CN110948604A - 一种无醛板材 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无醛板材。无醛板材，所述无醛板材含有二氧化锰催化剂，所述二氧化锰催化剂的制备方法包括：将原料溶于水中，加热反应得到所述二氧化锰催化剂；所述原料包括高锰酸钾、硫酸锰和还原剂；所述无醛板材使用的粘胶剂为脲醛类粘胶剂。本申请提供的无醛板材，无醛环保、成本低廉、制造过程简单，有效阻止或减少粘合剂中的甲醛向室内环境中释放。

Description

一种无醛板材
技术领域
本发明涉及板材领域，尤其涉及一种无醛板材。
背景技术
在经济高速发展的今天，人们的生活质量大大提升，人们对室内空气质量的要求也更加严格。室内装修的兴起和普及，引起了一系列的空气污染问题，因此室内空气质量越来越受人们的关注。木质家具及人造板材等室内装修装饰材料使用的脲醛树脂粘胶剂中含有大量甲醛，在室内环境中缓慢释放，使得甲醛成为室内空气的主要污染物。针对甲醛具有浓度低，释放周期长等特点，人们对如何去除室内甲醛做了大量的研究工作。
为解决室内甲醛浓度超标问题，研究人员提出了各种解决方案控制和消除甲醛，如物理吸附法和化学降解法。较物理吸附而言，化学降解能够将甲醛彻底氧化成无毒无害的CO2，是目前有效的甲醛污染控制手段。另外，人们尝试将广泛应用的脲醛树脂粘胶剂进行改进或研制性能优良的无醛粘胶剂。在人造复合板的生产实际中，脲醛粘胶剂因其性能优良、成本低廉获得广泛的应用。现有发明虽然提出了多种新型粘胶剂，但是制备过程较为复杂，成本较高，在实际应用中仍有一定的局限性。为此，提供一种在添加脲醛粘胶剂的同时又能有效避免甲醛向室内环境的释放的板材成为亟待解决的问题。
有鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无醛板材，以解决上述问题。
为实现以上目的，本发明特采用以下技术方案：
一种无醛板材，所述无醛板材含有二氧化锰催化剂，所述二氧化锰催化剂的制备方法包括：
将原料溶于水中，加热反应得到所述二氧化锰催化剂；所述原料包括高锰酸钾、硫酸锰和还原剂；
所述无醛板材使用的粘胶剂为脲醛类粘胶剂。
二氧化锰催化剂为粉末状且具有良好的水溶性，使用浸渍或喷涂等方法均匀固定在板材表面以及内部，以最快的速度接触并固定转化甲醛气体，将价格低廉、催化活性高的二氧化锰催化剂添加到板材中，可以有效的将甲醛分解，能有效阻止甲醛气体的释放，甲醛在人造板内部和表面完成氧化分解，转化成无毒害的CO2和H2O，有效保证室内环境安全。
优选地，所述还原剂包括葡萄糖、乙醇、柠檬酸中的一种或多种。
还原剂为具有弱还原性的有机还原剂，主要作用包括调控产物中锰离子的价态和催化剂的形貌结构。
进一步优选地，所述高锰酸钾、所述硫酸锰和所述还原剂的摩尔比为1：(1-1.2)：(0.10-0.25)。
通过调节还原剂用量有效控制高锰酸钾和硫酸锰的氧化还原反应速率，调控产物中锰离子的价态和催化剂的形貌结构，进一步影响二氧化锰催化剂对甲醛的降解活性。
可选地，所述高锰酸钾、所述硫酸锰和所述助剂的摩尔比可以为1：1：0.10、1：1.1：0.15、1：1.2：0.25以及1：(1-1.2)：(0.10-0.25)之间的任一值。
优选地，所述无醛板材为胶合板，所述胶合板由多层单层板压合而成，相邻两层所述单层板之间或所述胶合板整体涂覆所述二氧化锰催化剂。
进一步优选地，所述压合的压力为5-8MPa，温度为150-180℃，时间为4-5min。
可选地，所述压合的压力可以为5MPa、6MPa、7MPa、8MPa以及5-8MPa之间的任一值，温度可以为150℃、160℃、170℃、180℃以及150-180℃之间的任一值，时间可以为4min、4.5min、5min以及4-5min之间的任一值。
进一步优选地，所述二氧化锰催化剂的涂覆量为0.004-0.008g/cm2；
优选地，相邻两层所述单层板之间涂覆所述二氧化锰催化剂的涂覆量为0.004-0.007g/cm2，所述胶合板整体涂覆所述二氧化锰催化剂的涂覆量为0.005-0.008g/cm2。
