CN106393385A - 一种利用不饱和聚酯树脂生产零甲醛轻质纤维板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用不饱和聚酯树脂生产零甲醛轻质纤维板的方法,以不饱和聚酯树脂为胶粘剂，多异氰酸酯类化合物为纤维处理剂，过氧化物为引发剂，石蜡粉末为防水剂，在温度80‑240℃、压力2‑9MPa、时间30‑240s条件下压制成具有隔音、隔热性能的零甲醛轻质纤维板，并在现有的纤维板生产线稍作修改基础上即可实现产业化，经济、社会效益显著，市场前景广阔，能够替代传统纤维板用于家具、室内装饰装修、建筑等行业。本发明工艺简单、综合成本低，生产过程可控，且板材使用过程环保无忧，彻底解决人造板甲醛释放问题。

Description

一种利用不饱和聚酯树脂生产零甲醛轻质纤维板的方法
技术领域
本发明属于纤维板制备领域，具体涉及一种利用不饱和聚酯树脂生产零甲醛轻质纤维板的方法。
背景技术
中、高密度纤维板从20世纪80年代到2011年近40年间，一直是市场主要推崇的产品，作为承载型和非承载型材料广泛应用于家具、建筑等行业。然而2011年以后，其发展处于下行趋势。一方面因为对木材原料的需求量大，不断加剧木材供需矛盾；另一方面是不容忽视的甲醛释放问题，市面上真正达到E1级标准的产品较少，一些中小企业的纤维板甲醛严重超标。长期研究发现，具有高摩尔比的脲醛树脂在木质纤维材料之间可形成极强的化学粘合力，但这种树脂胶中的羟甲基脲或亚甲基脲基团在大气中湿度、pH值的改变、温度和其它因素变化的影响下会发生化学降解，从而造成甲醛分子游离释放出来。从脲醛树脂粘接的木质纤维板材(包括颗粒板和多层板等) 中释放甲醛的潜在势头已严重制约着这类板材在房屋室内装修中的应用。
因此，如何缓解木材供需矛盾和彻底解决甲醛释放问题是各科研院校工作者努力的方向。发展轻质纤维板不仅可节约和保护森林资源，有效缓解木材供需矛盾，同时产品在设计、运输、库存、组装等方面变得更加容易。根据我国林业行业标准LY/T 1718-2007规定：以木质纤维或其他植物纤维为原料，添加或不添加胶粘剂、助剂加工制成的密度小于或等于0.45g/cm3的板材，称为轻质纤维板。普通型轻质纤维板对不同密度具有不同的理化要求：①0.35≤ρ<0.45，静曲强度≥3.0MPa，2h吸水厚度膨胀率≤10%；②0.25≤ρ<0.35，静曲强度≥2.0MPa，2h吸水厚度膨胀率≤12%；③ρ<0.25，静曲强度≥1.1MPa，2h吸水厚度膨胀率≤15%。
由于大部分木材的密度大于0.4 g/cm3，胶粘剂的密度大于1.0 g/cm3，因此在保证各项理化性能达标的同时，较难将板材的密度降低到0.45g/cm3以下。当板材密度降低到0.45 g/cm3以下时，板材的各力学指标将急剧下降到标准以下。长期以来为解决这一难题，研究者或选择速生材和其他轻质木材作为原料，或通过改变生产条件来降低板材的密度。例如：美国、日本和欧洲成功生产出密度0.52g/cm3的轻质中密度纤维板，板材具有吸音、隔热的性能；日本京都大学Tamami Kawasaki将针叶材短纤维作为原料，在其中加入异氰酸酯和聚氨酯作为胶粘剂，制备出0.35-0.5g/cm3的轻质纤维板；美国Roger M.及日本MasafumiInoue采用乙酰化和水蒸气两种方式分别对纤维进行预处理进行对比研究，压制出密度0.2-0.5g/cm3性能较稳定的轻质纤维板；福州人造板厂、江苏大盛板业有限公司、东北林业大学等企业和科研高校也分别采用杉木、松木、农业废弃物麦秸、微米木纤维等作为原料，改性脲醛树脂、异氰酸酯等作为胶粘剂制备出密度在0.3-0.45g/cm3的轻质纤维板。
另外，寻求一种新型胶粘剂替代传统脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂等醛类胶粘剂可彻底解决甲醛释放问题。自从2014年欧美各组织明确将甲醛列为致癌物和致白血病的有毒物后，人造板制品甲醛释放问题显得更为突出。因此有媒体表示，国家标准委员会即将对强制性国标GB18580-2001《室内装饰装修材料、人造板及其制品中甲醛释放限量》作出修订，原标准中的E2标准将被剔除。同时，环境保护综合名录（2015年版）也把脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂等醛类胶粘剂列为高污染、高环境风险产品目录。此时，零甲醛人造板的研发在国内外成为热点。
