木质素改性酚醛树脂胶对耐水砂纸性能的影响*

钱丽颖，刘文涛，何北海，李军荣

(华南理工大学 制浆造纸工程国家重点实验室，广州 510640)

0 引 言

砂纸是把研磨材料用胶黏剂粘附在柔软的纸基上而制成的研磨工具的总称，广泛应用于汽车、机车、船体、仪器仪表以及机床等部件金属腻子的精磨和抛光，以及家用木制品、电视机等高级油漆制品的漆面抛光。图1为砂纸截面示意图。由图1可知：砂纸主要由砂纸纸基、胶黏剂以及磨料3部分组成[1]，是通过胶黏剂把纸基和刚玉或碳化硅磨料牢固粘结在一起而形成的涂附磨具。目前，耐水砂纸生产使用的主要胶黏剂为醇酸清漆和脲醛树脂，需使用溶剂油作为稀释剂，在砂纸干燥过程中会挥发产生有机废气，对环境和人体产生危害，同时增加了企业的生产成本。因此，研究耐水砂纸用水性环保胶黏剂具有重要的意义。

图1 砂纸截面示意图Fig 1 Section diagram of sandpaper

水性酚醛树脂是生产耐水砂纸常用的环保型胶黏剂，一般使用乙醇作为稀释剂，具有优异的热稳定性和良好的可加工性[2]，树脂与磨粒的结合强度高、磨削效率高；以其制备的耐水砂纸具有自锐性好、加工表面质量好、收缩率小等优点[3]；同时酚醛树脂胶黏剂成本低，产生的经济效益和社会效益明显。但是，酚醛树脂是热固性树脂，固化后脆性较大，受外力作用时容易产生裂纹并迅速扩展，易导致胶层及纸基断裂[4-5]。对酚醛树脂进行改性，以制备柔韧性好、强度较高、磨削性能更好的砂纸纸基，仍然是目前亟需解决的难题。

目前，研究者对酚醛树脂进行了不同的改性，其中木质素替代苯酚合成改性酚醛树脂，已成为酚醛树脂行业的研究重点之一[6-8]。利用木质素改性酚醛树脂，可以减少使用石油资源制备的苯酚，进而降低对环境的危害，且改性后可在一定程度上降低树脂中的游离醛、游离酚含量[9]，但木质素改性仍然存在固化速度慢、游离甲醛多、基体脆性大等缺点[10]。如果木质素活化反应不完全，导致其残留率高，纸基表面存在胶斑胶粒，不利于后续耐水砂纸纸基的生产和应用，影响植砂及砂纸使用寿命。

增韧剂是一种能增加胶黏剂膜层柔韧性的物质，各种增韧剂的增韧效果有所不同，在酚醛树脂合成过程中加入增韧剂，引入柔性分子链可以有效增强酚醛树脂的韧性，保证纸基物理性能的同时改善其脆性大等缺点[11]。对于耐水砂纸纸基用酚醛树脂的增韧既要保证酚醛树脂能够渗透到纸张中，又要能降低酚醛树脂的脆性。用聚乙二醇(PEG)增韧剂对聚甲醛进行增韧改性，其拉伸性能和冲击性能都得到大幅提升，满足产品增韧需求[12]。用聚乙烯醇(PVA)增韧剂改性的酚醛树脂在胶合板、发泡树脂中应用较多，在耐水砂纸上的应用还较少。为了使砂纸生产中不使用或者少使用油性有机溶剂，解决酚醛树脂使砂纸材料脆性变大等缺点，采用可再生资源木质素，同时添加PEG或PVA为增韧剂，合成木质素改性酚醛树脂胶，探讨用其制备的耐水砂纸性能及应用。

1 实 验

1.1 实验原料及设备仪器

改性酚醛树脂用实验原料及使用的主要设备、仪器如表1和2所示。

表1 实验原料Table 1 Experimental raw materials

表2 主要实验设备及仪器Table 2 Main experimental equipment and instruments

1.2 改性酚醛树脂制备

(1)准确称取14.40 g溶剂木质素和21.60 g苯酚加入到200 mL烧杯中，再加入36.00 g纯水后在65 ℃的水浴中加热搅拌，进行酚化反应60 min，得到酚化木质素。

