改性酚醛樹脂膠粘劑在園林景觀造型設計中的應用研究

文雅，岳丹

摘要：為了提升園林設計造型用膠粘劑的膠合強度，同時保證膠粘劑具有較低的游離甲醛含量和較高的黏度，考察了木質素和羥甲基木質素添加量對園林景觀造型設計用膠粘劑結構、物理性能和膠合強度的影響。結果表明，隨著酚醛樹脂膠粘劑中木質素添加量的增加，游離甲醛含量和黏度不斷增大，而固含量逐漸減小。隨著木質素添加量的增加，酚化前后膠粘劑的膠合強度都呈現逐漸減小的趨勢。隨著酚醛樹脂膠粘劑中羥甲基木質素添加量的增加，游離甲醛含量和黏度不斷增大，而固含量逐漸減小。添加羥甲基木質素的酚醛樹脂膠粘劑的強度有所減小，改性后酚醛樹脂膠粘劑的膠合強度有所增大。

關鍵詞：膠粘劑；木質素；羥甲基木質素；添加量；物性

中圖分類號：TQ323.1文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2023）12-0050-04

Research on the application of modified phenolic?resin adhesive in landscape design

WEN Ya，YUE Dan

（Hubei Vocational and Technical College of Ecological Engineering，Wuhan 430200，China）

Abstract：In order to improve the bonding strength of adhesives for landscape design，and at the same time ensuring a low free formaldehyde content and high viscosity，the effects of lignin and hydroxymethyl lignin additions on the structure，physical properties，and bonding strength of adhesives for landscape design were investigated.The results showed that with the increase of lignin addition in phenolic resin adhesive，the free formaldehyde content and viscosity，while the solid content gradually decreased.With the increase of lignin addition，the bonding strength of the adhesive before and after phenolic treatment showed a gradually decreasing trend.With the increase of hydroxymethyl lignin in phenolic resin adhesives，the free formaldehyde content and viscosity continued to increase，while the solid content gradually decreased.The strength of phenolic resin adhesive added with hydroxymethyl lignin decreased，while the bonding strength of modified phenolic resin adhesive increased.

Key words：adhesive;lignin;hydroxymethyl lignin;addition amount;physical properties

隨著人們生態環保意識的逐漸增強和對自然環境要求的提高，國內園林景觀造型設計與建設迎來了快速發展階段，對園林設計用膠粘劑也提出了更高的要求。除了傳統膠粘劑的膠合強度需要滿足標準要求外[2]，還需要膠粘材料具有低的游離甲醛含量，較高的黏度等[3-5]。較為可行的方法是對園林景觀造型設計用膠粘劑進行改性處理，以尋找適當的添加劑和制備工藝。為了提升園林景觀造型設計用膠粘劑的膠合強度，同時保證膠粘劑具有較低的游離甲醛含量和較高的黏度，考察了木質素和羥甲基木質素添加量對園林景觀造型設計用膠粘劑結構、物理性能和膠合強度的影響，結果將有助于高綜合性能的園林設計用膠粘劑的開發，并推動其在園林景觀造型設計等領域的應用。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗材料包括市售木質素（過60目篩，灰分含量為1.25%），酚醛樹脂膠粘劑（PF）苯酚、氫氧化鈉、異丙醇、鹽酸、甲醛水溶液、乙醚。

1.2試樣制備

將木質素、氫氧化鈉和水混合均勻后，升高溫度至78 ℃后加入苯酚，反應60 min后加入剩余氫氧化鈉、苯酚和甲醛溶液，蒸餾3 h后當黏度達到150 MPa·s時冷卻至室溫，得到PLPF膠粘劑，其中，共制備了4種不同木質素添加量的PLPF膠粘劑，其中，PF試樣是指木質素∶苯酚=0∶100，25%PLPF是指木質素∶苯酚=25∶75，40%PLPF是指木質素∶苯酚=40∶60，60%PLPF是指木質素∶苯酚=60∶40。

當反應完成后加入乙醚洗滌并在下層溶液中加入濃度為0.8 mol/L鹽酸，離心分離后得到酚化木質素。將木質素、氫氧化鈉和水混合均勻后，升高溫度至78 ℃后加入甲醛（木質素∶甲醛=1∶1），反應80 min后得到羥甲基化木質素，然后加入剩余氫氧化鈉、苯酚和甲醛溶液，蒸餾3 h后當黏度達到150 MPa·s時冷卻至室溫，得到HLPF膠粘劑，當反應完成后加入乙醚洗滌并在下層溶液中加入0.8 mol/L鹽酸，離心分離后得到羥甲基木質素。其中，共制備了4種不同羥甲基木質素添加量的HLPF膠粘劑，其中，25%HLPF是指羥甲基木質素∶苯酚=25∶75，依次類推。

