韋鵬練 秦志永 符韻林 李英健

(廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧 530004)

膠合板是我國(guó)人造板行業(yè)中的主導(dǎo)產(chǎn)品，主要應(yīng)用于家具、室內(nèi)裝飾和建筑等領(lǐng)域。膠合板的應(yīng)用降低了我國(guó)對(duì)大徑級(jí)木材的需求，保護(hù)了我國(guó)珍貴的森林資源。在市場(chǎng)的帶動(dòng)下，膠合板的產(chǎn)量日益擴(kuò)大。隨著膠合板在建筑裝飾和家具行業(yè)的廣泛應(yīng)用，其防火和環(huán)保性能逐漸引起人們的關(guān)注和重視，具有重要的研究?jī)r(jià)值。對(duì)膠合板進(jìn)行阻燃處理可以采用成板處理和在生產(chǎn)工序中添加阻燃劑2種方式，包括阻燃劑常壓或加壓浸注、表面涂阻燃涂料以及貼耐火材料等[1]。由于阻燃劑的主流產(chǎn)品多為水溶型，因而浸漬法成為阻燃處理的主導(dǎo)方法[2]。近20年來(lái)，膠合板的阻燃研究發(fā)展迅速[3-9]，其中以楊木膠合板的阻燃研究最多。桉樹和楊樹是我國(guó)重要的速生樹種，其生長(zhǎng)迅速、輪伐期短，已成為我國(guó)膠合板生產(chǎn)的主要原料來(lái)源。相比楊木膠合板，桉樹膠合板的阻燃處理研究開展較晚，相關(guān)報(bào)道也較少，本研究采用單板浸漬和成板浸漬2種不同的阻燃處理工藝，制備桉木阻燃膠合板，旨在探索阻燃劑濃度和阻燃處理方式對(duì)膠合板膠合強(qiáng)度以及潤(rùn)濕性的影響，為桉木阻燃膠合板的生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

桉木旋切單板：由南寧磨氏人造板公司提供，尺寸為1.5 mm × 425 mm × 425 mm，含水率10%～14%；膠黏劑：三聚氰胺改性脲醛樹脂 (MUF)，實(shí)驗(yàn)室自配；阻燃劑：商用阻燃劑，由北京盛源化工有限公司提供；固化劑：氯化銨，分析純，天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；填充劑：面粉，食用級(jí)，市售。

1.2 阻燃膠合板的制備

采用單板浸漬和成板浸漬2種不同的工藝進(jìn)行阻燃處理，制備阻燃膠合板，板厚為4.5 mm。

1.2.1膠黏劑及阻燃劑的調(diào)制

將自制的三聚氰胺改性尿醛樹脂、氯化銨和面粉按照100∶1∶20的比例進(jìn)行混合，用攪拌器攪拌均勻；將阻燃劑與水混合，配制成5%、10%、15%、20%的水溶液。

1.2.2熱壓工藝參數(shù)

熱壓參數(shù)為：熱壓溫度125 ℃，熱壓壓力1.2～1.5 MPa，熱壓時(shí)間9.5 min。

1.2.3阻燃處理工藝

1) 單板浸漬，將桉木單板浸漬于不同阻燃劑濃度的溶液中，常溫常壓下浸漬24 h后取出，干燥至平衡含水率。

2) 將成品膠合板鋸成標(biāo)準(zhǔn)試件，浸漬于不同阻燃劑濃度的溶液中，常溫常壓下浸漬24 h后取出，干燥至平衡含水率。

1.3 膠合強(qiáng)度檢測(cè)

按照GB/T 17657—2013 《人造板及飾面人造板理化性能實(shí)驗(yàn)方法》 中測(cè)定Ⅱ類膠合強(qiáng)度的要求對(duì)阻燃膠合板的膠合強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。剪切試件為A型試件，剪切斷面長(zhǎng)度為25 mm。將試件浸沒(méi)于 (63 ± 3)℃恒溫水浴鍋中，3 h后取出，冷卻10 min后在萬(wàn)能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)機(jī)上進(jìn)行膠合強(qiáng)度測(cè)試。