(2)将60.00 g苯酚和0.36 g NaOH(溶解在5.00 g纯水中)依次倒入带有冷凝回流器的三口烧瓶中，油浴加热至95～100 ℃；称取60.00 g甲醛，用分液漏斗缓慢滴加到烧瓶中反应60 min，然后加入质量分数为0～2.0%的不同含量增韧剂(分别加入PVA 1788、PVA 205、PEG 400、PEG 600，添加量以原料总质量分数计)；再将酚化木质素缓慢滴加到三口烧瓶中，补加12.00 g甲醛，在95～100 ℃油浴中反应2.5 h后停止加热，立即冷却出料。

(3)按照GB/T 14074-2006标准测定所制备的溶剂木质素改性酚醛树脂的固含量，用无水乙醇将其稀释到固含量为33%，再使用高速搅拌机在500 r/min转速下搅拌30 min，得到滚涂用的溶剂木质素改性酚醛树脂胶。

1.3 耐水砂纸纸基评价方法

1.3.1 耐水砂纸纸基的制备

裁取长宽分别为200 mm×50 mm的纸条，把纸条放进溶剂木质素改性酚醛树脂胶中浸渍约5 s，取出后先在涂布机上用辊筒挤走纸样表面多余树脂；然后在滚筒与纸样接触处滴上溶剂木质素改性酚醛树脂胶，将纸样与辊筒再均匀滚涂一遍；最后将滚涂样品放入烘箱中固化，得到耐水砂纸纸基(以下简称“纸基”)。

1.3.2 测试与分析

(1)上胶率测定：电子天平称量未滚涂原纸的质量m0(g)和滚涂取出固化后的纸基质量m1(g)，利用式(1)计算纸基的上胶率η：

(1)

(2)吸水率测定：将滚涂处理后的纸基裁成150 mm×50 mm的试样条，电子天平称其质量W1，浸入水中900 s后取出，用滤纸吸干表面水渍，用电子天平称其质量W2，利用式(2)计算纸基的吸水率ρ：

(2)

式中：W1、W2为纸基条浸入水中前后的质量，g；T为浸入时间，s；S为试样条面积，m2；ρ为吸水率，g/(m2·s)。

(3)湿抗张强度测定：把纸基裁成150 mm×15 mm的试样条，放入水中浸泡30 min，用滤纸吸干表面水分后用L&W抗张强度仪测定。

(4)Z-向抗张强度测定：将纸基裁成50 mm×50 mm的试样条，浸渍在水中30 min后取出用滤纸吸干表面水分，参照国标GB/T 26203—2010用Z-向抗张强度仪测定。

(5)使用扫描电子显微镜观察纸基滚涂改性酚醛树脂前后的微观形貌。

(6)磨削性能测试：依照工厂生产要求，以添加PEG 600后溶剂木质素改性酚醛树脂胶浸渍原纸，并在160 ℃下固化10 min得到纸基，将纸基在工厂生产线上植砂，磨粒选择粒度代号为P600的黑碳化硅，植砂完成后用水润湿压平并静置12 h后，再在水中浸泡30 min后用砂布砂纸磨削试验机参照JB/T 10155—2012标准进行磨削实验。

1.3.3 耐水砂纸纸基一般质量要求

参照JB/T 7499—2006规定，纸基基材为C类，其湿抗张强度≥3.0 kN/m。而实际生产时，工厂要求纸基的湿抗张强度≥4.5 kN/m，吸水率ρ≤0.043 g/(m2·s)，且纸基层间强度保证其制成砂纸后磨削负载为10 N时磨削标准铝棒的磨削时间均能超过30 min，且打磨后砂纸的背基或者背基与植砂层之间未发生剥离、撕裂现象。

