CN101524857A - 一种无醛胶合板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无醛胶合板,其包括相邻层为交叉结构或平行结构组合而成的若干层单板,在相邻所述单板之间设置胶层,所述胶层的胶粘剂为异氰酸酯。本发明还包括上述无醛胶合板的制造方法,在常规的胶合板制造方法中,使用异氰酸酯胶粘剂,其工序中的热压时间缩短,热压温度降低,单板含水量放宽要求,在胶合板施胶工序中采用喷雾施胶方法,使得板材的施胶量大大减小。因此,本发明提供的无醛胶合板不仅甲醛释放量远远低于相关标准,同时工艺更加合理。
Description
技术领域
本发明属于人造板行业中的胶合板及其制造技术领域,涉及一种无醛胶合板及其制造方法。
背景技术
胶合板是人造板产业不可缺少的重要组成部分,是实现林业可持续发展战略和有效利用木材资源的重要手段。2007年我国胶合板产量达到3561.56万立方米,比2006年增长30.52%,占全部人造板产量的40.29%;我国胶合板85%以上作为家具和室内装修材料,当前胶合板生产所采用的胶粘剂主要的是脲醛树脂胶粘剂,其次为酚醛树脂胶粘剂和三聚氰胺改性的脲醛树脂胶粘剂。这几种胶粘剂均为醛类胶黏剂,其最突出的问题是释放出的甲醛对人体产生巨大的危害。随着人类社会的进步,人们对环保意识和身体健康意识的加强,引起了对人造板甲醛释放量的关注,并着手解决甲醛释放问题。早在上世纪60年代就有人着手研究解决甲醛释放对环境污染和对人体危害的问题;进入90年代在欧洲以及美国和日本均制定了严格控制甲醛释放的标准,欧洲和日本相应地出台了E0、E1、E2级和FC0、FC1、FC2控制甲醛释放量的等级,我国于2000年颁布了“室内装饰装修材料人造板及制品中甲醛释放限量”强制性国家标准GB/T18580-2001,同时执行不符合标准要求的人造板产品禁止在市场上销售的规定。2007年以来,欧盟部分实木复合地板进口商已经向我国的出口商提出要求生产无醛实木复合地板;而作为全球市场风向标的美国,其最大的州加利福尼亚州于2007年4月份立法,将逐步限制脲醛胶制造的胶合板在加州使用,到2010年禁止醛类胶黏剂胶合板在加州销售使用,由此可见,解决甲醛释放量问题和生产环保绿色人造板产品是关系到人造板产业生存和发展的关键所在。
异氰酸酯属于非醛类胶黏剂,已经在刨花板、定向刨花板、中密度纤维板、集成材和表面装饰板等方面得到广泛的应用(顾继友,胶粘剂与涂料,中国林业出版社,2001)。异氰酸酯胶粘剂最显著的优点是属于非醛类胶黏剂,用异氰酸酯生产的板材的甲醛释放量与原木的甲醛释放量检测值一致。受传统的观念束缚,目前还未见到将异氰酸酯胶黏剂直接用于胶合板的生产。主要原因:首先:胶合板的施胶方法为辊筒涂胶、淋胶或挤胶,其施胶量较高,脲醛胶黏剂为220-340g/m2,酚醛胶黏剂为150-300g/m2;其次,传统观念认为胶合板的涂胶量一般大于200g/m2。而异氰酸酯的成本为15000-25000元/吨之间,是脲醛胶粘剂的5-6倍,是酚醛树脂2-3倍,采用异氰酸酯生产胶合板,其成本太高。现有的技术是将异氰酸酯作为固化剂或交联剂用于生产胶合板,例如:
广州营林工程技术研究所采用普通玉米淀粉,通过丙烯酰胺接枝改性,同时采用封闭型异氰酸酯和三羟甲基苯酚(TMP)作交联剂,合成了一种改性玉米淀粉胶粘剂生产II类胶合板(见“粘接”2008,29(6))。