可选地，相邻两层所述单层板之间涂覆所述二氧化锰催化剂的涂覆量可以为0.004g/cm2、0.005g/cm2、0.006g/cm2、0.007g/cm2以及0.004-0.007g/cm2之间的任一值，所述胶合板整体涂覆所述二氧化锰催化剂的涂覆量可以为0.005g/cm2、0.006g/cm2、0.007g/cm2、0.008g/cm2以及0.005-0.008g/cm2之间的任一值。
优选地，所述无醛板材为刨花板，所述刨花板由碎木屑、所述二氧化锰催化剂和所述粘胶剂混合后压制得到。
进一步优选地，所述刨花板中，1cm3所述碎木屑中加入0.0010-0.0015g所述二氧化锰催化剂。
可选地，所述刨花板中，1cm3所述碎木屑中加入所述二氧化锰催化剂的量可以是0.0010g、0.0011g、0.0012g、0.0013g、0.0014g、0.0015g以及0.0010-0.0015g之间的任一值。
进一步优选地，所述刨花板的表面涂覆所述二氧化锰催化剂；
优选地，所述二氧化锰催化剂的涂覆量为0.005-0.008g/cm2。
可选地，所述二氧化锰催化剂的涂覆量可以为0.005g/cm2、0.006g/cm2、0.007g/cm2、0.008g/cm2以及0.005-0.008g/cm2之间的任一值。
可选地，所述加热反应的温度为40-90℃，时间为2-10h。
可选地，所述加热反应的温度可以为40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃以及40-90℃之间的任一值，时间可以为2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h以及2-10h之间的任一值。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
通过添加还原剂调控二氧化锰形貌和结构，制备室温下高效催化降解甲醛的催化剂；二氧化锰催化剂粉体水溶性良好，方便直接与水等溶剂混合添加在板材内部及表面；在板材内加入二氧化锰催化剂，能有效阻止甲醛气体的释放，甲醛在人造板内部和表面完成氧化分解，转化成无毒害的CO2和H2O，有效保证环境安全；生产过程简单、成本低。
具体实施方式
如本文所用之术语：
“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。
“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK(K为任意数，表示倍数因子)。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。
“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)。
下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
二氧化锰催化剂制备
称取1.57g KMnO4、1.69g MnSO4·H2O和0.23g葡萄糖溶于150ml的去离子水，充分混合后70℃水浴反应7h，反应结束后，添加35mL去离子水稀释得到二氧化锰催化剂浆液。或者将反应产物直接过滤、60℃干燥得到粉体催化剂。
人造板涂覆
将单层板按照催化剂涂覆量0.004g/cm2涂覆上述二氧化锰催化剂浆料，采用热压压制成胶合板，压合温度为150℃、压力为5MPa、热压时间为4min。胶合板表层按照催化剂涂覆量0.005g/cm2涂覆上述二氧化锰催化剂浆料。70℃下鼓风干燥获得无醛胶合板。将胶合板放入真空干燥器，记录干燥器内甲醛与二氧化碳的浓度。具体数据见表1。
取碎木屑与上述二氧化锰催化剂粉体，二氧化锰催化剂添加量为0.001g/cm3充分混合，添加脲醛胶粘剂制成刨花板。刨花板表层按照二氧化锰催化剂的涂覆量0.005g/cm2涂覆上述二氧化锰催化剂浆料。70℃下鼓风干燥获得无醛刨花板。将刨花板放入真空干燥器，记录干燥器内甲醛与二氧化碳的浓度。具体数据见表2。