1.3測試方法

采用ThermoFisher Nicolet iS5 FTIR紅外光譜儀對木質素進行紅外光譜分析；根據GB/T 1723標準測試膠粘劑的黏度[6]；根據GB/T 14074—2006標準測試膠粘劑的固含量和游離甲醛含量[7]。根據GB/T 9846—2004標準[8]，在RGF-3型平板硫化機上制備膠合板，膠合板試樣尺寸示意圖如圖1所示?；臑闂钅?，施膠量為135 g/m2，涂膠后進行0.5 MPa、25 min的陳化處理，然后進行135 ℃、1 MPa、5 min的熱壓和0.5 MPa、5 min的冷壓處理，使其充分固化，采用INSTRON 5500型萬能材料試驗機測試膠合板的膠合強度，拉伸速率為3 mm/min，結果取5根試樣平均值。

2結果與分析

2.1木質素添加量的影響

圖2為木質素酚化前后的紅外光譜圖。對比分析可知，無論是酚化前的木質素，還是酚化后的木質素，紅外光譜圖中的特征峰位置基本相同，在3 410、1 600、1 510、1 425和1 222 cm-1位置處分別出現了O—H伸縮振動峰、芳環骨架振動峰、芳環骨架振動峰、、酚羥基C—O伸縮振動峰和C—H彎曲振動峰，且在1 028 cm-1位置處還出現了C—O伸縮振動峰。由此可見，經過酚化處理后的木質素的結構并沒有發生明顯變化。只是相較于酚化前木質素，酚化后木質素在754、1 223 cm-1處出現了C—H彎曲振動峰和C—O伸縮振動峰，表明酚化后的木質素結構中已經成功引入了苯酚，相應地有助于增加酚化木質素的活性位點[11-13]，提升反應活性。

表1為不同木質素添加量的膠粘劑的物理特性，分別列出了膠粘劑游離甲醛、固含量和黏度測試結果。

由表1可知，對于未改性的酚醛樹脂膠粘劑，游離甲醛、固含量和黏度分別為0.063%、49.8%和86 MPa·s；當在酚醛樹脂膠粘劑中加入不同添加量的木質素后，添加木質素的酚醛樹脂膠粘劑的游離甲醛含量增加、固含量減小、黏度增大。隨著酚醛樹脂膠粘劑中木質素添加量的增加，游離甲醛含量和黏度不斷增大，而固含量逐漸減小。

表2為酚化前后木質素添加量對膠粘劑膠合強度的影響，分別列出了不同木質素添加量時膠粘劑酚化前后的膠合強度。

由表2可知，對于未改性的酚醛樹脂膠粘劑，酚化前膠合板沒有膠合強度，而酚化后膠合強度達到1.03 MPa；當在酚醛樹脂膠粘劑中加入不同添加量的木質素后，酚化前25%HLPF、40%HLPF和60%HLPF的膠合強度分別為0.83、0.63和0.39 MPa；酚化后25%HLPF、40%HLPF和60%HLPF的膠合強度分別為0.89、0.68和0.49 MPa。由此可見，酚化后助于提升木質素酚醛樹脂膠粘劑的膠合強度，且隨著木質素添加量的增加，酚化前后膠粘劑的膠合強度都呈現逐漸減小的趨勢。

圖3為酚化前后不同木質素添加量對膠粘劑紅外光譜圖。

由圖3可知，對于PF和25%PLPF而言，二者具有相似的特征峰，如3 400、1 600、1 475、1 220、1 145、1 020 cm-1位置處的O—H伸縮振動峰，苯環骨架伸縮振動峰、C—O伸縮振動峰、C—H彎曲振動峰和醇羥基的C—O伸縮振動峰。當增加木質素含量至40%時，膠粘劑的紅外光譜圖中出現了1 124 cm-1處的醚鍵C—O伸縮振動峰和1 380 cm-1位置處的C—H彎曲振動峰；繼續增加木質素含量至60%時，1 475 cm-1位置處特征峰減弱，而1 124 cm-1處和1 380 cm-1位置處的的C—O和C—H特征峰增強，表明較高的木質素添加量時膠粘劑中苯環結構含量會有所降低[9-15]，這與前述的繼續增加木質素含量并沒有進一步提升膠粘劑的膠合強度相吻合。