目前，异氰酸酯树脂被用作胶粘剂使用在纤维板的热压工艺中，以达到无醛的目的。然而该类化合物作为主要胶粘剂与传统胶粘剂相比，不仅成本高，而且在燃烧过程中有氰化氢气体释放，对环境和人类具有潜在威胁。随着人们生活水平的提高，人们逐渐认识到生命的重要性，因此产品研发过程中火灾的预发性必须被考虑。而对于长期用于人造大理石、宝丽板、纽扣以及仿玉工艺品的非增强型不饱和聚酯树脂而言，不仅具有胶粘剂特性，与木材纤维建立有效胶结，而且胶结的纤维板产品具有良好的理化性能与环境友好性。
本发明的主要目的是将这种热固性不饱和聚酯树脂引入到纤维板的生产过程中，彻底解决纤维板的甲醛释放问题，同时使纤维板密度降到0.1-0.45g/cm3，使其具有隔音、隔热的作用。这样，不仅扩大不饱和聚酯树脂的应用范围，同时也为纤维板行业找到一种新出路。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种利用不饱和聚酯树脂生产零甲醛轻质纤维板的方法。本发明以不饱和聚酯树脂为胶粘剂，多异氰酸酯类化合物为纤维处理剂，石蜡粉末为防水剂，采用干法生产工艺得到一种理化性能达标，具有高效隔音、隔热性能的零甲醛轻质纤维板。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用不饱和聚酯树脂生产零甲醛轻质纤维板的方法，具体包括以下步骤：
（1）称取100重量份的纤维；
（2）称取3-8重量份不饱和聚酯树脂，往里加入0.5-2重量份多异氰酸酯类化合物混合均匀, 在后续纤维处理中以提高其分散性；
（3）将步骤（2）所得混合液在搅拌过程中对纤维进行第一次施胶；
（4）继续称取3-8重量份不饱和聚酯树脂，将0.06-0.64重量份过氧化物引发剂加入其中混合均匀；
（5）将步骤（4）所得混合液在搅拌过程中对纤维进行第二次施胶；
（6）将0.8重量份的石蜡粉末过筛后加入到步骤（5）施胶后的纤维中，搅拌均匀, 提高后期纤维板的防水性；
（7）按目标密度铺装、预压、热压得到所述零甲醛轻质纤维板。
步骤（1）中所述纤维为木纤维、竹纤维、麻杆及蔗渣中的一种或几种混合，其长度200-2000μm，宽20-38μm，含水率为2-12wt%。
步骤（2）和步骤（4）中所述不饱和聚酯树脂为邻苯二甲酸型、间苯二甲酸型、双酚A型、乙烯基酯型以及卤代不饱和聚酯树脂中的任一种。
步骤（2）所述多异氰酸酯类化合物为甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)、己二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和间苯二甲基二异氰酸酯(XDI)中的任一种。
步骤（4）所述过氧化物引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酸叔丁酯以及过氧化环己酮的一种或多种混合物；
步骤（7）中，所述热压过程的工艺参数为：温度80-240℃，压力2-9MPa，时间30-240s。
如上所述的方法制得的纤维板用于家具、装饰材料以及建筑内外墙体的隔音板、保温板。
本发明首先称取一定重量的纤维，采用喷枪将不饱和聚酯树脂胶粘剂与异氰酸酯处理剂在搅拌条件下喷到纤维表面，与纤维建立有效结合；随后将引发剂与另一部分不饱和聚酯树脂对纤维进行第二次施胶，然后再加入石蜡防水剂进一步搅拌均匀。当搅拌一段时间后，按照目标设定密度开始铺装、预压、热压。热压完成后，将带有一定温度的板子堆在一起，使其进一步固化。而后经过裁边处理，一部分板子对其弹性模量、静曲强度、内结合强度以及2h吸水厚度膨胀率进行测试，另一部分板子对其吸音系数和导热系数进行测定。
本发明的有益效果在于：本发明以不饱和聚酯树脂为胶粘剂，多异氰酸酯类化合物为纤维处理剂，石蜡粉末为防水剂，采用干法生产工艺得到一种理化性能达标，具有隔音、隔热性能的零甲醛轻质纤维板，并在现有的纤维板生产线稍作修改的基础上即可实现产业化，经济、社会效益显著，市场前景广阔，能够替代传统纤维板用于家具、室内装饰装修、建筑等行业。本发明工艺简单、综合成本低，生产过程可控，且板材使用过程环保无忧，彻底解决人造板甲醛释放问题。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不仅仅限于这些实施例。
实施例1：
