CN105751346B - 一种薄型阻燃中密度纤维板及其制备方法 - Google Patents

一种薄型阻燃中密度纤维板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种薄型阻燃中密度纤维板，包括以下原料：纤维原料、占纤维原料重量8～16％的脲醛树脂、占纤维原料重量8～20％的阻燃剂，占纤维原料重量0.12～0.24％的氯化铵以及占纤维原料重量0.6～1.2％的乳化石蜡，所述阻燃剂包括固体阻燃剂和液体阻燃剂。本发明采用固体阻燃剂和液体阻燃剂两种类型的阻燃剂，能够避免单一类型阻燃剂添加带来的结构简单，造成力学性能降低的问题，固体阻燃剂和液体阻燃剂协同使用可以有效填充纤维板内部的孔隙，液体阻燃剂可以在两种固体物质之间形成良好的联结纽带，同时，液体阻燃剂具有一定的热塑性，可以在一定程度上减少阻燃剂对板材力学性能的不利影响。

Description

一种薄型阻燃中密度纤维板及其制备方法
技术领域
本发明涉及中密度纤维板加工领域，具体地说涉及一种薄型阻燃中密度纤维板及其制备方法。
背景技术
中密度纤维板(MDF)是将木材或植物纤维经机械分离和化学处理手段，加入胶粘剂和防水剂等，再经高温、高压成型制成的一种人造板材，现如今，我国MDF(中密度纤维板)工业的发展突飞猛进。但是，由于MDF属于可燃材料，因此极易引发火灾，极大地限制了MDF的适用场所和适用范围。面对火灾给我们带来的巨大损失以及对人身安全的威胁，阻燃MDF的研制就显得十分必要。
同时，近年来随着各种板材的不断发展，MDF中厚板(10～19mm)的市场竞争日趋激烈，效益状况不容乐观。大约80％以上的国内厂家生产的是厚度12mm及以上的中厚板，但随着家具、装修特别是包装业的迅猛发展，厚度在12mm以下(2.5-8mm)的薄板市场需求增大。薄型中密度纤维板受其自身条件影响，力学性能相对较低，同时，在现有的阻燃中密度纤维板生产中，由于阻燃剂的加入，填充了纤维之间的孔隙，使得纤维之间接触面积减小，影响了板材的力学性能。所以，如何在具有阻燃功能的同时，不降低或者最小程度的降低板材的力学性能是要解决的首要问题。
黄精明等人以脒基脲磷酸盐为主成分合成了氮-磷-硼复合阻燃剂，制板时合理使用该阻燃剂，可获得阻燃性能极佳的中纤板，在使用过程中，阻燃剂会吸收外界的水分，从而在制板过程中需要使用特殊的胶黏剂；刘迎涛等人自主研发了用于木材阻燃的FRW阻燃剂，阻燃效果显著。然而这些阻燃剂与大多数阻燃剂一样，会降低板材的力学性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够同时保证阻燃效果和力学性能的薄型阻燃中密度纤维板。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种薄型阻燃中密度纤维板，包括以下原料：纤维原料、占纤维原料重量8～16％的脲醛树脂、占纤维原料重量8～20％的阻燃剂，占纤维原料重量0.12～0.24％的氯化铵以及占纤维原料重量0.6～1.2％的乳化石蜡，所述阻燃剂包括固体阻燃剂和液体阻燃剂。
进一步地，所述固体阻燃剂的原料包括聚磷酸铵和硼酸锌，其中聚磷酸铵和硼酸锌的质量比为1：0.3，所述液体阻燃剂的原料包括磷酸溶液、尿素和氨水，原料中磷酸、尿素和氨的摩尔比为1：0.8～1.2：0.4～0.8。
