廣東林業(yè)科技2012年第28卷第1期聚乙二醇對(duì)五硼酸銨改性結(jié)構(gòu)刨花板力學(xué)性能的影響高偉'曹金珍?( 1.西南林業(yè)大學(xué)材料工程學(xué)院 云南昆明 650224; 2.北京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院)摘要試驗(yàn)引入聚乙二醇改性體 系以補(bǔ)償五硼酸銨對(duì)結(jié)構(gòu)刨花板力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:聚乙二.醇可以彌補(bǔ)五硼酸銨對(duì)結(jié)構(gòu)刨花板力學(xué)性能的降低,內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度隨五硼酸銨用量的增加有一定程度的增大。五硼酸銨用量、聚乙二醇種類(lèi)及聚乙二醇用量三個(gè)因素對(duì)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度有顯著影響,對(duì)靜曲強(qiáng)度和彈性模量均無(wú)顯著性影響。研究提出改性體系最佳配比為:2.80%的五硼酸銨(基于絕干刨花重)配合20%的PEG-2000(基于酚醛樹(shù)脂膠粘劑用量)。關(guān)鍵詞五硼酸銨 聚乙二醇內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度靜曲強(qiáng)度彈性模量中圖分類(lèi)號(hào): S781.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006 -4427( 2012 )01 -0007 -06Effect of PEG on the Mechanical Properties of APBTreated Strand BoardGao .Wei'Cao Jinzhen2( 1. College of Material Engineering, Southwest Forestry University ，Kunming, Yunnan, 650224;2. College of Material Science & Technology，Beijing Forestry University )AbstractPolyethylene glycol ( PEG ) was introduced to compensate the reducing effect of ammonium pent-aborate( APB ) on mechanical properties of its treated strand board. The results showed that PEG could compensatethe influence of APB on the mechanical properties of strand board. Internal bond strength increased with the addi-tion of APB in this study. The adding amount of APB, PEG type and adding amount of PEG showed significanteffect on the internal bond strength, but no significant effect on the modulus of rupture and modulus of elasticity.The best modification formulation is as follows: 2. 80% APB based on dried flake with 20% PEG-2000 based on PFresin.Key words ammonium pentaborate ( APB ), polyethylene glycol ( PEG ), internal bond strength, modu-lus of rupture, modulus of elasticity有機(jī)和無(wú)機(jī)硼類(lèi)防腐劑是CCA(加鉻砷酸銅)等重金屬類(lèi)木材防腐劑極具潛力的替代品。其被引入結(jié)構(gòu)刨花板后,在賦予板材理想的生物耐久性的同時(shí)，也在一定程度上影響板材力學(xué)性能。Sean等的研究指出,硼酸鋅添加量為2.5%時(shí),內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度由0.57 MPa降至0.39 MPa,靜曲強(qiáng)度由30 MPa降至21 MPa。Cavdar等的研究也表明,添加3%和5%的硼酸鋅后,定向刨中國(guó)煤化工莫量由對(duì)照組的22.03MPa和2. 40 GPa分別降至17.25 MPa、12. 83 MPa和0.21CTHCNMHG和Kalaycioglu得出了類(lèi)似的結(jié)果3。