动物蛋白胶对绿色地板基材性能的影响

樊孟维 高金贵 姜兆方 郭西强 高开斌

(长春工业大学，长春，130012) (北华大学) (延边长白山林业集团汪清林源木业有限公司)

责任编辑:张 玉。

脲醛树脂是人造板行业中的主要胶种［1］，在胶合板、细木工板、刨花板、高密度纤维板生产中广泛应用［2］。脲醛树脂也存在一些缺点，例如，耐水性差、固化后胶层脆性大、耐老化性能差、游离甲醛含量高等;不但限制了它的使用范围，而且，由于在生产和使用过程中释放的甲醛对环境造成的污染越来越大，对人类健康的影响越来越大，因而也越来越引起人们的关注，成为严重的社会问题［3］。许多国家都制订了严格的标准，控制甲醛释放量。随着GB18580—2001《室内装饰装修材料，人造板及其制品中甲醛释放限量》的强制性标准的实行，不允许甲醛释放量超过E2级的人造板在市面上销售，促进了我国低甲醛释放量的人造板的发展［4］。

角蛋白是外胚层细胞的结构蛋白，广泛存在于生物体的组织结构中。由于角蛋白在降低甲醛释放量上具有很好的效果［5］，在当今林产工业原料紧张的前提下［6］，为了提高室内地板基材的力学强度，降低地板基材的甲醛含量，使纤维板达到E0级(Q/YBLYJTLYMY.01—2012 E0级地板基材)，总结以往动物蛋白胶提取利用和脲醛树脂胶黏剂改性的研究结果［7－15］，将动物蛋白胶改性剂作为一种新型添加剂，在北华大学实验室进行试验总结分析后，在延边长白山林业集团汪清林源木业有限公司连续平压高密度纤维板生产线上进行了中试实验，旨在探索生产绿色地板基材的途径、扩大动物蛋白改性剂的利用范围，进而改善生态环境［16－21］。

1 材料与工艺

硬杂木纤维，由延边长白山林业集团汪清林源木业有限公司生产。固化剂为氯化铵(工业级)，由吉林森林工业股份有限公司通化胶黏剂分公司生产。改性剂为动物蛋白胶改性剂，由长春工业大学和北华大学合作自制，分膏状、粉状2 种。

脲醛树脂胶黏剂指标:固体质量分数51%～54%;pH=8.0～9.0;黏度(涂－4 杯，30 ℃)为16～18 mPa·s;游离醛质量分数＜0.23%;固化时间(常温，未脱水)60～80 s;适用期(20 ℃)＞25 d;储存期＞62 d。

产品密度为860～880 kg/m3，厚度为8 mm。

工艺参数:高压压力为3.47、2.44 MPa，降压段压力为0.92、0.78 MPa;板坯含水率为10.1%;热压平均温度为210 ℃;施胶量203～205 kg/m3。制造工艺过程见图1。

图1 绿色地板基材制造工艺过程

2 结果与分析

2.1 改性剂添加量对地板基材静曲强度的影响

由表1可见:无论是粉状还是膏状动物蛋白胶改性剂，地板基材的静曲强度都随着添加量增加而增加;当添加量为12%时，地板基材的静曲强度达最高;添加粉状动物蛋白胶改性剂的地板基材的静曲强度，都高于添加膏状改性剂地板基材的静曲强度。

表1 动物蛋白胶改性剂添加量对地板基材静曲强度的影响

2.2 改性剂添加量对地板基材内结合强度的影响

由表2可见，无论是粉状还是膏状动物蛋白胶改性剂，地板基材的内结合强度都随着添加量增加而增加，当添加量为12%时效果最佳，满足企业标准(Q/YBLYJTLYMY.01—2012)中内结合强度大于1.5 MPa 的要求;总体效果看，粉状动物蛋白胶改性剂施加的效果，好于膏状动物蛋白胶改性剂。

表2 动物蛋白胶改性剂添加量对地板基材内结合强度的影响

2.3 改性剂添加量对地板基材吸水厚度膨胀率的影响

由表3可见:粉状动物蛋白胶改性剂，随着改性剂添加量的增加，地板基材吸水厚度膨胀率也随之增加，为满足企业标准(Q/YBLYJTLYMY.01—2012)中吸水厚度膨胀率小于15%的要求，最优方案为12%。膏状动物蛋白胶改性剂，随着改性剂添加量的增加，地板基材吸水厚度膨胀率变化规律同上;但在添加量为12%时，地板基材吸水厚度膨胀率值已经达到15.53%，按上述标准，最优添加量方案为9%(此时地板基材吸水厚度膨胀率为14.46%);添加膏状动物蛋白胶改性剂的地板基材吸水厚度膨胀率值，大于添加粉状动物蛋白胶改性剂地板基材吸水厚度膨胀率值，说明在改善地板基材的耐水性上，粉状动物蛋白胶改性剂的效果更好。