进一步地，所述纤维原料中粗纤维的含量不超过20％，细小纤维的含量不超过30％；余量为中长纤维的含量。纤维分离过细，细小纤维太多，不仅会使胶黏剂的消耗量增加，而且对于干燥、成型、热压工序都会产生不良影响，影响板坯预压效果和热压时的排气性能。采用上述筛分值的纤维原料，压制的板材内部纤维之间接触面大，结合交织性强，板材可加工性及力学性能优良。
进一步地，所述薄型阻燃中密度纤维板的密度为0.84g/cm3，厚度为2.8～3.2mm。经过试验，板材密度小于0.8g/cm3时，生产的纤维板很难达到GB/T11718—2009中密度纤维板国家标准中的标准要求。
本发明还提供一种上述薄型阻燃中密度纤维板的制备方法，包括以下步骤：
(1)取干燥至含水率在4～6％的纤维原料；
(2)将固体阻燃剂和液体阻燃剂依次施加到纤维原料中，搅拌混合均匀，得初混料Ⅰ；
(3)将乳化石蜡施加到初混料Ⅰ中，搅拌混合均匀，得初混料Ⅱ；
(4)将氯化铵配成水溶液，并与脲醛树脂混合，然后施加到初混料Ⅱ中，搅拌混合均匀，得终混料；
(5)对终混料进行铺装、预压处理，最后热压成型，即得所述薄型阻燃中密度纤维板。
进一步地，热压成型的条件为：温度170～185℃，时间30～36s，压力1.5～3.5MPa。
本发明的有益效果为：
1.本发明采用固体阻燃剂和液体阻燃剂两种类型的阻燃剂，能够避免单一类型阻燃剂添加带来的结构简单，造成力学性能降低的问题，固体阻燃剂和液体阻燃剂协同使用可以有效填充纤维板内部的孔隙，液体阻燃剂可以在两种固体物质之间形成良好的联结纽带，同时，液体阻燃剂具有一定的热塑性，可以在一定程度上减少阻燃剂对板材力学性能的不利影响。
2.本发明采用氯化铵作为固化剂，主要以调节脲醛树脂胶黏剂的pH的方式促进胶黏剂固化；本发明采用乳化石蜡作为防水剂，可以起到防水效果，降低MDF的吸水厚度膨胀率，并赋予板材一定的防潮性及尺寸稳定性。
3.本发明薄型阻燃中密度纤维板的强度与对照组差别不大，但是其强度和阻燃效果都要明显优于国家标准，阻燃等级可以达到难燃B1级，并且具有优良的保温隔热性能。
4.本发明薄型阻燃中密度纤维板的制备方法简单，没有增加额外的生产工艺，生产效率高。
附图说明
图1是本发明薄型阻燃中密度纤维板与素板的TG比较图
图2是本发明薄型阻燃中密度纤维板与素板的XRD对比图。
图3是实施例7中三组样品的静曲强度压力-位移测试图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
以下实施例所使用的各种原料，如未作特别说明，均为本领域公知的市售产品。其中纤维原料购自安徽阜阳沪千人造板制造有限公司，纤维原料中粗纤维(留在14目上的纤维)的含量不超过20％，细小纤维(留在200目的纤维)的含量不超过30％，余量为中长纤维(留在28-100目的纤维)。
脲醛树脂，E1级：粘度15.33(S)，PH值7.2，游离甲醛0.14(％)，固体含量53％，购自安徽阜阳沪千人造板制造有限公司；
乳化石蜡购自汉圣集团，是用苯乙烯和苯丙烯及其衍生物为单体的高分子表面活性剂(HS)和烷基苯聚氧化剂乙烯醚衍生物的低分子表面活性剂(LS)的混合物制成的石蜡乳液，其固含量为60％。
实施例1
一种薄型阻燃中密度纤维板，包括以下原料：纤维原料、占纤维原料重量12％的脲醛树脂、占纤维原料重量14％的阻燃剂，占纤维原料重量0.18％的氯化铵以及占纤维原料重量0.9％的乳化石蜡，薄型阻燃中密度纤维板的密度为0.84g/cm3，厚度为3.0mm；
