CN114456739B - 一种无甲醛胶合拼板及其生产工艺 - Google Patents

一种无甲醛胶合拼板及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本申请涉及重组木集成材及其制造技术领域，具体公开了一种无甲醛胶合拼板及其生产工艺，由重组材单板和胶粘剂层构成，所述重组材单板按径面拼接和弦面胶合而成，所述径面拼接所设有胶层的胶粘剂由草木灰、柠檬酸、糊精、聚乙烯醇、尼泊金酯、交联剂和水混合而成，所述弦面胶合所设有胶层的粘结剂为异氰酸酯胶黏剂。本申请的无甲醛胶合拼板，采用非醛类胶黏剂和粘结剂，制备的无甲醛胶合拼板的甲醛释放量远远低于国标E1级规定的1.5mg/L，实现了无甲醛的目标，同时由于胶黏剂的粘性低而过分进入重组材单板表面的孔隙中，进而导致胶合不良。

Description

一种无甲醛胶合拼板及其生产工艺
技术领域
本申请涉及重组木集成材及其制造技术领域，更具体而言涉及一种无甲醛胶合拼板及其生产工艺。
背景技术
随着我国家具行业的发展，其中木质家具的产量占总家具产量的30%，消费者对木质家具的需求量日益增加，但是我国的木材资源相对匮乏，木材的种植短期内出现不平衡的现象，重组木的出现，缓解了木材的供不应求现象。
重组木是在不打乱木材纤维排列方向、保留木材基本特性的前提下，将木材碾压成重组材单板重新改性组合，再经过施胶、顺纹组坯，胶压，制成一种强度高、规格大、具有天然木材纹理结构的新型木材。重组木的使用节约了木材资源，同时具备功能性强和绿色环保等优点。由于重组材单板表面存在大小不等的孔隙，在胶合过程中，胶黏剂容易过分渗透到孔隙中，进而导致胶合不良。
发明内容
为了改善胶黏剂容易过分渗透至孔隙中的问题，本申请的第一个目的在于提供一种无甲醛胶合拼板。
本发明的第二个目的在于提供一种无甲醛胶合拼板的制备方法，其具有制作方法简单，易于操作的优点。
为实现上述的第一个目的，本发明提供了如下技术方案：
一种无甲醛胶合拼板，由重组材单板和胶粘剂层构成，所述重组材单板按径面拼接和弦面胶合而成，所述径面拼接所设有胶层的胶粘剂由草木灰、柠檬酸、糊精、聚乙烯醇、尼泊金酯、交联剂和水混合而成，所述弦面胶合所设有胶层的粘结剂为异氰酸酯胶黏剂。
通过采用上述技术方案，本申请制备的无甲醛胶合拼板，采用非醛类胶黏剂和粘结剂，即在径面拼接采用由草木灰、柠檬酸、糊精、聚乙烯醇、尼泊金酯、交联剂和水混合而成的胶黏剂，在弦面胶合采用异氰酸酯胶黏剂，本申请制备的无甲醛胶合拼板的甲醛释放量远远低于国标 E1 级规定的 1.5mg/L，实现了无甲醛的目标。
聚乙烯醇的分子链上含有羟基而具有良好水溶性、成膜性和高度的结晶性，聚乙烯醇加热时溶剂挥发，聚乙烯醇的分子紧密接触依靠分子间的吸附作用形成具有一定机械强度的膜，从而发挥粘结剂的作用，草木灰的加入增加的胶黏剂的粘稠度，同时柠檬酸具有多羧基结构，能在高温下与糊精或聚乙烯醇上的羟基发生酯化，在材料内部形成交联，酯化和交联的发生不但能提高材料的成膜性，还能提高其力学性能；并且，柠檬酸上的羧基能与糊精和聚乙烯醇上的羟基形成较强的氢键，增加分子间相互作用，使固化后的胶黏剂具有良好的力学性能和粘性，进而减小了由于胶黏剂的粘性低而过分进入重组材单板表面的孔隙中，进而导致胶合不良。
另外，草木灰具有抑制病虫害的作用，减小害虫侵蚀胶合拼板的机率，同时，通过向聚乙烯醇溶液中加入交联剂，改善了过去聚乙烯醇缩醛胶黏剂的性能，大大增加了产品的防酸性、防水性。
优选的，所述草木灰50-80份、糊精20-40份、聚乙烯醇20-30份、尼泊金酯5-8份、交联剂10-15份、水150-250份和柠檬酸余量。
通过采用上述技术方案，胶合拼板中的各组分在一定的范围内，进一步增强了胶黏剂的抑制病虫害的作用、力学性能和稳定性，糊精无毒无味、成膜性好且具有良好的粘结性能，糊精、聚乙烯醇和草木灰配合，进一步增强胶黏剂的粘稠度和黏性，同时又具有优良的耐水性、分散性和粘结性能。