北华大学将玉米淀粉酯化制成玉米淀粉乳液,以异氰酸酯胶为固化剂,制造胶合板(见中国胶粘剂2006,15(1),北华大学学报:自然科学版,2004.5(4);林业科学,2003,39(5);CN1962214和ZL200510016573.4)。
中国林业科学研究院林产化学工业研究所采用三聚氰胺对脲醛树脂进行改性,过程中加入了1%的异氰酸酯类固化剂可以在提高胶合性能的同时降低甲醛释放量.(见“林产化学与工业”2005,25(1))。
中南林学院以水性异氰酸酯胶粘剂和乳白胶混合试制胶合板和细木工板(见林产工业,2004,31(2))。
北华大学交通建筑工程学院将采用亚硫酸氢钠进行异氰酸酯封闭处理后作为交联剂与胶乳作为胶黏剂生产胶合板、细木工板各项性能指标达到国标要求(见林产工业,2003,30(2))吉林林业科技,2001,30(2))。
吉林林学院用二元酸与玉米淀粉进行酯化反应,形成半酯化玉米淀粉悬液,加入水溶性高聚物作为稳定剂,制成玉米淀粉胶粘剂主剂,调胶时加入工业面粉和异氰酸酯化合物,制得实用玉米淀胶粘剂生产胶合板(见林产工业,1999,26(6))。
南京林业大学提供了一种竹青增强胶合板,竹青篾条采用异氰酸酯胶粘剂、单板采用酚醛树脂胶粘剂施胶经组坯热压生产竹青增强胶合板(ZL200510038523.6)。
综上所述,现有技术中还没有在胶合板中直接使用异氰酸酯作为胶粘剂的例子。现有技术中用异氰酸酯只是作为其他胶黏剂的固化剂使用,所用的施胶方法为辊筒涂胶法,其施胶量一般为200-350g/m2,现有技术中添加异氰酸酯一般在10-20%之间,其添加量为20-70g/m2之间,再加上其他胶黏剂,采用现有的技术生产的胶合板成本较高。
发明内容
本发明的目的是改进现有技术的不足,提供一种其中的胶粘剂不含甲醛、无甲醛释放的低成本无醛胶合板;
本发明的另一个目的在于提供上述无醛胶合板的制作方法。
为实现上述目的,本发明采取以下技术方案:
本发明提供的无醛胶合板包括其相邻层为交叉结构或平行结构组合而成的若干层单板,在相邻所述单板之间设置胶层,所述胶层的胶粘剂为异氰酸酯。
本发明提供的无醛胶合板中,所述的每个胶层异氰酸酯的原料施胶量可以为10-80g/m2。
本发明提供的无醛胶合板通过使用不含醛类的异氰酸酯胶粘剂可以解决释放甲醛的问题,本无醛胶合板的甲醛释放量与原料单板的甲醛释放量相当,远远低于国标E0级规定的0.5mg/L,实现了无醛的目标。
本发明提供的所述无甲醛胶合板的制造方法,其主要工艺步骤包括:(一)单板制造、(二)单板干燥、(三)施胶、(四)组坯、(五)热压、(六)后期处理,其特征是,在施胶工序中所使用的胶黏剂为异氰酸酯胶黏剂。
在本无甲醛胶合板的制造方法的所述施胶工序中,采用喷雾施胶方法。
所述喷雾施胶,是有气流喷雾施胶,所采用的气压在0.2-0.35MPa,喷嘴的直径为0.25mm-1.3mm。
所述喷雾施胶,也可以是无气流喷雾施胶,所采用的胶液输出压力在5~40MPa,喷嘴的直径为0.22mm-1.3mm。
在本发明的所述施胶工序中,采用单面施胶方法,即将胶黏剂喷在单板的松面或紧面上,单位面积异氰酸酯的施胶量为10-80g/m2;也可以采用双面施胶方法,即将胶黏剂喷在单板的松面和紧面上,单位面积异氰酸酯的施胶量为5-40g/m2。施胶量可以根据气流大小,喷嘴直径,胶液的黏度,喷枪的滑走速率或喷枪个数以及单板的行走速度等确定。
在本无甲醛胶合板的制造方法中的所述单板干燥工序中,所述单板的含水率可以控制在25%以下。