所述阻燃剂包括固体阻燃剂和液体阻燃剂，固体阻燃剂和液体阻燃剂的质量比为1：1；所述固体阻燃剂的原料包括聚磷酸铵和硼酸锌，其中聚磷酸铵和硼酸锌的质量比为1：0.3，所述液体阻燃剂的原料包括磷酸溶液、尿素和氨水，原料中磷酸、尿素和氨的摩尔比为1：1：0.6，液体阻燃剂的浓度为60％。
上述薄型阻燃中密度纤维板的制备方法包括以下步骤：
(1)取干燥至含水率在4％的纤维原料，待用；
(2)搅拌机空转，将纤维原料投入搅拌机中搅拌，然后在搅拌状态下，将固体阻燃剂和液体阻燃剂依次喷洒施加到纤维原料中，充分搅拌使之混合均匀，得初混料Ⅰ；
(3)在搅拌状态下，将乳化石蜡喷洒施加到初混料Ⅰ中，充分搅拌使之混合均匀，得初混料Ⅱ；
(4)将氯化铵配成浓度为20％的水溶液，并与脲醛树脂混合，然后在搅拌状态下，喷洒施加到初混料Ⅱ中，搅拌混合均匀，得终混料；
(5)对终混料进行铺装、预压处理，最后热压成型，即得所述薄型阻燃中密度纤维板，热压成型的条件为：温度170℃，时间33s，压力2.5MPa。
实施例2
一种薄型阻燃中密度纤维板，包括以下原料：纤维原料、占纤维原料重量8％的脲醛树脂、占纤维原料重量8％的阻燃剂，占纤维原料重量0.12％的氯化铵以及占纤维原料重量0.6％的乳化石蜡，薄型阻燃中密度纤维板的密度为0.84g/cm3，厚度为2.8mm；
所述阻燃剂包括固体阻燃剂和液体阻燃剂，固体阻燃剂和液体阻燃剂的质量比为1：0.7；所述固体阻燃剂的原料包括聚磷酸铵和硼酸锌，其中聚磷酸铵和硼酸锌的质量比为1：0.3，所述液体阻燃剂的原料包括磷酸溶液、尿素和氨水，原料中磷酸、尿素和氨的摩尔比为1：0.8：0.4，液体阻燃剂的浓度为50％。
上述薄型阻燃中密度纤维板的制备方法包括以下步骤：
(1)取干燥至含水率在5％的纤维原料，待用；
(2)搅拌机空转，将纤维原料投入搅拌机中搅拌，然后在搅拌状态下，将固体阻燃剂和液体阻燃剂依次喷洒施加到纤维原料中，充分搅拌使之混合均匀，得初混料Ⅰ；
(3)在搅拌状态下，将乳化石蜡喷洒施加到初混料Ⅰ中，充分搅拌使之混合均匀，得初混料Ⅱ；
(4)将氯化铵配成浓度为20％的水溶液，并与脲醛树脂混合，然后在搅拌状态下，喷洒施加到初混料Ⅱ中，搅拌混合均匀，得终混料；
(5)对终混料进行铺装、预压处理，最后热压成型，即得所述薄型阻燃中密度纤维板，热压成型的条件为：温度180℃，时间30s，压力3.5MPa。
实施例3
一种薄型阻燃中密度纤维板，包括以下原料：纤维原料、占纤维原料重量16％的脲醛树脂、占纤维原料重量20％的阻燃剂，占纤维原料重量0.24％的氯化铵以及占纤维原料重量1.2％的乳化石蜡，薄型阻燃中密度纤维板的密度为0.84g/cm3，厚度为3.2mm；
所述阻燃剂包括固体阻燃剂和液体阻燃剂，固体阻燃剂和液体阻燃剂的质量比为1：1.2；所述固体阻燃剂的原料包括聚磷酸铵和硼酸锌，其中聚磷酸铵和硼酸锌的质量比为1：0.3，所述液体阻燃剂的原料包括磷酸溶液、尿素和氨水，原料中磷酸、尿素和氨的摩尔比为1：1.2：0.8，液体阻燃剂的浓度为70％。
上述薄型阻燃中密度纤维板的制备方法包括以下步骤：
(1)取干燥至含水率在6％的纤维原料，待用；
(2)搅拌机空转，将纤维原料投入搅拌机中搅拌，然后在搅拌状态下，将固体阻燃剂和液体阻燃剂依次喷洒施加到纤维原料中，充分搅拌使之混合均匀，得初混料Ⅰ；