优选的，所述胶黏剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将草木灰和水混合搅拌30-60min，水温为50-60℃，加入柠檬酸，调节pH值为4.0-7.0，继续搅拌30-45min，得到混合物A；
（2）将糊精、聚乙烯醇、尼泊金酯和交联剂均匀混合，在60-85℃温度下搅拌30-45min，得到混合物B；
（3）将混合物A和混合物B进行混合，在60-80℃温度下搅拌30-35min，得到胶黏剂。
通过采用上述技术方案，草木灰的资源丰富，成本低，柠檬酸不仅改变草木灰的pH值，使草木灰与糊精、聚乙烯醇更好的混合，而且糊精、聚乙烯醇和柠檬酸发生反应，在材料内部形成交联，酯化和交联的发生不但能提高材料的成膜性，还能提高其力学性能，进一步增强胶黏剂的黏性，配合交联剂，有效提高了胶黏剂的粘接性和耐水性。
优选的，所述混合物A和混合物B的重量比为3-8:1。
通过采用上述技术方案，通过限定混合物A和混合物B之间的重量配比，能够使混合物A和混合物B较好的混合，而且最大程度的发挥胶黏剂的各种性能，同时有助于混合物A和混合物B的均匀混合。
优选的，所述重组材单板相邻层按平行纹理方向或垂直纹理方向堆叠而成。
通过采用上述技术方案，按平行纹理方向或垂直纹理方向堆叠重组材单板，能够最大程度的保证胶合拼板的力学性能，不仅保留重组木本身特有的基本性能，而且使得到的胶合拼板具有较高的密度，且不易变形和开裂等优点。
优选的，所述异氰酸酯胶黏剂为二苯基甲烷二异氰酸酯和/或聚合异氰酸酯。
通过采用上述技术方案，采用异氰酸酯胶黏剂，由于异氰酸酯的润湿性和渗透性好，在短时间内就能与重组材单板充分润湿，因此，与普通的集成材制造工艺相比，减少了陈放和预压工序。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种无甲醛胶合拼板的制备方法，包括以下步骤：
1) 将胶黏剂均匀涂抹在重组材单板的径面上，施胶量为100-120g/m2；
2)将多个施胶后的重组材单板按径面结合排列，得到板坯一，将板坯一陈放30-60min后进行预压；其中，预压在0.8-1.2MPa下进行45-80min；
3) 将粘结剂均匀涂抹在各板坯一的弦面上，施胶量为60-80g/m2，然后将各板坯一按弦面结合排列，得到板坯二；
4) 将板坯二进行热压，得到无甲醛胶合拼板，热压的温度为120-150℃，热压因子为1.2-1.5min/mm。
通过采用上述技术方案，在径面拼接采用胶黏剂，经预压后形成一体的板坯一，使得到的板坯一结构稳固，同时胶黏剂的黏性较大，减少了预压过程中胶黏剂过分进入重组材单板表面的孔隙中的机率，进而导致胶合不良的问题；然后将板坯二进行热压，得到无甲醛胶合拼板解决了由于异氰酸酯没有初粘性造成重组材单板偏移而产生搭接或离缝等问题。
另外，在弦面胶合时，由于异氰酸酯胶黏剂具有良好的胶合性能，使胶合拼版的性能达到一类胶合板的性能指标要求；在热压过程中，采用异氰酸酯胶黏剂与普通胶黏剂相比可以降低热压温度，减少热压时间和热压压力，从而减少能耗。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请的无甲醛胶合拼板，采用非醛类胶黏剂和粘结剂，即在径面拼接采用由草木灰、柠檬酸、糊精、聚乙烯醇、尼泊金酯、交联剂和水混合而成的胶黏剂，在弦面胶合采用异氰酸酯胶黏剂，本申请制备的无甲醛胶合拼板的甲醛释放量远远低于国标 E1 级规定的 1.5mg/L，实现了无甲醛的目标，同时由于胶黏剂的粘性低而过分进入重组材单板表面的孔隙中，进而导致胶合不良。
2、本申请中的聚乙烯醇的分子紧密接触依靠分子间的吸附作用形成具有一定机械强度的膜，草木灰的加入增加的胶黏剂的粘稠度，同时柠檬酸具有多羧基结构，能在高温下与糊精或聚乙烯醇上的羟基发生酯化，在材料内部形成交联，酯化和交联的发生不但能提高材料的成膜性，还能提高其力学性能；并且，柠檬酸上的羧基能与糊精和聚乙烯醇上的羟基形成较强的氢键，增加分子间相互作用，使固化后的胶黏剂具有良好的力学性能和稳定性。