表3 动物蛋白胶改性剂添加量对地板基材吸水厚度膨胀率的影响 %

2.4 改性剂剂添加量对地板基材甲醛释放量的影响

由图2可见:随两种动物蛋白胶改性剂添加量的增加，地板基材甲醛释放量明显下降，说明两种动物蛋白胶改性剂在捕捉甲醛上效果显著。动物蛋白胶改性剂添加量为0 时，甲醛释放量高达120 mg/kg，高密度纤维板地板基材等级为E2级。粉状动物蛋白胶改性剂添加量达到9%时，地板基材甲醛释放量为48 mg/kg，已达到E0级(Q/YBLYJTLYMY.01—2012 中要求甲醛释放量小于50 mg/kg)。当动物蛋白胶改性剂添加量增加到12%时:添加粉状动物蛋白胶改性剂，地板基材甲醛释放量为32.9 mg/kg ;添加膏状动物蛋白胶改性剂，地板基材甲醛释放量为38.9 mg/kg;地板基材等级为超E0级(Q/YBLYJTLYMY.01—2012 中要求甲醛释放量小于40 mg/kg)。膏状动物蛋白胶改性剂的效果，不如粉状动物蛋白胶改性剂的效果好。

图2 动物蛋白胶改性剂添加量对地板基材甲醛释放量的影响

此外，实验结果表明:当改性剂添加量超过12%后，地板基材静曲强度、内结合强度、吸水厚度膨胀率反而都下降。原因是，由于添加量过多后，破坏了脲醛树脂胶黏剂的固化条件，使得胶黏剂固化不充分，胶结不完全所致。因此，综合上述各个指标，粉状动物蛋白胶改性剂添加量，最优效果为12%。

3 结论

经中试实验可知，动物蛋白胶改性剂的添加，提高了地板基材的力学性能，进一步提高了成品地板的质量;在提高地板基材的力学性能方面，粉状动物蛋白胶改性剂，比膏状动物蛋白胶改性剂效果更好。添加角蛋白改性剂后，可明显降低地板基材中的甲醛释放量，其中:粉状动物蛋白胶改性剂添加量达到9%时，地板基材甲醛释放量为48 mg/kg，已达到E0级。当动物蛋白胶添加量到12%时，添加粉状动物蛋白胶改性剂，地板基材甲醛释放量为粉状32.9 mg/kg;添加膏状动物蛋白胶改性剂，地板基材甲醛释放量为38.9 mg/kg;地板基材等级为超E0级。粉状动物蛋白胶改性剂，最优添加量为12%。

［1］ 王春鹏，赵临五.木材工业用胶黏剂的现状及发展趋势［J］.林产工业，2001，28(2):9－12.

［2］ 赵临五，王春鹏.脲醛树脂胶黏剂:制备、配方、分析与应用［M］.北京:化学工业出版社，2005:23－24.

［3］ 罗发埃尔E.人造板和其他材料的甲醛散发［M］.王定选，译.北京:中国林业出版社，1990:56－57.

［4］ 周定国.国外人造板甲醛散发研究现状［J］.世界林业研究，1995(5):9－17.

［5］ 高金贵，邹志平，王立颖，等.环保型动物角蛋白改性剂对胶合板性能的影响［J］.林业科技，2014，39(1):26－28.

［6］ 王欣，周定国.我国人造板原材料的创新与可持续发展［J］.林业科技开发，2009，23(1):5－9.

［7］ 贾如琰，何玉凤，王荣民，等.角蛋白的分子构成、提取及应用［J］.化学通报，2008(4):265－271.

［8］ 陈嘉川.天然高分子科学［M］.北京:科学出版社，2008:374－376.

［9］ 刘梅，于伟东.羊毛角蛋白作为生物医用材料的研究进展［J］.材料导报，2005，19(9):111－113.

［10］ 湖北省纺织工业科学研究所.再生纤维制备方法:中国，99ll6699.X［P］.1999－10－08.

［11］ 鄂尔多斯羊绒集团.角蛋白溶液制备:中国，02155407［P］.2002－12－12.

［12］ 顾继友.胶黏剂与涂料［M］.北京:中国林业出版社，1999:67－69.

［13］ 吕守茂，丁亚玲.改性脲醛树脂新进展［J］.化学与粘合，2000(3):130－133.

［14］ 朱丽滨，顾继友.低毒改性脲醛树脂胶黏剂的研究［J］.林产工业，2003，30(3):30－32.

［15］ 朱丽滨.低甲醛释放脲醛树脂固化反应历程研究［D］.哈尔滨:东北林业大学，2005.

［16］ 鄂尔多斯羊绒集团.再生角蛋白功能纤维的加工技术:中国，0215362.9［P］.2002－12－11.

［17］ 陈莹，王宇新.角蛋白及其提取［J］.材料导报，2002，16(12):65－67，64.

［18］ 尹国强，崔英德，黎新明，等.碱法水解羽毛蛋白的工艺条件研究［J］.食品科学，2005，26(9):347－349.

［19］ 胡新华.羽毛蛋白的提取研究［J］.皮革科学与工程，1997(3):5－12.

［20］ 杨旭红，钟林钧，陈博，等.废弃羊毛中蛋白质提取初探［J］.毛纺科技，2004(4):14－16.

［21］ 姚金波.羊毛角蛋白质溶液制备与应用［D］.天津:天津工业大学，2003:15－16.