CN117086971A - 一种耐水无醛高密度纤维板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及纤维板制造技术领域，具体公开了一种耐水无醛高密度纤维板的制备方法，包括：木纤维的制备；采用酚醛‑光触媒混合剂对竹青纤维进行改性，制备增强材料；原料混合施胶铺装：将木纤维、增强材料与胶黏剂、助剂、防水剂、无机胶凝材料混合均匀，铺装成型得到板坯；将板坯进行热压，得到耐水无醛高密度纤维板。本发明的耐水无醛高密度纤维板利用低分子量酚醛树脂与光触媒共同改性竹青纤维，利用含有竹青纤维的高密度、高疏水性、高力学性能提高纤维板的力学性能和耐水性，解决当前无醛纤维板强度低、耐水性差、密度低等问题。
Description
技术领域
本发明涉及纤维板制造技术领域，尤其涉及一种耐水无醛高密度纤维板及其制备方法。
背景技术
纤维板是以木质纤维或其他植物素纤维为原料，施加以脲醛树脂胶粘剂铺装成型的人造板，具有材质均匀、纵横强度差小、不易开裂等优点，用途广泛，但是采用脲醛树脂制备的纤维板在使用过程中会挥发出一些有害物质如甲醛、苯酚等，危害人体健康和污染空气环境。随着社会发展水平的提高和人们环保意识的增强，对纤维板有害物质的释放量要求越来越高。目前，为了降低纤维板的甲醛释放量，推出无醛纤维板，无醛纤维板主要以异氰酸酯作为胶黏剂，但是单用异氰酸酯作为胶粘剂制备纤维板，会存在内结合强度低、脆性大、耐水性差、镂铣性能差等问题；此外纤维板置于空气中容易吸潮，吸潮后变形严重，这些极大限制了无醛纤维板的应用。
公开号CN115707739A中国专利申请公开了一种耐水纤维板的制备方法，为解决现有技术中纤维板耐水性差、力学强度低的问题，采用改性后的木质纤维、与阻燃剂、膨润土、高岭土混合添加复配的胶黏剂制备得到的纤维板，制备的纤维板的静曲强度为32.3-33.4MPa，吸水厚度膨胀率为5.7-6.5％，其强度和耐水性相对偏低，而且胶黏剂中含有较多的有害物质苯酚。公开号CN107779165A中国专利公开了一种无醛纤维板的制造工艺，其利用以蛋白类天然高分子为主剂的生物质无醛胶黏剂制备纤维板，生产的纤维板甲醛释放量低，但其强度和耐水性有待进一步提升。
酚醛树脂(PF)是有机化合物中的酚类和醛类在酸性或碱性条件下发生酚醛缩聚反应获得的高分子化合物，是世界上最早实现工业化生产的合成树脂之一。酚醛树脂作为人造板生产的主要用胶之一，具有优良的耐热、耐水性和良好的胶合强度。而且酚醛树脂的热降解与亚甲基的取代位有关。酚醛树脂中的亚甲基分两个阶段进行热解降，350-450℃的温度区间主要是部分邻－邻(o-o')位亚甲基和邻－对(o-p)位亚甲基的分解，400-620℃温度区间为对－对(p-p')位亚甲基的分解，p-p'位亚甲基比o-o'位亚甲基的起始热分解温度高50℃左右。所以酚醛树脂不容易释放甲醛，并且低分子量的酚醛树脂浸渍纤维不但可以渗透细胞壁强化纤维力学性能与胶合性能，且具有更低的甲醛释放量。目前，酚醛纤维板多以较高分子量的酚醛树脂制备，虽然具有更好的耐温性、耐化学性与机械性能，但甲醛释放量较高。
竹材作为“世界第二大森林”，由于其具有良好的力学强度，使得越来越多的人利用竹材与木材进行新型复合材料的研究，但目前竹材用于板材中都是去除竹青后进行应用。由于竹材结构的特殊性，竹青的强度密度均要大于竹材的其他部分，而且竹材的竹青部分富含疏水的二氧化硅材料，将竹青应用于人造板中有望提高人造板的强度和疏水性。但竹青难以胶合，竹青的存在会极大的降低板材的胶合强度，也限制了竹材竹青在纤维板中的应用。
本发明利用低分子量酚醛树脂与光触媒共同改性竹青纤维，利用低分子量酚醛树脂浸渍竹青纤维，提高竹青纤维胶合能力，同时利用光触媒与紫外照射去除低分子量酚醛树脂中可能挥发的微量甲醛，制备耐水无醛高密度纤维板，解决当前无醛纤维板强度低、耐水性差、密度低等难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐水无醛高密度纤维板及其制备方法，利用低分子量酚醛树脂与光触媒共同改性竹青纤维，利用竹青纤维的高密度、高疏水性、高力学性能提高纤维板的力学性能和耐水性，解决当前无醛纤维板强度低、耐水性差、密度低等问题，具体技术方案如下：