3、本申请的草木灰具有抑制病虫害的作用，减小害虫侵蚀胶合拼板的机率，同时，通过向聚乙烯醇溶液中加入交联剂，改善了过去聚乙烯醇缩醛胶黏剂的性能，大大增加了产品的防酸性、防水性。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
实施例中所使用的原料均可通过市售获得。
胶黏剂的制备例
制备例1
胶粘剂由草木灰65份、糊精30份、聚乙烯醇25份、尼泊金酯7份、交联剂12份、水200份和柠檬酸混合而成。
胶黏剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将草木灰和水混合搅拌45min，水温为55℃，加入柠檬酸，调节pH值为5.0，继续搅拌35min，得到混合物A；
（2）将糊精、聚乙烯醇、尼泊金酯和交联剂均匀混合，在75℃温度下搅拌40min，得到混合物B；
（3）将混合物A和混合物B进行混合，在70℃温度下搅拌32min，得到胶黏剂，混合物A和混合物B的重量比为5:1。
制备例2
与制备例1的区别在于，胶粘剂由草木灰80份、糊精20份、聚乙烯醇30份、尼泊金酯5份、交联剂15份、水250份和柠檬酸混合而成。
制备例3
与制备例1的区别在于，胶粘剂由草木灰50份、糊精40份、聚乙烯醇20份、尼泊金酯8份、交联剂10份、水150份和柠檬酸混合而成。
制备例4
与制备例1的区别在于，胶黏剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将草木灰和水混合搅拌30min，水温为60℃，加入柠檬酸，调节pH值为4.0，继续搅拌30min，得到混合物A；
（2）将糊精、聚乙烯醇、尼泊金酯和交联剂均匀混合，在85℃温度下搅拌30min，得到混合物B；
（3）将混合物A和混合物B进行混合，在60℃温度下搅拌30min，得到胶黏剂，混合物A和混合物B的重量比为3:1。
制备例5
与制备例1的区别在于，胶黏剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将草木灰和水混合搅拌60min，水温为50℃，加入柠檬酸，调节pH值为7.0，继续搅拌45min，得到混合物A；
（2）将糊精、聚乙烯醇、尼泊金酯和交联剂均匀混合，在60℃温度下搅拌45min，得到混合物B；
（3）将混合物A和混合物B进行混合，在80℃温度下搅拌35min，得到胶黏剂，混合物A和混合物B的重量比为8:1。
制备例6
与制备例1的区别在于，混合物A和混合物B的重量比为3:1。
制备例7
与制备例1的区别在于，混合物A和混合物B的重量比为8:1。
制备例8
与制备例1的区别在于，混合物A和混合物B的重量比为10:1。
实施例
实施例1
一种无甲醛胶合拼板，由重组材单板和胶粘剂层构成，重组材单板按径面拼接和弦面胶合而成，径面拼接所设有胶层的胶粘剂由草木灰、柠檬酸、糊精、聚乙烯醇、尼泊金酯和交联剂、水混合而成，弦面胶合所设有胶层的粘结剂为异氰酸酯胶黏剂；重组材单板相邻层按平行纹理方向或垂直纹理方向堆叠而成；
胶粘剂选自制备例1；交联剂为聚乙烯亚胺；异氰酸酯胶黏剂为二苯基甲烷二异氰酸酯；
一种无甲醛胶合拼板的制备方法，包括如下步骤：
1) 将胶黏剂均匀涂抹在重组材单板的径面上，施胶量为110g/m2；
2)将三个施胶后的重组材单板按径面结合排列，得到板坯一，将板坯一陈放45min后进行预压；其中，预压在1.0MPa下进行60min；
3) 将粘结剂均匀涂抹在各板坯一的弦面上，施胶量为70g/m2，然后将各板坯一按弦面结合排列，得到板坯二；
4) 将板坯二进行热压，得到无甲醛胶合拼板，热压的温度为140℃，热压因子为1.3min/mm。
实施例2
一种无甲醛胶合拼板，与实施例1的区别在于，胶粘剂选自制备例2。
实施例3
一种无甲醛胶合拼板，与实施例1的区别在于，胶粘剂选自制备例3。
实施例4