2 结果与分析

2.1 增韧剂对纸基性能的影响

按1.2的步骤加入不同增韧剂制备溶剂木质素改性酚醛树脂胶，得到不同型号改性树脂胶处理的纸基性能，如表3所示。由表3可知，总体来说，随着PVA或PEG的加入，纸基吸水率较未加增韧剂时的有所增大，说明纸基抗水性降低。当纸基组号为7时，即加入质量分数为1.0%的PEG 600时的纸基吸水率最低，低于未加增韧剂的溶剂木质素改性酚醛树脂胶浸渍时的纸基吸水率；且纸基的湿抗张强度和Z-向抗张强度最大，分别为10.28 kN/m和1 002.7 kPa，此时的纸基性能最优。与PVA相比，加入PEG后纸基的吸水率更低、湿抗张强度、Z-向抗张强度明显变大；同时，将加入PVA或PEG后得到的树脂处理的2种纸基在同一折痕处对折多次，发现加入PEG后的柔韧性更好。

表3 不同增韧剂及其添加量对纸基性能的影响Table 3 Effects of different toughening agents and their mass fraction on the properties of paper base

在一定条件下PVA能与醛发生反应，与酚类物质和醛的反应产生竞争，因此PVA的加入将会影响甲醛与苯酚的反应，进而影响合成的酚醛树脂性能[13]。PVA 1788和PVA 205的醇解度同为88%，但前者的聚合度远大于后者的，当与醛发生反应时，分子链短的PVA 205更容易参与竞争反应而结合到改性酚醛树脂分子结构中，而分子量较大的PVA 1788参与反应的末端官能团含量相对较低，与酚类物质的反应竞争降低，因此加入PVA 205的溶剂木质素改性酚醛树脂胶带有大量亲水性的羟基，使纸基的吸水率大幅上升，对耐水砂纸纸基的性能生产负作用。同时，PVA 1788加入量增加使纸基的吸水率上升、强度降低，这是因为PVA 1788聚合度大，分子链较长，与醛反应后分子进行扩链，大分子在纸基中渗透比较困难，使溶剂木质素改性酚醛树脂胶大部分停留在纸基表面，不利于提高纸基内部的抗水性和结合强度。

与此相对应的是，PEG分子中只有末端含羟基，当其与酚醛树脂反应后，不会带入大量的亲水性羟基，因此用加入PEG的溶剂木质素改性酚醛树脂胶处理纸基的抗水性更好。PEG在酚醛树脂中导入长的柔性醚链，可以提高改性酚醛树脂的韧性[14]，但也会导致纸基的耐水性下降。由于PEG的分子量均较低，容易参与反应，且酚醛树脂与分子量较高的PEG 600反应后引入的柔性分子链更长，更有利于提高其柔韧性。同时，PEG的黏度小，与酚醛树脂的相容性好，在浸渍时比加入PVA的溶剂木质素改性酚醛树脂胶更容易渗透到纸基内部；在树脂固化成型中易形成互穿的交联网络，使柔性的PEG分子链与刚性的酚醛低分子链连接在一起，使纸基各层纤维结合更紧密，从而大幅度地提高纸基的湿抗张强度和Z-向抗张强度。因此，根据实验结果选用PEG 600作为溶剂木质素改性酚醛树脂的增韧剂。

2.2 原纸和纸基的微观形貌

图2是上胶前的原纸和上胶后的纸基SEM微观形貌对比。图2(a)中可以看出，在未上胶前原纸表面较粗糙，有很多孔隙、分丝和细小的填料颗粒；图2(c)是添加PVA 205后溶剂木质素改性酚醛树脂胶滚涂上胶后的形貌，上胶后树脂包裹在纤维上并且填充了纸张孔隙，其表面纤维较为光滑，孔隙也大幅减少，但仍有一些细小的小孔，这可能是由于加入PVA后改性的酚醛树脂在纸页中的渗透性不好，纸页内部仍有较多没有被填充的空隙，在固化时纸张纤维间的空气受热膨胀，易穿透纸张纤维表面的PVA膜而导致的；图2(e)是添加PEG 600后溶剂木质素改性酚醛树脂胶上胶后的纸张表面，其表面非常光滑，并且覆盖了表面绝大部分的空隙，这也是PEG 600改性酚醛树脂滚涂后吸水率低的原因。

图2 上胶前的原纸和上胶后的纸基SEM微观形貌Fig 2 SEM morphology of original paper before gluing and paper base after gluing

