CN101786287B

CN101786287B - 一种环保型阻燃中、高密度纤维板制造方法

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Publication number: CN101786287B
Application number: CN 201010301249
Authority: CN
Inventors: 张建; 余丽萍; 付跃进; 汪奎宏; 李琴; 于海霞
Original assignee: Zhejiang Academy of Forestry
Current assignee: Zhejiang Academy of Forestry
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2030-02-05
Also published as: CN101786287A

Abstract

本发明涉及一种环保型阻燃中、高密度纤维板制造方法，现有的纤维板生产成本较高，阻燃性和环保性较差。本发明工艺步骤如下：将木质或非木质材料热磨制成纤维；施加固体含量为35％～60％且pH值在7～8的膨胀型氮磷系阻燃剂进行阻燃处理，所述阻燃剂的施加量占绝干纤维重量10％～15％；施加脲醛树脂、防水剂和固化剂，所述脲醛树脂施加量占绝干纤维重量的10％～14％，所述的防水剂施加量占绝干纤维重量的1％～3％，所述的固化剂施加量为脲醛树脂重量的0.5％～2％，之后进行干燥、铺装、预压、热压、裁边、砂光、分等，检验后制得纤维板。本发明生产工艺简单，成本较低，纤维板不仅具有良好的物理力学性能还兼具阻燃和环保两种特性。

Description

一种环保型阻燃中、高密度纤维板制造方法

技术领域

本发明属于人造板工业中的纤维板制造技术，具体涉及一种环保型阻燃中、高密度纤维板制造方法。

技术背景

中、高密度纤维板是一种高档的木质板材，可广泛用于家具制造、建筑室内装修、车船隔板以及音响乐器材料等。但是中、高密度纤维板仍是一种木质材料，主要由有机可燃物组成，属可燃材料，容易引起火灾，存在安全隐患。现有调查表明室内环境主要污染物中甲醛排在第一位，甲醛对人体有致癌作用，而一般的中、高密度纤维板产品的甲醛释放量较大，不利人体的健康。另有一类环保型阻燃中、高密度纤维板主要存在以下问题：1.大多数纤维板都是后期进行阻燃材料贴面而成，整体阻燃处理的中、高密度纤维板产品基本没有；2.常规的阻燃剂由于吸湿或别的原因容易导致阻燃处理后的纤维板物理力学性能下降，且阻燃剂价格高，制作工艺复杂；3.纤维板制作常用的胶粘剂是脲醛树脂，这类物质虽然成本较低，胶合性能好，但其甲醛摩尔比较高，加工的板材虽然力学性能好但甲醛释放量容易超标。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺陷，提供一种环保型阻燃中、高密度纤维板制造方法，生产工艺简单，成本较低，纤维板不仅具有良好的物理力学性能还兼具阻燃和环保两种特性。

为此，本发明采取如下方案：一种环保型阻燃中、高密度纤维板制造方法，其特征是包括以下工艺步骤：①将木质或非木质材料热磨制成纤维；②施加固体含量为35％～60％且pH值在7～8的膨胀型氮磷系阻燃剂进行阻燃处理，所述阻燃剂的施加量占绝干纤维重量10％～15％；③施加脲醛树脂、防水剂和固化剂，所述脲醛树脂施加量占绝干纤维重量的10％～14％，所述的防水剂施加量占绝干纤维重量的1％～3％，所述的固化剂施加量为脲醛树脂重量的0.5％～2％，之后进行干燥；④根据预定密度采用气流成型方式进行计量铺装，并对板坯进行预压；⑤将预压后的纤维板板坯按照所需制作的尺寸锯开，送入热压机进行热压；⑥再将板材晾至常温后，进行裁边、砂光、分等，检验后制得纤维板。

