CN107379141A - 一种改性的阻燃定向刨花板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性的阻燃定向刨花板，包括如下质量百分比的原料：纳米二氧化硅1‑5％；氮磷类阻燃剂10‑30％；木刨片43‑79.5％；胶黏剂2.5‑22％；助剂0.5‑3％；本发明还公开了一种改性的阻燃定向刨花板的制备方法；与常用的二次处理方法相比，本发明在定向刨花板一次成型工艺中添加二氧化硅改性阻燃剂及助剂，使得制备的定向刨花板阻燃效果更佳，且阻燃性能稳定性更高。采用本发明制备方法制备阻燃定向刨花板，仅需要在施胶工艺中增加简易喷淋装备即可实现，设备改造费用低，避免了二次加工设备，节约成本。

Description

一种改性的阻燃定向刨花板及其制备方法
技术领域
本发明属于木材科学与技术领域，具体涉及一种改性的阻燃定向刨花板及其制备方法。
背景技术
随着全球气候变暖的问题日益凸显，极端恶劣气候频发，以“低排放、低污染、低能耗”为主题的低碳经济越来越被人们认可和推崇。在这样的背景条件下，木业利用其与生俱来的“绿色”、“环保”、“清洁”的特性，在发展低碳经济、应对气候变化中，正发挥着日益重要的作用。木材及木制品有很好的固碳效果。只要不腐烂、不燃烧，木材及木制品的固碳功能就会长期、稳定的持续下去。有些固碳时间可达几十年、几百年。因此，增加木材使用，并尽量延长木材及木制品的使用寿命，对降低能耗、增加减排具有重要意义。据测算，森林每生产1吨木材，平均可固定二氧化碳1470kg，释放氧气1070kg。木材是四大建筑材料中唯一可再生的天然资源。世界森林持续减少，据联合国粮农组织对世界森林资源统计，2010年世界森林面积约为40亿hm2，而1990年的评估结果约40.8亿hm2。从年变化看，1990～2010年世界森林面积总计每年约减少400万hm2。保护天然林，培育人工速生林，是维护生态平衡最好的措施，并且满足人们对木材的需求，世界范围内环境保护措施越来越多，协调经济发展和环境保护之间的关系成为各国关注的主要议题。
“911”事件后，世界各国更加重视防火阻燃材料的开发和应用，以应对防恐防火安全需求。目前，日本阻燃人造板生产企业超过30家，占行业企业总数的15％以上；美国阻燃人造板年产量达到100万立方米，主要用于工业建筑、商业建筑、公用建筑和家庭民居建设中。火灾死亡事故中有80％是由于烟和有毒气体窒息造成的，欧洲、北美、日本等发达国家近年来在研究、选择、评价阻燃剂的阻燃性能时，更加关注阻燃剂和阻燃材料的抑烟性和低毒性。阻燃剂中添加含钼、铁、铜、锌等元素的化合物，减少烟气产生。自中央电视台新址失火以及成都公交车燃烧事件后，我国更加重视防火安全和公共场所的安全问题，新修订的《消防法》和国标GB20286对公共场所使用材料的阻燃等级做了强制性的规定。目前我国阻燃技术发展的趋势是由单一成分的阻燃剂向多元复配阻燃剂发展，由单一阻燃功效向一剂多效，具有环保、低毒、低成本的多功能高效阻燃技术方向发展。
目前定向刨花板常用阻燃处理主要通过二次处理完成，通常做法有两种：第一种是：表面涂刷阻燃剂；第二种是：表面复合其它阻燃材料如菱镁防火板等等。如果仅是表面防火处理，阻燃剂并不能渗透到定向刨花板芯层，阻燃剂由于没有均匀包裹住芯层木刨片，阻燃效果较差，产品阻燃稳定性欠佳，很难真正达到GB8624-2012的B1-B阻燃等级。
因此针对现有技术存在的问题，本发明提供一种二氧化硅改性的阻燃定向刨花板及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性的阻燃定向刨花板。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种改性的阻燃定向刨花板，包括如下质量百分比的原料：