比较图2(b)、(d)、(f)的原纸和纸基截面可知，未上胶纸张的内部有很多空隙，有明显的单根纤维分层；加入PVA和PEG后改性的酚醛树脂上胶的纸张截面空隙很少，尤其是加入PEG后改性的纸张基本没有空隙，空隙已经被改性酚醛树脂完全填充，树脂与纸张纤维结合更为紧密。这说明加入PEG改性的酚醛树脂完全渗透到纸张内部，从而使纸张的吸水率降低、湿抗张强度和Z-向抗张强度提高。该结果也与表3给出的结论相符。

2.3 不同PEG添加量对纸基性能的影响

吸水率和湿抗张强度是保证纸基在耐水砂纸应用中的基本条件，因此首先对PEG添加量对纸基的吸水率和湿抗张强度的影响进行研究。以PEG 600为内增韧剂合成溶剂木质素改性酚醛树脂，加入不同质量分数的PEG 600后对纸基性能的影响如图3所示。增韧剂的加入量将直接影响与酚醛树脂反应的柔性链段，进而影响溶剂木质素改性酚醛树脂胶在纸基中的渗透性、固化后的脆性以及耐水砂纸纸基的吸水率和强度等性能。

从图3(a)中可以看出，随着PEG 600的添加质量分数增加，在不同固化温度下的吸水率都是先下降再上升，说明加入的PEG 600量不能太多。PEG 600添加量较少时改性酚醛树脂稳定性较差；用量较高时，虽然稳定性较好，但此时会含有较多的强亲水物质而形成连续界面膜[15]，这会导致树脂分子无法渗透到纸基内部，树脂的渗透性不足，吸水率增大，进而影响纸基耐水性能，因此应选择合适的加入量。

树脂固化时间和温度会直接影响其固化程度。温度太低或时间太短，树脂未完全交联固化，对降低纸基的吸水率和提高其湿抗张强度的效果不明显。相反温度太高或时间太长，则会过度交联固化。同时，纸基纤维水分减少，导致纸基发硬、发脆。当固化温度为160 ℃，固化时间为10 min时，PEG 600加入质量分数在0.5%～1.0%范围，吸水率≤0.043 g/(m2·s)，符合工厂要求。

从图3(b)中可以看出，不同条件下的湿抗张强度σ均满足≥4.5 kN/m的工厂要求，故纸基具有较高的湿抗张强度，可以减少浸胶固化收卷时出现断纸等现象。随着PEG 600的加入，纸基湿抗张强度先提升后下降，但在固化条件为150 ℃、10 min时湿抗张强度提高不明显，这主要是因为在此条件下酚醛树脂固化程度不足，无法生成完善的交联结构。升高温度有助于酚醛树脂交联，温度较低时，反应主要为通过酚核间形成亚甲基键而使酚醛树脂分子链增长；温度升高时，酚醛树脂分子中未反应的官能团则继续相互反应，通过形成亚甲基桥和醚键桥而使其固化，形成交联结构大分子[16-17]。

图3 不同质量分数的PEG 600对纸基性能的影响Fig 3 Effect of different mass fractions of PEG600 on the properties of paper base

在160 ℃、10 min下，PEG 600加入质量分数为0.5%～1.0%时，湿抗张强度均超过10.00 kN/m，比表3中组号1不加PEG时的湿抗张强度7.54kN/m显著提高。同时，在加入PEG增韧改性酚醛树脂后，处理的纸基在吸湿环境中也会增加其柔韧性。因而在保证纸基湿抗张强度和吸水率的前提下，同时减少树脂固化后纸基脆性，增加其柔韧性。因此，选取PEG 600添加质量分数为1.0%，固化温度为160 ℃，固化时间为10 min作为耐水砂纸纸基的生产条件。

2.4 木质素种类对纸基性能的影响

木质素是结构复杂的有机物，不同的蒸煮分离方法对木质素的结构和性质都会产生影响。因此，在加入质量分数为1.0% 的PEG 600时，比较不同来源的木质素改性酚醛树脂胶对纸张吸水率及湿抗张强度的影响，结果如图4所示。据文献报道[18-19]，采用的溶剂木质素是用竹子通过乙酸法制浆黑液中提取的，较好地保留了木质素的天然结构，针叶木碱类和阔叶木碱类木质素是通过碱法蒸煮制浆中黑液分离得到的，受强碱作用后具有较多缩合结构。

