茶多酚改性桦木胶合板工艺初探

(1.黑龙江省林业科学院木材科学研究所，黑龙江 哈尔滨 150081； 2.黑龙江省人造板及原木锯材产品质量监督检验站，黑龙江 哈尔滨 150081)

研究与设计

茶多酚改性桦木胶合板工艺初探

张佳彬1，2

(1.黑龙江省林业科学院木材科学研究所，黑龙江 哈尔滨 150081； 2.黑龙江省人造板及原木锯材产品质量监督检验站，黑龙江 哈尔滨 150081)

基于茶多酚对木腐菌中采绒革盖菌和密粘褶菌具有抑制作用，设计了两种不同的工艺路线，使用茶多酚水溶液制备改性桦木胶合板，并对改性后板材的胶合强度、甲醛释放量及抑菌性能进行测定，以选择合适的工艺路线。

茶多酚；桦木胶合板；热压；工艺

Abstract：Based on tea polyphenol’s role of inhibiting Coriolus versicolor and Gloeophyllum trabeum in the wood rotting fungi，two process routes are designed.Tea polyphenols solution is used to prepare modified birch plywood，with the bond strength of the plank after modification，formaldehyde release quantity and bacteriostatic properties measured to select a suitable process route.

Keywords：tea polyphenols(TP)；birch plywood；hot-press；process

茶多酚(TeaPolyphenols，简称TP)是茶叶中多酚类物质的总称，具有广谱抗菌功能。研究表明，茶多酚对引起木材腐朽的真菌密粘褶菌有很强的抑制作用。本文以桦木单板、茶多酚水溶液及脲醛树脂为主要原材料，采用热压生产工艺制备具有一定防腐性能、低甲醛释放量的改性胶合板，并对改性后板材的胶合性能和甲醛释放量进行测定[1-4]。

目前，木材抑菌剂尤其是液体抑菌剂的应用方式主要有对木材进行加压浸注、浸泡处理及直接涂刷等。研究表明，桦木通过浸泡处理的方式即可对茶多酚抑菌剂具有较好的吸收效果。本试验设计3种原料组合制备3种不同类型的桦木胶合板，通过对桦木单板不同的抑菌处理方式，考核茶多酚对桦木胶合板性能的影响。茶多酚桦木胶合板制备工艺路线如图1所示，①使用未处理桦木单板制备三层胶合板，其作为对比胶合板，编号为a；②使用浸泡过茶多酚的桦木单板压制三层胶合板，编号为b；③在调胶中加入一定量的茶多酚，使用未处理桦木单板压制三层胶合板，编号为c。本试验所用胶黏剂均为普通的脲醛树脂胶。

图1 茶多酚桦木胶合板制备工艺路线

1 试验材料与设备

(1)桦木单板：购于黑龙江省苇河林业局人造板厂，规格：400 mm×400 mm×1.3 mm。

(2)胶黏剂：市售脲醛树脂胶，固体含量63%，固化剂为NH4Cl。

(3)常压浸渍槽(自制)、热压机(KU-HPD1515，日本生产)、电子天平(Mettler PE 3600型)、涂胶辊、木材万能试验机(MW-4型 济南生产)、玻璃干燥器(容积11 L±2 L)、紫外分光光度计(U-3200型 日立公司生产)、恒温水槽(BK-53型)、数显卡尺。

2 试验方法

(1)桦木单板浸泡：选用适量质量分数为6%的茶多酚水溶液倒入自制的不锈钢木材常压浸渍槽中，将桦木单板采用平铺的方式放置于浸渍槽，使其全部浸入药剂，为保证木材能够充分吸收茶多酚试剂，本试验对桦木单板浸渍48 h。

(2)调胶：a组和b组胶合板的调胶配比为脲醛树脂100 g，面粉25 g，NH4Cl固化剂0.8 g；c组胶合板的调胶配比则是在a组和b组的基础上添加了茶多酚粉5 g。

(3)热压：由于单板厚度较薄，而且木材具有很强的干缩湿胀性，浸渍后单板的含水率又很高，因此直接使用电热鼓风干燥箱干燥单板时非常容易产生翘曲变形，不利于热压。本试验使用热压机平压干燥单板，将热压机上下压板升温到150 ℃，放入3张单板使上下热压板与单板接触只对单板加热，不施加压力。待单板不再有蒸汽冒出时取出冷却。

(4)涂胶：待单板冷却后涂胶，涂胶量为280 g/m2，涂胶时采用双面涂胶的方式，均匀涂胶。

(5)热压工艺：热压温度115 ℃，热压时间1 min/mm，热压压力1.4 MPa。热压工艺曲线如图2所示，热压后胶合板平衡72 h后进行性能检测。

图2 三层桦木胶合板热压工艺曲线

3 胶合强度测试

根据国标GB/T 9846-2015《普通胶合板》和GB/T 17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》规定，首先确定本试验胶合板类型。因使用的是脲醛树脂胶黏剂，故试验胶合板为Ⅱ类胶合板，本试验胶合强度检测方法需按照Ⅱ类胶合板规定方法进行。首先按标准要求制取长度L=(100±1)mm、宽度b=(25±1)mm的试件12块，按胶层开槽。试件热压前表板厚度大于1 mm，采用A型试件尺寸。在(63±3)℃的热水中浸渍3 h，然后在室温下冷却10 min。将试件两端在试验机上夹紧，成一直线，均匀加载，在(30±10)s内使试件破坏，记录最大载荷。试件胶合强度XA的计算公式为：