2010年Gao等的研究發(fā)現(xiàn),五硼酸銨添加量趣過(guò)8.08%0前山亞小」對(duì)刨花板力學(xué)性能的降。 通訊作者:高偉。手機(jī):13648893936 ,E mail: weigaoe@ gmail. com?；?項(xiàng)縣:國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目:納米氧化銅/酚醛樹(shù)脂復(fù)合體系制備及應(yīng)用基礎(chǔ)研究( No. 31100423 ),西南林業(yè)大學(xué)科研啟動(dòng)基金:一種防偶降罐權(quán)效防腐劑改性UF研究( No. 1111 )。高偉等:聚乙二醇對(duì)五硼酸銨改性結(jié)構(gòu)刨花板力學(xué)性能的影響低作用(4]。在補(bǔ)償金屬硼酸鹽對(duì)人造板力學(xué)性能降低的作用方面,聚乙二醇( polyethylene glycol, PEG )等多羥基的受熱后能增強(qiáng)體系流動(dòng)性的化合物被著重引人。Sean等發(fā)現(xiàn)硼酸鋅與聚乙二醇配合應(yīng)用于改性的刨花板,其內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度和靜曲強(qiáng)度均優(yōu)于只用硼酸鋅者1。本文在前人研究的基礎(chǔ)上,將三種類(lèi)型聚乙二醇以不同添加比與五硼酸銨配合應(yīng)用于結(jié)構(gòu)刨花板,研究其改性板材的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度、靜曲強(qiáng)度和彈性模量的變化,旨在通過(guò)單因素方差分析和配對(duì)方差分析探索五硼酸銨用量、聚乙二醇種類(lèi)及聚乙二醇用量對(duì)改性結(jié)構(gòu)刨花板力學(xué)性能的單獨(dú)及交互作用,為提高硼類(lèi)防腐劑處理結(jié)構(gòu)刨花板力學(xué)性能提供新思路和新方法。1實(shí)驗(yàn)材料與方法材料與設(shè)備,實(shí)驗(yàn)方案以及結(jié)構(gòu)刨花板的制備及數(shù)據(jù)分析方法參見(jiàn)《聚乙二醇對(duì)五硼酸銨改性結(jié)構(gòu)刨花板吸水性能的影響》51。內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度、靜曲強(qiáng)度和彈性模量的測(cè)定方法及過(guò)程依據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T17657-1999<人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》6。2結(jié)果與討論表1列出了聚乙二醇與五硼酸銨復(fù)合處理大片刨花板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度、靜曲強(qiáng)度及彈性模量。國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在干燥狀態(tài)下使用的結(jié)構(gòu)刨花板(公稱(chēng)厚度6~13 mm )內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度≥0.40 MPa, 靜曲強(qiáng)度≥17 MPa,彈性模量≥0.23GPal7。從表1可知,按試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案所制備的結(jié)構(gòu)刨花板,有63%的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度,達(dá)到國(guó)際要求,靜曲強(qiáng)度和彈性模量則100%達(dá)到國(guó)標(biāo)要求。表1聚乙二醇--五硼酸銨復(fù)合處理大片刨花板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度、靜曲強(qiáng)度及彈性模量實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理五硼酸銨用量.聚乙二醇聚乙二醇用量.內(nèi)結(jié)合強(qiáng)靜曲強(qiáng)度彈性模量編號(hào)(%BAE)種類(lèi)(wt/wt%)度( MPa)( MPa)( GPa)1.002000200.39(0.17)34. 00( 10. 19)0.94(0. 24)4000400.43(0.24)28.02(8.94)0.98(0.08)6000600.17(0.11 )28. 79(9. 92 )0.83(0. 19)10000800.37(0. 18)30.75(7.43)0.88(0.24)1.880.40(0.16)33.79(7.19)60.55(0.06)30.38(6. 46)0.62(0. 50)0.36( 0.26)35.61( 10.60)0.79(0.22)81. 880.48(0.05)33.84( 10.29 )0.84(0. 