1.4 接觸角檢測(cè)

采用德國(guó)KRUSS接觸角測(cè)量?jī)x，在恒溫 (18 ± 2)℃、環(huán)境濕度30% ± 2%的條件下對(duì)單板浸泡前后蒸餾水在其表面上的接觸角進(jìn)行測(cè)量，測(cè)試液滴的體積為5 μL。將液滴滴下的過(guò)程錄制成視頻，用KRUSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，求出接觸角。

2 結(jié)果與分析

2.1 阻燃劑濃度對(duì)膠合強(qiáng)度的影響

相同浸漬時(shí)間下，不同阻燃處理膠合板的膠合強(qiáng)度隨阻燃劑濃度的變化情況見(jiàn)圖1。

圖1不同阻燃劑濃度制備膠合板的膠合強(qiáng)度
Fig.1 Bonding strength of plywood treated with different flame retardant concentrations

從圖1可知，阻燃處理方式不同，膠合強(qiáng)度的變化規(guī)律有所不同。采用單板浸漬進(jìn)行阻燃處理，隨著阻燃劑濃度的升高，阻燃膠合板的膠合強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后減小再增大的波動(dòng)變化，變化的幅度較大。而對(duì)成板進(jìn)行阻燃處理，膠合強(qiáng)度隨阻燃劑濃度的升高有小幅度提高，但提高幅度很小，可以認(rèn)為基本保持穩(wěn)定。從膠合強(qiáng)度的數(shù)值來(lái)看，成板浸漬阻燃處理所獲得的膠合強(qiáng)度明顯高于單板浸漬處理所獲得的膠合強(qiáng)度，在阻燃劑用量為15%的時(shí)候，成板浸漬的膠合強(qiáng)度是單板浸漬處理的近2倍。

相同浸漬時(shí)間下，不同阻燃處理膠合板的木破率隨阻燃劑濃度的變化情況見(jiàn)圖2。

圖2不同阻燃劑濃度制備膠合板的木破率
Fig.2 Wood failure ratio of plywood treated with different flame retardant concentrations

由圖2可知，2種不同處理方式，其木破率的變化規(guī)律相似。阻燃劑濃度由5%提高至10%時(shí)，單板浸漬和成板浸漬所獲得的木破率均呈現(xiàn)明顯的提高，提高的幅度最高達(dá)200%以上；而阻燃劑濃度由10%提高到20%時(shí)，2種阻燃處理方式所獲得的木破率均出現(xiàn)了明顯下降，其中單板浸漬處理的下降更為明顯；當(dāng)阻燃劑濃度達(dá)到20%時(shí)，其木破率比5%阻燃劑濃度的木破率還低，接近5%。從木破率的數(shù)值變化來(lái)看，雖然2種阻燃處理方式的變化規(guī)律相似，但是成板浸漬處理所獲得的木破率總體上還是高于單板浸漬處理，這與2種處理在膠合強(qiáng)度的區(qū)別是吻合的。