在本无甲醛胶合板的制造方法中的所述热压工序中,热压温度为80-140℃,热压压力为0.8-2.0MPa,热压时间:0.5-1.2min/mm。
本发明提供的无甲醛胶合板,首次将异氰酸酯胶黏剂应用到胶合板上,异氰酸酯属于非醛类胶黏剂,本无醛胶合板的甲醛释放量与原料单板的甲醛释放量相当,远远低于国标E0级规定的0.5mg/L,实现了无醛的目标。在本发明提供的无甲醛胶合板的制造方法中,采用喷雾施胶方法将施胶量降低到10-80g/m2,产品与脲醛胶黏剂生产的胶合板的成本相当,降低了成本;另外,由于异氰酸酯具有良好的胶合性能,使产品的性能达到一类胶合板的性能指标要求;在热压固化过程中,采用异氰酸酯胶黏剂与普通胶黏剂相比可以降低热压温度,减少热压时间和热压压力,从而减少能耗;采用异氰酸酯胶黏剂可以将胶合板板坯的含水率提高到25%,减少了单板的干燥能耗;采用异氰酸酯由于润湿性和渗透性好,在短时间内在与单板充分润湿,因此,与普通的胶合板制造工艺相比,减少了陈放和预压工序。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
以下以杨木为原料,本发明提供的无甲醛胶合板包括相邻层为交叉结构或平行结构组合而成的若干层单板,在相邻所述单板之间设置胶层,所述胶层的胶粘剂为异氰酸酯。
具体的制造方法包括如下步骤:(一)单板制造、(二)单板干燥、(三)施胶、(四)组坯、(五)热压、(六)后期处理。在干燥、施胶、组坯、热压等主要工序中出现的关键工艺参数如:板坯含水率、施胶量、陈放时间、热压温度、热压压力和热压时间等,经过系统的研究,得到下面的具体实施例。
原料杨木:胸径20cm采取自河北,文安。所使用的胶粘剂为异氰酸酯胶粘剂,其学名为二苯基亚甲基二异氰酸酯(MDI),制作中在单板之间的涂胶量:10-80g/m2,采用单面喷胶方法,将胶粘剂均匀地喷在有原料杨木经旋切得到的单板的松边或紧边上;热压温度为100-140℃;热压压力:0.4-1.6MPa;热压时间:1.0-2.0min/mm;胶合强度测定实验试件处理按标准GB/T 17657-1999中规定的I类胶合板处理方法进行。具体地:
(一)单板制造
将杨木截成长度为2500mm的木段,采用无卡轴旋切机或有卡轴旋切机将其旋切成厚度分别为2mm的单板,再将其裁成宽度为1300的单板。
(二)单板干燥
采用通常的胶黏剂生产胶合板,干燥过程中单板含水率一般控制在5-10%之间,若高于15%在压板过程容易引起鼓泡现象。而使用异氰酸酯胶粘剂,从表1可以看出,即使板坯的含水率达到25%,板坯也没有发生鼓泡现象。这与异氰酸酯和普通胶黏剂固化机理不同有关,异氰酸酯在固化过程中不仅不释放水分子,而且还吸收单板中的水分参与反应,故可将板坯的含水率提高到25%。从表1可以看出,板坯的含水率对胶合板的胶合性能影响不大,在所研究的含水率范围内,产品的胶合强度均超过I类胶合板中规定的胶合强度大于0.7MPa的要求,产品的甲醛释放量远远小于标准中E0级规定的0.5mg/L甲醛释放量,与杨木单板的甲醛释放量0.05mg/L相当。而放松板坯含水量的要求,可以减少单板干燥过程的能耗。
表1板坯含水率对胶合强度的影响
(三)施胶