纳米二氧化硅1-5％；
氮磷类阻燃剂10-30％；
木刨片43-79.5％；
胶黏剂2.5-22％；
助剂0.5-3％。
进一步，所述阻燃剂为硼酸铵、硫酸铵、磷酸铵和聚磷酸铵中的一种或多种。
进一步，所述胶黏剂为异氰酸酯胶黏剂、酚醛树脂胶黏剂、三聚氰胺改性脲醛树脂胶和脲醛树脂胶中的一种或多种。
进一步，所述助剂为所述助剂为石蜡、氯化铵固化剂或甲醛消纳剂；优选地，所述助剂为石蜡。
一种改性的阻燃定向刨花板的制备方法，包括如下步骤：
1)将干燥后的木刨片进行筛分；
2)阻燃剂和纳米二氧化硅充分混合，得二氧化硅改性阻燃剂；
3)将所述二氧化硅改性阻燃剂均匀喷涂到筛分后的木刨片上，得含有改性阻燃剂的木刨片；
4)将胶黏剂和助剂分别均匀喷涂到含有改性阻燃剂的木刨片上，将施胶后的木刨片分层铺装，经铺装后的板坯经在线检查后进行热压成型，得毛板；
5)将所述毛板进行齐边、截断，然后进行厚度和重量检测，检测后冷却，得改性的阻燃定向刨花板。
进一步，步骤1)中，干燥的木刨片是通过如下步骤实现的：将剥皮后的原木加工成木刨片，将所述木刨片运输至干燥机进行干燥，使得干燥后的木刨片的含水量为3-7％。
进一步，为了便于分层铺装，需将木刨片按照不同尺寸分为表层木刨片和芯层木刨片；更进一步，步骤1)中，将干燥后的木刨片进行筛分；得表层木刨片和芯层木刨片。
进一步，所述表层木刨片的形态为：长60-150mm，宽10-40mm，厚度0.3-0.9mm；所述芯层木刨片的形态为：长6-80mm，宽2-20mm，厚度0.1-0.6mm。
进一步，所述纳米二氧化硅粒子的粒径为2-40nm。
进一步，步骤4)中，所述在线检查是指将铺装后的板坯进行在线称重和X-Ray金属探测检查。
进一步，所述热压成型的温度为170-250℃，热压成型的时间为0.3-1min，热压成型的压力为1-5MPa。
由于纳米二氧化硅的微结构为球形，呈絮状和网状的准颗粒结构，且表面含有大量的活性羟基，易与阻燃剂原子及木纤维天然高分子聚合物发生吸附键合作用，不仅增加了阻燃剂在木刨片中的渗透性，改善了阻燃性能，而且还改善了刨花板最终力学性能。
本发明在一次成型工艺中，将二氧化硅改性阻燃剂和助剂均匀分布于木刨片内，然后结合热压处理使得制备的改性阻燃定向刨花板的阻燃效果更佳，且阻燃性能的稳定性更高。
另外注意的是，如果没有特别说明，本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及以端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
本发明的有益效果如下：
1、本发明改性的阻燃定向刨花板，由于添加了纳米二氧化硅组分，使得纳米二氧化硅易与阻燃剂原子及木纤维天然高分子聚合物发生吸附键合作用，不仅增加了阻燃剂在木刨片中的渗透性，改善了阻燃性能，而且还改善了刨花板最终力学性能。
2、与常用的二次处理方法相比，本发明在定向刨花板一次成型工艺中添加二氧化硅改性阻燃剂及助剂，使得制备的定向刨花板阻燃效果更佳，且阻燃性能稳定性更高。
3、采用本发明制备方法制备阻燃定向刨花板，仅需要在施胶工艺中增加简易喷淋装备即可实现，设备改造费用低，避免了二次加工设备，节约成本。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
一种改性的阻燃定向刨花板，包括如下质量百分比的原料：
二氧化硅4％；
磷酸铵15％；
木刨片55％；
胶黏剂4％；
石蜡1％。
一种改性的阻燃定向刨花板的制备方法，采用上述原料配比，包括如下步骤：
将剥皮后的原木经刀环式长材刨片机加工成木刨片，将木刨片通过机械运输机送入刨片干燥机进行干燥，使得干燥后的木刨片的含水量为3-7％，将干燥后的木刨片通过筛选机进行筛分，合格的木刨片由机械运输机分别送入芯、表层木刨片仓，得平均长度约80mm，宽25mm，厚度为0.6mm的表层木刨片和平均长度约30mm，宽5mm，厚度为0.3mm的芯层木刨片；
