CN101992491A

CN101992491A - 一种人造板组合物和人造板

Info

Publication number: CN101992491A
Application number: CN 201010244454
Authority: CN
Inventors: 储富祥; 秦特夫; 曲保雪; 李改云; 韩雁明; 邹献武; 李燕; 范东斌
Original assignee: Research Institute of Wood Industry of Chinese Academy of Forestry
Current assignee: Research Institute of Wood Industry of Chinese Academy of Forestry
Priority date: 2010-08-03
Filing date: 2010-08-03
Publication date: 2011-03-30

Abstract

一种人造板组合物及由上述人造板组合物制成的人造板，该人造板组合物含有纤维原材料，其特征在于，该人造板组合物还含有氰乙基化纤维材料。本发明的人造板组合物由于含有氰乙基化纤维材料，因而可以无需额外的粘合剂即可成型为人造板，从而可以从根本上解决现有技术的人造板存在的甲醛释放量大的问题。本发明的人造板一方面完全满足GB/T 4897.1-2003和GB/T 17657-19994.12中规定的最高级别板材甲醛释放标准，另一方面其主要强度指标符合GB/T 9846.3-2004、GB/T 11718-1999和GB/T 4897.2-2003等国家标准的要求。

Description

一种人造板组合物和人造板

技术领域

本发明涉及一种人造板组合物和由该人造板组合物制得的人造板。

背景技术

木质纤维原料经机械加工分离成各种形状的单元材料，再经组合压制而成各种板材。人造板的生产可以利用木材机械加工过程中产生的边角废料及小径木、枝桠材等，因此使得木材资源的利用率得以大大提高。人造板种类很多，常用的有刨花板、纤维板、细木工板(大芯板)、胶合板，以及防火板等装饰型人造板。因为它们有各自不同的特点，被应用于不同的家具制造及建筑、汽车生产等领域。粘合剂的使用是人造板生产中必不可少的。

脲醛树脂尤其是三聚氰胺改性脲醛树脂(MUF)是目前木器制造业特别是人造板行业刨花板、胶合板以及各种纤维板的生产中广泛使用的木材粘合剂。脲醛树脂是尿素与甲醛的反应产物。由于这种脲醛树脂的耐水性和强度较差，因此一般使用脲醛树脂改性剂对所得的脲醛树脂进行改性，以获得改性后的脲醛树脂例如常用的三聚氰胺改性脲醛树脂(MUF)，这种脲醛树脂的耐水性和强度均明显高于未经改性的常规脲醛树脂。所述脲醛树脂改性剂通常为三聚氰胺、苯酚或间苯二酚、丙烯酸酯共聚溶液、异氰酸酯、聚乙烯醇、木质素等。

例如，CN 1527853A公开了一种三聚氰胺脲醛树脂的制备方法，该方法包括以下步骤：1)提供甲醛第一水溶液；2)加热该溶液；3)在单一步骤中加入以第一水溶液中甲醛量计约0.35-0.65摩尔当量的尿素，形成甲醛-尿素(UF)混合物；4)在上述混合物中加入酸如甲酸，将pH值调节到约4-7，形成酸化的UF混合物；5)监控该酸化UF混合物的粘度，直至达到约150-1000厘泊；6)将该酸化UF混合物的pH值调节至约8-10，形成碱性UF混合物；7)在该碱性UF混合物中加入含有以第一水溶液中甲醛量计约0.24-1.27摩尔当量甲醛的第二水溶液；8)将该碱性UF混合物的pH值调节至约8-10；9)在单一步骤中将以第一水溶液中甲醛量计约0.15-0.55摩尔当量的三聚氰胺加入上述碱性UF混合物，形成MUF混合物；10)监控该MUF混合物的粘度，直至达到约150-1000厘泊；和11)将该MUF混合物的pH值调节至约9-10，制成在至少约14天内粘度小于约1500厘泊的三聚氰胺脲醛树脂。

上述方法通过使用较高含量的甲醛来提高三聚氰胺改性脲醛树脂产品的粘合强度和加快三聚氰胺脲醛树脂产品的制备速度，同时通过使用较高含量的三聚氰胺来提高三聚氰胺脲醛树脂产品的耐水性和进一步提高三聚氰胺脲醛树脂产品的强度。所得三聚氰胺脲醛树脂产品制成粘合剂后的干剪切强度均高于2000磅/平方英寸。