2.2羥甲基木質素添加量的影響

表3為不同羥甲基木質素添加量的膠粘劑的物性參數。

由表3可知，對于未改性的酚醛樹脂膠粘劑，游離甲醛、固含量和黏度分別為0.063%、49.8%和86 MPa·s，改性前膠合強度為1.03 MPa；當在酚醛樹脂膠粘劑中加入不同添加量的羥甲基木質素后，添加羥甲基木質素的酚醛樹脂膠粘劑的游離甲醛含量增加、固含量減小、黏度增大。隨著酚醛樹脂膠粘劑中羥甲基木質素添加量的增加，游離甲醛含量和黏度不斷增大，而固含量逐漸減小。從力學性能測試結果看，添加羥甲基木質素的酚醛樹脂膠粘劑的強度有所減小，而改性后酚醛樹脂膠粘劑的膠合強度有所增大，但是都低于改性前酚醛樹脂膠的膠合強度。

圖4為不同羥甲基木質素添加量的膠粘劑的紅外光譜圖。

由圖4可知，當羥甲基木質素添加量為25%時其紅外光譜圖中的特征峰與PF相似，繼續增加羥甲基木質素添加量為40%，改性膠粘劑的特征峰仍然未發生明顯變化，這與40%PLPF出現的新的特征峰有明顯差異；進一步增加羥甲基木質素添加量至60%時，紅外光譜圖中可見1 124 cm-1位置處的醚鍵C—O伸縮振動峰，相應的苯環特征峰減弱[16]，這與上述的羥甲基木質素添加量為60%時膠粘劑的膠合強度降低相吻合。

2.3膠粘材料在園林景觀造型設計中的應用

從木質素含量和羥甲基木質素添加量對膠粘劑游離甲醛、固含量和黏度，以及膠合強度的影響上看，經過酚化處理后的木質素的結構并沒有發生明顯變化。只是相較于酚化前木質素，酚化后木質素在754 cm-1位置和1 223 cm-1位置處出現了C—H彎曲振動峰和C—O伸縮振動峰，表明酚化后的木質素結構中已經成功引入了苯酚，相應地有助于增加酚化木質素的活性位點，提升反應活性。當增加木質素含量至40%時，膠粘劑的紅外光譜圖中出現了1 124 cm-1處的醚鍵C—O伸縮振動峰以及1 380 cm-1位置處的C—H彎曲振動峰；繼續增加木質素含量至60%時，1 475 cm-1位置處特征峰減弱，而1 124 cm-1處和1 380 cm-1位置處的的C—O和C—H特征峰增強；當增加羥甲基木質素添加量為40%，改性膠粘劑的特征峰仍然未發生明顯變化，這與40%PLPF出現的新的特征峰有明顯差異；進一步增加羥甲基木質素添加量至60%時，從紅外光譜圖中可見1 124 cm-1位置處的醚鍵C—O伸縮振動峰，相應的苯環特征峰減弱。

酚化前25%、40%和60%HLPF的膠合強度分別為0.83、0.63和0.39 MPa；酚化后25%、40%和60%HLPF的膠合強度分別為0.89、0.68和0.49 MPa，可見，酚化后助于提升木質素酚醛樹脂膠粘劑的膠合強度。添加羥甲基木質素的酚醛樹脂膠粘劑的游離甲醛含量增加、固含量減小、黏度增大。隨著酚醛樹脂膠粘劑中羥甲基木質素添加量的增加，游離甲醛含量和黏度不斷增大，而固含量逐漸減小。羥甲基木質素含量為25%時膠粘劑的物性指標已經可以滿足國標要求，而羥甲基木質素含量增加至40%及以上時，膠合強度低于國標要求且膠粘劑中的游離甲醛含量較高[17-18]，不適宜在園林景觀造型設計中應用。

3結語

（1）對于未改性的酚醛樹脂膠粘劑，游離甲醛、固含量和黏度分別為0.063%、49.8%和86 MPa·s。當在酚醛樹脂膠粘劑中加入不同添加量的木質素后，添加木質素的酚醛樹脂膠粘劑的游離甲醛含量增加、固含量減小、黏度增大;

（2）酚化后助于提升木質素酚醛樹脂膠粘劑的膠合強度，且隨著木質素添加量的增加，酚化前后膠粘劑的膠合強度都呈現逐漸減小的趨勢;

（3）隨著酚醛樹脂膠粘劑中羥甲基木質素添加量的增加，游離甲醛含量和黏度不斷增大，而固含量逐漸減小。添加羥甲基木質素的酚醛樹脂膠粘劑的強度有所減小，而改性后酚醛樹脂膠粘劑的膠合強度有所增大，但是都低于改性前酚醛樹脂膠的膠合強度。

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