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        工藝因子對MDI制備無醛纖維板性能的影響?

        2020-08-31 06:58:26林國利覃掌吉魏云和楊守祿
        林產(chǎn)工業(yè) 2020年8期
        關鍵詞:防水劑纖維板人造板

        林國利 覃掌吉 魏云和 安 超 楊守祿 劉 明

        (1.廣西豐林木業(yè)集團股份有限公司,南寧 530221;2.貴州省林業(yè)科學研究院,貴陽 550000;3.中南林業(yè)科技大學,長沙 410004 )

        異氰酸酯(MDI)膠黏劑自20 世紀50 年代進入工業(yè)化生產(chǎn),在北美MDI應用于人造板行業(yè)已有30 多年歷史,我國在20 世紀80 年代開始MDI在木材方面的應用研究。MDI膠黏劑本身無甲醛添加,粘接機理屬于化學粘接,性能優(yōu)異,施膠量低,其應用于人造板生產(chǎn),可使產(chǎn)品獲得環(huán)保、性能的雙重提升[1]。隨著人們環(huán)保意識的增強,對居住環(huán)境要求越來越高。以MDI為主要膠黏劑生產(chǎn)的無醛纖維板的市場需求在不斷擴大,產(chǎn)品標準對人造板環(huán)保要求也日益提高。2017 年頒布的國家標準GB 18580—2017《室內(nèi)裝飾裝修材料人造板及其制品中甲醛釋放限量》,于2018 年5 月1 日正式實施[2]。中國林產(chǎn)工業(yè)協(xié)會結(jié)合人造板行業(yè)的具體情況,頒布了T/CNFPIA 3002—2018《無醛人造板及其制品》團體標準,也于2018 年8 月1 日正式實施。各人造板企業(yè)積極優(yōu)化人造板生產(chǎn)工藝,提升產(chǎn)品附加值,以保持自身的市場空間[3-7]。本文根據(jù)實驗室無醛纖維板中試熱壓工藝條件,以復合固化劑施加量、防水劑施加量和熱壓因子為工藝因素,研究其對MDI制備的中密度纖維板性能的影響,為無醛纖維板工業(yè)化生產(chǎn)及應用提供參考。

        1 材料與方法

        1.1 材料

        木纖維,桉木纖維占90%,雜木纖維10%,含水率約10%,廣西豐林人造板有限公司;MDI膠黏劑,質(zhì)量分數(shù)≥99.6%,上海享斯邁聚氨酯有限公司;EG復合固化劑,廣西豐林木業(yè)集團股份有限公司;防水劑,乳化石蠟,固體含量40%, 廣西豐林木業(yè)集團股份有限公司。

        1.2 設備

        主要儀器設備:纖維攪拌機,05#型,上海多源機械設備有限公司;180 t萬能試驗壓機,BY302×2/18型,蘇州新協(xié)力機械制造有限公司;萬能力學試驗機,AGS-X型,SHIMADZU CORPORATION;低溫恒溫槽,THD-0515,寧波天恒儀器廠。

        1.3 試驗方法

        1.3.1 正交試驗設計

        為確定在施膠量不變情況下無醛纖維板的優(yōu)化組合工藝,根據(jù)實驗室無醛纖維板中試熱壓工藝,以復合固化劑施加量、防水劑施加量和熱壓因子為考察因素,設定各因素的變化范圍,各取3 個水平(見表1),按正交表L9(34)分析方法進行試驗。各組條件壓制2 塊板。

        表1 正交試驗因素與水平表Tab. 1 Factors and levels of orthogonal experiment

        1.3.2 無醛纖維板制備

        設定MDI施膠量為25 kg/m3,試板厚度12 mm,密度700 kg/m3,幅面360 mm×360 mm。按照試驗設定稱取纖維投到纖維攪拌機中攪拌1 min;把MDI、復合固化劑、防水劑混合均勻后用噴槍施加到纖維表面;將施膠后的纖維手工鋪裝至板坯模具中進行人工預壓,再根據(jù)設定的熱壓工藝熱壓成型,熱壓壓力6.0、1.2、2.2 MPa,熱壓溫度(190±2) ℃。

