Effects of weight average molecular mass of phenol-formaldehyde adhesives on medium density fiberboard performance

Abstract

This study was conducted to investigate the effects of weight average molecular mass $(\bar M_W )$ of phenol-formaldehyde (PF) adhesives on the performance of medium density fiberboard (MDF). To obtain different $\bar M_W$ PF resins, a series of PF resoles were prepared by blending low $\bar M_W$ (LMW) and high $\bar M_W$ (HMW) resins in different proportions. Six blending ratios of LMW:HMW were chosen: 100:0, 80:20, 60:40, 40:60, 20:80, and 0:100. The prepared resins were characterized with size exclusion chromatography (SEC) for their $\bar M_W$ determination and differential scanning calorimetery (DSC) for thermal cure kinetics. As the proportion of HMW was increased, $\bar M_W$ and hence the viscosity of adhesives increased. The thermal curing kinetics of the blended resins obtained by DSC showed that total thermal energy (ΔH) and activation energy (Ea) of cure decreased with increasing resin $\bar M_W$ as determined by SEC. Test result for a series of fiberboards prepared with the blended, resins showed that the LMW:HMW blending ratio of 40:60 gave the highest internal bond (IB) strength. The optimum viscosity of PF resin was approximately 300 mPa.s. The maximum values of MOR and MOE were found at a blending ratio of 80:20 (LMW:HMW). The density profile indicated that MOR and MOE were influenced by the maximum density of the board surfaces while the IB correlated to the minimum density in the core regions of the board.

Zusammenfassung

In dieser Arbiet wird der Einfluß des Gewichtsmittels der Molmasse von PF-Harzen auf die Qualität von MDF-Platten untersucht. Eine Reihe von PF-Resolen wurde als Mischung von Harzen mit niedriger (LWM) and hoher Molmasse (HMW) hergestellt. Sechs Mischungsverhältnisse wurden ausgewählt: 100:0, 80:20: 60:40, 40:60, 20:80 und 0:100. Die Molmasse der Harze wurde durch Gelpermeations-Chromatographie (GPC) bestimmt, ihre Aushärtcharakteristik mittels DSC. Mit zunehmendem Anteil an HMW steigt die Molmasse und damit die Viskosität. Die thermische Analyse der Harze ergab, daß ihre Gesamtenthalpie (ΔH) und Aktivierungsenergie der Aushärtung (Ea) sich Verringern mit steigender Molmasse. Testversuche an MDF-Platten, die mit verschiedenen Harzmischungen hergestellt waren zeigten die höchsten Querzugfestigkeit (IB) bei einmen Verhältnis von 40:60 (LMW:HMW). Die optimale Viskosität der PF-Harze lar bei 300 mPa.s. Die höchsten Werte Für MOR und MOE ergaben sich bei einer Mischung von 80:20. Die Dichteprofile der Platten Zeigen, daß MOR und MOE von der maximalen Dichte der Plattenoberfläche abhängen, Während die Querzugfestigkeit mit der minimalen Dichte im Kern korreliert ist.