目前国内的胶合板主要采用辊筒涂胶、部分采用淋胶、挤胶,没有采用喷胶的,喷胶通常是应用在刨花板或纤维板的施胶过程中,而喷胶有两种方式,普通喷胶和压力喷胶法,其中:普通喷胶法胶液损失大,只有在人造板基材表面喷涂时使用;而压力喷胶法效率高,胶损少,但胶量控制困难,现有的胶合板生产技术没有采用喷胶施胶的(胶合板制造学,陆仁书主编,中国林业出版社(第二版),1997,人造板工艺学,华毓坤主编,中国林业出版社,2002)。
而本发明的胶合板制造方法中采用喷雾的施胶方式,所述喷雾施胶,可以是有气流喷雾施胶,所采用的气压在0.2-0.35MPa,喷嘴直径0.25mm-1.3mm。
所述喷雾施胶,也可以是无气流喷雾施胶,所采用的胶液输出压力在5~40MPa,
喷嘴直径0.22-1.3mm。
所述的喷胶方法中,可采用单面施胶方法,即将胶黏剂喷在单板的松面或紧面上,单位面积异氰酸酯的施胶量为10-80g/m2;也可以采用双面施胶方法,即将胶黏剂喷在单板的松面和紧面上,单位面积异氰酸酯的施胶量为5-40g/m2。施胶量可以根据气流大小,喷嘴直径,胶液的黏度,喷枪的滑走速率或喷枪个数以及单板的行走速度等确定。
由表2可知,随着异氰酸酯用量的增多,产品的胶合强度有逐渐上升的趋势,由于异氰酸酯具有良好润湿性和渗透性,且异氰酸酯和木材组分中的羟基反应,在木材和胶层之间生成氨基甲酸酯共价键,同时和木材中的水分反应生成聚脲,因此随着施胶量的增加,胶合强度增加。此外,施胶量的增加不可避免地带来了生产成本的增加。从胶合强度看,施胶量在10g/m2时,产品的胶合强度就已经超过国标强度要求0.7MPa,施胶量的选择可以依据目标产品的要求来确定。
表2施胶量对胶合强度的影响
(四)组坯
采用顺纹组坯或交叉结构组坯。普通胶黏剂需要采用陈化和预压,由于异氰酸酯胶黏剂渗透性好,如果陈放时间过长,胶黏剂会产生过度渗透,降低胶合性能。由于异氰酸酯胶黏剂没有初黏度,采用预压不仅达不到预期减小板坯厚度的效果,而且随着陈放时间的增加,产品的胶合强度降低。从表3可以看出,随着陈放时间的增加,板材的胶合强度降低,当板材的陈放时间大于1.5h,板材的胶合强度小于国标规定的0.7MPa,采用异氰酸酯不需要陈化、预压。
表3陈放时间对胶合强度的影响
(五)热压
可以减低热压温度、热压时间和热压压力。目前所使用的普通胶黏剂在热压温度、热压时间和热压压力的升高,板材的胶合性能增加。但是异氰酸酯的胶合性能则随着热压温度、热压时间和热压压力升高而降低。具体的可见下表4、5、6。
1.不同热压时间比较。在热压温度115度,热压压力1.4Mpa,施胶量20g/m2的条件下改变热压时间,其胶合板的胶合强度的变化见表4。
表4热压时间对胶合强度的影响
从表4的结果可以看出,热压时间在0.8min/mm-1.25min/mm之间,产品的胶合强度相差不大,当热压时间大于1.25min/mm以后,随着热压时间的延长,胶合强度呈现降低的趋势。
2.不同热压温度比较。在热压时间1min/mm,热压压力1.4Mpa,施胶量20g/m2的条件下改变热压温度,其胶合板的胶合强度的变化见表5。
表5热压温度对胶合强度的影响
从表5可以看出,随着热压温度的提高,板材的胶合强度呈先增大后减小的趋势,当热压温度达到110℃时板材的胶合性能达到最大值。而普通的尿醛树脂胶的热压温度一般在120-140℃,酚醛树脂胶黏剂的热压温度一般在140-160℃,而采用异氰酸酯,加热温度达到80℃时,其胶合性能就能达到国标指标要求。热压温度的降低,对于降低压板的能耗具有重要的作用。考虑表层和芯层板坯温度的梯度,随着板材厚度的增加,应适当提高热压温度。
