摘要：根據(jù)角蛋白改性劑的特性，在試驗(yàn)基礎(chǔ)上，同時(shí)在吸塑門板生產(chǎn)線上進(jìn)行了生產(chǎn)中試，研究了其作為改性劑生產(chǎn)Eo級(jí)門板的可行性，結(jié)果表明：角蛋白改性劑提高了模壓板材的力學(xué)性能，進(jìn)一步提高了成品板質(zhì)量，在降低甲醛釋放量上也有顯著的效果，可生產(chǎn)Eo級(jí)吸塑門板；在提高板材的力學(xué)性能方面，粉狀改性劑比膏狀改性劑效果更好，并根據(jù)中試結(jié)果綜合分析，得出制作較佳力學(xué)性能模壓板材的方案為粉狀改性劑添加10%。
角蛋白廣泛存在于生物體中，是一種可再生資源，但通常被作為廢物而丟棄。然而，作為一類材料力學(xué)特性良好的可降解天然高分子，角蛋白已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。角蛋白是外胚層細(xì)胞的結(jié)構(gòu)蛋白，廣泛存在于生物體的組織結(jié)構(gòu)中。角蛋白按成分和結(jié)構(gòu)可分為儀角蛋白和D角蛋白。Ⅸ角蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)為儀螺旋，緊密的a螺旋和肽鏈間的大量雙硫鍵側(cè)鏈交聯(lián)結(jié)構(gòu)使a角蛋白具有高度的化學(xué)和物理穩(wěn)定性。Ⅸ角蛋白的伸縮性很好，在熱水、堿液或者蒸汽中可以拉長，此時(shí)儀角蛋白會(huì)由螺旋轉(zhuǎn)變成折疊，即角蛋白的多肽鏈會(huì)由蜷曲狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樯煺範(fàn)顟B(tài)。b角蛋白主要存在于鳥類和爬蟲動(dòng)物中。由于角蛋白具有優(yōu)異的生物學(xué)特性和良好的材料力學(xué)性能，通過財(cái)它檢測(cè)分析及其物理化學(xué)改性，已經(jīng)在材料、生物、醫(yī)學(xué)等方面得到比較廣泛的應(yīng)用。
我國是個(gè)制革和肉類消費(fèi)大國，每年產(chǎn)生的皮革和肉類邊角料高達(dá)240多萬t，而這些含80%膠原蛋白的邊角料如果被充分利用的話，對(duì)于緩解環(huán)境污染問題將是一大貢獻(xiàn)。這些邊角料在酸、堿或酶的作用下會(huì)發(fā)生水解，產(chǎn)生大量的親水基團(tuán)和活性基團(tuán)（羧基，氨基，羥基等），甲醛與含有氨基的物質(zhì)反應(yīng)，會(huì)使游離甲醛濃度降至某一很限范圍；合成的動(dòng)物角蛋白膠自身也能替代部分脲醛膠膠接木材，從而減少了脲醛膠的使用量，降低了生產(chǎn)成本。
為了提高室內(nèi)板材的環(huán)保水平，改善居民的居住環(huán)境，生產(chǎn)出Eo級(jí)的吸塑門板，該實(shí)驗(yàn)室與樺甸市惠邦木業(yè)有限責(zé)任公司聯(lián)合攻關(guān)，把新型添加劑角蛋白作為改善吸塑門板的有效物質(zhì)，利用其本身是動(dòng)物膠黏劑的優(yōu)點(diǎn)，克服以往添加三聚氰胺作為降醛劑成本高、常規(guī)甲醛捕捉劑降低力學(xué)性能的缺點(diǎn)，這種新的探索旨在降低模壓纖維板的甲醛釋放量，生產(chǎn)出Eo級(jí)產(chǎn)品，并且進(jìn)行了生產(chǎn)中試。
1材料與方法
1.1實(shí)驗(yàn)原理
研究選取兩段式的熱壓曲線（如圖1），在較高壓力，熱壓時(shí)間，熱壓溫度等熱壓參數(shù)不變的條件下，添加不同含量的改性劑壓制門板，測(cè)出吸塑門板的靜曲強(qiáng)度、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度等力學(xué)性能指標(biāo)，研究角蛋白改性劑對(duì)吸塑門板質(zhì)量的影響并分析掌握角蛋白改性劑添加量對(duì)吸塑門板質(zhì)量影響的規(guī)律，進(jìn)而得出控制板材較佳性能的工藝參數(shù)。
1.2試驗(yàn)材料與設(shè)備
材料：木材纖維（硬雜木混合纖維），樺甸市惠邦木業(yè)有限公司生產(chǎn)；脲醛樹脂膠黏劑，自制，性能指標(biāo)如下：固體含量52%—54%，pH值7.0—8.0，黏度(20℃)20—50mPa-s，游離甲醛含量<0.2%，固化時(shí)間50—70s，適用期(20℃)>30d；動(dòng)物角蛋白（膏狀：固體含量82%—94%，粉狀）；氯他銨。
設(shè)備：削片機(jī)，lx-950，產(chǎn)自瑞典；熱磨機(jī)，XLR-1000KN型，產(chǎn)自瑞典；氣流鋪裝機(jī)，MWE-40A；自制干燥機(jī)；運(yùn)輸機(jī)；自制多層干法熱壓機(jī)等。
試件尺寸（長×寬×厚）為2160mm×930mm×Smm，壓制板材密度l.12—l.15g/cm3。
1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)
1)為了研究角蛋白改性劑對(duì)板材性能的影響，分別添加粉(D)、膏(W)狀角蛋白改性劑，添加量均為2%、4%、6%、8%和10%壓制模壓板進(jìn)行單因素試驗(yàn)，測(cè)定其靜曲強(qiáng)度、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度、表面結(jié)合強(qiáng)度、吸水厚度膨脹率和甲醛釋放量等，確定制作吸塑門板的較優(yōu)方案。