(3)在搅拌状态下，将乳化石蜡喷洒施加到初混料Ⅰ中，充分搅拌使之混合均匀，得初混料Ⅱ；
(4)将氯化铵配成浓度为20％的水溶液，并与脲醛树脂混合，然后在搅拌状态下，喷洒施加到初混料Ⅱ中，搅拌混合均匀，得终混料；
(5)对终混料进行铺装、预压处理，最后热压成型，即得所述薄型阻燃中密度纤维板，热压成型的条件为：温度185℃，时间36s，压力1.5MPa。
实施例4
性能对比试验
将实施例1至3的薄型阻燃中密度纤维板经过平衡处理、砂光之后进行性能测试，并与对照组(按照与实施例1相同的制备方法，未施加任何阻燃剂的普通薄型中密度纤维板)进行对比，结果见下表1。
表1性能对比结果
注：表格中的“3mm MDF一等品”的数值为国家标准规定数值。
从以上结果可以看出，本发明薄型阻燃中密度纤维板的强度与对照组差别不大，可见，本发明可以减少阻燃剂添加对板材力学带来的不利影响；而且本发明薄型阻燃中密度纤维板的强度和阻燃效果都要明显优于国家标准，阻燃等级可以达到难燃B1级，并具有优良的保温隔热性能。
实施例5
阻燃试验
对实施例1的薄型阻燃中密度纤维板(样品)和素板(素板指的是采用相同工艺条件，但没添加阻燃剂的板材，下同)进行TG分析对比，结果见图1。
从图1可以看出，样品的TG曲线与素板的TG曲线相比，其质量损失率明显减少而成炭率显著提高，热分解的起始温度和最大质量损失速率时对应的温度均比普通MDF有所提前，说明阻燃剂促进了MDF的成炭过程。同时，木炭产率的提高和表面炭化层的迅速生成可以降低外界温度向MDF内部的传递，降低板材的热分解速度，减少可燃性挥发物的产生，从而提高了MDF的阻燃效果。
实施例6
阻燃剂对薄型阻燃中密度纤维板木材性质的影响。
对实施例1的薄型阻燃中密度纤维板(样品)和素板进行XRD分析对比，结果见图2。
从图2可以看出，样品的X射线衍射图谱与素板基本一致，说明本发明中添加的阻燃剂并不会改变木材本身的性质，即本发明能够在改善阻燃性能的同时，依然保持中密度纤维板自身的木材性质。
实施例7
阻燃剂类型对薄型阻燃中密度纤维板性能的影响
制作三组样品，第一组样品为实施例1的薄型阻燃中密度纤维板，第二组样品是采用与实施例1相同方法制备而得的纤维板，只是所添加的阻燃剂是等量的固体阻燃剂，第三组样品同样是采用与实施例1相同方法制备而得的纤维板，只是所添加阻燃剂的是等量的液体阻燃剂。三组样品的厚度均为3.0mm、密度均为0.84g/cm3。对三组样品分别进行性能测试，并与对照组(按照与实施例1相同的制备方法，未施加任何阻燃剂的普通薄型中密度纤维板)进行对比，结果见下表2和图3。
表2性能对比结果
注：“3mm MDF一等品”的数值为国家标准规定数值。
从表2可以看出，全部采用固体阻燃剂的第二组样品的力学性能是三组样品中最低的，效果最差，而采用固体阻燃剂和液体阻燃剂混合添加的第一组样品的力学性能最好。表明，本发明采用固体阻燃剂和液体阻燃剂两种类型阻燃剂能够在解决板材阻燃问题的同时，保证板材产品的力学性能。
经过研究，固体阻燃剂和液体阻燃剂的质量比为1：0.7～1.2时，所得的薄型阻燃中密度纤维板的阻燃效果和力学性能最优。
从图3可以看出，第一组样品的TG曲线与第二组和第三组样品的TG曲线相比，其质量损失率明显减少而成炭率显著提高，热分解的起始温度和最大质量损失速率时对应的温度均比普通MDF有所提前，说明阻燃剂促进了MDF的成炭过程。同时，木炭产率的提高和表面炭化层的迅速生成可以降低外界温度向MDF内部的传递，降低板材的热分解速度，减少可燃性挥发物的产生，从而提高了MDF的阻燃效果。
