郑志锋,张宏健 ,温明明,吕　琼(西南林学院木质科学与装饰工程学院,云南昆明650224)
　　

粉状酚醛树脂胶粘剂作为一种高分子材料颗粒物,它具有一般粉体的共性,由于其主要是作为一种胶粘剂(高分子材料)应用于木材工业中,又具有其个性,其行为对其应用有很大影响[1～5].目前,由于没有建立起一套完整的粉状酚醛树脂胶粘剂的性能指标体系,对其应用存在一些盲目性,如对于不同的用途(液化后使用或直接使用),要求应用不同性能的粉状酚醛树脂.为此,本研究结合粉体的共性和木材工业中胶粘剂的个性,拟从以下方面初步建立粉状酚醛树脂胶粘剂的性能指标体系,为木材工业用粉状胶粘剂(包括粉状的脲醛树脂胶、酚醛树脂胶及三聚氰胺胶等)的制造和应用提供依据和指导,同时也可为粉状高分子材料的研究提供参考.

1　物理几合性能(一次物性)
1.1　外观和状态

外观和状态主要指颜色和内外部状态(如松散程度等),要求颜色均匀,无机械杂质、没有结块,松散,目前一般以目视法检验.一般情况下,粉状酚醛树脂胶粘剂的外观颜色为(淡)棕红褐色或淡黄色,其状态为松散的粉末固态,同时要求粉状酚醛树脂胶粘剂在贮存、运输、应用等过程中不吸潮(或吸潮较少)、不结块、不变质等,始终保持松散状态;若曝露在空气中,则会慢慢吸潮且颜色逐渐变深.

1.2　颗粒形状
颗粒的粒度和形状能显著影响粉末及其产品的性质和用途,如各种涂料中的颜料颗粒,其粒度以及形状对于涂料的着色力、遮盖力、成膜能力、稳定性等性能影响很大,大多数都须<2～3μｍ.形状是粉体颗粒最基本的特性之一,颗粒的形状直接影响到颗粒的集合、颗粒的流动与颗粒的输运过程,就连粒度本身也直接有赖于颗粒形状的确切表示.同时,还影响到颗粒群的许多性质,如比表面积、流动性、固着力和化学活性等.此外,颗粒的形状对其在运输过程中的悬浮速度有较大影响,同一种物料以球形颗粒的悬浮速度最大,其他各种不规则形状颗粒的悬浮速度就较小.为使产品某些性质优良,工业上对产品和添加剂的颗粒形状就有不同的要求,如对于涂料要求其固着力强、反光效果好,则其颗粒形状应以片状颗粒为宜.因此,颗粒形状对粉状酚醛树脂胶粘剂应是一个很重要的性能指标.

1.3　颗粒大小及其分布

粒度及粒度组成(分布)是粉体的重要物理特性参数,直接影响产品的工艺性能和使用性能,已在各行各业中受到广泛的重视,且测试颗粒粒度及其分布已成为保证产品质量的重要手段.真正的粉体产品(如粉末涂料、粉状胶粘剂)是粉末不同粒度在一定范围内的混合物,有一定的粒度分布.粉体的粒度分布决定于制造设备和工艺,而且根据用途控制不同的粒度分布.当粒度分布中过细粉末过多时,其干粉流动性不好,施工性能也不好;而粒度分布中过粗粉末过多时,胶膜的平整性(流平性)不好,可能对胶合强度有所影响[2].因此,颗粒大小及其分布也是粉状酚醛树脂胶粘剂的重要性能.

1.4　密度

粉末物料是固态,它的密度可分为真密度和表观密度(又叫假密度),表观密度又分为松散密度和装填密度,对于同一种粉体,装填密度大于松散密度,但小于真密度.这些密度中,真密度决定于原材料的品种和用量,对于在胶固化过程中不产生小分子化合物的粉末胶粘剂,差不多相当于胶膜的密度,当粉末胶粘剂的真密度太大时,粉末胶粘剂粗粒子的质量太重,会给直接施粉胶造成很大影响(如在粉末施胶中,对被施物的吸引力太差,粉胶固着率低);而真实密度太小时,粉末胶粘剂的粒子过轻,容易被气流带走,对被施物的固着率也降低,因此要把真密度控制在一定范围.一般对于粉末涂料来说,其真密度控制的范围为1.20～1.80ｇ/ｃｍ3.粉末胶粘剂的真密度为多少才适宜,目前还不得而知.

1.5　比表面积

比表面积是指单位体积或单位质量分散相所具有的表面积,它和粒度一起主要表征了颗粒体系的几何性质,且决定着颗粒体系的各种性质和行为.通过物料层的流体阻力是和流体接触的粒子表面积密切相关的,对于粉状酚醛树脂胶粘剂来说,这对粉末的分散(在直接施胶时要求粉末易于分散)和气力输送是很重要的参数.