28)2.800.75(0. 12)33. 05(8.74)0.87(0. 26)10.44(0.19)33. 54(6.77 )0.84(0. 15)112. 800.51(0.04 )28.71( 5.14)0.92(0. 12)120.44(0.09 )30. 86(8.08 )0.93(0.21 )134.690.29(0.14)24. 93(3.81 )0.88(0. 19)140.50(0.12 )27.27( 7.95 )0.99(0.21 ) .4. 690.34(中國(guó)煤化工0.86(0.20)0. 44(:YHCNMHG0.94(0.24 )注:括號(hào)中的數(shù)值表示其對(duì)應(yīng)均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差。2.1 內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度方差萬(wàn)布教捅,五硼酸銨用量對(duì)復(fù)合改性后結(jié)構(gòu)刨花板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度影響最大(p=0.001),其次是聚乙廣東林業(yè)科技2012年第28卷第1期二醇種類(lèi)( p=0.028 )和聚乙二醇用量( p=0.031 )(表2)。表2聚乙二醇一-五硼酸銨復(fù)合處理大片刨花板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度方差分析表方差來(lái)源離均差平方和自由度均方F五硼酸銨用量0. 4900.1636. 2780.001聚乙二醇種類(lèi)0. 0833.1720. 028聚乙二醇用量.0.2410.0803. 0850. 031誤差.2. 238860. 026總和20. 79496校正總和3.216952.1.1五硼酸銨用量由表3可見(jiàn),在與各種類(lèi)型聚乙二醇復(fù)合應(yīng)用后,改性結(jié)構(gòu)刨花板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的變化與已報(bào)道研究中只用五硼酸銨處理時(shí)完全不同,內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度并未線(xiàn)性減小，而隨五硼酸銨用量的增加呈先增再減的變化趨勢(shì)。最大值出現(xiàn)在2.80%用量處理的樣品,該處理量對(duì)應(yīng)的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度與其他三個(gè)用量的處理結(jié)果有顯著性差異(p < 0.05 )。這說(shuō)明針對(duì)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度,五硼酸銨用量最宜選取2. 80%。五硼酸銨與內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度之間非線(xiàn)性關(guān)系結(jié)果,唯一可解釋的原因是聚乙二醇的引人,這表明聚乙二醇確實(shí)達(dá)到了補(bǔ)償五硼酸銨對(duì)結(jié)構(gòu)刨花板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度降低的影響。表3五硼酸銨用量對(duì)應(yīng)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)值及各水平間的方差分析結(jié)果各用量間的差異對(duì)比p值水平五硼酸銨用量( % BAE )內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度( MPa)1. 88%2. 80%4. 69%11. 000. 340.0240.0000.27521.880.450.0700.23332.800.530. 00344. 690.392.1.2 聚乙二醇種類(lèi) 由表4可知，隨著聚乙二醇分子量增大,結(jié)構(gòu)刨花板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度先增后減。最大值0. 48 MPa出現(xiàn)在PEG 4000處,與PEG-6000結(jié)果有顯著性差異(p < 0. 05)。這組結(jié)果表明,針對(duì)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度,聚乙二醇最宜選取分子量為4000者。表4聚乙二醇種類(lèi)對(duì)應(yīng)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)值及各水平間的方差分析結(jié)果各種類(lèi)間的差異對(duì)比p值400060001000020000.460. 6090.0200. 6420. 480.0050. 3300.350. 