实施例8
热压成型条件对薄型阻燃中密度纤维板的性能影响试验
对热压三要素(时间、压力、温度)做三因素三水平正交试验，实验水平及结果见下表3和表4(以三者对静曲强度的影响为例)：
表3正交试验因子水平表L9(33)
表4正交试验结果
由正交试验结果可以看出，热压时间延长，纤维板的静曲强度增大，但时间过长，会产生负面影响；热压压力增加，使得纤维间结合点增多，静曲强度增大；热压温度从160℃增加到180℃时，板材的静曲强度增加了10.48％左右，但温度由180℃增加到200℃时，静曲强度增加不明显。由此本发明确定较优的热压成型条件为：热压时间30s～36s，热压压力3.0～3.5MPa，热压温度170～185℃。
应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，在不脱离本发明精神实质的情况下，都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种薄型阻燃中密度纤维板，其特征在于，包括以下原料：纤维原料、占纤维原料重量8％ 或16％的脲醛树脂、占纤维原料重量8～20％的阻燃剂，占纤维原料重量0.12～0.24％的氯化铵以及占纤维原料重量0.6～1.2％的乳化石蜡；
所述阻燃剂包括固体阻燃剂和液体阻燃剂，所述固体阻燃剂的原料包括聚磷酸铵和硼酸锌，其中聚磷酸铵和硼酸锌的质量比为1：0.3，所述液体阻燃剂的原料包括磷酸溶液、尿素和氨水，原料中磷酸、尿素和氨的摩尔比为1：0.8～1.2：0.4～0.8；
所述纤维原料中粗纤维的含量不超过20％，细小纤维的含量不超过30％，余量为中长纤维的含量；
所述的薄型阻燃中密度纤维板的制备方法，包括以下步骤：
(1)取干燥至含水率在4～6％的纤维原料；
(2)将固体阻燃剂和液体阻燃剂依次施加到纤维原料中，搅拌混合均匀，得初混料Ⅰ；
(3)将乳化石蜡施加到初混料Ⅰ中，搅拌混合均匀，得初混料Ⅱ；
(4)将氯化铵配成水溶液，并与脲醛树脂混合，然后施加到初混料Ⅱ中，搅拌混合均匀，得终混料；
(5)对终混料进行铺装、预压处理，最后热压成型，热压成型的条件为：温度170～185℃，时间30～36s，压力1.5～3.5MPa，即得所述薄型阻燃中密度纤维板。
2.如权利要求1所述的薄型阻燃中密度纤维板，其特征在于，所述薄型阻燃中密度纤维板的密度为0.84g/cm3，厚度为2.8～3.2mm。
3.如权利要求1或2中任一项所述的薄型阻燃中密度纤维板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取干燥至含水率在4～6％的纤维原料；
(2)将固体阻燃剂和液体阻燃剂依次施加到纤维原料中，搅拌混合均匀，得初混料Ⅰ；
(3)将乳化石蜡施加到初混料Ⅰ中，搅拌混合均匀，得初混料Ⅱ；
(4)将氯化铵配成水溶液，并与脲醛树脂混合，然后施加到初混料Ⅱ中，搅拌混合均匀，得终混料；
(5)对终混料进行铺装、预压处理，最后热压成型，热压成型的条件为：温度170～185℃，时间30～36s，压力1.5～3.5MPa，即得所述薄型阻燃中密度纤维板。
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