2　力学性能（二次物性)
粉体的力学行为和流动特性是粉体储存、给料、输送、混合等单元操作及其装置设计的基础.

2.1　安息角
粉体作为一种粉末的集合体,除了具有自由流动的性能外,由于粉末粒子之间产生摩擦和粉末自身的重力等因素,粉体还具有阻碍流动,使之堆积的性能.当自由流动的粉体,从高处缓缓落下,在水平面上自然堆积成一个圆锥体,而达到静止状态时,锥体表面与水平面所形成的夹角(即倾斜角)叫做安息角或休止角、静止角(ａｎｇｌｅｏｆｒｅｓｔ,ａｎｇｌｅｏｆｒｅｐｏｓｅ).它也是反映粉体干粉流动性的重要数据,是对粉体的运输、管道输送、流化床流化等带来影响的参数.如对于静电粉末喷涂用粉末涂料的安息角一般为35°～45°,当安息角为40°以下时,粉末涂料的干粉流动性非常好,使用方便;若大于45°时,粉末涂料的干粉流动性不好,给粉末涂装中的管道输送等带来麻烦[6].
2.2　摩擦角
粉体由于颗粒间的摩擦力和内聚力而形成的角统称为摩擦角[.作为粉体重要特性之一的摩擦角是表示粉粒料静止和运动的力学特性的物理量,与气力输送最有关的是物料与管壁之间的壁摩擦角(即摩擦因数)和物料颗粒之间的内摩擦角.对于脉冲栓流输送,要求物料内摩擦角必须大于壁摩擦角,否则形成不了料栓.从以上的定义和分析可以看出,对于粉状酚醛树脂胶粘剂而言,为了保证其在输送和施胶过程中具有良好的流动性,这些指标是必须的,其中安息角可作为最主要的力学性能指标.

3　工艺性能(三次物性)
对于粉状酚醛树脂胶粘剂的工艺性能(应用性能)不仅应包括一般粉体的工艺性能(如流动性、喷流性、附着性等),还应具有高分子材料———胶粘剂的特性,特别是对于应用在木材工业中直接施胶的粉状酚醛树脂胶粘剂而言,其作为胶粘剂的特性尤为重要.

3.1　流动性
粉体的流动性对粉体的生产工艺、输送、储存、装填以及混合、喷撒等都是一项重要的性能.其中,压缩度(空隙率)是评价粉体干粉流动性的最重要参数之一.粉体的压缩度对其运输、堆放、流化床的流化、管道输送有很大影响,如一般粉末涂料的压缩度大于25%时使用就不太方便.粉体的压缩度是由装填密度和松散密度计算出来的数值,其计算公式如下:压缩度=(装填密度 松散密度)/装填密度×100%因此,粉状酚醛树脂胶粘剂流动性就显得比较重要.

3.2　流态化能力(流化特性)
将空气以一定速度渗入粉粒层时,颗粒因受气流包围而彼此在气流中运动,于是料层出现均匀膨胀,呈现出类似液体可以流动的性质称为流态化.物料的流态化同它保留充气的能力有关,且物料在充气流态化状态下的流动性对气力输送影响很大,其中颗粒的粒度对流态化能力影响很大.这一点对于粉状酚醛树脂胶粘剂的制备工艺参数及其直接应用究竟采用何种运输方式很重要,且流化特性可能会影响到直接施胶的均匀性;同时,粒径和密度对其流化特性影响很大,这在粉体制备和施胶时应加以控制和注意.

3.3　喷流性
喷流性是指物料在处理过程中,由于自动充气而流化,形成类似流体的性质,使物料产生粉尘或多组分体系产生离析.喷流性对粉状酚醛树脂胶粘剂的直接施胶(如喷粉施胶)是一个很重要的性能,它在很大程度上影响施胶的均匀性.对于喷流性来说,粉体的分散显得尤为重要,对粉状酚醛树脂胶粘剂的使用(直接或液态使用)更不容忽视.

3.4　流变学特性
考虑到粉末胶粘剂一般以粉末状态存在,若直接使用时,其必须熔融后,才能稳固地附着在被胶合物上,流平后固化成胶层,这就是其固化过程中的流变学特性,它对粉状酚醛树脂胶粘剂的湿润、固化等非常重要.

3.5　挥发份含量
粉体挥发份含量是指粉体中可以挥发的物质占总体重量的百分率,其中包括水和其他有机挥发份.粉状酚醛树脂胶粘剂的挥发份含量主要包括水份、游离甲醛和游离酚等.此外,粉体的含水量很重要,它直接影响到粉体运输装置的正常运转.

