dāng)前我國木材膠黏劑仍然以“三醛類”(脲醛樹脂、酚醛樹脂、三聚氰胺-甲醛樹脂)膠黏劑為主。傳統(tǒng)的“三醛類”膠黏劑存在著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能單一、甲醛釋放量高、產(chǎn)品檔次低等突出問題,這已成為制約我國人造板產(chǎn)業(yè)升級的技術(shù)瓶頸。隨著人們對居住環(huán)境要求的提高和新型結(jié)構(gòu)板材的發(fā)展,超低甲醛釋放、非甲醛系列、生物質(zhì)基等高性能、環(huán)保低碳的新型木材膠黏劑,已成為當(dāng)前木材膠黏劑產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向。
本書結(jié)合國內(nèi)外木材膠黏劑的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢,全面系統(tǒng)地介紹了近年來木材膠黏劑的最新科研成果和應(yīng)用技術(shù),提出了許多新觀點(diǎn)、新方法、重要結(jié)論和關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù),具有很好的前瞻性和開拓性。具體內(nèi)容包括改性脲醛樹脂膠黏劑、高性能酚醛樹脂膠黏劑、木質(zhì)素基木材膠黏劑、改性大豆蛋白膠黏劑、芐基化/氰乙基化木材膠黏劑、單寧基木材膠黏劑、生物質(zhì)液化產(chǎn)物制備木材膠黏劑、木材用乳液膠黏劑等新型木材膠黏劑。本書主要圍繞各種新型木材膠黏劑的制備原理、工藝配方、制備過程及在人造板中的應(yīng)用技術(shù)等方面逐一分析,力圖為我國人造板用木材膠黏劑未來一個時期內(nèi)的發(fā)展提供科學(xué)依據(jù),為提升我國人造板產(chǎn)業(yè)升級、推動我國木材資源的高效利用提供建議和參考。
本書的研究內(nèi)容主要來源于以下科研項目的研究成果:國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“無甲醛綠色木材膠黏劑制造關(guān)鍵技術(shù)研究”(2016YFD0600705)、國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費(fèi)項目“木質(zhì)纖維化學(xué)材料及功能化技術(shù)”(201104004)、“基于纖維素乙醇副產(chǎn)物的木材膠黏劑制備技術(shù)”(201304606)、農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項目“低成本三元共聚環(huán)保型木材膠制備技術(shù)開發(fā)”(2012GB24320579)等項目。第1章由儲富祥編寫,第2章由金立維、儲富祥編寫,第3章由馬玉峰、南靜婭、王春鵬編寫,第4章由張偉、儲富祥編寫,第5章由許玉芝、王春鵬、儲富祥編寫,第6章由曲保雪、儲富祥編寫,第7章由趙臨五、劉娟編寫,第8章由李改云編寫,第9章由程增會、儲富祥編寫,第10章由陳玉竹、儲富祥編寫。全書最后由儲富祥、王春鵬統(tǒng)稿。研究生穆有炳、蔣玉鳳、施娟娟、李玲、林永超、王利軍、胡嵐方等參加了部分研究工作并做出了積極貢獻(xiàn)。在此一并表示衷心的感謝。
本書適合從事膠黏劑開發(fā)和生產(chǎn)的工程技術(shù)人員、人造板生產(chǎn)企業(yè)的工程技術(shù)人員、業(yè)界人士以及相關(guān)領(lǐng)域的高等院校師生及科研人員參考使用。希望本書能對讀者在木材膠黏劑方面的學(xué)習(xí)、教學(xué)與科研有所幫助。
書中疏漏和不妥之處在所難免,敬請讀者批評指正!