一种耐水无醛高密度纤维板的制备方法，包括以下步骤：
(1)木纤维的制备；
(2)制备增强材料，包括以下步骤：
①按重量份计，将80～100份低分子量酚醛树脂与8～12份光触媒溶液混合，得到酚醛-光触媒混合剂；
②将竹材纵向劈制，取竹材中靠近竹青侧的20％，得到竹材竹青部分；
③将步骤②得到的竹青部分通过削片、筛选、蒸煮软化、热磨后得到竹青纤维；
④取步骤①得到的酚醛-光触媒混合剂10～20份与步骤③得到的竹青纤维1～2份均匀浸泡2～4min，最后在紫外照射4～6min后取出竹青纤维，得到增强材料；
(3)原料混合施胶铺装：按重量份计，将步骤(1)中得到的木纤维100～200份和步骤(2)中得到的增强材料20～40份与胶黏剂10～20份、助剂2～7份、防水剂5～20份、无机胶凝材料1～8份混合均匀，铺装成型得到板坯；
(4)将步骤(3)得到的板坯进行热压，得到耐水无醛高密度纤维板。
优选的，上述的耐水无醛高密度纤维板的制备方法中，所述步骤(1)中，木纤维的制备具体为：将桉木、杨木、松木、硬杂木中的一种或多种通过削片、筛选、蒸煮软化、热磨、干燥，得到木纤维。
优选的，上述的耐水无醛高密度纤维板的制备方法中，所述木纤维的含水率为5～12％。
优选的，上述的耐水无醛高密度纤维板的制备方法中，所述低分子量酚醛树脂分子量为300～500，固含量为20％。
优选的，上述的耐水无醛高密度纤维板的制备方法中，所述光触媒为二氧化钛、一氧化锌、三氧化二铁、二氧化锌、硫化锌、二氧化硅中的一种或几种。
优选的，上述的耐水无醛高密度纤维板的制备方法中，所述步骤③中，竹青纤维含水率为5～12％。
优选的，上述的耐水无醛高密度纤维板的制备方法中，所述胶黏剂为异氰酸酯胶。
优选的，上述的耐水无醛高密度纤维板的制备方法中，所述步骤(4)中，热压工艺参数为：热压温度为160～220℃，热压时间为3～5min，热压压力为1～8MPa。
优选的，上述的耐水无醛高密度纤维板的制备方法中，所述助剂为聚乙烯醇、聚醚多醇、异丙醇中的一种或几种；所述防水剂为石蜡，所述无机胶凝材料为磷酸二氢铝、硅酸钠、硫酸镁、氯化镁或氧化钙中的一种或几种。
一种上述的耐水无醛高密度纤维板的制备方法制备得到的耐水无醛高密度纤维板。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明的耐水无醛高密度纤维板的制备方法，制备得到的耐水无醛高密度纤维板甲醛释放量低，绿色环保，同时具有高密度、耐水性好的特点，具有良好如镂铣、开槽等机械加工性能，内结合强度、静曲强度、弹性模量等力学性能得到提高，有利于纤维板的推广应用。
2.本发明的耐水无醛高密度纤维板的制备方法中，利用低分子量酚醛树脂与光触媒溶液共混浸渍竹青纤维制备增强材料，增加竹青纤维的胶合强度，同时利用竹青纤维的高密度、高强度、疏水性来制备耐水无醛高密度纤维板，以低分子量酚醛树脂与光触媒共混浸渍竹青纤维，利用紫外照射去除低分子量酚醛树脂中可能挥发的微量甲醛；利用竹青竹纤维的高密度、高疏水性、高力学性能作为增强材料，能够提高纤维板的力学性能，同时利用竹材竹青部分所富含疏水的二氧化硅与防水剂石蜡共同作用，提高纤维板的耐水性。
3.本发明的耐水无醛高密度纤维板的制备方法中，添加醇类助剂，提升异氰酸酯在反应过程中稳定性，延迟异氰酸酯胶黏剂的反应过程，有利于提升纤维胶接效果、板材力学性能。加入无机胶凝材料可以提高其初粘性，提高纤维板坯的结合强度，降低板坯预压回弹率，提高板材成型密度。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1
一种耐水无醛高密度纤维板的制备方法，包括以下步骤：
(1)木纤维的制备：将桉木通过削片、筛选、蒸煮软化、热磨、干燥后，得到木纤维，木纤维的含水率为8～10％；
(2)制备增强材料，包括以下步骤：
①按重量份计，将90份低分子量酚醛树脂与10份二氧化钛溶液混合，二氧化钛购于德固赛纳米用蒸馏水配制固含量为10％，低分子量酚醛树脂购于纳森美固含量为20％，分子量为300～500，得到酚醛-光触媒混合剂；
②将竹材纵向劈制，取竹材中靠近竹青侧的20％，得到竹材的竹青部分；