3.6　可被溴化物含量

可被溴化物含量是指酚醛树脂中能发生溴化反应的活性基团的摩尔量换算成苯酚质量占树脂总质量的百分数.从中可以看出,可被溴化物含量的高低是反映树脂活性基团的多少,从而直接影响到粉状酚醛树脂的应用性能.

3.7　熔融流动性
直接使用时,粉末胶粘剂(热固性)在固化过程中,第一步是粉末胶粘剂受热后熔融,由固态成为流动态(这当中刨花原料含水率的影响忽略不计),并由于压力、重力和表面特性而流动.在其交联固化反应开始之前,熔融体的粘度迅速下降;当交联固化开始后,熔融体的粘度开始上升,交联固化反应达到一定程度时,熔融的粉末胶粘剂就停止流动,最终完成交联固化成胶层.在胶粘剂固化过程中,形成连续的胶层是保证胶合强度的重要因素.因此,熔融流动性是评价粉状酚醛树脂胶粘剂(直接使用时)形成连续胶层能力的主要性能指标.

3.8　固化时间(凝胶时间)
固化时间是指粉末胶粘剂在固化温度下,从粉末熔融成液态到交联固化,直到胶粘剂不能拉成丝为止所需要的全部时间,以分或秒来表示.固化时间是评价粉末胶粘剂反应活性和固化反应速度的最简单方法.同时,从粉末胶粘剂的固化时间,可以预测粉末胶粘剂的最佳加热固化时间;测定不同温度下的固化时间,可以预测粉末胶粘剂的最佳加热固化温度.对于粉末胶粘剂(热固性)的固化时间的测定,应根据具体应用情况而定,若是直接应用粉末胶粘剂,则参照粉末涂料的胶化时间进行测定;若是调成液态胶粘剂使用的,则按照相应液态胶粘剂的测定方法进行.

3.9　贮存期贮
存期是指在一定条件下,胶粘剂仍然保持其操作性能、并能达到规定胶合强度的存放时间;贮存稳定性是指粉末胶粘剂经特殊条件贮存后,不发生结块,并能保持原来物理或化学性质的能力.贮存期与液态或粉状胶粘剂的分子量、粉化工艺参数、贮存环境等有关.粉状酚醛树脂胶粘剂的贮存期一般都比较长(1～2年),其测定方法可参照粉末涂料的贮存稳定性进行测定.

3.10　吸湿性和潮解性
粉体的吸湿性和潮解性跟原料特性和制备工艺有关(主要是粉体的比表面积大小,即粉体颗粒的表面能).物料吸湿就容易结块,影响输送能力,粉状酚醛树脂胶粘剂的吸湿还影响其贮存期和使用性能,这就要求粉状酚醛树脂胶粘剂应密封包装贮存.目前粉体吸湿性和潮解性的测定还没有一套定量的方法.

3.11　溶解性
粉体的溶解性不仅跟原料特性有关,还与粉体的颗粒形状、尺寸和粉料固化程度等有关,溶解性对粉状酚醛树脂胶调成液态来使用是应该考虑的指标.目前尚无统一的表示方法,只能借鉴其他物料的溶解性进行测定[2].

3.12　毒性

毒性是指对人畜的有害性,对于粉状酚醛树脂胶粘剂而言,其毒性主要包括:游离苯酚和游离甲醛,而粉状酚醛树脂胶粘剂的毒性相对于其液态胶来说是比较低的.

3.13　其他应用性能
粉状酚醛树脂胶粘剂的应用性能还应包括:热敏感性、腐蚀性、卫生性(如粉尘污染等)等.

4　参照标准及测试方法
由于粉状胶粘剂的标准还未见,本研究组认为可参照粉末涂料标准和一般粉体的测试方法,如《环氧/聚酯粉末涂料(ＨＧ/Ｔ2597-94)》、《电冰箱用粉末涂料(ＨＧ/Ｔ2006-91)》和《电子工业部部颁涂覆用环氧粉末标准(ＳＪ2168-82)》等.主要测试方法及标准可引用:表观密度———ＧＢ6554-86;装填密度———ＧＢ5061-85;流出性———ＧＢ6554-86;粒度分布———ＧＢ6554-86;固化时间(凝胶时间)———ＧＢ/Ｔ14074.12-93;水平流动性———ＧＢ6554-86;倾斜流动性———ＡＳＴＭＤ3451-76;不挥发物含量———ＧＢ6554-86;贮存稳定性———ＡＳＴＭＤ3451-76;可被溴化物———ＧＢ/Ｔ14074.14-93等.

5　指标体系

应用实例及结论通过以上性能指标体系的建立和分析、评价,根据(或参照)以上测试方法及标准测试了5种粉状酚醛树脂胶粘剂的一些常规性能(表1).按照此指标体系,可基本获得粉状酚醛树脂胶粘剂的性能,满足其生产质量控制和应用方面的要求.