然而，不管是脲醛树脂还是改性脲醛树脂，均不可避免地存在游离甲醛含量偏高(均高于0.5％)的问题。使用这种较高游离甲醛含量的三聚氰胺脲醛树脂作为木材粘合剂主要组分时，无疑会导致木材的较高的甲醛释放量，例如，使用上述游离甲醛含量为0.51％的三聚氰胺脲醛树脂压制的三层胶合板的甲醛释放量高达9.8毫克/升，远超出国标中环保要求最低的E2(≤5.0毫克/升)规定。这无疑会阻碍人造板行业的发展。因此，开发环保无污染的人造板成了人造板行业迫切需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的人造板存在甲醛释放量高从而不符合环保要求的缺陷，提供一种符合环保要求的人造板组合物及人造板。

本发明提供了一种人造板组合物，该人造板组合物含有纤维原材料，其特征在于，该人造板组合物还含有氰乙基化纤维材料。

本发明还提供了由上述人造板组合物制成的人造板。

本发明提供的人造板组合物由于含有氰乙基化纤维材料，因而可以无需额外的粘合剂即可成型为人造板，从而可以从根本上解决现有技术的人造板存在的甲醛释放量大的问题。

本发明提供的人造板一方面完全满足GB/T 4897.1-2003和GB/T17657-19994.12中规定的最高级别板材甲醛释放标准，另一方面其主要强度指标符合GB/T 9846.3-2004、GB/T 11718-1999和GB/T 4897.2-2003等国家标准的要求。

具体实施方式

根据本发明，氰乙基化纤维材料是一种纤维原材料被氰乙基化后得到的改性纤维材料。通常认为是纤维原料中的羟基被氰乙基取代后形成含有氰乙基的衍生物，这可以通过氰乙基化前纤维原材料与氰乙基化后产物的红外谱图上羟基峰的弱化以及氰乙基特征峰的出现并结合元素分析来得以证实。

根据本发明，所述氰乙基化纤维材料的制备方法包括在氰乙基化反应条件下使纤维原材料与氰乙基化试剂接触，接触的条件使所述纤维原材料增重10-80重量％，优选为20-50重量％。由于如上所述，在氰乙基化过程中纤维原材料中的羟基与氰乙基化试剂反应形成含有氰乙基的衍生物，即纤维原材料中的羟基转化为-OCH₂CH₂CN，从而使得氰乙基化后的纤维材料出现增重。因此，通过纤维原材料的增重可以反映纤维原材料的氰乙基化程度。而且与其他方式相比，通过增重来反映氰乙基化程度显得更加方便和直观。因此，本发明使用纤维原材料的增重来表示纤维原材料的氰乙基化程度。本发明的发明人发现，氰乙基化程度使得纤维原料增重在20-50％时，氰乙基化程度越高，氰乙基化纤维的粘合性越强，但是增重超过50％时，氰乙基化试剂的用量增大，氰乙基化反应的时间也需要大幅提升，而且还会伴随各种副反应的发生，导致生产成本大幅提高，而且粘合性反而降低。综合考虑生产成本和粘合剂强度，本发明优选所述氰乙基化纤维材料的氰乙基化程度使得纤维原材料增重20-50％，即以100重量份的纤维原材料为基准，氰乙基化的程度则使氰乙基化后得到的氰乙基化纤维材料的重量为120-150重量份。更进一步优选情况下，氰乙基化程度使得纤维原料增重在30-40％。本发明中，所述氰乙基化程度根据氰乙基化前后纤维原材料的绝干重量计算。在此绝干重量的含义沿用本领域常规的含义，即表示不含水时的重量，一般通过在105℃下干燥6小时后，重量变化率小于0.5％，因此，通常使用105℃下干燥6小时后的重量表示绝干重量。

优选情况下，所述氰乙基化纤维材料的制备方法还包括在使纤维原材料与氰乙基化试剂接触前先用碱液对纤维原材料进行碱处理。一般认为碱处理能够使纤维原材料中的羟基被打开或者被暴露出来，从而使氰乙基化能够更容易地进行。优选情况下，碱处理的条件包括纤维原材料与碱液的重量比为1∶3-6，碱液的浓度为4-10重量％，碱处理的温度为10-30℃，时间为30-60min。进一步优选情况下，碱处理的条件包括纤维原材料与碱液的重量比为1∶4-5，碱液的浓度为4-7重量％，碱处理的温度为20-30℃，时间为40-50min。

用于上述碱处理的所述碱液可以为各种能实现上述使纤维原材料中的羟基打开或暴露的碱，可以为有机碱和/或无机碱，优选为氢氧化钠和/或氢氧化钾的水溶液。

为了使氰乙基化反应更顺利地进行，优选情况下，所述氰乙基化纤维材料的制备方法还包括将碱处理后的纤维原材料进行除水，除水的条件使得纤维原材料的增重为80-150重量％，本发明可以通过将碱处理后的纤维原材料进行抽滤，并在滤饼上加压来实现将碱处理后的纤维原材料的水分尽可能挤出，以减少碱处理后氰乙基化反应中的副反应。相对于滤饼的厚度为8mm，一般可以施加0.2-0.3MPa的压力。此处纤维原材料的增重是指除水后的滤饼相对于纤维原材料的增重。