2)D、W型角蛋白添加8%，測(cè)定靜曲強(qiáng)度和表面結(jié)合強(qiáng)度，添加10%測(cè)定內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度和吸水厚度膨脹率，同時(shí)與未添加改性劑(N)的模壓板材進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，每組5個(gè)重復(fù)取其平均值。
根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)要求，確定熱壓參數(shù)為：熱壓壓力7MPa，施膠量l80kg/m3，固化劑添加量1.56kg/m3，纖維素含水率10%，熱壓溫度160℃，熱壓時(shí)間225s，壓板閉合速度4.83—9.67mm/s。
2試驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1單因素試驗(yàn)結(jié)果分析
根據(jù)生產(chǎn)線的實(shí)際情況，將角蛋白改性劑的添加量作為蓽一變量進(jìn)行試驗(yàn)，目的是研究角蛋白改性劑添加量對(duì)模壓纖維板板材力學(xué)性能的影響規(guī)律。
2.1.1角蛋白改性劑對(duì)靜曲強(qiáng)度的影響
由圖2分析可知，添加D型（粉狀）改性劑后，板材試件的靜曲強(qiáng)度隨著改性劑添加量的增加而增強(qiáng)，當(dāng)添加量為8%時(shí)靜曲強(qiáng)度達(dá)到較大值，但添加量繼續(xù)增大到10%時(shí)，靜曲強(qiáng)度出現(xiàn)下降；添加W型（膏狀）改性劑后，試件的靜曲強(qiáng)度隨改性劑添加量的增加整體呈上升趨勢(shì)。由數(shù)據(jù)分析可知粉狀改性劑效果好于膏狀改性劑，且較優(yōu)方案為D型改性劑，添加量8%。
2.1.2角蛋白改性劑對(duì)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響
添加兩種角蛋白改性劑后壓制吸塑門板測(cè)定的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度結(jié)果如圖3所示，D型和W型改性劑對(duì)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響趨勢(shì)并不相同。內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度隨D型角蛋白添加量的增加略微上升，當(dāng)增加到10%時(shí)，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度有大幅度的增強(qiáng)達(dá)到0.94MPa；W型改性劑的添加量為4%時(shí)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度較大，僅為0.84MPa，當(dāng)添加量很過4%后內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度逐漸下降。因此，確定較優(yōu)方案為D型改性劑，添加10%。
2.1.3角蛋白改性劑對(duì)表面結(jié)合強(qiáng)度的影響
圖4所示是添加了兩種角蛋白改性劑的吸塑門板的表結(jié)合強(qiáng)度。由圖可知，對(duì)于粉狀改性劑，隨著添加量增加，表結(jié)合強(qiáng)度整體呈上升趨勢(shì)。由數(shù)據(jù)分析可知較優(yōu)方案為10%。對(duì)于膏狀改性劑，當(dāng)添加量很過4%以后，隨著改性劑的添加量增加，表結(jié)合強(qiáng)度逐漸下降。綜合所有數(shù)據(jù)分析：較優(yōu)方案為D型角蛋白改性劑，添加量10%。
2.1.4角蛋白改性劑對(duì)吸水厚度膨脹率的影響
圖5是角蛋白改性劑對(duì)板材吸水厚度膨脹率的影響結(jié)果，可以看m隨著改性劑添加量的增加，吸水厚度膨脹率也整體呈上升趨勢(shì)。當(dāng)添加量小于8%，W型添加劑吸水厚度膨脹率明顯大于D型添加劑，由數(shù)據(jù)分析可知，較優(yōu)方案為D型添加量20/0。隨著改性劑添加量的增加，很過一定范圍后，吸水厚度膨脹率整體呈下降趨勢(shì)。
另外，可以看出整體上的結(jié)果數(shù)據(jù)都比標(biāo)準(zhǔn)（企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QfHDHBM.01-2011）吸水厚度膨脹率I5%高，這可能是纖維自制施膠導(dǎo)致膠黏劑分布不均勻，板材的有些部分不是膠黏劑接合導(dǎo)致的板坯結(jié)構(gòu)松散引起的。
2.1.5角蛋白改性劑對(duì)甲醛釋放量的影響