将阻燃剂和纳米二氧化硅充分搅拌，得二氧化硅改性阻燃剂；将改性阻燃剂分别均匀喷涂到表层和芯层木刨片上；将均匀混合后含改性阻燃剂的木刨片分别放进搅拌器，然后将异氰酸酯胶黏剂及助剂分别喷涂到表层和芯层木刨片上，经计量后进入滚筒式拌胶机，通过滚筒拌胶机的充分旋转使得异氰酸酯胶黏剂被均匀地喷涂在刨片表面。将施胶后的木刨片由定向铺装机分底层、芯层和面层分层铺装，经铺装的板坯需要通过生产线上的在线称重、X-Ray金属探测进行检查，合格板坯自动进入连续式热压机，并在温度为170-250℃、压力为1-5MPa的条件下热压成型0.3-1min，得毛板；将毛板首先经纵向锯齐边，然再经斜边锯在线横向截断成一定规格的毛板块，通过厚度和重量检测后，自动进入翻板机冷却，待板材后由叉车送往成品库贮存，得改性的阻燃定向刨花板。
实施例2
一种改性的阻燃定向刨花板，包括如下质量百分比的原料：
二氧化硅5％；
磷酸铵和硼酸铵20％；
木刨片60％；
异氰酸酯胶黏剂4％；
石蜡3％。
其中，磷酸铵和硼酸铵的质量比为1：1
一种改性的阻燃定向刨花板的制备方法，采用上述原料配比，包括如下步骤：
将剥皮后的原木经刀环式长材刨片机加工成木刨片，将木刨片通过机械运输机送入刨片干燥机进行干燥，使得干燥后的木刨片的含水量为3-7％，其中，木刨片的形态为：长约60-150mm，宽20-30mm，厚度为0.60-0.70mm。将干燥后的木刨片通过筛选机进行筛分，合格的木刨片由机械运输机分别送入芯、表层木刨片仓，得平均长度约100mm，宽30mm，厚度为0.7mm表层木刨片和长度为40mm，宽10mm，厚度为0.4mm芯层木刨片；
将阻燃剂和纳米二氧化硅充分搅拌，得二氧化硅改性阻燃剂；将阻燃剂分别均匀喷涂到表层和芯层木刨片上；将均匀混合后含改性阻燃剂的木刨片分别放进搅拌器，然后将异氰酸酯胶黏剂分别喷涂到表层和芯层木刨片上，经计量后进入滚筒式拌胶机，通过滚筒拌胶机的充分旋转使得异氰酸酯胶黏剂被均匀地喷涂在刨片表面。将施胶后的木刨片由定向铺装机分底层、芯层和面层分层铺装，经铺装的板坯需要通过生产线上的在线称重、X-Ray金属探测进行检查，合格板坯自动进入连续式热压机，并在温度为170-250℃、压力为1-5MPa的条件下热压成型0.3-1min，得毛板；将毛板首先经纵向锯齐边，然再经斜边锯在线横向截断成一定规格的毛板块，通过厚度和重量检测后，自动进入翻板机冷却，待板材后由叉车送往成品库贮存，得改性的阻燃定向刨花板。
实施例3
方法同实施例1，仅改变胶黏剂的种类，将实施例1“异氰酸酯胶黏剂”改为“异氰酸酯胶和酚醛树脂胶黏剂，且其中异氰酸酯胶和酚醛树脂胶黏剂的质量比为2：3”得改性的阻燃定向刨花板。
实施例4
方法同实施例1，仅改变胶黏剂和阻燃剂的种类，将实施例1“磷酸铵”改为“硫酸铵”，将“异氰酸酯胶黏剂”改为“脲醛树脂胶”得改性的阻燃定向刨花板。
实施例5
方法同实施例1，仅改变胶黏剂和阻燃剂的种类，将实施例1“磷酸铵”改为“聚磷酸铵”，将“异氰酸酯胶黏剂”改为“脲醛树脂胶”得改性的阻燃定向刨花板。
实施例6
通过本发明制备的二氧化硅改性的阻燃定向刨花板按照最新标准《GB 8624-2012建筑材料及制品燃烧性能分级》进行检测，可达到的B1(B)防火等级，实施例1至5制备的改性阻燃定向刨花板性能参数如表1所述。
相关要求规定如下：
(1)燃烧增长速率指数FIGRA0.2MJ≤120W/s；
(2)火焰横向蔓延未达到试样长翼边缘；
(3)600s的总放热量THR600s≤7.5MJ。
《GB 8624-2012建筑材料及制品燃烧性能分级》点火时间30S：
(4)60s内焰尖高度Fs≤150mm；