实施例2
二氧化锰催化剂制备
称取1.57g KMnO4、2.01g MnSO4·H2O和0.15g葡萄糖溶于130ml的去离子水，充分混合后60℃水浴反应6h，反应结束后，添加40mL去离子水稀释得到二氧化锰催化剂浆液。或者将反应产物直接过滤、60℃干燥得到粉体催化剂。
人造板涂覆
将单层板按照催化剂涂覆量0.004g/cm2涂覆上述二氧化锰催化剂浆料，添加脲醛粘胶剂采用热压压制成胶合板，压合温度为160℃、压力为6MPa、热压时间为4.5min。胶合板表层按照催化剂涂覆量0.005g/cm2涂覆上述二氧化锰催化剂浆料。70℃下鼓风干燥获得无醛胶合板。将胶合板放入真空干燥器，记录干燥器内甲醛与二氧化碳的浓度。具体数据见表1。
取碎木屑与上述二氧化锰催化剂粉体，二氧化锰催化剂添加量为0.0010g/cm3充分混合，添加脲醛胶粘剂制成刨花板。刨花板表层按照二氧化锰催化剂的涂覆量0.005g/cm2涂覆上述二氧化锰催化剂浆料。70℃下鼓风干燥获得无醛刨花板。将刨花板放入真空干燥器，记录干燥器内甲醛与二氧化碳的浓度。具体数据见表2。
实施例3
二氧化锰催化剂制备
称取1.57g KMnO4、1.82g MnSO4·H2O和0.21g柠檬酸溶于130ml的去离子水，充分混合后80℃水浴反应9h，反应结束后，添加40mL去离子水稀释得到二氧化锰催化剂浆液。或者将反应产物直接过滤、60℃干燥得到粉体催化剂。
人造板涂覆
将单层板按照催化剂涂覆量0.006g/cm2涂覆上述二氧化锰催化剂浆料，添加脲醛粘胶剂采用热压压制成胶合板，压合温度为155℃、压力为7MPa、热压时间为4.5min。胶合板表层按照催化剂涂覆量0.007g/cm2涂覆上述二氧化锰催化剂浆料。70℃下鼓风干燥获得无醛胶合板。将胶合板放入真空干燥器，记录干燥器内甲醛与二氧化碳的浓度。具体数据见表1。
取碎木屑与上述二氧化锰催化剂浆液，二氧化锰催化剂添加量为0.0010g/cm3充分混合，，添加醛脲胶粘剂制成刨花板。刨花板表层按照二氧化锰催化剂的涂覆量0.005g/cm2涂覆上述二氧化锰催化剂浆料。70℃下鼓风干燥获得无醛刨花板。将刨花板放入真空干燥器，记录干燥器内甲醛与二氧化碳的浓度。具体数据见表2。
实施例4
二氧化锰催化剂制备
称取1.57g KMnO4、1.63g MnSO4·H2O和0.42g柠檬酸溶于130ml的去离子水，充分混合后80℃水浴反应9h，反应结束后，添加40mL去离子水稀释得到二氧化锰催化剂浆液。或者将反应产物直接过滤、60℃干燥得到粉体催化剂。
人造板涂覆
按照单层板催化剂涂覆量0.006g/cm2涂覆上述二氧化锰催化剂浆料，添加脲醛粘胶剂采用热压压制成胶合板，压合温度为160℃、压力为7MPa、热压时间为5min。胶合板表层按照催化剂涂覆量0.007g/cm2涂覆上述二氧化锰催化剂浆料。70℃下鼓风干燥获得无醛胶合板。将胶合板放入真空干燥器，记录干燥器内甲醛与二氧化碳的浓度。具体数据见表1。
取碎木屑与上述二氧化锰催化剂粉体，二氧化锰催化剂添加量为0.0010g/cm3充分混合，添加醛脲胶粘剂制成刨花板。刨花板表层按照二氧化锰催化剂的涂覆量0.005g/cm2涂覆上述二氧化锰催化剂浆料。70℃下鼓风干燥获得无醛刨花板。将刨花板放入真空干燥器，记录干燥器内甲醛与二氧化碳的浓度。具体数据见表2。
实施例5
二氧化锰催化剂制备
称取1.57g KMnO4、1.69g MnSO4·H2O和0.062g无水乙醇溶于130ml的去离子水，充分混合后60℃水浴反应10h，反应结束后，添加30mL去离子水稀释得到二氧化锰催化剂浆液。或者将反应产物直接过滤、60℃干燥得到粉体催化剂。
人造板涂覆
按照单层板催化剂涂覆量0.004g/cm2涂覆上述二氧化锰催化剂浆料，添加脲醛粘胶剂采用热压压制成胶合板，压合温度为150℃、压力为6.5MPa、热压时间为4min。胶合板表层按照催化剂涂覆量0.005g/cm2涂覆上述二氧化锰催化剂浆料。70℃下鼓风干燥获得无醛胶合板。将胶合板放入真空干燥器，记录干燥器内甲醛与二氧化碳的浓度。具体数据见表1。