所述的阻燃剂包括磷酸、尿素、稀释水和氢氧化钠，所述的氢氧化钠用以调节PH值，其中的磷酸、尿素、稀释水重量份配比为：

磷酸(浓度≥85％) 1.3～1.6

尿素(含量≥98％) 1～1.4

稀释水 0.8～1.5

压制纤维板要达到阻燃要求，当然是阻燃剂用量越大阻燃效果越好，但必需考虑到成本和阻燃剂与脲醛树脂之间的影响，因此该阻燃剂的用量应在满足环保阻燃要求前提下用量最少，这样既能使板子物理力学性能和阻燃效果达到要求，成本又不增加太多。按理论计算，制造难燃纤维板时，其磷含量应为3％(按绝干纤维重量计)，由于该阻燃剂中磷的含量较高且也含有较高的氮，由于磷氮有很好的协效作用。当磷∶氮＝1～3时，抑制燃烧所需的最少磷量可降低到0.54％～1％。在该阻燃剂中磷∶氮＝17.1％∶26.92％＝1∶1.57。通过计算，阻燃剂加量为纤维绝干重量的10％～15％。

将阻燃剂与脲醛树脂按不同比例(绝干重)混合，测试混合后相应的pH值和固化时间，并持续观察。当脲醛树脂∶阻燃剂＝8∶2时，放置4小时无异常；脲醛树脂∶阻燃剂＝7∶3时，放置2小时无异常；但当脲醛树脂∶阻燃剂＝6∶4时，几分钟后，出现凝胶现象；脲醛树脂∶阻燃剂＝5∶5时凝胶更明显。由表1的试验结果可知，由于要达到阻燃性要求，阻燃剂用量较大，这样和脲醛树脂混用时，脲醛树脂会快速凝胶，活性期和储存期较短，各项性能均下降。因此，阻燃剂和脲醛树脂不能混用，必需分开施加。

表1

本发明中的水溶性膨胀型氮磷阻燃剂的阻燃机理主要包括覆盖作用机理、气体稀释作用机理和炭化机理。由红外光谱分析得知，该阻燃剂可能含有尿素、聚磷酸铵、磷酸铵盐、焦磷酸、磷酸脲等多种阻燃成份。由于氮原子的存在，有利于该阻燃剂的磷酸脲和聚磷酸铵等物质受热分解出的以及本身含有的磷酸脱水聚合生成聚磷酸。聚磷酸对纤维素纤维的磷酰化和催化脱水作用比磷酸好，它是一种很强的脱水催化剂，高温下十分稳定，促使了含氧的聚合物脱水炭化，减少可燃性气体的生成，形成结构致密不易燃烧的焦炭层，具有有绝热和隔绝空气的效果。此外，该阻燃剂中的含氮组份与磷酸相结合，在火焰中有吹胀作用，缩聚的产物还能形成耐高温的玻璃状液体的覆盖层，覆盖在燃烧物的表面，起到隔热和与周围空气隔绝的作用。另外该阻燃剂中的尿素等物质受热分解时，还会放出大量不燃性气体氨气和水蒸气，从而冲淡木质材料分解时所产生的可燃性气体，起到了延缓燃烧的作用，同时还可以起到稀释和隔绝空气中氧气的作用。尿素是磷-氮系列良好的阻燃协效剂，其预热缩聚生成玻璃状液体覆盖层，受热放出氨气，起到隔火、阻燃的作用。

由于阻燃剂中含有磷酸脲、尿素、氨水等物质，在纤维板热压过程中，尿素和氨水都是很好消纳甲醛的物质，可以和脲醛胶中的游离甲醛反应生成稳定的物质，起到降醛效果。磷酸脲和尿素等受热分解成氨气，也会和甲醛反应。

通过对目前阻燃剂市场做了网上调查和实地考察，国内阻燃剂售价均价为1.5万元/吨～3万元/吨，聚磷酸铵系列最便宜的也在0.9万元/吨左右，兼有阻燃抑烟功能的国产阻燃剂售价为4万元/吨～10万元/吨。对于国外的阻燃剂产品，价格较高，一般为15万元/吨～20万元/吨。比如美国Arch/Wood/Protection，Inc.Technical Center公司生产的DRICON阻燃剂，售价在30万元/吨。而本发明中的水溶性膨胀型氮磷阻燃剂制造成本大约0.46万元/吨(按固体计算)。在生产时还要根据所需固体含量添加不同量的水，这样成本就会进一步降低，经济效益显著。另外，该阻燃剂具有无毒、成本低、生产使用方便、功效高等优点，属于环保型产品，更具有强大的市场竞争力和竞争优势。