③将步骤②得到的竹青部分通过削片、筛选、蒸煮软化、热磨后得到竹青纤维，竹青纤维含水率为8～10％；
④取步骤①得到的酚醛-光触媒混合剂10份与步骤③得到的竹青纤维1份均匀浸泡3min，最后在紫外照射5min后取出竹青纤维，得到增强材料；
(3)原料混合施胶铺装：按重量份计，将步骤(1)中得到的木纤维100份和步骤(2)中得到的增强材料20份与异氰酸酯10份、聚乙烯醇2份、石蜡5份、硅酸钠3份均匀混合，铺装成型得到板坯；
(4)将步骤(3)得到的板坯在热压温度为180℃、热压压力为6MPa的条件下进行热压5min，得到耐水无醛高密度纤维板。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于：步骤(3)中增强材料的重量份数由20份替换为40份，其他步骤和参数同实施例1。
实施例3
本实施例与实施例1不同之处在于：步骤(3)中木纤维重量份数由100份替换为200份，其他步骤和参数同实施例1。
实施例4
本实施例与实施例1不同之处在于：步骤(3)中异氰酸酯重量份数由10份替换为20份，其他步骤和参数同实施例1。
实施例5
本实施例与实施例4不同之处在于：步骤(3)中增强材料重量份数由20份替换为40份，其他步骤和参数同实施例4。
对比例1
一种耐水无醛高密度纤维板的制备方法，包括以下步骤：
(1)木纤维的制备：将桉木通过削片、筛选、蒸煮软化、热磨、干燥后，得到木纤维，木纤维的含水率为8～10％；
(2)制备增强材料，包括以下步骤：
①按重量份计，将90份低分子量酚醛树脂与10份二氧化钛溶液混合，得到酚醛-二氧化钛混合剂；
②将竹材纵向劈制，取竹材中远离竹青侧的80％，得到去除竹青的竹材部分；
③将步骤②得到的去除竹青的竹材部分通过削片、筛选、蒸煮软化、热磨后得到去竹青竹纤维；
④取步骤①得到的酚醛-二氧化钛混合剂10份与步骤③得到的去竹青竹纤维1份均匀浸泡2～4min，最后在紫外照射5min后取出去竹青竹纤维，得到增强材料；
(3)原料混合施胶铺装：按重量份计，将步骤(1)中得到的增强材料20份与异氰酸酯10份、聚乙烯醇2份、石蜡5份、硅酸钠3份均匀混合并铺装成型得到板坯。
(4)将步骤(3)得到的板坯在热压温度为180℃、热压压力为6MPa的条件下进行热压5min，得到耐水无醛高密度纤维板。
对比例2
一种耐水无醛高密度纤维板的制备方法，包括以下步骤：
(1)木纤维的制备：将桉木通过削片、筛选、蒸煮软化、热磨、干燥后，得到木纤维，木纤维的含水率为8～10％；
(2)原料混合施胶铺装：按重量份计，将步骤(1)中得到的木纤维100份与异氰酸酯10份、聚乙烯醇2份、石蜡5份、硅酸钠3份均匀混合并铺装成型得到板坯。
(3)将步骤(2)得到的板坯在热压温度为180℃、热压压力为6MPa的条件下进行热压5min，得到耐水无醛高密度纤维板。
对比例3
一种耐水无醛高密度纤维板的制备方法，包括以下步骤：
(1)木纤维的制备：将桉木通过削片、筛选、蒸煮软化、热磨、干燥后，得到木纤维，木纤维的含水率为8～10％；
(2)将竹材纵向劈制，取竹材中靠近竹青侧的20％，得到竹材的竹青部分；将竹青部分通过削片、筛选、蒸煮软化、热磨后得到竹青纤维，竹青纤维含水率为8～10％；
(3)原料混合施胶铺装：按重量份计，将步骤(1)中得到的木纤维100份和步骤(2)中得到的竹青纤维20份与异氰酸酯10份、聚乙烯醇2份、石蜡5份、硅酸钠3份均匀混合，铺装成型得到板坯；
(4)将步骤(3)得到的板坯在热压温度为180℃、热压压力为6MPa的条件下进行热压5min，得到耐水无醛高密度纤维板。
按照实施例1～5和对比例1～3的制备方制得的18mm厚纤维板，参照GB/T 17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》对制得的纤维板进行力学性能、耐水性能等测试，其中甲醛释放量采用1m3气候箱法进行测试，测试结果见表1，纤维板的甲醛释放量均达到无醛级。
表1本发明实施例和对比例的制备的纤维板性能数据