甲醛釋放量是衡量人造板物理性能非常重要的指標(biāo)，該性能的優(yōu)劣直接影響其實(shí)際使用效杲，從圖6中可以看出，粉狀（D型）改性劑比膏狀（W型）改性劑的降醛效果好。隨著角蛋白添加量的增加，吸塑門板的甲醛釋放量呈明顯下降趨勢(shì)，不添加角蛋白時(shí)，甲醛釋放量高達(dá)10mg/100g，吸塑門板等級(jí)為E，級(jí)；角蛋白添加量增加到6%時(shí)，甲醛釋放量分別減少為2.8和3.2mg/100g，吸塑門板等級(jí)為E。級(jí)；當(dāng)添加量到10%時(shí)，甲醛釋放量數(shù)值分別達(dá)到0.89和1mg/100g,模壓纖維板等級(jí)為很Eo級(jí)（大亞集團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)）。從該圖可以推斷m，角蛋白能夠很好地捕捉到游離醛，而角蛋白之所以能夠吸收游離醛，是因?yàn)槠浜胸S富的氨基衍生物，它與甲醛的反應(yīng)機(jī)理同尿素與甲醛的反應(yīng)機(jī)理相似。
2.1.6提高角蛋白改性脲醛樹脂膠黏劑吸塑門板耐水性的實(shí)驗(yàn)
為了提高模壓纖維板的耐水性能，加入自主研制的防水劑（不飽和二元酸與多元醇按質(zhì)量比3:1混合）研究對(duì)其耐水性能的影響，以確定在保證吸塑門板吸水厚度膨脹率合格條件下的較優(yōu)方案，試驗(yàn)結(jié)果見圖7。
隨著防水劑的添加量增加，吸水厚度膨脹率逐漸下降，吸塑門板耐水性能提高。綜合考慮各因素，防水劑添加量較優(yōu)方案確定為6%。
2.2對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果分析
D、W型角蛋白均添加8%，壓制吸塑門板瀏定靜曲強(qiáng)度和表結(jié)合強(qiáng)度，添加10%測(cè)定內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度和吸水厚度膨脹率，同時(shí)與未添加改性劑(N)壓制的模壓板材的主要性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果如圖8所示。
由靜曲強(qiáng)度的對(duì)比值可知，添加角蛋白改性劑后板材的靜曲強(qiáng)度高于未添加改性劑的板材。其中，添加了D型角蛋白改性劑的靜曲強(qiáng)度略高于W型，綜合來看，較優(yōu)方案為D粉狀。
對(duì)于內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度來說，添加改性劑后板材的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度略高于未添加改性劑的板材，其中，添加了粉狀改性藥劑板材(D)的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度略高于添加了膏狀改性劑 板材(W)的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度。綜合來看，較優(yōu)方案為D粉狀。
表面結(jié)合強(qiáng)度的變化趨勢(shì)與內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度類似，添加角蛋白改性劑的板材表結(jié)合強(qiáng)度略高于未添加改性 劑的板材(N)，其中，添加了粉狀改性劑板材(D)的表 結(jié)合強(qiáng)度略高于添加了膏狀改性劑板材(W)的表結(jié)合強(qiáng)度。綜合來看，較優(yōu)方案為D粉狀。
由模壓板材吸水厚度膨脹率的對(duì)比結(jié)果，可以看 出添加了角蛋白改性劑的板材的吸水厚度膨脹率低 于未添加角蛋白改性劑板材(N)的吸水厚度膨脹率 值；改性劑的添加降低了模壓門板吸水厚度膨脹率， 其中，添加粉狀改性劑的板材吸水厚度膨脹率也低于 膏狀改性劑，并且兩者的數(shù)值都高于15%。綜合來看， 較優(yōu)方案為D粉狀。添加改性劑后力了滿足企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/HDHBM.01-2011的吸水厚度膨脹率小于15%的要求，必須通過添加防水劑提高吸塑門 板的防水效果。
1)角蛋白改性劑的添加提高了模壓纖維板的力學(xué)等模壓板材的基本性能，進(jìn)一步提高了吸塑門板的質(zhì)量。
2)在提高吸塑門板的力學(xué)性能方面，粉狀角蛋白改性劑比膏狀角蛋白改性劑效果更好。
3)從添加自制防水劑對(duì)吸塑門板吸水厚度膨脹率影響來看，隨著防水劑添加量的增加，模壓板材吸水厚度膨脹率數(shù)值逐漸下降，為提高吸塑門板耐水性能，綜合考慮各方面因素，防水劑添加量較優(yōu)方案為6%。
4)粉狀(D)角蛋白改性劑降醛效果好于膏狀(W)角蛋白改性劑。隨著角蛋白添加量的增加，模壓纖維板的甲醛釋放量明顯下降，角蛋白改性劑添加量為6%時(shí)，甲醛釋放量分別減少到2.8和3.2mg/100g，模壓纖維板等級(jí)為Eo級(jí);當(dāng)添加量增加到10%時(shí)，甲醛釋放量僅0.89和1mg/100g，模壓纖維板等級(jí)為很Eo級(jí)。
5)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)杲綜合分析，得出制作較佳力學(xué)性能吸塑門板的方案為粉狀改性劑添加量10%。