0470.432.1.3 聚乙二醇用量 表5的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,當(dāng)聚乙二醇用量達(dá)最大80%(基于酚醛樹(shù)脂膠粘劑用量)時(shí),改性結(jié)構(gòu)刨花板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度亦至最大值0.50MPa;四個(gè)用量中國(guó)煤化工度最小值( 60%聚乙二醇用量)和最大值( 80%聚乙二醇用量)之間差異顯著外( p0.05 ),尤其是聚乙二醇種類(lèi)對(duì)應(yīng)P =0.902,表明改性結(jié)構(gòu)刨花板的靜曲強(qiáng)度幾乎不受聚乙二醇種類(lèi)的影響。表6聚乙二醇--五硼酸銨復(fù)合處理大片刨花板靜曲強(qiáng)度方差分析表方差來(lái)源離均差平方和自由度均方F五硼酸銨用量396. 297132. 0991.9660. 125聚乙二醇種類(lèi)38. 66412. 8880.1920. 902聚乙二醇用量.131. 522343. 8410.6520. 584誤差5778. 2588667. 189總和97323. 34496校正總和6344. 741952.2.1五硼酸銨用量從表7可以發(fā)現(xiàn),靜曲強(qiáng)度隨五硼酸銨用量的增加呈先增后減的趨勢(shì),最大值33.41MPa出現(xiàn)在五硼酸銨1.88%用量處理的樣品,與內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度變化的趨勢(shì)略有不同;另外,1.88%用量處理時(shí)的最大靜曲強(qiáng)度與4.69%用量處理對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度有顯著性差異( p<0.05 ),其他值之間無(wú)顯著性差異( p>0.05)。這組實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,聚乙二醇可以補(bǔ)償五硼酸銨對(duì)結(jié)構(gòu)刨花板靜曲強(qiáng)度降低的影響。表7五硼酸銨用量對(duì)應(yīng)靜曲強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)值及各水平間的方差分析結(jié)果五硼酸銨用量( % BAE )靜曲強(qiáng)度( MPa)1. 88%2. 80%4. 69%1. 0030. 390.2060.6280.2771.8833.410.4330. 0202. 8031. 540. 1174. 6927. 802.2.2聚乙二醇種類(lèi) 由表8 可見(jiàn),不同種類(lèi)聚乙二醇對(duì)應(yīng)的靜曲強(qiáng)度無(wú)顯著性差異( p>0.05 ),表明聚乙二醇種類(lèi)對(duì)五硼酸銨改性結(jié)構(gòu)刨花板的靜曲強(qiáng)度無(wú)顯著性影響。表8聚乙二醇種類(lèi)對(duì)應(yīng)靜曲強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)值及各水平間的方差分析結(jié)果各種類(lèi)間的差異對(duì)比p值中國(guó)煤化工10000200031.440.743400029. 80MHCNMH Gi80.716600031.230.81230. 672.2.3聚方數(shù)據(jù)用量由表9可見(jiàn),與聚乙二醇種類(lèi)的作用類(lèi)似,不同聚乙二醇用量對(duì)應(yīng)的靜曲強(qiáng)度也無(wú)廣東林業(yè)科技2012年第28卷第1期I1顯著性差異(p>0.05),表明聚乙二醇用量對(duì)五硼酸銨改性結(jié)構(gòu)刨花板的靜曲強(qiáng)度無(wú)顯著性影響。表9聚乙二醇用量對(duì)應(yīng)靜曲強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)值及各水平間的方差分析結(jié)果各用量間的差異對(duì)比p值水平聚乙二醇用量( % )靜曲強(qiáng)度( MPa)40%60%80%12031.940.199 .0. 6420. 8512428.880.4100.27236(30. 830.7818(31.492.3彈 性模量由表10可知,三個(gè)因素對(duì)彈性模量的影響均不顯著(p>0.05),聚乙二醇種類(lèi)對(duì)應(yīng)p=0.881,表明改性結(jié)構(gòu)刨花板的彈性模量幾乎不受聚乙二醇種類(lèi)改變的影響。下面將三個(gè)因素分別對(duì)彈性模量的影響進(jìn)行單因素方差分析及配對(duì)方差分析。表10聚乙二醇-五硼酸銨復(fù)合處理大片刨花板彈性模量方差分析表方差來(lái)源離均差平方和自由度均方F五硼酸銨用量0. 3250.1082.0040. 119聚乙二醇種類(lèi).0. 0360.0120.2220. 881聚乙二醇用量0. 1680. 0561. 0330. 382誤差4. 