由图4可知，与未加增韧剂时的比较，3种不同木质素在合成木质素改性酚醛树脂时加入相同量的PEG 600，纸基的吸水率都有所降低，但降低的程度各不相同，溶剂木质素、针叶木碱木质素、阔叶木碱木质素降低率分别为16.67%、16.39%、17.46%。对于纸基的湿抗张强度，与未加增韧剂时比较，溶剂木素提高的效果最好，针叶木碱木质素的基本不变，而阔叶木碱木质素的则有所降低，但3种木质素的湿抗张强度都远大于工厂生产砂纸要求的不小于4.5 kN/m。

图4 不同来源木质素改性下的纸基性能Fig 4 Paper base properties modified by lignin from different sources

含柔性链的PEG中的-OH基团可与酚醛树脂形成部分氢键，在其中引入长的柔性链，且以半互穿网络的形式存在于树脂中[20-21]，因而经过PEG增韧的改性酚醛树脂胶滚涂到纸张上会提高其柔韧性。实验还发现：对于不同种类的木质素改性酚醛树脂，无增韧剂的改性树脂处理后的纸基脆性较大，纸基在对折一次后就会断裂；但加入PEG600后的改性树脂处理的纸基柔韧性有所增加，在同一折痕处对折5～6次才会断裂。因此，不同种类的木质素改性酚醛树脂都可以通过加入PEG600进行有效增韧，提高纸基的耐折性能。

2.5 合成反应时间的影响

根据酚醛树脂的反应机理，合成时间对产物的分子结构具有重要的影响。反应初始阶段的产物主要为各种羟甲基苯酚的混合物；随着反应时间的延长，羟甲基苯酚之间发生自缩聚反应，使产物的分子量增大，这会对改性酚醛树脂的渗透性及固化过程产生影响。在保证纸基吸水率和湿抗张强度满足要求的基础上，提高Z-向抗张强度可以使纸基在磨削过程中不易出现分层剥落等情况。使用质量分数为1.0%的PEG 600增韧溶剂木质素改性酚醛树脂，采用150 ℃、10 min(条件Ⅰ)和160 ℃、5 min(条件Ⅱ)以及160 ℃、10 min(条件Ⅲ)的固化条件，在60～150 min合成反应时间下，反应时间对纸基吸水率、湿抗张强度及Z-向抗张强度的影响见图5。

从图5中可以看出，相同的固化条件下，随着改性酚醛树脂合成反应时间延长，纸基的吸水率基本上逐渐下降，而湿抗张强度和Z-向抗张强度逐渐提高。如固化条件Ⅲ下，改性酚醛树脂反应时间从60 min增加到130 min，吸水率从0.044 g/(m2·s)下降到0.035 g/(m2·s)，下降了20.45%；此时的湿抗张强度在反应时间为150 min时达到最高，为10.28 kN/m，比反应时间60 min时的8.41 kN/m提高了22.23%；Z-向抗张强度从反应时间为60 min时的764.4 kPa提高到150 min时的1 002.7 kPa，提高了31.17%。这说明在一定时间范围内，延长反应时间有助于改善改性酚醛树脂处理后纸基的性能。

由图5还可知，延长反应时间后，要使吸水率和湿抗张强度等达到项目合作企业生产耐水砂纸纸基的性能要求，只需要较短的固化时间或者较低的固化温度。如合成反应时间在60 min时，固化条件为Ⅲ时的吸水率为0.044 g/(m2·s)；当反应时间延长到150 min时，固化条件为Ⅱ时的吸水率比在Ⅲ时的吸水率还低，而此时纸基的Z-向抗张强度基本相同，湿抗张强度虽有下降，也能满足工厂湿抗张强度≥4.5 kN/m的生产要求。这样纸张滚涂后固化时间减少了5 min，大大提高了工厂生产效率。

图5 改性酚醛树脂的合成反应时间对纸基性能的影响Fig 5 Effect of reaction time on the properties of modified phenolic resin