根据本发明，所述氰乙基化试剂可以为各种能够使羟基转化为氰乙基化产物的氰乙基化试剂，优选为丙烯腈。

本发明中，所述纤维原材料可以是各种未经过任何化学处理的纤维材料，例如可以是纸浆、棉纤维、麻纤维中的一种或多种。

所述氰乙基化试剂为丙烯腈，所述纤维原材料为纸浆、棉纤维、麻纤维中的一种或多种，所述氰乙基化反应条件包括纤维原材料与氰乙基化试剂的重量比为1∶2-10，接触的温度为20-55℃，时间为30-240min；进一步优选所述氰乙基化反应条件包括纤维原材料与氰乙基化试剂的重量比为1∶3-8，接触的温度为30-45℃，时间为50-200min。

进一步优选情况下，所述氰乙基化的方法还包括将接触后的混合物用0.1mol/L的醋酸进行中和，并进行洗涤、过滤和干燥。洗涤通常用水和乙醇交替进行，洗涤的程度以使洗涤液呈中性为准，干燥用于除去固体中的水分。

为了有利于氰乙基化以及可选择的碱处理步骤的顺利进行，优选情况下，所述纤维原材料为大小为0.001-10cm的粉状、纤维状、片状、条状、颗粒或块状物。

为了保证获得的人造板有较好的机械物理强度，优选情况下，以人造板组合物的总量为基准，所述氰乙基化纤维材料的含量为5-90重量％，所述纤维原材料的含量为10-95重量％。进一步优选情况下，以人造板组合物的总量为基准，所述氰乙基化纤维材料的含量为20-60重量％，所述纤维原材料的含量为40-80重量％。更进一步优选情况下，当所述氰乙基化纤维材料为氰乙基化木材时，以人造板组合物的总量为基准，所述氰乙基化纤维材料的含量为30-50重量％，所述纤维原材料的含量为50-70重量％，这样可以进一步保证获得的人造板的机械物理强度符合国家要求。

上述人造板组合物的制备方法简单，只需将氰乙基化纤维材料与纤维原材料混合均匀即可。

根据本发明提供的人造板组合物可以直接热压成型得到人造板。热压成型的条件包括例如温度为100-150℃，压力为0.8-5MPa，时间为3-10min。在上述条件下，可以获得厚度为3-20mm的人造板。热压成型可以在热压成型机上进行。热压成型的具体方法和操作已为本领域技术人员所公知，本发明在此不再赘述。

氰乙基化纤维材料由于保持了纤维材料本身的骨架结构作为母体，同时还通过氰乙基化而获得纤维原材料本身所不具有的粘合功能，因此在以上述方式获得的人造板中，氰乙基化纤维材料兼具粘合剂和基本纤维成分的功能，即既作为人造板的粘合剂，用于将氰乙基化纤维材料本身以及与纤维原材料之间进行粘合，同时还作为人造板的基本结构成分即与纤维原材料相同的基本结构成分的功能。

下面的实施实例将对本发明作进一步的说明。

实施例1

该实施例用于说明本发明提供的人造板组合物和人造板及其制造方法。

将1000克的绝干纸浆在25℃温度下与4000克浓度为7重量％的氢氧化钠水溶液搅拌均匀，静置50min，之后将所得混合物进行抽滤，并在滤饼上施加0.2MPa的压力，抽滤的时间为5min，得到2500克滤饼，滤饼的厚度为8mm。将所得滤饼在45℃温度下与6000克丙烯腈在搅拌条件下反应180min，经过过滤、洗涤和干燥处理后得到氰乙基化纸浆材料。通过氰乙基化前后物料的绝干重量计算方法确定氰乙基化程度为纸浆增重50重量％。通过红外光谱和元素分析确定纸浆中的羟基氢部分被氰乙基取代。

取20重量份的上述氰乙基化纸浆与80重量份未改性的自制杨木刨花(厚约0.5mm，直径约1cm)混合均匀后铺成板坯，然后在130℃、4MPa的压力下热压5min。热压完成后取出板件冷却即获得厚度为5mm的刨花板。

实施例2

将1000克的绝干纸浆在25℃温度下与6000克浓度为4重量％的氢氧化钾水溶液搅拌反应均匀，静置50min，之后将所得混合物进行抽滤，并在滤饼上施加0.2MPa的压力，抽滤的时间为5min，得到2000克滤饼，滤饼的厚度为8mm。将所得滤饼在45℃温度下与3000克丙烯腈在搅拌条件下反应220min，经过过滤、洗涤和干燥处理后得到氰乙基化纸浆材料。通过氰乙基化前后物料的绝干重量计算方法确定氰乙基化程度为纸浆增重30重量％。通过红外光谱和元素分析确定纸浆纤维原材料中的羟基氢部分被氰乙基取代。