如果水溶性膨胀型氮磷阻燃剂施加量按13％计算，脲醛树脂施加量按12％，每立方米中纤维板大概需要该阻燃剂160kg，则每立方米纤维板成本提高大约370元。用该阻燃剂生产的纤维板是整体阻燃处理，具有阻燃和环保双重功能，完全不同于一般的只进行表面防火处理的纤维板。通过市场调查阻燃纤维板的售价一般是普通纤维板售价的1.2～1.8倍，若将其销售价格按未阻燃处理普通纤维板销售价格的1.4倍计算。普通纤维板销售价格1700元/m³，环保型阻燃纤维板的销售价格2380元/m³，去除生产成本每立方米纤维板可增值310元，按年生产5万m³计算，一年可增值1550万元。

所述的防水剂为50％的石蜡乳液，所述的固化剂为10％的草酸溶液。试验中发现，利用阻燃剂生产环保型阻燃纤维板时，采用原有的氯化铵作为固化剂压制的纤维板物理力学性能较差，主要是内结合强度下降和吸水厚度膨胀率上升。这是因为该阻燃剂中含有磷酸脲、尿素、氨水等物质，而且磷酸脲和尿素等受热分解成氨气，但尿素和氨气都是延缓脲醛树脂固化的物质，最终会影响产品的物理力学性能。显然，氯化铵作为固化剂已不能满足脲醛树脂固化的需要。为了保证脲醛树脂的固化效果，需改用其他固化剂，这里选用10％浓度草酸溶液，试验证明效果良好，试验结果见表2。

表2

本发明制造出的中、高密度纤维板不仅物理力学性能好同时兼具环保性和阻燃性好的双重优点。原料来源广泛，生产成本较低，附加值高，甲醛释放量为≤3mg/100g，远远低于E₁级指标≤9mg/100g的要求，氧指数≥48％，可广泛用于家具制造、建筑室内装修、车船隔板等。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明的实质性特点作进一步的说明。

本发明中脲醛树脂为传统的高甲醛释放量的脲醛胶，其主要原料为甲醛(含量37％)、尿素(含量≥98％)、氢氧化钠(固体工业纯碱，含量≥98％)、甲酸(含量≥85％)，甲醛尿素摩尔比为1.1-1.5，制作时尿素分两次加入。该脲胶固体含量在65％左右，粘度(涂-4杯，20℃)20s~25s，pH值7.0~8.5，游离甲醛含量0.1％~0.3％，固化时间50s~75s，贮存期30d。

本发明采用的水溶性膨胀型氮磷阻燃剂主要原料为磷酸、尿素、稀释水、氢氧化钠。以上各成分的重量比为：工业磷酸(浓度≥85％)1.3~1.6、工业尿素(含量≥98％)1~1.4、稀释水0.8~1.5、氢氧化钠适量用以调节PH值。制作时采用不锈钢反应釜，反应釜需设有观察孔、加料口、加水口、快速冷却系统等，尿素分两次加入，反应在常压条件下进行，其中水的加量可根据所需浓度进行调整。该阻燃剂为无色无味、透明的液体，固体含量一般在35％~60％，pH值在7~8，生产使用简单、成本低(固体含量50％时，生产成本约2300元/吨)，具有阻燃和降醛双重效果。

对照例：

幅面为1220×2440×10mm的中密度纤维板制造方法：

1、纤维制备：以废旧木材、枝桠材、树皮、次生小径材等木质或非木质材料为原料，经截断、刨片或削片、分选、水洗、软化、热磨，制备出所要求的纤维；

2、施胶和防水剂：将固化剂加入脲醛树脂进行调胶，固化剂为20％氯化铵溶液，加量为胶液的1.5％；采用管道施胶法，利用两套计量系统分别将脲醛树脂和防水剂送入热磨机的排料阀，其中脲醛树脂施加量为绝干纤维重量的9％，防水剂为50％的石蜡乳液，加量为绝干纤维重量的2％；