大量的研究表明，阻燃處理會(huì)降低膠合板的膠合強(qiáng)度[10-13]。單板經(jīng)阻燃劑浸漬，隨著阻燃劑濃度的提高，阻燃劑進(jìn)入單板內(nèi)部的量和深度都會(huì)有所提高，對(duì)膠黏劑固化和板材膠合性能的影響程度加大。而成板浸漬相當(dāng)于只對(duì)膠合板的表層進(jìn)行了阻燃處理，對(duì)膠合板內(nèi)部膠層的影響較小，對(duì)板材膠合強(qiáng)度的影響有限。因此，從膠合強(qiáng)度考慮，成板后進(jìn)行阻燃處理比對(duì)單板進(jìn)行處理要好。但從阻燃的效果判斷，單板浸漬會(huì)比成板浸漬獲得更好的阻燃效果，因?yàn)閱伟褰n能獲得更高的載藥量。2種阻燃方式各有利弊，在實(shí)際生產(chǎn)中都有應(yīng)用，應(yīng)根據(jù)阻燃需要進(jìn)行選擇。不論選擇哪種方式，還需考慮選擇合理的阻燃劑濃度。從膠合強(qiáng)度和木破率2個(gè)指標(biāo)來(lái)判斷，10%的阻燃劑濃度最為理想。在該濃度下，單板浸漬和成板浸漬膠合強(qiáng)度都在1.0 MPa以上，滿足GB/T 9846—2004中Ⅱ類膠合強(qiáng)度的要求 (≥ 0.7 MPa)，木破率都在55%以上，較好地發(fā)揮了膠層的結(jié)合強(qiáng)度。

2.2 阻燃劑濃度對(duì)單板潤(rùn)濕性的影響

潤(rùn)濕性是木質(zhì)材料的一項(xiàng)重要性質(zhì)，表征的是液體與材料表面接觸時(shí)，液體在材料表面潤(rùn)濕、鋪展和粘附的難易程度，對(duì)膠合、表面涂飾等加工過(guò)程有重要影響。木質(zhì)材料的潤(rùn)濕性通常以液滴在其表面上接觸時(shí)接觸角的大小來(lái)表示，接觸角越大，表示材料的潤(rùn)濕性越差。

不同阻燃處理的單板，其表面平均接觸角隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖3。圖中黑色曲線為平均接觸角的變化曲線，紅色直線為根據(jù)接觸角變化曲線進(jìn)行擬合而得到的結(jié)果，擬合方程見(jiàn)表1。

圖3不同濃度阻燃劑浸漬處理單板表面接觸角隨時(shí)間的變化
Fig.3 The change of contact angle of veneers treated with different flame retardant concentrations

表1 不同阻燃劑濃度處理單板接觸角變化的線性擬合結(jié)果Table 1 Linear fitting results of contact angle of veneers treated with different flame retardant concentrations

由圖3可知，不論是未處理材還是處理材，其接觸角均隨時(shí)間的推移而不斷減小，但是減小的速度和幅度不同。未處理材的初始接觸角較大，減小的速度和幅度也較小，在60 s以后仍然保持在110°以上。而處理材的初始接觸角普遍比未處理材小，減小的速度相比未處理材快很多，特別是在前5 s以內(nèi)，接觸角迅速較小，5 s以后接觸角減小的速度逐漸減小并趨于穩(wěn)定。從終了接觸角來(lái)看，經(jīng)阻燃處理后，單板的接觸角均在35°以下，明顯低于未處理材。這說(shuō)明阻燃處理后，單板的潤(rùn)濕性明顯優(yōu)于未處理材，這一點(diǎn)從線性擬合的結(jié)果也能反映出來(lái)。從表1中可以看到，在5%～15%的濃度范圍內(nèi)，阻燃劑濃度越高，初始接觸角越小，說(shuō)明單板的潤(rùn)濕性越好。這是因?yàn)樗褂玫淖枞紕┍旧砭哂杏H水性，阻燃劑濃度提高之后，所含的親水基團(tuán)增多，因而對(duì)單板潤(rùn)濕性的改善程度也相應(yīng)提高。潤(rùn)濕性的提高改善了膠黏劑在單板表面的擴(kuò)散和滲透，有利于膠合。但是當(dāng)單板的潤(rùn)濕性超過(guò)某一范圍時(shí)，會(huì)造成膠黏劑的過(guò)量滲透，從而降低膠合性能。阻燃劑濃度由5%提高到10%時(shí)，由于潤(rùn)濕性的提高，膠合強(qiáng)度也獲得提高；當(dāng)阻燃劑濃度提高至15%時(shí)，潤(rùn)濕性的提高已經(jīng)不能促進(jìn)膠合強(qiáng)度的進(jìn)一步提高，反而使膠合強(qiáng)度出現(xiàn)了明顯的下降。因此，從潤(rùn)濕性的角度考慮，10%的阻燃劑濃度對(duì)改善單板的潤(rùn)濕性是最理想的，能獲得較高的膠合強(qiáng)度。