一种利用不饱和聚酯树脂生产零甲醛轻质纤维板的方法，具体包括以下步骤：
（1）称取100重量份含水率为12wt%的纤维（所述纤维为竹纤维与麻杆按质量比20:1混合而成）；
（2）称取6重量份间苯二甲酸型不饱和聚酯树脂，往里加入0.5重量份二苯基甲烷二异氰酸酯混合均匀，在后续纤维处理中以提高其分散性；
（3）将步骤（2）所得混合液在搅拌过程中对纤维进行第一次施胶；
（4）继续称取6重量份间苯二甲酸型不饱和聚酯树脂，将0.36重量份过氧化物引发剂（过氧化物引发剂由过氧化苯甲酸叔丁酯与过氧化甲乙酮按质量比1:1组成的混合物）加入其中混合均匀；
（5）将步骤（4）所得混合液在搅拌过程中对纤维进行第二次施胶；
（6）将0.8重量份的石蜡粉末过筛后加入到步骤（5）施胶后的纤维中，搅拌均匀, 提高后期纤维板的防水性；
（7）按目标密度铺装、预压、热压得到所述零甲醛轻质纤维板；所述热压过程的工艺参数为：温度80℃，压力2MPa，时间240s。
实施例2：
一种利用不饱和聚酯树脂生产零甲醛轻质纤维板的方法，具体包括以下步骤：
（1）称取100重量份含水率为10wt%的纤维（所述纤维为木纤维和竹纤维按质量比100:1混合而成）；
（2）称取6重量份邻苯二甲酸型不饱和聚酯树脂，往里加入0.75重量份甲苯二异氰酸酯混合均匀，在后续纤维处理中以提高其分散性；
（3）将步骤（2）所得混合液在搅拌过程中对纤维进行第一次施胶；
（4）继续称取6重量份邻苯二甲酸型不饱和聚酯树脂，将0.48重量份过氧化苯甲酸叔丁酯加入其中混合均匀；
（5）将步骤（4）所得混合液在搅拌过程中对纤维进行第二次施胶；
（6）将0.8重量份的石蜡粉末过筛后加入到步骤（5）施胶后的纤维中，搅拌均匀, 提高后期纤维板的防水性；
（7）按目标密度铺装、预压、热压得到所述零甲醛轻质纤维板；所述热压过程的工艺参数为：温度240℃，压力5MPa，时间220s。
实施例3：
一种利用不饱和聚酯树脂生产零甲醛轻质纤维板的方法，具体包括以下步骤：
（1）称取100重量份含水率为8wt%的纤维（所述纤维为竹纤维和蔗渣按质量比1:1混合而成）；
（2）称取6重量份双酚A型不饱和聚酯树脂，往里加入1重量份己二异氰酸酯混合均匀,在后续纤维处理中以提高其分散性；
（3）将步骤（2）所得混合液在搅拌过程中对纤维进行第一次施胶；
（4）继续称取6重量份双酚A型不饱和聚酯树脂，将0.36重量份过氧化甲乙酮加入其中混合均匀；
（5）将步骤（4）所得混合液在搅拌过程中对纤维进行第二次施胶；
（6）将0.8重量份的石蜡粉末过筛后加入到步骤（5）施胶后的纤维中，搅拌均匀, 提高后期纤维板的防水性；
（7）按目标密度铺装、预压、热压得到所述零甲醛轻质纤维板；所述热压过程的工艺参数为：温度120℃，压力6MPa，时间200s。
实施例4
一种利用不饱和聚酯树脂生产零甲醛轻质纤维板的方法，具体包括以下步骤：
（1）称取100重量份的木纤维；
（2）称取3重量份乙烯基酯型不饱和聚酯树脂，往里加入1.5重量份多亚甲基多苯基多异氰酸酯混合均匀, 在后续纤维处理中以提高其分散性；
（3）将步骤（2）所得混合液在搅拌过程中对纤维进行第一次施胶；
（4）继续称取3重量份乙烯基酯型不饱和聚酯树脂，将0.06重量份过氧化苯甲酰加入其中混合均匀；
（5）将步骤（4）所得混合液在搅拌过程中对纤维进行第二次施胶；
（6）将0.8重量份的石蜡粉末过筛后加入到步骤（5）施胶后的纤维中，搅拌均匀, 提高后期纤维板的防水性；
（7）按目标密度铺装、预压、热压得到所述零甲醛轻质纤维板；所述热压过程的工艺参数为：温度200℃，压力6MPa，时间240s。
实施例5
一种利用不饱和聚酯树脂生产零甲醛轻质纤维板的方法，具体包括以下步骤：
（1）称取100重量份的木纤维；
（2）称取5重量份卤代不饱和聚酯树脂，往里加入2重量份间苯二甲基二异氰酸酯混合均匀, 在后续纤维处理中以提高其分散性；
（3）将步骤（2）所得混合液在搅拌过程中对纤维进行第一次施胶；
（4）继续称取5重量份卤代不饱和聚酯树脂，将0.56重量份过氧化环己酮加入其中混合均匀；
（5）将步骤（4）所得混合液在搅拌过程中对纤维进行第二次施胶；
（6）将0.8重量份的石蜡粉末过筛后加入到步骤（5）施胶后的纤维中，搅拌均匀, 提高后期纤维板的防水性；
（7）按目标密度铺装、预压、热压得到所述零甲醛轻质纤维板；所述热压过程的工艺参数为：温度200℃，压力4MPa，时间200s。
实施例6