(1)

式中：XA为试件胶合强度(MPa)；Pmax为最大破坏载荷(N)；b为试件剪断面宽度(mm)；L为试件剪断面长度(mm)。

根据剪断面胶层破坏情况目测木材破坏率，其中非正常破坏试件如槽口折断、表面割裂、芯板剪断和表面剥离等情况，如胶合拉伸剪切强度值符合规定的最小值可列入统计记录，不符合规定的最小值则应予以剔除。对于桦木Ⅱ类胶合板来说，胶合强度指标值要求不低于1.0 MPa。

4 甲醛释放量测试

根据国标GB 18580-2001《室内装饰装修材料 人造板及其制品中甲醛释放限量》的规定，制取长度L=(150±1.0)mm、宽度b=(50±1.0)mm的试件2组，经过平衡处理后放入干燥器中，干燥器底部放置加入(300±1)mL蒸馏水的结晶皿。在20 ℃环境条件下，蒸馏水吸收试件释放的甲醛24 h，充分混匀后放入100 mL容量瓶中。准确吸取25 mL甲醛溶液至100 mL带盖三角烧瓶中，加入25 mL乙酰丙酮-乙酰胺溶液，塞上瓶盖摇匀，再放到(65±2)℃水槽中加热10 min，然后在避光处放置1 h，使用分光光度计，在412 nm波长处测定溶液的吸光度，再用同样的方法测定空白液的吸光度，然后计算出甲醛溶液的浓度，计算公式为：

c=f×(As-Ab)×1800/A

(2)

式中：c为甲醛溶液浓度(mg/L)；f为标准溶液斜率(mg/mL)；As为甲醛溶液的吸光度；Ab为空白液的吸光度；A为试件表面积(cm2)。

一张板的甲醛释放量是同一张板两份试件甲醛释放量的算术平均值。

5 试验结果与讨论

分别对三组胶合板的胶合强度进行测试，结果见表1。

表1 三组胶合板胶合强度测试结果 MPa

a组为未经处理的桦木单板与脲醛树脂胶黏剂制备的普通胶合板，b组为使用茶多酚水溶液浸渍后的桦木单板与脲醛树脂胶黏剂制备的茶多酚—桦木胶合板，c组为使用桦木单板与添加茶多酚脲醛树脂胶黏剂制备的桦木胶合板。对比三组数据可以看出，a组与b组胶合强度值差别不大，可见使用茶多酚水溶液浸渍桦木单板没有对木材胶合性能产生不利影响，而且提高了桦木的综合性能。c组胶合强度试件在63 ℃水浸泡3 h后全部开胶，胶合强度为0，原因可能是在脲醛树脂胶黏剂中直接加入酸性成分的茶多酚粉剂后，造成了脲醛树脂胶的pH值过低，使胶黏剂提前固化，导致胶合强度丧失。

分别对三组胶合板的甲醛释放量进行测试，结果见表2。

表2 三组胶合板甲醛释放量测试结果 mg/L

甲醛释放量数据显示，在同一环境条件、同一生产工艺下，使用茶多酚浸渍的桦木单板热压成型的b组胶合板，其甲醛释放量比a组普通胶合板大大降低，约为a组胶合板的1/4。可见，茶多酚浸渍木材不仅能提高胶合板的抑菌性能，更能降低胶合板的甲醛释放量。c组胶合板的甲醛释放量无明显改变，主要是由于c组试件胶合不良引起的散发面积增大所致。采用向脲醛树脂胶黏剂中直接加入茶多酚粉剂来制备胶合板的调胶工艺配比还有待进一步研究和改进。

[1] 张根成，吴建国.浅析人造板甲醛释放量的检测方法[J].山东林业科技，2011(4)：74-76.

[2] 邓富介，沈隽，李永博，等.异氰酸酯浓度对杨木强化材TVOC释放影响研究[J].森林工程，2016，32(4)：46-50

[3] 郑万友，郑哲宇.竹材胶合板生产工艺及影响质量因素[J].林业机械与木工设备，2016，44(12)：42-44.

[4] 池东，李立清，马卫武.板材甲醛释放实验及其释放参数的测定[J].中国环境科学，2014(2)：532-538.

(责任编辑 张雅芳)

PreliminaryStudyonTeaPolyphenolModifiedBirchPlywoodProcess

ZHANGJia-bin1，2

(1.Heilongjiang Institute of Wood Science，Heilongjiang Academy of Forestry，Harbin Heilongjiang 150081，China； 2.Heilongjiang Man-made Board and Log Lumber Products Quality Supervision
and Inspection Station，Harbin Heilongjiang 150081，China)

2017-08-07

黑龙江省林业科学院青年科技基金项目(201404)

张佳彬(1983-)，女，山西人，助理研究员，硕士，主要研究方向为生物质材料综合利用，E-mail：zhangjiabin_425@163.com。

TS653.3

A

2095-2953(2017)10-0037-03