一种无甲醛胶合拼板，与实施例1的区别在于，胶粘剂选自制备例4。
实施例5
一种无甲醛胶合拼板，与实施例1的区别在于，胶粘剂选自制备例5。
实施例6
一种无甲醛胶合拼板，与实施例1的区别在于，胶粘剂选自制备例6。
实施例7
一种无甲醛胶合拼板，与实施例1的区别在于，胶粘剂选自制备例7。
实施例8
一种无甲醛胶合拼板，与实施例1的区别在于，胶粘剂选自制备例8。
实施例9
一种无甲醛胶合拼板，与实施例1的区别在于，一种无甲醛胶合拼板的制备方法，包括如下步骤：
1) 将胶黏剂均匀涂抹在重组材单板的径面上，施胶量为120g/m2；
2)将三个施胶后的重组材单板按径面结合排列，得到板坯一，将板坯一陈放60min后进行预压；其中，预压在0.8MPa下进行80min；
3) 将粘结剂均匀涂抹在各板坯一的弦面上，施胶量为60g/m2，然后将各板坯一按弦面结合排列，得到板坯二；
4) 将板坯二进行热压，得到无甲醛胶合拼板，热压的温度为120℃，热压因子为1.2min/mm。
对比例
对比例1
一种无甲醛胶合拼板，与实施例1的区别在于，胶粘剂中未添加草木灰。
对比例2
一种无甲醛胶合拼板，与实施例1的区别在于，胶粘剂中未添加糊精。
对比例3
一种无甲醛胶合拼板，与实施例1的区别在于，胶粘剂中未添加聚乙烯醇。
对比例4
一种无甲醛胶合拼板，胶合拼板的胶黏剂选用中国发明专利CN105799004A中公开的实施例1中的胶黏剂，胶黏剂为水性高分子异氰酸酯胶黏剂。
性能检测试验
1.对制备例1-8和对比例1-4得到的胶黏剂在35℃下进行初始粘度、粘度增长至100000cP所需时间(即适用期)的测定结果示于表1所示。
表1 制备例1-8和对比例1-4得到的胶黏剂的性能测试
35℃下初始粘度(cP) 粘度达到100000cP所需时间(min)
制备例1 25680 140
制备例2 25660 146
制备例3 25665 145
制备例4 25670 143
制备例5 25672 143
制备例6 25675 142
制备例7 25677 141
制备例8 25676 142
对比例1 22250 160
对比例2 21130 170
对比例3 20120 180
对比例4 24150 150
注：在表1中，初始粘度是指：胶黏剂制备完成后，使用粘度计测定的粘度值；胶黏剂的粘度达到100000cP所需时间与胶黏剂的粘度增长成反比。
从表1中看出，制备例1-8制备的胶黏剂在35℃下具有较好的初始粘度，胶黏剂体系适用期为140-146min，适应后续无甲醛胶合拼板的拼装，为操作拼装预留足够的操作时间；对比例1的胶粘剂中未添加草木灰，胶黏剂的初始黏性大幅度降低，表明草木灰的添加能够增加胶黏剂的粘稠度，进而增加胶黏剂的黏性；对比例2胶粘剂中未添加糊精，胶黏剂的初始黏性大幅度降低，糊精的加入，能够与聚乙烯醇上的羟基发生酯化，在材料内部形成交联，酯化和交联的发生能够进一步增加胶黏剂的力学性能；对比例3中胶粘剂中未添加聚乙烯醇，胶黏剂的初始黏性同样大幅度降低，聚乙烯醇能够与柠檬酸、糊精形成较强的氢键，增加分子间相互作用，进一步增强胶黏剂的粘结性能；对比例4为现有技术的胶黏剂，可见胶黏剂的粘结性能低于本申请制备的胶黏剂。
2.测试实施例1-9和对比例1-4制备的无甲醛胶合拼板的剪切强度和胶合强度，试件不用水浸泡，直接测试其剪切强度；按照 GB/T9846.3-2004 中 III 类胶合板的要求测定其胶合强度，结果如表 2所示。
表2实施例1-9和对比例1-4制备的无甲醛胶合拼板的性能测试
剪切强度（MPa） 胶合强度（MPa） 甲醛释放（mg/m<sup>3</sup>）
实施例1 2.3 1.25 0.002
实施例2 2.1 1.18 0.002
实施例3 2.0 1.16 0.003
实施例4 2.1 1.17 0.002
实施例5 1.9 1.16 0.002
实施例6 2.2 1.23 0.002
实施例7 2.2 1.22 0.002
实施例8 2.1 1.20 0.002
