类型a：学术研究报告

作者及发表信息
本研究由Orhan Kelleci、Suheyla Esin Koksal、Deniz Aydemir和Semih Sancar合作完成，发表于2022年12月15日的*Journal of Cleaner Production*（第379卷，第二部分，文章编号134785）。

学术背景
本研究属于木材复合材料与环保胶黏剂领域，聚焦于降低人造板（尤其是刨花板，Particleboard, PB）生产中的甲醛排放问题。尿素甲醛树脂（Urea-Formaldehyde, UF）是木材复合材料工业中最常用的热固性胶黏剂，但其甲醛释放对环境和人体健康有害。过去的研究多关注化学发泡剂或与其他树脂混合改性，但天然发泡剂的应用较少。本研究旨在通过物理发泡技术（使用天然发泡剂）提高UF树脂的利用率，减少胶黏剂用量（降低30%），同时提升刨花板的力学性能并减少甲醛释放，实现清洁生产。

研究流程
1. 材料准备
- 胶黏剂与发泡剂：采用65%固含量的UF树脂、30%固含量的硫酸铵（Ammonium Sulfate, AS）作为固化剂，天然发泡剂为蛋清（Egg White, EW）和血粉（Blood Flour, BF）。
- 木材原料：核心层（Core Layer, CL）木屑，含水率2%，包含75%裸子植物（如黑松、苏格兰松）和25%被子植物（如东方山毛榉、白杨）。

1. 发泡工艺

   • 将UF树脂与EW在1000 rpm下机械搅拌5分钟，体积膨胀4–7倍；BF因无法发泡，直接作为填料加入木屑。
     
   • 发泡后的UF通过气压喷枪（5 bar）均匀喷涂于木屑表面。
     

2. 刨花板制备

   • 单层结构刨花板（尺寸400×400×16 mm，目标密度740 kg/m³），采用三种UF固含量（7%、10%、13%）对比实验。
     
   • 热压条件：190°C、32 bar压力、360秒。
     

3. 性能测试

   • 物理性能：密度分布、厚度膨胀率（Thickness Swelling, TS）、吸水率（Water Absorption, WA）。
     
   • 力学性能：内结合强度（Internal Bond, IB）、弹性模量（Modulus of Elasticity, MOE）、螺钉握裹力（Screw Resistance, SR）。
     
   • 甲醛释放：采用穿孔法（Perforator Method, TS 4894 EN 120）检测。
     
   • 形貌表征：扫描电镜（SEM）观察发泡UF的孔隙结构。
     

主要结果
1. 发泡效果
- SEM显示发泡UF形成直径达500 μm的孔隙（图8a-b），体积膨胀4–7倍，显著增加胶黏剂覆盖面积。

1. 力学性能提升

   • 7% UF发泡后，IB强度提高38%（从0.31 MPa至0.42 MPa），MOE提升35%（从2465 MPa至3339 MPa）。
     
   • 10% UF发泡后，IB强度提升68%（从0.33 MPa至0.56 MPa），且达到与未发泡13% UF相当的强度，证明胶黏剂用量可减少30%。
     

2. 甲醛排放降低

   • 发泡后刨花板的甲醛释放量（2.5–5.1 mg/100 g）显著低于未发泡对照组（3.95–7.31 mg/100 g），降幅达56%。
     

3. 物理性能稳定性

   • 发泡对密度分布和TS无显著影响，但高盐分（AS）可能导致TS值略高。
     

结论与价值
本研究通过天然发泡技术（EW）实现了UF树脂的高效利用，在减少30%胶黏剂用量的同时，提升了刨花板的力学性能并降低甲醛排放。其科学价值在于揭示了物理发泡对胶黏剂分布和界面结合的优化机制；应用价值在于为木材工业提供了一种低成本、环保的生产方案。以日均生产1000 m³刨花板的工厂为例，采用该技术每月可节省150吨UF树脂，显著降低成本和环境负荷。

研究亮点
1. 创新方法：首次系统研究天然发泡剂（EW/BF）在UF树脂中的应用，避免化学发泡剂的污染风险。
2. 性能突破：发泡工艺使胶黏剂覆盖率提升，力学性能提高30%以上，且甲醛排放满足E1标准（ mg/100 g）。
3. 工业适配性：工艺简单，可直接整合至现有生产线，无需额外设备投入。

其他发现
- BF虽未能发泡，但作为填料可提升IB强度（14%），可能与纤维增强效应有关。
- 高UF用量（13%）时发泡效果减弱，提示需优化发泡倍数与树脂浓度的匹配关系。