編著者
2017年2月
儲富祥,中國林業(yè)科學(xué)研究院,副院長、研究員,F(xiàn)擔(dān)任國務(wù)院學(xué)位委員會委員,國家863計劃農(nóng)林生物質(zhì)高效轉(zhuǎn)化技術(shù)主題專家組召集人,“萬人計劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才,國際木材科學(xué)院院士,國際林聯(lián)第五學(xué)部林業(yè)生物質(zhì)能源與化學(xué)品學(xué)組副協(xié)調(diào)員,中國林學(xué)會林產(chǎn)化學(xué)化工分會副主任委員,中國竹產(chǎn)業(yè)協(xié)會常務(wù)理事。
第1章總論/1
1.1概述1
1.1.1我國木材資源狀況2
1.1.2我國人造板工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢2
1.1.3我國木材膠黏劑現(xiàn)狀3
1.1.4人造板甲醛釋放限量標(biāo)準(zhǔn)4
1.1.5我國人造板用膠黏劑的研究動態(tài)及發(fā)展方向5
1.2脲醛及改性樹脂膠黏劑5
1.2.1脲醛樹脂膠黏劑制備的主要原理5
1.2.2脲醛樹脂膠黏劑的反應(yīng)特性7
1.2.3改性脲醛樹脂膠黏劑9
1.2.4改性脲醛樹脂膠黏劑的應(yīng)用14
1.2.5脲醛樹脂結(jié)構(gòu)、熱行為及有效性研究方法16
1.3酚醛樹脂膠黏劑21
1.3.1熱固性酚醛樹脂膠黏劑的反應(yīng)機(jī)理22
1.3.2影響熱固性酚醛樹脂膠黏劑反應(yīng)的因素23
1.3.3酚醛樹脂膠黏劑特性24
1.3.4酚醛樹脂膠黏劑的改性方法24
1.4生物質(zhì)基木材膠黏劑29
1.4.1木質(zhì)素基木材膠黏劑29
1.4.2大豆蛋白改性膠黏劑33
1.4.3單寧基木材膠黏劑37
1.4.4生物質(zhì)液化產(chǎn)物制備木材膠黏劑40
1.4.5醚化木材48
1.5乳液膠黏劑53
1.5.1聚醋酸乙烯酯乳液膠黏劑53
1.5.2水性聚合物-異氰酸酯膠黏劑58
1.5.3丙烯酸酯乳液膠黏劑61
1.5.4VAE乳液膠黏劑62
參考文獻(xiàn)63
第2章改性脲醛樹脂膠黏劑/78
2.1控制人造板甲醛釋放量的研究79
2.1.1人造板甲醛釋放的機(jī)理79
2.1.2降低樹脂的甲醛/尿素摩爾比80
2.1.3合成工藝條件對樹脂性能的影響83
2.1.4添加甲醛捕捉劑對甲醛釋放量的影響85
2.1.5制板工藝與后處理對甲醛釋放量的影響85
2.2三聚氰胺改進(jìn)脲醛樹脂耐水性的研究87
2.2.1樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)分析88
2.2.2甲醛/尿素摩爾比對樹脂耐水性的影響92
2.2.3三聚氰胺添加量對樹脂性能的影響93
2.2.4添加助劑對樹脂耐水性的影響96
2.3三聚氰胺改性脲醛樹脂固化體系與工藝的研究97
2.3.1固化行為的研究97
2.3.2酸性固化劑對樹脂固化過程的影響100
2.3.3熱壓工藝對固化行為的影響101
參考文獻(xiàn)103
第3章高性能酚醛樹脂膠黏劑/104
3.1高鄰位酚醛樹脂的制備104
3.1.1PF樹脂的13C NMR譜圖分析104
3.1.2催化劑的影響106
3.1.3工藝的影響109
3.1.4反應(yīng)時間的影響109
3.1.5反應(yīng)溫度的影響110
3.2快速固化酚醛樹脂的應(yīng)用110
3.2.1理化指標(biāo)111
3.2.2凝膠時間111
3.2.3實(shí)驗(yàn)室壓板試驗(yàn)112
3.2.4生產(chǎn)規(guī)模壓板試驗(yàn)115
3.3尿素改性酚醛樹脂117
3.3.1尿素改性酚醛樹脂的反應(yīng)機(jī)理117
3.3.2E0級地板基材用PUF樹脂膠黏劑的制備118
3.3.3室外級PUF樹脂的制備121
3.3.4樹脂膠黏劑的13C NMR分析124
3.4間苯二酚改性酚醛樹脂膠黏劑134
3.4.1間苯二酚改性酚醛樹脂的13C NMR譜圖分析134
3.4.2配方和制備工藝對樹脂結(jié)構(gòu)組成的影響137
3.4.3應(yīng)用性能140
參考文獻(xiàn)145
第4章木質(zhì)素基木材膠黏劑/147
4.1木質(zhì)素原料解析147
4.1.1木質(zhì)素原料的組成成分分析147
4.1.2木質(zhì)素活性官能團(tuán)含量分析149
4.1.3木質(zhì)素分子結(jié)構(gòu)表征150
4.2木質(zhì)素羥甲基化及共縮聚反應(yīng)特性154
4.2.1木質(zhì)素羥甲基化反應(yīng)活性154
4.2.2木質(zhì)素羥甲基化反應(yīng)位點(diǎn)156
