酚醛树脂在竹重组材生产过程控制研究

陈林碧

摘 要：该文对酚醛树脂胶的生产方法进行了论述，对竹重组材生产工艺进行了试验和理化性能的检测，在自制酚醛树脂胶和稳定生产竹重组材的基础上，研究了酚醛树脂胶的储存时间，烘干过程温度控制，胶后烘干竹条存放时间和压制时对不同厚度竹重组材的导热过程情况影响因素，分析了生产过程中控制和应用酚醛树脂胶的方法，给竹重组材生产企业提供一定的借鉴和参考。

关键词：酚醛树脂胶；竹重组材；贮存时间；烘干温度；导热过程

中图分类号 TS653 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）20-98-04

酚醛树脂胶是木材工业应用最为广泛的胶种之一，用量仅次于尿醛胶树脂胶，其具有胶合强度高，耐水，耐高温，耐候性好，化学稳定强的优点，广泛用于户外人造板中。竹重组材是近10a来兴起的一种材料，可用于户内和户外，用途广泛，是一种可替代木材的良好材料，具有幅面大，材料强度高，稳定性好，不易变形、开裂，耐候性极佳，环保性能好等优点，可取代防腐木。目前主要产品有户外重竹地板，户外重竹栅栏，户外重竹木屋，户外重竹墙面板，重竹马厩板，重竹桥梁板等多种产品。竹重组材因使用了酚醛树脂作为胶黏剂，使得产品的胶合强度高，由于产品本身具备良好的耐候性和高强度的竹纤维等优良特性，因而应用广泛。在竹重组材的生产过程中，酚醛树脂胶对竹重组材的性能起着至关重要的作用，从酚醛树脂胶的制备和竹重组材的压制过程等每个环节都是关键的控制点。本文从酚醛胶的制备和竹重组材生产过程中的浸胶、烘干、平衡、压制等对酚醛树脂胶的影响进行了研究，以期得到竹重组材生产过程中酚醛树脂胶合理工艺参数。

1 酚醛树脂胶的制备及性能

酚醛树脂的制备有多种配方和生产工艺，本研究根据实际生产过程中的一种制备方法进行生产，并对按此工艺制备得到的酚醛树脂胶，在竹重组材生产过程的关键因素进行研究。

1.1 设备及原材料 （1）设备：制胶反应釜（5t）设备一整套，涂4杯，奥豪斯MB35专业水分测定仪。（2）原材料：苯酚1 200kg（纯度99%，上海高桥石油化工公司）、甲醛1 656kg（溶液浓度37%优等品，三明三胶化工厂）、氢氧化钠125kg（纯度99%，天宫牌）、三聚氰胺50kg。

1.2 酚醛树脂合成配方 苯酚（P）∶甲醛（F）（摩尔比）=1∶1.6；苯酚（P）∶氢氧化钠（NaOH）（摩尔比）=1∶0.24；苯酚（P）∶三聚氰胺（C3N6H6）（摩尔比）=1∶0.03；水量根据生产酚醛树脂固含量而定，本配方另外加水200kg。氢氧化钠将配置成40%左右的水溶液。

1.3 酚醛树脂的合成工艺 （1）氢氧化钠水溶液提前12h配好冷却，使用时最好达到近气温。（2）苯酚在（60±2℃）完成融化。（3）苯酚1 200kg、40%NaOH水溶液300kg，200kg水抽上反应釜后，真空冷却降温，搅拌10～15min，测pH值9～10左右。（4）待温度降至45℃左右，进行第一次投料，甲醛1 326kg。（5）第一阶段反应升温，升温速度为0.8℃/min，匀速升至86℃，测pH值10～11，开始保温计时。（6）高温保温温度控制在90～92℃，时间大概为60min，粘度为16～18s，开真空冷却至80℃，进行第二次投料。（7）第二次投料，先加40%氢氧化钠溶液150kg，再加甲醛330kg，反应升温。（8）待温度升至85℃，加入三聚氰胺50kg，继续反应升温90℃，开始保温。（9）90℃保温20min，开始按标准要求取样测粘度，每隔5min测一次。（10）当酚醛树脂粘度为40～45s时，开真空冷却，使反应停止，温度冷却至55℃即可放胶。