从表1中可以看出，本发明实施例的纤维板性能明显优于对比例的纤维板性能，大部分性能指标达到了GB/T 31765-2015标准中高湿型高密度纤维板性能要求，其中密度、静曲强度方面实施例2、5最高，这是由于其竹青占比较大，而不含竹材的对比例2密度与静曲强度最小。内结合强度方面实施例4、5最高，这与其异氰酸酯占比高有关，但实施例1与对比例2比较表明增强材料与异氰酸酯共同作用时，纤维板具有较高的内结合强度。吸水厚度膨胀率方面，实施例2、5最低，对比例1、2较高，说明竹青纤维的存在提高了纤维板的耐水性能。综合来看利用低分子量酚醛树脂与二氧化钛标准溶液共混浸渍竹青纤维制备增强材料，增加竹青纤维的胶合强度的同时利用竹青纤维的高密度、高强度、疏水性来制备耐水无醛高密度纤维板，以低分子量酚醛树脂与二氧化钛光触媒共混浸渍竹青纤维，利用紫外照射去除低分子量酚醛树脂中可能挥发的微量甲醛。利用竹青竹纤维的高密度、高疏水性、高力学性能作为增强材料提高纤维板的力学性能，同时利用竹材竹青部分所富含疏水的二氧化硅与防水剂石蜡共同作用，提高纤维板的耐水性，克服了目前纤维板耐水性差、胶合强度低、抗弯性能差等问题，本发明的纤维板具有环保性，具有低甲醛释放、高密度、高胶合强度、耐水性能好的特点。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (10)
1.一种耐水无醛高密度纤维板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）木纤维的制备；
（2）制备增强材料，包括以下步骤：
①按重量份计，将80~100份低分子量酚醛树脂与8~12份光触媒溶液混合，得到酚醛-光触媒混合剂；
②将竹材纵向劈制，取竹材中靠近竹青侧的20%，得到竹材竹青部分；
③将步骤②得到的竹青部分通过削片、筛选、蒸煮软化、热磨后得到竹青纤维；
④取步骤①得到的酚醛-光触媒混合剂10~20份与步骤③得到的竹青纤维1~2份均匀浸泡2~4min，最后在紫外照射4~6min后取出竹青纤维，得到增强材料；
（3）原料混合施胶铺装：按重量份计，将步骤（1）中得到的木纤维100~200份和步骤（2）中得到的增强材料20~40份与胶黏剂10~20份、助剂2~7份、防水剂5~20份、无机胶凝材料1~8份混合均匀，铺装成型得到板坯；
（4）将步骤（3）得到的板坯进行热压，得到耐水无醛高密度纤维板。
2.根据权利要求1所述的耐水无醛高密度纤维板的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，木纤维的制备具体为：将桉木、杨木、松木、硬杂木中的一种或多种通过削片、筛选、蒸煮软化、热磨、干燥，得到木纤维。
3.根据权利要求2所述的耐水无醛高密度纤维板的制备方法，其特征在于，所述木纤维的含水率为5~12%。
4.根据权利要求1所述的耐水无醛高密度纤维板的制备方法，其特征在于，所述低分子量酚醛树脂分子量为300~500，固含量为20%。
5.根据权利要求1所述的耐水无醛高密度纤维板的制备方法，其特征在于，所述光触媒为二氧化钛、一氧化锌、三氧化二铁、二氧化锌、硫化锌、二氧化硅中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的耐水无醛高密度纤维板的制备方法，其特征在于，所述步骤③中，竹青纤维含水率为5~12%。
7.根据权利要求1所述的耐水无醛高密度纤维板的制备方法，其特征在于，所述胶黏剂为异氰酸酯胶。
8.根据权利要求1所述的耐水无醛高密度纤维板的制备方法，其特征在于，所述助剂为聚乙烯醇、聚醚多醇、异丙醇中的一种或几种；所述防水剂为石蜡，所述无机胶凝材料为磷酸二氢铝、硅酸钠、硫酸镁、氯化镁或氧化钙中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的耐水无醛高密度纤维板的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，热压工艺参数为：热压温度为160~220℃，热压时间为3~5min，热压压力为1~8MPa。
10.一种如权利要求1~9任一项所述的耐水无醛高密度纤维板的制备方法制备得到的耐水无醛高密度纤维板。
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