(5)60s内无燃烧滴落物引燃滤纸现象。
《GB 8624-2012建筑材料及制品燃烧性能分级》产烟特性、燃烧滴落物/微粒等级、烟气毒性分别达到s1、d0及t1等级，详细要求分别如下：
(6)烟气生成速率指数(SMOGRA)≤30m2/s2，而且600s内总产烟量(TSP600s)≤50m2，即判定为s1等级，合格；
(7)600s燃烧时间内无燃烧滴落物/微粒，即判定为d0等级，合格；
(8)燃烧产烟毒性等级》6.5mg/L，及判定为ZA3等级，合格
表1实施例1至5制备的改性阻燃定向刨花板性能参数
采用本发明方法制备的改性的阻燃定向刨花板的阻燃性能可以达到B1级，产烟特性达到s1级，燃烧滴落物/微粒等级为d0、烟气毒性为t1等级；符合国标的要求，而且本发明改性的阻燃定向刨花板中由于采用了纳米二氧化硅，使得定向刨花板的力学性能达到LY/T1580-2010标准中OSB2等级要求，极大地提高了改性阻燃定向刨花板的力学性能。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之。

Claims (10)

1.一种改性的阻燃定向刨花板，其特征在于，包括如下质量百分比的原料：
纳米二氧化硅1-5％；
阻燃剂10-30％；
木刨片43-79.5％；
胶黏剂2.5-22％；
助剂0.5-3％。
2.根据权利要求1所述的阻燃定向刨花板，其特征在于，所述阻燃剂为磷酸铵、硼酸铵、硫酸铵、磷酸铵和聚磷酸铵中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的阻燃定向刨花板，其特征在于，所述胶黏剂为异氰酸酯胶黏剂、酚醛树脂胶黏剂、三聚氰胺改性脲醛树脂胶和脲醛树脂胶中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的阻燃定向刨花板，其特征在于，所述助剂为石蜡、氯化铵固化剂或甲醛消纳剂。
5.一种如权利要求1-4任一所述改性的阻燃定向刨花板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将干燥后的木刨片进行筛分；
2)阻燃剂和纳米二氧化硅充分混合，得二氧化硅改性阻燃剂；
3)将所述二氧化硅改性阻燃剂均匀喷涂到筛分后的木刨片上，得含有改性阻燃剂的木刨片；
4)将胶黏剂和助剂分别均匀喷涂到含有改性阻燃剂的木刨片上，将施胶后的木刨片分层铺装，经铺装后的板坯经在线检查后进行热压成型，得毛板；
5)将所述毛板进行齐边、截断，然后进行厚度和重量检测，检测后冷却，得改性的阻燃定向刨花板。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述干燥后的木刨片的含水量为3-7％。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，将干燥后的木刨片进行筛分；得表层木刨片和芯层木刨片。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述表层木刨片的形态为：长60-150mm，宽10-40mm，厚度0.3-0.9mm；所述芯层木刨片的形态为：长6-80mm，宽2-20mm，厚度0.1-0.6mm。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述纳米二氧化硅的粒径为2-40nm。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述热压成型的温度为170-250℃，热压成型的时间为0.3-1min，热压成型的压力为1-5MPa。
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