实施例9 2.2 1.23 0.003
对比例1 1.5 0.56 0.003
对比例2 1.3 0.35 0.003
对比例3 1.1 0.21 0.004
对比例4 1.7 0.86 0.05
从表2可以看出，实施例1-9制备的无甲醛胶合拼板具有较强的剪切强度和胶合强度，甲醛释放量远低于国家规定的标准；实施例2-3为胶粘剂中各组分含量的变化，实施例4-8为胶黏剂的制备方法中参数的改变，可见，上述这些改变均不同程度的影响胶黏剂的各种性能；对比例1的胶粘剂中未添加草木灰，制备的无甲醛胶合拼板的剪切强度和胶合强度均大幅度降低，表明草木灰的添加影响胶黏剂的粘稠度，进而影响制备的胶合拼板各项性能；对比例2的胶粘剂中未添加糊精，制备的无甲醛胶合拼板的剪切强度和胶合强度均大幅度降低，糊精的加入，能够与聚乙烯醇上的羟基发生酯化，在材料内部形成交联，酯化和交联的发生能够进一步增加胶黏剂的力学性能，进而影响制备的胶合拼板各项性能；对比例3的胶粘剂中未添加聚乙烯醇，制备的无甲醛胶合拼板的剪切强度和胶合强度均大幅度降低，聚乙烯醇能够与柠檬酸、糊精形成较强的氢键，增加分子间相互作用，进一步增强胶黏剂的粘结性能，进而影响制备的胶合拼板各项性能；对比例4为现有技术的胶黏剂，可见制备的无甲醛胶合拼板的剪切强度和胶合强度均低于本申请实施例制备的无甲醛胶合拼板的各项性能，表明本申请制备的胶黏剂具有较好的粘结性能。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种无甲醛胶合拼板，由重组材单板和胶粘剂层构成，其特征在于，所述重组材单板按径面拼接和弦面胶合而成，所述径面拼接所设有胶层的胶粘剂由草木灰、柠檬酸、糊精、聚乙烯醇、尼泊金酯、交联剂和水混合而成，所述弦面胶合所设有胶层的粘结剂为异氰酸酯胶黏剂。
2.根据权利要求1所述的一种无甲醛胶合拼板，其特征在于，按重量份计，所述草木灰50-80份、糊精20-40份、聚乙烯醇20-30份、尼泊金酯5-8份、交联剂10-15份、水150-250份和柠檬酸余量。
3.根据权利要求1所述的一种无甲醛胶合拼板，其特征在于，所述胶黏剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将草木灰和水混合搅拌30-60min，水温为50-60℃，加入柠檬酸，调节pH值为4.0-7.0，继续搅拌30-45min，得到混合物A；
（2）将糊精、聚乙烯醇、尼泊金酯和交联剂均匀混合，在60-85℃温度下搅拌30-45min，得到混合物B；
（3）将混合物A和混合物B进行混合，在60-80℃温度下搅拌30-35min，得到胶黏剂。
4.根据权利要求3所述的一种无甲醛胶合拼板，其特征在于，所述混合物A和混合物B的重量比为3-8:1。
5.根据权利要求1所述的一种无甲醛胶合拼板，其特征在于，所述交联剂为聚乙烯亚胺和/或聚丙烯酰胺。
6.根据权利要求1所述的一种无甲醛胶合拼板，其特征在于，所述重组材单板相邻层按平行纹理方向或垂直纹理方向堆叠而成。
7.根据权利要求1所述的一种无甲醛胶合拼板，其特征在于，所述异氰酸酯胶黏剂为二苯基甲烷二异氰酸酯和/或聚合异氰酸酯。
8.根据权利要求1所述的一种无甲醛胶合拼板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1) 将胶黏剂均匀涂抹在重组材单板的径面上，施胶量为100-120g/m2；
2)将多个施胶后的重组材单板按径面结合排列，得到板坯一，将板坯一陈放30-60min后进行预压；其中，预压在0.8-1.2MPa下进行45-80min；
3) 将粘结剂均匀涂抹在各板坯一的弦面上，施胶量为60-80g/m2，然后将各板坯一按弦面结合排列，得到板坯二；
4) 将板坯二进行热压，得到无甲醛胶合拼板，热压的温度为120-150℃，热压因子为1.2-1.5min/mm。
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