646860.054總和77. 96896校正總和5. 175952.3.1五硼酸銨用量改性結(jié)構(gòu)刨花板的彈性模量并未隨五硼酸銨用量的增加呈線(xiàn)性變化,由表11方差.分析可知,彈性模量最大的兩個(gè)值和最小值差異顯著(p=0.035,0.044)之外,其他相互之間無(wú)顯著性差異。這部分結(jié)果與靜曲強(qiáng)度變化類(lèi)似，即聚乙二醇的復(fù)合應(yīng)用補(bǔ)償了五硼酸銨對(duì)結(jié)構(gòu)刨花板彈性模量的影響。表11五硼酸銨用量對(duì)應(yīng)彈性模量的統(tǒng)計(jì)值及各水平間的方差分析結(jié)果五硼酸銨用量( % BAE)彈性模量( GPa )1. 88%2. 80%4. 69%0.910.0440.7500. 9201.880.770.0890. 0352. 80. 890.6754. 690. 922.3.2聚乙二醇種類(lèi)表12的結(jié)果表明,結(jié)構(gòu)刨花板彈性模量最大值屬于PEG-10000,最小值屬于PEG-6000;但不同種類(lèi)聚乙二醇改性結(jié)構(gòu)刨花板的彈性模量之間無(wú)顯著性差異( p>0. 05 )。表12聚乙二醇種類(lèi)對(duì)應(yīng)彈性模量的統(tǒng)計(jì)中國(guó)煤化工i結(jié)果聚乙二醇種類(lèi)彈性模量( GPa)+YHCNMHG異對(duì)比p值400060001000020000.880.7120. 6200. 8210.860.8990. 5520.85.0.4710. 9012高偉等:聚乙二醇對(duì)五硼酸銨改性結(jié)構(gòu)刨花板力學(xué)性能的影響2.3.3聚乙二醇用量由表13可知,隨聚乙二醇用量的增加,彈性模量呈線(xiàn)性減少,但各用量對(duì)應(yīng)的彈性模量結(jié)果之間無(wú)顯著性差異( p>0.05 )。表13聚乙二醇用量對(duì)應(yīng)彈性模量的統(tǒng)計(jì)值及各水平間的方差分析結(jié)果各用量間的差異對(duì)比p值水平聚乙二醇用量( % )彈性模量( GPa)40%60%80%1200.910. 9100. 4280.123240.4960.15236(0. 860.4498(0.81力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果表明,加人聚乙二醇后,熱壓過(guò)程中由五硼酸銨引起的酚醛樹(shù)脂流動(dòng)性降低的弊端可在一定程度上被克服。這是由于低分子量階段酚醛樹(shù)脂的運(yùn)動(dòng)能力被提高,亦即增加了樹(shù)脂的流動(dòng)性,而流動(dòng)性的強(qiáng)弱是決定復(fù)合材料力學(xué)性能極其重要的一一個(gè)因素。一般而言,高流動(dòng)性的樹(shù)脂,可以提供更大的膠合面積,從而提高板材的膠合質(zhì)量。故本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表現(xiàn)為內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度不但沒(méi)有隨五硼酸銨添加量的增加而降低,反而在一-定程度上有所增大，同時(shí)沒(méi)有影響抗彎力學(xué)強(qiáng)度。3結(jié)論3.1聚乙二醇表現(xiàn)了就力學(xué)性能對(duì)五硼酸銨理想的補(bǔ)償作用,其與五硼酸銨配合應(yīng)用所生產(chǎn)的63%的結(jié)構(gòu)刨花板,內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到國(guó)標(biāo)規(guī)定的要求,靜曲強(qiáng)度和彈性模量100%滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)要求。3.2 綜合各項(xiàng)力學(xué)性能的分析結(jié)果,改性體系最佳配比是2. 80%五硼酸銨與20%的PEG-2000。 在此配方下的重復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果為,內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度0.51MPa,靜曲強(qiáng)度33.15MPa,彈性模量0.88GPa,三項(xiàng)力學(xué)性能均達(dá)到國(guó)標(biāo)規(guī)定在干燥狀態(tài)下使用的結(jié)構(gòu)刨花板的力學(xué)性能要求。3.3未來(lái)研究可集中于簡(jiǎn)化五硼酸銨和聚乙二醇的應(yīng)用過(guò)程,通過(guò)引入分散劑等其他中間體,先將五硼酸銨與PEG-2000復(fù)合,再與酚醛樹(shù)脂膠粘劑結(jié)合應(yīng)用,提高其作用效果。參考文獻(xiàn)[1] Sean T, Brunette 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