3、干燥：施胶后的纤维在干燥管道中含水率在40％~50％，采用二级管道气流干燥系统进行干燥，在干燥管道中将施胶后的纤维进行干燥，干燥介质为烟气，进口温度控制在温度在155℃-180℃，旋风分离器出口温度为80℃-90℃，纤维终含水率控制在8％~13％，进入料仓贮存；

4、铺装预压：根据预定密度采用气流成型方式进行计量铺装，铺装时板坯结构为三层结构，并采用两台预压机对板坯进行预压，压缩率在60％-75％；

5、热压成型：将预压后的纤维板板坯按照1220×2440mm尺寸纵横锯裁，送入热压机进行热压，热压温度165℃、热压时间30s/mm板厚、压力3.5MPa，热压采取三段降压；

6、晾板等后处理：板材晾至常温后，进行裁边、砂光、分等，检验入库。板材力学性能见表3。

实施例1：

幅面为1220×2440×10mm的环保型阻燃中密度纤维板制造方法：

1、纤维制备：以废旧木材、枝桠材、树皮、次生小径材等木质或非木质材料为原料，经截断、刨片或削片、分选、水洗、软化、热磨，制备出所要求的纤维。

2、阻燃处理：采用管道施胶法，利用单独计量系统将pH值在7～8的阻燃剂送入热磨机的排料阀，阻燃剂加量为绝干纤维重量的13％，阻燃剂为浓度50％的液体。

3、施胶和防水剂：将固化剂加入脲醛树脂进行调胶，固化剂为10％草酸溶液溶液，加量为胶液重量的1％；采用管道施胶法，利用两套计量系统，在纤维即将进入干燥管道入前分别将脲醛树脂和防水剂加入，其中脲醛树脂施加量为绝干纤维重量的10％，防水剂为50％的石蜡乳液，加量为绝干纤维重量的2％。

4、干燥：阻燃处理和施胶后的纤维在干燥管道中含水率在45％~55％，采用二级管道气流干燥系统进行干燥，在干燥管道中将施胶后的纤维进行干燥，干燥介质为烟气，进口温度控制在165℃-180℃，旋风分离器出口温度为85℃-95℃，纤维终含水率控制在8％~12％，进入料仓贮存；

5、铺装预压：根据预定密度采用气流成型方式进行计量铺装，铺装时板坯结构为三层结构，并采用两台预压机对板坯进行预压，压缩率在60％-75％；

6、热压成型：将预压后的纤维板板坯按照1220×2440mm尺寸锯开，送入热压机进行热压，热压温度170℃、热压时间40s/mm板厚、压力3.2MPa，热压采取三段降压；

7、晾板等后处理：板材晾至常温后，进行裁边、砂光、分等，检验入库。板材力学性能见表3。

实施例2：

幅面为1220×2440×15mm的环保型阻燃高密度纤维板制造方法：

2、阻燃处理：采用管道施胶法，利用单独计量系统将pH值在7～8的阻燃剂送入热磨机的排料阀，阻燃剂加量为绝干纤维重量的15％，阻燃剂为浓度50％的液体。

3、施胶和防水剂：将固化剂加入脲醛树脂进行调胶，固化剂为10％草酸溶液溶液，加量为胶液重量的1％；采用管道施胶法，利用两套计量系统，在纤维即将进入干燥管道入前分别将脲醛树脂和防水剂加入，其中脲醛树脂施加量为绝干纤维重量的12％，防水剂为50％的石蜡乳液，加量为绝干纤维重量的2％。

4、干燥：阻燃处理和施胶后的纤维在干燥管道中含水率在45％~55％，采用二级管道气流干燥系统进行干燥，在干燥管道中将施胶后的纤维进行干燥，干燥介质为烟气，进口温度控制在温度在165℃-185℃，旋风分离器出口温度为85℃-95℃，纤维终含水率控制在8％~12％，进入料仓贮存；