        1.3.3 性能測試

        試板在室溫環(huán)境中放置養(yǎng)生3 d后,依據(jù)GB/T 17657—2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》,檢測內(nèi)結(jié)合強度(IB)、靜曲強度(MOR)、彈性模量(MOE)及24 h 吸水厚度膨脹率(24 h TS)。參照GB/T 11718—2009《中密度纖維板》中干燥狀態(tài)下使用的家具型中密度纖維板(MDF-FN REG)性能要求,進行板材性能評價。

        2 結(jié)果與分析

        正交試驗結(jié)果及極差分析結(jié)果見表2。

        表2 正交試驗結(jié)果與極差分析表Tab. 2 Orthogonal experiment results and range analysis

        2.1 工藝因子對無醛纖維板力學性能的影響

        工藝因子對板材MOR、MOE、IB力學性能影響的方差分析結(jié)果如表3 所示。

        由表2 和表3 數(shù)據(jù)可知,隨著復合固化劑施加量和熱壓因子的增加,試板的IB、MOR、MOE均呈上升趨勢。主要原因是,隨著復合固化劑施加量和熱壓因子的增加,MDI樹脂能夠充分與木質(zhì)纖維發(fā)生化學交聯(lián)反應,生成穩(wěn)定、高強度的聚合體,提高板材力學性能[8-15]。防水劑施加量的增加對IB、MOR、MOE有輕微負面影響,主要原因是防水劑覆蓋木纖維表面后,阻礙了MDI樹脂與纖維的交聯(lián)反應[16-21]。

        表3 工藝因子對試板力學性能影響的方差分析Tab. 3 ANOVA for effect of technological factors on mechanical properties of aldehyde-free fiberboard samples

        各因素對試板力學性能影響的順序為:熱壓因子(C)>固化劑(A)>防水劑(B),但F值均小于臨界值,無顯著性。

        2.2 工藝因子對無醛纖維板吸水厚度膨脹率的影響

        工藝因子對試板24 h吸水厚度膨脹率(24 h TS)影響的方差分析結(jié)果,見表4。

        表4 工藝因子對試板吸水厚度膨脹率影響的方差分析Tab. 4 ANOVA for effect of technological factors on TS of aldehyde-free fiberboard samples

        由表2 和表4 可知,隨著固化劑、防水劑施加量和熱壓因子的增加,試板的24 h TS 呈下降趨勢。原因是固化劑施加量和熱壓因子的增加,使得板材內(nèi)膠黏劑反應充分,增強了纖維間聯(lián)結(jié)強度,同時疏水基團增加,增強了疏水性。防水劑能夠覆蓋纖維表面,阻礙纖維的親水基團與水分子接觸,降低試板吸水性能[22-25]。

        各因素對纖維板試板24 h TS影響的順序為:熱壓因子(C)>防水劑(B)>固化劑(A),各因子的F值均小于臨界值,無顯著性。

        2.3 驗證試驗

        綜合考慮生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本及板材性能等影響,以A3B1C1作為優(yōu)化組合方案,即固化劑施加量1.3 kg/m3,防水劑施加量4 kg/m3,熱壓因子15 s/mm,壓制2 塊試板,各項性能指標檢測結(jié)果如表5 所示。

        由表5 可知,采用優(yōu)化方案制備的板材性能均優(yōu)于GB/T 11718—2009 中干燥狀態(tài)下使用的家具型中密度纖維板(MDF-FN REG)性能要求。

        表5 以優(yōu)化工藝制備的試板性能Tab. 5 Properties of aldehyde-free fiberboard samples made with optimized technology

        3 結(jié)論

        根據(jù)實驗室無醛纖維板中試熱壓工藝條件,以復合固化劑施加量、防水劑施加量和熱壓因子為工藝因素,研究其在施膠量不變情況下對MDI制備的無醛纖維板性能的影響,得出以下結(jié)論:

        1) 在施膠量不變的情況下,隨著固化劑施加量、熱壓因子的增加,無醛纖維板的力學和耐水性能都有所提升;防水劑施加量增加,板材的防水性能也隨之增強,但對力學性能有輕微負面影響。

        2)以MDI施膠量為25 kg/m3,固化劑施加量為1.3 kg/m3、防水劑施加量為4 kg/m3和熱壓因子15s/mm為優(yōu)化組合生產(chǎn)工藝,制備無醛纖維板,其物理力學性能均優(yōu)于GB/T 11718—2009 中干燥狀態(tài)下使用的家具型中密度纖維板(MDF-FN REG)性能要求。

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