4.2.3木質(zhì)素模型化合物的共縮聚反應(yīng)158
4.3木質(zhì)素-酚醛樹脂膠黏劑164
4.3.1堿木質(zhì)素酚醛樹脂膠黏劑164
4.3.2木質(zhì)素磺酸鹽酚醛樹脂膠黏劑175
4.3.3生物煉制木質(zhì)素-苯酚-甲醛樹脂膠黏劑179
4.4木質(zhì)素-脲醛樹脂膠黏劑188
4.4.1木質(zhì)素-脲醛樹脂復(fù)合膠黏劑189
4.4.2木質(zhì)素-尿素-甲醛樹脂膠黏劑191
參考文獻(xiàn)196
第5章改性大豆蛋白膠黏劑/199
5.1制備與理化性質(zhì)199
5.1.1理化性質(zhì)199
5.1.2粒徑分析200
5.1.3紅外譜圖202
5.2流變行為202
5.2.1剪切速率的影響203
5.2.2pH值的影響204
5.2.3溫度的影響206
5.2.4聚乙烯醇添加量的影響206
5.2.5交聯(lián)劑的影響207
5.2.6水性聚酰胺的影響208
5.3固化性能209
5.3.1預(yù)固化性能209
5.3.2交聯(lián)固化性能212
5.4應(yīng)用性能214
5.4.1豆粕膠多層膠合板215
5.4.2豆粕膠中密度纖維板221
參考文獻(xiàn)225
第6章芐基化、氰乙基化木材膠黏劑/227
6.1芐基化、氰乙基化木材制備及產(chǎn)物特性227
6.1.1芐基化木材制備227
6.1.2氰乙基化木材制備231
6.1.3芐基化、氰乙基化木材的特性233
6.2芐基化、氰乙基化木材表征234
6.2.1官能團(tuán)的改變及取代度234
6.2.2結(jié)晶度241
6.2.3熱塑性242
6.3芐基化、氰乙基化木材在人造板中的應(yīng)用247
6.3.1膠合板247
6.3.2纖維板248
6.3.3刨花板249
參考文獻(xiàn)251
第7章單寧基木材膠黏劑/253
7.1單寧-酚醛樹脂膠253
7.1.1單寧作酚醛樹脂的固化促進(jìn)劑253
7.1.2單寧-酚醛樹脂膠試驗(yàn)258
7.2黑荊樹單寧膠264
7.2.1硬質(zhì)(濕法)纖維板用單寧膠264
7.2.2室外級膠合板用黑荊單寧膠268
參考文獻(xiàn)275
第8章生物質(zhì)液化產(chǎn)物制備木材膠黏劑/277
8.1生物質(zhì)苯酚液化及其產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)特征277
8.1.1反應(yīng)條件對液化速率和產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的影響277
8.1.2生物質(zhì)化學(xué)組成對液化速率和產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的影響282
8.1.3微波輔助生物質(zhì)快速苯酚液化287
8.2熱固性液化木基酚醛樹脂295
8.2.1合成工藝對樹脂物化性質(zhì)的影響295
8.2.2甲醛在液化木基樹脂合成過程中的行為295
8.2.3液化產(chǎn)物殘渣率對樹脂物化性質(zhì)的影響296
8.2.4甲醛與苯酚的摩爾比對樹脂物化性質(zhì)的影響297
8.2.5液化木基酚醛樹脂的膠合性能297
8.2.6液化木基酚醛樹脂壓制的膠合板的可揮發(fā)有機(jī)物釋放量298
參考文獻(xiàn)299
第9章木材用乳液膠黏劑/301
9.1聚醋酸乙烯酯乳液301
9.1.1PVAc乳液生產(chǎn)工藝301
9.1.2引發(fā)體系302
9.1.3耐水性改性研究306
9.1.4聚醋酸乙烯酯乳液膠黏劑的應(yīng)用318
9.2其他乳液膠黏劑322
9.2.1水性聚合物-異氰酸酯膠黏劑322
9.2.2丙烯酸酯乳液膠黏劑323
9.2.3改性E型乳膠327
參考文獻(xiàn)327
第10章脲醛樹脂膠黏劑預(yù)固化特性及控制機(jī)理/329
10.1脲醛樹脂預(yù)固化機(jī)理330
10.1.1固化速度331
10.1.2流變學(xué)和熱力學(xué)行為331
10.1.3固化特性333
10.1.4分子量分布335
10.1.5結(jié)構(gòu)變化341
10.1.6膠合板力學(xué)強(qiáng)度測試347
10.1.7脲醛樹脂預(yù)固化過程綜合評價348
10.2脲醛樹脂預(yù)固化行為影響因子研究349
10.2.1溫度349
10.2.2固體含量355
10.2.3pH值361
10.2.4預(yù)固化行為三大影響因素的綜合評價367
10.3脲醛樹脂潛伏型固化劑及控制機(jī)理368
10.3.1不同固化劑對UF樹脂固化時間的影響368
10.3.2添加不同固化劑的UF樹脂固化特性368
10.3.3預(yù)固化行為控制機(jī)理371
參考文獻(xiàn)373