1.4 酚醛树脂胶的性能指标 对所制的酚醛树酯胶进行检测，检测性能如表1。

2 竹重组材压制生产工艺及实验方法

竹重组材是一种新兴的生态环保材料，随着生产工艺及设备改进，产品的开发也在不断完善和提高，本文研究根据福建省永林竹业有限公司生产的竹重组材在工艺方面对酚醛树脂胶参数的控制进行了研究。

2.1 制备竹重组材的生产工艺

2.1.1 工艺流程 工艺流程详见图1。

2.1.2 竹重组材压制工艺要求

（1）毛竹：选用4～6a生的毛竹，胸径大于25.4cm。

（2）裁断、分片：竹条裁成长度为（1 940±10）mm，竹片宽度为（20±5）mm。

（3）去青、去黄：竹青全部去掉，不带一点青，竹黄需要刮破，可留少许直径小于10mm的竹黄。

（4）碾压：用永林竹业专利碾压设备碾压，碾压竹条颗粒应小于2mm×4mm，端头未碾压部分应小于30mm，竹条大小头对调率40%～60%，长度小于1 930mm的需要选出来。

（5）碳化：蒸汽碳化，蒸汽压力为0.32～0.34MPa，碳化炉内温度约150℃，进汽时间约30min，保压时间为120min，闷炉时间为10min。

（6）前烘干：轨道烘房烘干，每架约400kg，每层约30kg，层与层之间的距离大于50mm，烘干过程中要持续供汽，蒸汽压大于0.6MPa，烘干温度为80～90℃，烘干时间为24～36h，竹条含水率控制小于10%，即可下架捆条，20kg/捆。

（7）浸胶：竹条含水率小于12%，胶水水浓度控制为胶∶水=1∶1，即浸胶胶水的密度为1.09～1.099g/cm3，胶水的pH值控制在10～10.5，浸胶时间为15min，胶后竹条沥干时间为30min，记录数据：浸胶前毛重，竹条净重，浸胶后毛重，算出上胶固含量。

（8）后烘干：白摆条厚度不大于3根竹条，链式烘房温度控制为60～65℃，烘干速度为1.2m/min，链式烘房不能停机，出条含水率为12%～20%范围内。

（9）平衡、养生：平衡房温度控制于（55±3）℃，平衡时间为18～24h，用竹条含水率用ST-85二档测量8%～13%，不允许全部接近8%或13%，需大部分点在10%～12%，平衡好后在自然环境养生48～72h。

（10）组坯：按密度为1.25g/cm3进行称重组坯，控制好大小头，一层一层均匀摆放，需要进行加边，塞头。

（11）热压：热压表压力为15～17MPa，热压温度为145～152℃，145℃开始保温保压计时，按导热速度为1min/mm固化速度计算，保温时间结束后，开始冷却， 冷却时间与保温时间同，冷却表温度需小于40℃，才可以卸板。

（12）脱模、卸板：卸板时注意板的温度，观察板面平整度，是否开裂，鼓泡，密度均匀，及称重核对与测量板坯4个角厚度是否一致，并将板重量及4个角厚度尺寸都标识在板，方可取样检验，检验无异常后入库。

2.1.3 竹重组材的理化性能 通过以上工艺生产所得的竹重组材，送国家林业局竹材工程研究开发中心检测。检测标准：《户外竹重组材》国家标准报批稿，《重组竹地板》GB/T 30364-2013，《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》GB/T 17657-2013，《室内装饰装修材料 人造板及其制品中甲醛释放限量》GB 18580-2001，检测竹重组材的纵向静曲强度，纵向弹性模量和内结合强度。吸水厚度膨胀率的检测采用将50mm×50mm×20mm的试件在（20±2）℃、相对湿度（65±5）%条件下放至恒定，测试试件中心点厚度后放入pH值为7±1，100℃热水中浸泡2h后测试其厚度，其吸水厚度膨胀率为浸水前试件厚度减去浸水后试件厚度后除以浸水后试件厚度。检测的理化性能如表2。