在一定的固化条件下，延长合成反应时间能保证酚醛树脂反应充分，生成的树脂分子量分布相对更加均匀。苯酚与甲醛发生加成反应后，要保证合成的酚醛树脂为线型的甲阶酚醛树脂，在不过度交联的情况下，有助于降低游离酚含量、提高树脂质量，进而提高纸基各种性能。但酚醛树脂合成是一个不断缩合的反应，当反应达到一定程度时会发生急剧缩合，使其分子量迅速变大并发生交联，得到的酚醛树脂黏度太高，很难渗透到纸基内部，致使耐水砂纸在使用过程中的纸基与砂层发生剥离，这是影响砂纸摩擦性能、磨损率、机械性能和微观结构的重要因素[20]。

2.6 改性酚醛树脂固含量的影响

纸基滚涂上胶时，将改性酚醛树脂的固含量调节到合适范围，既可保证纸张各项性能又能减少酚醛树脂用量，降低生产成本。使用添加PEG 600为增韧剂、合成反应时间为150 min的溶剂木质素改性酚醛树脂，用无水乙醇稀释得到不同固含量的样品，将其滚涂到原纸上，固化条件为温度160 ℃，固化时间为10 min，得到树脂固含量对纸基性能的影响如表4所示。

实验发现，当溶剂木质素改性酚醛树脂胶固含量从33%稀释到15%时，质量分数0.8%和1.0%的 PEG 600为增韧剂改性的酚醛树脂的上胶率分别由26.8%和26.1%下降到17.0%和16.5%，上胶率下降对纸页性能影响较大。如表4所示，用质量分数0.8% 的PEG 600增韧的改性酚醛树脂滚涂，固含量从33%稀释到15%时，纸张的吸水率不断增大，湿抗张强度、Z-向抗张强度不断下降。这说明上胶率降低会造成树脂渗透到纸张内部的量不足，导致纸张的吸水率升高，湿抗张强度和Z-向抗张强度降低；当加入质量分数为1.0% 的PEG 600且树脂固含量为25%时，纸基的吸水率最低，湿抗张强度最大，Z-向抗张强度适中，分别为0.036 g/(m2·s)、10.56 kN/m和886.4 kPa。这说明对于1.0%的 PEG 600增韧剂改性的酚醛树脂，可以适当降低酚醛树脂固含量，保证树脂能够渗透到纸张内部，从而提高其湿抗张强度和降低吸水率。在不影响纸基性能的条件下，降低固含量有利于控制上胶量和生成成本。

表4 树脂固含量对纸基性能的影响Table 4 Effect of resin solid content on paper base properties

2.7 耐水砂纸磨削性能评价

根据纸基吸水率≤0.043 g/(m2·s)、纸基湿抗张强度及Z-向抗张强度较高的实验条件，为了探讨制备的木质素改性酚醛树脂胶对不同原纸的适用性，选择定量一致并符合工厂生产要求的2种不同产地的原纸，再选用加入质量分数分别为0.8%和1.0%的PEG 600为增韧剂制造的溶剂木质素改性酚醛树脂，用其稀释成固含量分别为25%和33%的树脂胶。利用改性树脂胶处理原纸后，在160 ℃下固化10 min，得到纸基。砂纸生产时，选择粒度代号为P600的黑碳化硅磨料，将纸基裁成400 mm×400 mm样片贴在生产线大幅卷纸上，再经过工厂砂纸生产工艺按纸基上胶、固化、收卷、植砂等工艺制备耐水砂纸。

用制造好的耐水砂纸在东莞金太阳研磨公司进行现场磨削实验，图6为耐水砂纸成品现场磨削实验图。图6中的实验机型号为SS175Ⅱ-W，郑州青山磨具装备研究所生产，其外形尺寸为500 mm×300 mm×460 mm，磨盘直径为175 mm。参考JB/T 10155-2012标准和企业磨削实验要求，按照磨盘直径将砂纸裁成外径175 mm、内径约10 mm的圆片，在水中浸泡30 min后将其固定在磨盘上，安装直径12 mm的标准铝棒，磨削压力为10 N，打开水阀，使水冲在铝棒和试样接触处。磨削时的磨盘转速为320 r/min，长往复行程(即试棒沿磨盘半径的移动距离)为50.0 mm，10次/min；短往复行程为4.5 mm，30次/min；磨削时间设定为30 min。常温下匀速运转，磨削轨迹的内径为87.0 mm，环宽度为16.5 mm。实验时观察砂纸的背基或者背基与植砂层之间是否发生剥离、撕裂等，测量砂纸磨削铝棒的时间及观察砂纸打磨面的形貌、铝棒光洁度等情况。