取碎木屑与上述二氧化锰催化剂粉体，二氧化锰催化剂添加量为0.0010g/cm3充分混合，添加脲醛胶粘剂制成刨花板。刨花板表层按照二氧化锰催化剂的涂覆量0.005g/cm2涂覆上述二氧化锰催化剂浆料。70℃下鼓风干燥获得无醛刨花板。将刨花板放入真空干燥器，记录干燥器内甲醛与二氧化碳的浓度。具体数据见表2。
对比例1
与实施例1不同的是，胶合板、刨花板均不添加和涂覆二氧化锰催化剂。
对比例2
与实施例2不同的是，胶合板、刨花板均不添加和涂覆二氧化锰催化剂。
对比例3
与实施例3不同的是，胶合板、刨花板均不添加和涂覆二氧化锰催化剂。
对比例4
与实施例4不同的是，胶合板、刨花板均不添加和涂覆二氧化锰催化剂。
对比例5
与实施例5不同的是，胶合板、刨花板均不添加和涂覆二氧化锰催化剂。
将对比例1-5得到的胶合板和刨花板放入真空干燥器，记录干燥器内甲醛与二氧化碳的浓度。具体数据见表1。
表1胶合板甲醛和二氧化碳浓度随时间变化数据
Figure BDA0002320639220000101
Figure BDA0002320639220000111
表2刨花板释放的甲醛和二氧化碳浓度随时间变化数据
Figure BDA0002320639220000112
Figure BDA0002320639220000121
由上表1和表2可知，本申请提供的无醛板材，甲醛释放量远远低于未经处理的板材的甲醛释放量。
本申请提供的无醛板材，在板材内加入二氧化锰催化剂，能有效阻止甲醛气体的释放，甲醛在人造板内部和表面完成氧化分解，转化成无毒害的CO2和H2O，有效保证环境安全；生产过程简单、成本低。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种无醛板材，其特征在于，所述无醛板材含有二氧化锰催化剂，所述二氧化锰催化剂的制备方法包括：
将原料溶于水中，加热反应得到所述二氧化锰催化剂；所述原料包括高锰酸钾、硫酸锰和还原剂；
所述无醛板材使用的粘胶剂为脲醛类粘胶剂。
2.根据权利要求1所述的无醛板材，其特征在于，所述还原剂包括葡萄糖、乙醇、柠檬酸中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的无醛板材，其特征在于，所述高锰酸钾、所述硫酸锰和所述还原剂的摩尔比为1：(1-1.2)：(0.10-0.25)。
4.根据权利要求1所述的无醛板材，其特征在于，所述无醛板材为胶合板，所述胶合板由多层单层板压合而成，相邻两层所述单层板之间或所述胶合板整体涂覆所述二氧化锰催化剂。
5.根据权利要求4所述的无醛板材，其特征在于，所述压合的压力为5-8MPa，温度为150-180℃，时间为4-5min。
6.根据权利要求4所述的无醛板材，其特征在于，所述二氧化锰催化剂的涂覆量为0.004-0.008g/cm2；
优选地，相邻两层所述单层板之间涂覆所述二氧化锰催化剂的涂覆量为0.004-0.007g/cm2，所述胶合板整体涂覆所述二氧化锰催化剂的涂覆量为0.005-0.008g/cm2。
7.根据权利要求1所述的无醛板材，其特征在于，所述无醛板材为刨花板，所述刨花板由碎木屑、所述二氧化锰催化剂和所述粘胶剂混合后压制得到。
8.根据权利要求7所述的无醛板材，其特征在于，所述刨花板中，1cm3所述碎木屑中加入0.0010-0.0015g所述二氧化锰催化剂。
9.根据权利要求7所述的无醛板材，其特征在于，所述刨花板的表面涂覆所述二氧化锰催化剂；
优选地，所述二氧化锰催化剂的涂覆量为0.05-0.08g/cm2。
10.根据权利要求1-9任一项所述的无醛板材，其特征在于，所述加热反应的温度为40-90℃，时间为2-10h。
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