3.不同热压压力的比较。在热压温度110℃;热压时间1.0min/mm,施胶量20g/m2的条件下改变热压压力,其胶合板的胶合强度的变化见表6。
表6热压压力对胶合强度的影响
从表6可以看出,随着压力的增加板材的胶合强度呈先增加后减小的趋势,当热压压力为1.2Mpa时,产品的胶合强度达到最大值,当热压压力为0.8MPa时,产品的胶合强度就已经超过了国标。
(六)后期处理
后期处理包括板材的冷却,裁边、养护和包装等工序,与普通胶黏剂的工序相同。
实施例:
根据结果,选择以下工艺参数:施胶量为20g/m2;板坯含水率为20%;不陈放;热压温度为105g/m2;热压压力为1.0Mpa;热压时间为1.0min/mm;分别以杨木、桦木、桉树单板为材料,采用异氰酸酯胶粘剂进行三层胶合板的制作。按照GB/T9846.3-2004对胶合板的胶合强度、木破率和甲醛释放量进行测试,并与杨木、桦木和桉树3种木材的单板甲醛释放量进行比较,结果如表7。
表7几种材料类型胶合板胶合强度实验结果
桉树单板:2500cm×1300cm×0.5cm杨木单板:2500cm×1300cm×0.2cm;桦木单板:2500cm×1300cm×0.14cm;桉树单板:2500cm×1300cm×0.2cm。
从表7可以看出,3中木材的胶合强度均高于相应国标规定的值,板材的甲醛释放量大大低于国标规定的E0级甲醛释放量的要求,与原料单板的释放量相当。实现了无醛的目标。
Claims (10)
1、一种无醛胶合板,包括相邻层为交叉结构或平行结构组合而成的若干层单板,在相邻所述单板之间设置胶层,所述胶层的胶粘剂为异氰酸酯。
2.根据权利要求1所述的无醛胶合板,其特征在于:所述的每个胶层异氰酸酯的原料施胶量为10-80g/m2。
3.一个如权利要求1所述无甲醛胶合板的制造方法,其主要工艺步骤包括:(一)单板制造、(二)单板干燥、(三)施胶、(四)组坯、(五)热压、(六)后期处理,其特征是,在施胶工序中所使用的胶黏剂为异氰酸酯胶黏剂。
4.根据权利要求3所述的无甲醛胶合板的制造方法,其特征在于:在所述施胶工序中,采用喷雾施胶。
5.根据权利要求3所述的无甲醛胶合板的制造方法,其特征在于:所述喷雾施胶,是有气流喷雾施胶,所采用的气压在0.2-0.35MPa;或者,
所述喷雾施胶,是无气流喷雾施胶,所采用的胶液输出压力在5~40MPa。
6.根据权利要求3所述的无甲醛胶合板的制造方法,其特征在于:在所述有气流喷雾施胶,喷嘴的直径为0.25mm-1.3mm;或者,
在所述无气流喷雾施胶中,喷嘴的直径为0.22mm-1.3mm。
7.根据权利要求3所述的无甲醛胶合板的制造方法,其特征在于:在所述施胶工序中,采用单面施胶方法,即将胶黏剂喷在相结合的两个单板相邻侧面之一上,异氰酸酯的施胶量为10-80g/m2。
8.根据权利要求3所述的无甲醛胶合板的制造方法,其特征在于:在所述施胶工序中,采用双面施胶方法,即将胶黏剂喷在单板的松面和紧面上,单位面积异氰酸酯的施胶量为5-40g/m2。
9.根据权利要求3所述的无甲醛胶合板的制造方法,其特征在于:在所述单板干燥工序中,所述单板的含水率控制在25%以下。
10.根据权利要求3所述的无甲醛胶合板的制造方法,其特征在于:在所述热压工序中,热压温度为80-140℃,热压压力为0.8-2.0MPa,热压时间:0.5-1.2min/mm。
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