图6 耐水砂纸现场磨削实验Fig 6 Field grinding experiment of water-resistant sandpaper

表5为耐水砂纸的磨削情况，其中表5中的合格标准是当砂纸在磨削负载为10 N时磨削标准铝棒的磨削时间均能超过30 min，且打磨后砂纸的背基或者背基与植砂层之间未发生剥离、撕裂现象，砂纸的打磨表面虽有磨痕但无大而明显的划痕，且铝棒表面光洁。由表5可知，当以质量分数为0.8%和1.0%的PEG 600为增韧剂制造的溶剂木质素改性酚醛树脂处理原纸A和B，上胶率在21.0%～25.8%时，所制备的耐水砂纸磨削加工都合格，亦即砂纸纸基也都满足要求。然而，砂纸上胶率过高不仅造成生产成本提高，还会影响砂纸硬化程度，最终影响产品韧性。因此，工厂实际生产时可适当降低改性酚醛树脂固含量以控制上胶量，使得纸基上胶量较低时亦能满足砂纸磨削性能要求。

表5 纸基砂纸的磨削情况Table 5 Grinding of paper-based sandpaper

图7为磨削后的耐水砂纸试样。从图7(a)中可以看出，砂纸表面磨削后有一道圆环状的磨痕，磨损面的连续性较好，且表5中的6个试样磨削30 min后其纸基都没有出现撕裂或者剥离等现象。从磨痕放大后的SEM图7(b)中可以看出：砂纸磨削面的碳化硅磨料中只有尖端被磨削，周围有被磨削掉的细小颗粒，磨削面粗糙程度有所降低，但并没有打磨到纸面基体上。纸基、胶黏剂和磨料三者之间结合紧密，未出现磨料颗粒脱落现象，说明使用以上方法处理得到的耐水砂纸纸基与磨料之间具有良好的结合强度、抗张强度及抗水性，通过工厂生产工艺制造的砂纸具有良好的打磨性能。

图7 耐水砂纸磨削试样Fig 7 Water-resistant sandpaper grinding sample

总之，利用本文中经PEG增韧的木质素改性酚醛树脂胶制备的耐水砂纸，其磨削时间均达到30 min及以上，砂纸无剥离、撕裂现象，达到项目合作企业生产合格要求。

3 结 论

(1)利用溶剂木质素和聚乙二醇增韧剂对酚醛树脂进行改性，添加质量分数为1.0%的PEG 600，反应时间为150 min制备溶剂木质素改性酚醛树脂胶，当改性树脂固含量为25%时，纸基的固化温度为160 ℃、固化时间为10 min条件下，纸基的吸水率最低，湿抗张强度最大，Z-向抗张强度适中，分别为0.036 g/(m2·s)、10.56 kN/m和886.4 kPa。

(2)PEG 600能够对多种木质素改性酚醛树脂起到较好的增韧作用，其中PEG 600增韧的溶剂木质素改性酚醛树脂对纸基性能的提高最大。改性酚醛树脂的合成时间对纸基性能的影响也较大，当反应时间从60 min增加到130 min，纸基的吸水率下降了20.45%；在反应时间为150 min时，纸基的湿抗张强度和Z-向抗张强度均达到最高，分别为10.28 kN/m和1 002.7 kPa。当固化温度为160 ℃不变，固化时间从10 min缩短到5 min，此时的纸基吸水率降低，强度性能虽然稍有下降，但仍满足要求，因此可大大提高工厂生产效率。

(3)添加质量分数为0.8%～1.0%的PEG 600为增韧剂时，溶剂木质素改性酚醛树脂稀释的固含量保持在25%～33%，用这些改性树脂胶处理原纸，在160 ℃下固化10 min后制成纸基，在工厂生产线上进行植砂后得到耐水砂纸，砂纸经磨削测试，其研磨时间都达到30 min及以上，砂纸无撕裂或剥落现象，满足耐水砂纸使用性能要求。