2.2 试验方法 采用单因素试验法，探讨了酚醛树脂胶的存放时间、后烘干温度控制、胶后竹条放置时间、热压温度传导等因素等，设置竹重组材压制基本参数为：施胶量15%、含水率10%、密度1.25g/cm3、热压温度145℃。改变单个影响因素，其他影响因素不变：

2.2.1 酚醛树脂胶的存放时间对生产竹重组材性能的影响 设计酚醛树脂胶存放1d、3d、6d、9d、12d、15d、18d、21d、24d等进行浸胶，生产竹重组材，然后对其性能进行研究分析。

2.2.2 酚醛树脂胶于不同烘干温度对生产竹重组材性能的影响 设计浸胶后后烘干温度为：45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃，生产竹重组材，然后对其性能进行研究分析。

2.2.3 烘干后竹条存储时间对酚醛树脂胶性能的影响 设计后烘干竹条存放1周、2周、3周、4周、5周、6周、7周、8周、10周、10周时间，生产竹重组材，然后对其性能进行研究分析。

2.2.4 不同厚度竹重组材在热压温度传导过程对酚醛树脂胶固化性能的影响 设计压制竹重组材的厚度为：20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm、60mm，生产所得竹重组材，然后对其性能进行研究分析。每组试验重复3次，得到的检测结果取平均值。

3 结果与分析

3.1 酚醛树脂胶存放时间对生产竹重组材性能的影响 采用生产后存储不一样的时间的酚醛胶生产竹重组材，其性能检测如表3。从表3分析可知，酚醛树脂胶在前6d用于生产的竹重组材性能无明显变化，并且各项理化性能都很好，从9d开始后，所生产出来的重竹重组材各项性能开始逐渐降低，特别是竹重组材的内结合强度和吸水厚度膨胀率变化特别显著，在实际的生产过程中酚醛树脂胶随着存储时间的越长，其粘度也在不断的增大。说明酚醛树脂胶内部反应生成的短链分子影响了酚醛树脂的胶合强度和本身特性，导致酚醛胶缓慢失效，因此，此工艺生产出来的酚醛树脂胶储存时间最好不要超过7d。静曲强度和弹性模量受到的影响较小，由于其竹材本身的强度大，受酚醛树脂胶逐渐失效影响小。

3.2 酚醛树脂胶不同烘干温度对竹重组材性能的影响 后烘干采用不同温度烘干上胶竹条生产所得竹重组材，其性能检测如表4。由表4分析可得，低于70℃烘干，酚醛树脂胶的性能很稳定，生产出的竹重组材性能良好，特别是在55℃以下的低温烘干，所生产出来的竹重组材内结合强度高和吸水厚度膨胀率小。大于75℃时，生产所得的竹重组材内结合强度开始下降，吸水膨胀率开始上升，当达到90℃时，内结合强度为1.5MPa，吸水厚度膨胀率为29.6%，说明酚醛树脂胶在此温度下已经开始预固化，活性减小。根据酚醛树脂胶的反应原理，当温度升高时，酚醛树脂就开始慢慢反应，温度越高则反应越快，如果烘干时酚醛树脂胶已经反应，失去了活性，造成所生产的竹重组材不合格。因此，烘干温度越低，酚醛树脂胶活性越大，热压所得的竹重组材性能指标越好。但是在实际生产过程中，还必须兼顾到生产效率，温度越低，生产效率也就越低，从确保生产效率和产品质量综合考虑，后烘干最佳温度为60～65℃。