3 結(jié) 論

1) 阻燃劑濃度對(duì)桉木阻燃膠合板膠合強(qiáng)度的影響不同，采用單板浸漬來(lái)進(jìn)行阻燃處理，膠合強(qiáng)度與阻燃劑濃度之間的關(guān)系不明顯；而采用成板浸漬來(lái)進(jìn)行阻燃處理，膠合強(qiáng)度隨著阻燃劑濃度的提高而增大。

2) 在相同的浸漬工藝下，成板浸漬阻燃處理生產(chǎn)的膠合板，其膠合強(qiáng)度較單板浸漬阻燃處理膠合板的膠合強(qiáng)度高。

3) 阻燃處理提高了單板的潤(rùn)濕性，在5%～15%的阻燃劑濃度范圍內(nèi)，單板的潤(rùn)濕性隨著阻燃劑濃度的提高而增大。

4) 從節(jié)約生產(chǎn)成本的角度出發(fā)，不論是采用單板浸漬還是成板浸漬來(lái)進(jìn)行阻燃處理，10%的阻燃劑濃度是較佳的處理濃度。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 李堅(jiān), 李桂玲. 木材的阻燃處理[J]. 北京木材工業(yè), 1994(4): 27-32.

[2] 崔會(huì)旺, 杜官本. 木材阻燃研究進(jìn)展[J]. 世界林業(yè)研究, 2008, 21(3): 43-48.

[3] 趙東, 周云明, 孫曉博, 等. 不同阻燃劑對(duì)速生楊木膠合板性能的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2014, 30(28): 67-71.

[4] 劉迎濤, 李堅(jiān), 王清文. FRW阻燃樺木膠合板的性能研究[J]. 林產(chǎn)工業(yè), 2004, 31(3): 22-24.

[5] 侯倫燈, 劉景宏, 楊遠(yuǎn)才, 等. 馬尾松膠合板阻燃技術(shù)的研究[J]. 木材工業(yè), 2000, 14(2): 6-8.

[6] 朱家琪, 劉燕吉, 高超英. 橡膠木膠合板阻燃技術(shù)研究Ⅰ.橡膠木膠合板的阻燃處理[J]. 木材工業(yè), 1999, 13(1): 15-17.

[7] 李曉平, 吳章康, 王珺. 思茅松阻燃膠合板的制備和性能[J]. 浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 30(5): 724-728.

[8] 黃曉東. 竹膠合板阻燃性能的研究[J]. 西北林學(xué)院學(xué)報(bào), 2006, 21(2): 146-149.

[9] 胡拉, 陳志林, 詹滿軍. 阻燃桉樹膠合板的初步研究[J]. 桉樹科技, 2011, 28(2): 10-15.

[10] 胡拉, 陳志林, 傅峰. 桉木與楊木阻燃膠合板的性能對(duì)比分析[J]. 木材工業(yè), 2015, 29(3): 43-46.

[11] 龔迎春, 殷志偉, 李曉平, 等. 不同阻燃劑對(duì)膠合板膠合強(qiáng)度和燃燒性能影響[J]. 林業(yè)科技開發(fā), 2014, 28(2): 99-101.

[12] Cheng R X, Wang Q W. The influence of FRW-1 fire retardant treatment on the bonding of plywood[J]. Journal of Adhesion Science and Technology, 2011, 25(14): 1715-1724.

[13] 張建, 李琴, 汪奎宏, 等. 不同阻燃處理方式對(duì)膠合板性能影響的研究[J]. 建材技術(shù)與應(yīng)用, 2010(10): 1-4.