一种利用不饱和聚酯树脂生产零甲醛轻质纤维板的方法，具体包括以下步骤：
（1）称取100重量份的木纤维；
（2）称取8重量份间苯二甲酸型不饱和聚酯树脂，往里加入1重量份异佛尔酮二异氰酸酯混合均匀, 在后续纤维处理中以提高其分散性；
（3）将步骤（2）所得混合液在搅拌过程中对纤维进行第一次施胶；
（4）继续称取8重量份间苯二甲酸型不饱和聚酯树脂，将0.25重量份过氧化物引发剂（所述过氧化物引发剂为过氧化苯甲酰和过氧化甲乙酮按质量比1:1混合而成）加入其中混合均匀；
（5）将步骤（4）所得混合液在搅拌过程中对纤维进行第二次施胶；
（6）将0.8重量份的石蜡粉末过筛后加入到步骤（5）施胶后的纤维中，搅拌均匀, 提高后期纤维板的防水性；
（7）按目标密度铺装、预压、热压得到所述零甲醛轻质纤维板；所述热压过程的工艺参数为：温度180℃，压力9MPa，时间240s。
性能测试
（1）使用圆锯机裁边，测定纤维板质量、长度、宽度以及厚度，据此计算出密度；再锯切成50×50mm、300×50mm的小块试样，按照GB/T17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》对纤维板的弹性模量、静曲强度、内结合强度以及2h吸水厚度膨胀率进行测定。
（2）采用线锯机将试样锯成直径10cm的圆盘，参照国标GB/T18696.1-2004《声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第1部分:驻波比法》中的相关测试要求对其低频段吸声系数进行测定。
（3）将样品锯成300×300mm，采用导热系数测定仪对其导热系数进行测定。
其测定结果如表1所示：
表1 零甲醛轻质纤维板的性能测试结果
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种利用不饱和聚酯树脂生产零甲醛轻质纤维板的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
（1）称取100重量份的纤维；
（2）称取3-8重量份不饱和聚酯树脂，往里加入0.5-2重量份多异氰酸酯类化合物混合均匀；
（3）将步骤（2）所得混合液在搅拌过程中对纤维进行第一次施胶；
（4）继续称取3-8重量份不饱和聚酯树脂，将0.06-0.64重量份过氧化物引发剂加入其中混合均匀；
（5）将步骤（4）所得混合液在搅拌过程中对纤维进行第二次施胶；
（6）将0.8重量份的石蜡粉末过筛后加入到步骤（5）施胶后的纤维中，搅拌均匀；
（7）按目标密度铺装、预压、热压得到所述零甲醛轻质纤维板。
2.根据权利要求1所述的利用不饱和聚酯树脂生产零甲醛轻质纤维板的方法，其特征在于：步骤（1）中所述纤维为木纤维、竹纤维、麻杆及蔗渣中的一种或几种混合，其长度200-2000μm，宽20-38μm，含水率为2-12wt%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）和步骤（4）所述不饱和聚酯树脂为邻苯二甲酸型、间苯二甲酸型、双酚A型、乙烯基酯型以及卤代不饱和聚酯树脂中的任一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的多异氰酸酯类化合物为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、己二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和间苯二甲基二异氰酸酯中的任一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述过氧化物引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酸叔丁酯以及过氧化环己酮中一种或多种混合物。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（7）中，所述热压过程的工艺参数为：温度80-240℃，压力2-9MPa，时间30-240s。
7.一种如权利要求1所述的方法制得的零甲醛轻质纤维板的应用，其特征在于：所述纤维板用于家具、装饰材料以及建筑内外墙体的隔音板、保温板。
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