3.3 烘干后竹条存储时间对酚醛树脂胶性能的影响 烘干后竹条平衡养生好，竹条存放时间对酚醛树脂性能的影响，其中竹条存放条件为：在半成品仓库中，用缠绕膜将竹条缠绕起来隔绝与空气接触，仓库温度不高于30℃。其检测性能如表5。由表5分析可得，烘干后竹条在一定条件下，存放时间对酚醛树脂胶的性能无明显影响。烘干后，酚醛树脂胶已经变成粉末附在竹条上，在隔绝空气、常温下（即温度不高于30℃），酚醛树脂胶很稳定，可以很好的存放，因此在生产过程中，遇到特殊情况不能生产，可以把烘干后竹条用缠绕膜包起来密封，放在避光的仓库中，温度不高于30℃进行存放，至少存放70d，这样对于生产备料，生产调整带来极大的方便。通过3.1的实验可知道液体酚醛胶不易保存，当液体酚醛树脂失去活性后，可以通过竹条浸胶烘干后进行存放，避免酚醛树脂胶失效。

3.4 不同厚度竹重组材在热压温度传导过程对酚醛树脂胶固化性能的影响 在生产过程中由于酚醛树脂胶固化后成为酚醛树脂，酚醛树脂具有耐水、防腐、隔热的特性，且在135℃以上，酚醛树脂胶的固化速度只要3～5min，正常的导热速度是1mm/min，会造成表面固化后，酚醛树脂形成隔热层，热量就很难往内部继续传输。不过酚醛树脂固化过程是个放热的反应，在没固化成酚醛树脂时，又可以加快热量向板中央的传输，因此压制不同厚度的竹重组材对酚醛树脂胶固化的影响较大。

由表6分析可得，随着板坯厚度的增加，竹重组材的静曲强度和弹性模量基本无变化，在厚度20～50mm内结合强度和吸水膨胀率无明显变化，从55℃开始内结合强度和吸水膨胀率开始下降。从酚醛树脂胶导热及固化时间判断，当板坯的厚度大于50mm开始，当板坯表面胶水固化成酚醛树脂，形成隔热层，使热量很难往板的中间继续传输，致使板中央处固化不完全，造成板坯的物理力学性能的下降。因此，正常情况下竹重组材的压制厚度为20～50mm，当超过50mm厚时物理力学性能开始下降。

4 结论

（1）酚醛树脂胶正常温情况下反应缓慢，反应生成小分子支链，粘度变大，各项性能也下降。通过实验制得酚醛树脂胶储存时间短，大约7d后各项性能开始下降，因此，企业在生产过程中须保存好酚醛树脂胶，最好在7d内全部用掉，以确保产品质量稳定。

（2）根据酚醛树脂胶的反应原理，当温度升高时，酚醛树脂就开始反应，温度越高则反应越快，如果烘干时酚醛树脂胶已反应完全，失去了活性，造成所生产的竹重组材产品质量不合格。因此，根据实验数据可以得出结论：烘干温度越低，酚醛树脂胶就越有活性，热压所得的竹重组材性能就越好。但是在实际生产过程中，必须考虑到生产效率，温度越低生产效率也就越低，因此，从确保生产效率和产品质量方面综合考虑，后烘干的最佳温度为60～65℃。

（3）通过实验表明，后烘干的胶后竹条可以保存很久不变质，通过实验数据可知，至少可以保存70d。企业可以根据此原则，对不易存放的酚醛树脂胶水，先浸胶烘干后再进行保存，可避免酚醛树脂胶到期带来的损失。

（4）从酚醛树脂胶导热及固化时间判断，板坯厚度大于50mm开始，当板坯表面胶粘剂固化成酚醛树脂，形成隔热层，使热量很难往板的内部传输，致使板中央处固化不完全，造成板坯的物理力学性能的下降。因此，正常情况下竹重组材的压制厚度为20～50mm，当超过50mm厚度时物理力学性能开始降低。

（责编：张宏民）