取60重量份的上述氰乙基化纸浆与40重量份未改性的麦秸秆(通过削片机粉碎制得，直径0.5-1mm，长1.5-5cm)混合均匀后铺成板坯，然后在120℃、4MPa的压力下热压5min。热压完成后取出板件冷却即获得厚度为6mm的秸秆刨花板。

实施例3

将1000克的棉纤维在25℃温度下与5000克浓度为7重量％的氢氧化钠水溶液搅拌反应均匀，静置50min，之后将所得混合物进行抽滤，并在滤饼上施加0.3MPa的压力，抽滤的时间为5min，得到2500克滤饼，滤饼的厚度为8mm。将所得滤饼在45℃温度下与5000克丙烯腈在搅拌条件下反应180min，经过过滤、洗涤和干燥处理后得到氰乙基化棉纤维材料。通过氰乙基化前后物料的绝干重量计算方法确定氰乙基化程度为棉纤维增重40重量％。通过红外光谱和元素分析确定棉纤维原材料中的羟基氢部分被氰乙基取代。

取50重量份的上述氰乙基化棉纤维与50重量份未改性的上述厚约0.5mm，直径约1cm的自制杨木刨花混合均匀后铺成板坯，然后在120℃、4MPa的压力下热压5min。热压完成后取出板件冷却即获得厚度为4mm的杨木刨花板。

实施例4

按照实施例3的方法制作杨木刨花板，不同的是，氰乙基化纸浆的氰乙基化程度为增重10重量％，得到杨木刨花板。

实施例5

按照实施例3的方法制作杨木刨花板，不同的是，氰乙基化纸浆的氰乙基化程度为增重80重量％，得到杨木刨花板。

对比例1

按照实施例3的方法制作刨花板，不同的是，1000克的棉纤维由1000克的厚约0.5mm、直径约1cm的杨木刨花代替，得到氰乙基化杨木刨花；且40重量份未改性的上述厚约0.5mm、直径约1cm的杨木刨花由40重量份氰乙基化杨木刨花代替，即人造板完全由氰乙基化杨木刨花热压形成，得到参比刨花板。

性能测试

分别按照GB/T 17657-1999中4.14.4.2中a)I类胶合板标准和4.12的规定测定上述实施例1-5以及对比例1制得的刨花板的胶合强度和甲醛释放量，结果如表1所示。

表1

从上表1结果可以看出，本发明提供的木材产品如刨花板的甲醛释放量低，与天然木材本身的甲醛释放量接近，满足E1要求。

Claims

1.一种人造板组合物，该人造板组合物含有纤维原材料，其特征在于，该人造板组合物还含有氰乙基化纤维材料。

2.根据权利要求1所述的人造板组合物，其中，以人造板组合物的总量为基准，所述氰乙基化纤维材料的含量为5-90重量％，所述纤维原材料的含量为10-95重量％。

3.根据权利要求1或2所述的人造板组合物，其中，所述氰乙基化纤维材料的制备方法包括在氰乙基化反应条件下使纤维原材料与氰乙基化试剂接触，接触的条件使所述纤维原材料增重10-80重量％。

4.根据权利要求3所述的人造板组合物，其中，所述氰乙基化纤维材料的制备方法还包括在使纤维原材料与氰乙基化试剂接触前先用碱液对纤维原材料进行碱处理，碱处理的条件包括纤维原材料与碱液的重量比为1∶3-6，碱液的浓度为4-10重量％，碱处理的温度为10-30℃，时间为30-60min。

5.根据权利要求4所述的人造板组合物，其中，所述碱液为氢氧化钠和/或氢氧化钾的水溶液。

6.根据权利要求5所述的人造板组合物，其中，所述氰乙基化纤维材料的制备方法还包括将碱处理后的纤维原材料进行除水，除水的条件使得纤维原材料的增重为80-150重量％。

7.根据权利要求4所述的人造板组合物，其中，所述氰乙基化试剂为丙烯腈，所述纤维原材料为纸浆、棉纤维、麻纤维中的一种或多种，所述氰乙基化反应条件包括纤维原材料与氰乙基化试剂的重量比为1∶2-10，接触的温度为20-55℃，时间为30-240min。

8.根据权利要求7所述的人造板组合物，其中，所述纤维原材料为大小为0.001-10cm的粉状、纤维状、片状、条状、颗粒或块状物。

9.一种由权利要求1-8中任意一项所述的人造板组合物制成的人造板。

10.根据权利要求9所述的人造板，其中，该人造板为纤维板和/或刨花板。