6、热压成型：将预压后的纤维板板坯按照1220×2440mm尺寸锯开，送入热压机进行热压，热压温度175℃、热压时间45s/mm板厚、压力3.3MPa，热压采取三段降压；

表3

编号	密度(kg/m³)	内结合强度(MPa)	静曲强度(MPa)	含水率(％)	吸水厚度膨胀率(％)	甲醛释放量(mg/100g)	氧指数(％)
								对照例	810	0.79	35.6	5.5	7.6	28.5	26.8
实施例1	820	0.65	31.4	7.5	10.3	1.4	50.0
								实施例2	894	0.74	39.1	6.7	7.2	1.2	51.0

由表三可得，采用本发明制得的环保型阻燃中、高密度纤维板的甲醛释放量为≤3mg/100g，远远低于E1级指标≤9mg/100g的要求，氧指数≥48％，物理力学性能好同时兼具环保性和阻燃性好的双重优点，可广泛用于家具制造、建筑室内装修、车船隔板等。

Claims

1.一种环保型阻燃中、高密度纤维板制造方法，其特征是包括以下工艺步骤：①将木质或非木质材料热磨制成纤维；②施加固体含量为35％～60％且pH值在7～8的膨胀型氮磷系阻燃剂进行阻燃处理，所述阻燃剂的施加量占绝干纤维重量10％～15％，所述的阻燃剂包括磷酸、尿素、稀释水和氢氧化钠，所述的氢氧化钠用以调节pH值，其中的磷酸、尿素、稀释水重量份配比为：采用浓度≥85％的磷酸1.3～1.6、含量≥98％的尿素1～1.4、稀释水0.8～1.5；③施加脲醛树脂、防水剂和固化剂，所述脲醛树脂施加量占绝干纤维重量的10％～14％，所述的防水剂施加量占绝干纤维重量的1％～3％，所述的固化剂施加量为脲醛树脂重量的0.5％～2％，之后进行干燥，所述的脲醛树脂为高甲醛释放量的脲醛胶，其主要原料为含量37％的甲醛、含量≥98％的尿素、含量≥98％的氢氧化钠、含量≥85％的甲酸，甲醛尿素摩尔比为1.1-1.5，该脲醛胶固体含量在65％，粘度是采用涂-4杯在20℃流出时间为20s～25s，pH值7.0～8.5，游离甲醛含量0.1％～0.3％，固化时间50s～75s，贮存期30d；④根据预定密度采用气流成型方式进行计量铺装，并对板坯进行预压；⑤将预压后的纤维板板坯按照所需制作的尺寸锯开，送入热压机进行热压；⑥再将板材晾至常温后，进行裁边、砂光、分等，检验后制得纤维板。

2.根据权利要求1所述的一种环保型阻燃中、高密度纤维板制造方法，其特征在于所述的防水剂为50％的石蜡乳液。

3.根据权利要求1或2所述的一种环保型阻燃中、高密度纤维板制造方法，特征在于所述的固化剂为10％的草酸溶液。

4.根据权利要求1或2所述的一种环保型阻燃中、高密度纤维板制造方法，其特征在于采用二级管道气流干燥系统进行干燥，干燥的介质为烟气，干燥系统的进口温度为165℃～185℃，其出口温度为85℃～95℃，将纤维含水率控制在 8％～12％后进入料仓贮存。

5.根据权利要求1或2所述的一种环保型阻燃中、高密度纤维板制造方法，其特征在于所述采用热压机进行热压的温度170～175℃、热压时间为40～45s/mm板厚，压力保持为3.0～3.5MPa，热压采取三段降压。

6.根据权利要求1或2所述的一种环保型阻燃中、高密度纤维板制造方法，其特征在于所述铺装时的板坯结构为三层结构，采用两台预压机对板坯进行预压，压缩率在60％-75％。

7.根据权利要求1所述的一种环保型阻燃中、高密度纤维板制造方法，其特征在于所述的木质或非木质材料包括废旧木材、枝桠木、树皮，次生小径材，将这类原料经截断、刨片或削片、分选、水洗、软化、热磨后制备出所要的纤维。