專利名稱：一種人造板組合物和人造板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種人造板組合物和由該人造板組合物制得的人造板。
背景技術(shù)：
木質(zhì)纖維原料經(jīng)機(jī)械加工分離成各種形狀的單元材料，再經(jīng)組合壓制而成各種板 材。人造板的生產(chǎn)可以利用木材機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的邊角廢料及小徑木、枝椏材等，因此 使得木材資源的利用率得以大大提高。人造板種類很多，常用的有刨花板、纖維板、細(xì)木工 板(大芯板)、膠合板，以及防火板等裝飾型人造板。因?yàn)樗鼈冇懈髯圆煌奶攸c(diǎn)，被應(yīng)用于 不同的家具制造及建筑、汽車生產(chǎn)等領(lǐng)域。粘合劑的使用是人造板生產(chǎn)中必不可少的。脲醛樹脂尤其是三聚氰胺改性脲醛樹脂(MUF)是目前木器制造業(yè)特別是人造板 行業(yè)刨花板、膠合板以及各種纖維板的生產(chǎn)中廣泛使用的木材粘合劑。脲醛樹脂是尿素與 甲醛的反應(yīng)產(chǎn)物。由于這種脲醛樹脂的耐水性和強(qiáng)度較差，因此一般使用脲醛樹脂改性劑 對(duì)所得的脲醛樹脂進(jìn)行改性，以獲得改性后的脲醛樹脂例如常用的三聚氰胺改性脲醛樹脂 (MUF)，這種脲醛樹脂的耐水性和強(qiáng)度均明顯高于未經(jīng)改性的常規(guī)脲醛樹脂。所述脲醛樹脂 改性劑通常為三聚氰胺、苯酚或間苯二酚、丙烯酸酯共聚溶液、異氰酸酯、聚乙烯醇、木質(zhì)素寸。例如，CN 1527853A公開了一種三聚氰胺脲醛樹脂的制備方法，該方法包括以下步 驟1)提供甲醛第一水溶液；2)加熱該溶液；3)在單一步驟中加入以第一水溶液中甲醛量 計(jì)約0. 35-0. 65摩爾當(dāng)量的尿素，形成甲醛-尿素(UF)混合物；4)在上述混合物中加入酸 如甲酸，將PH值調(diào)節(jié)到約4-7，形成酸化的UF混合物；5)監(jiān)控該酸化UF混合物的粘度，直 至達(dá)到約150-1000厘泊；6)將該酸化UF混合物的pH值調(diào)節(jié)至約8_10，形成堿性UF混合 物；7)在該堿性UF混合物中加入含有以第一水溶液中甲醛量計(jì)約0. 24-1. 27摩爾當(dāng)量甲 醛的第二水溶液；8)將該堿性UF混合物的pH值調(diào)節(jié)至約8-10 ；9)在單一步驟中將以第一 水溶液中甲醛量計(jì)約0. 15-0. 55摩爾當(dāng)量的三聚氰胺加入上述堿性UF混合物，形成MUF混 合物；10)監(jiān)控該MUF混合物的粘度，直至達(dá)到約150-1000厘泊；和11)將該MUF混合物的 PH值調(diào)節(jié)至約9-10，制成在至少約14天內(nèi)粘度小于約1500厘泊的三聚氰胺脲醛樹脂。上述方法通過使用較高含量的甲醛來提高三聚氰胺改性脲醛樹脂產(chǎn)品的粘合強(qiáng) 度和加快三聚氰胺脲醛樹脂產(chǎn)品的制備速度，同時(shí)通過使用較高含量的三聚氰胺來提高三 聚氰胺脲醛樹脂產(chǎn)品的耐水性和進(jìn)一步提高三聚氰胺脲醛樹脂產(chǎn)品的強(qiáng)度。所得三聚氰胺 脲醛樹脂產(chǎn)品制成粘合劑后的干剪切強(qiáng)度均高于2000磅/平方英寸。然而，不管是脲醛樹脂還是改性脲醛樹脂，均不可避免地存在游離甲醛含量偏高 (均高于0. 5% )的問題。使用這種較高游離甲醛含量的三聚氰胺脲醛樹脂作為木材粘合劑 主要組分時(shí)，無疑會(huì)導(dǎo)致木材的較高的甲醛釋放量，例如，使用上述游離甲醛含量為0. 51% 的三聚氰胺脲醛樹脂壓制的三層膠合板的甲醛釋放量高達(dá)9. 8毫克/升，遠(yuǎn)超出國標(biāo)中環(huán) 保要求最低的E2(< 5.0毫克/升)規(guī)定。這無疑會(huì)阻礙人造板行業(yè)的發(fā)展。因此，開發(fā) 環(huán)保無污染的人造板成了人造板行業(yè)迫切需要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的人造板存在甲醛釋放量高從而不符合環(huán)保要 求的缺陷，提供一種符合環(huán)保要求的人造板組合物及人造板。本發(fā)明提供了一種人造板組合物，該人造板組合物含有纖維原材料，其特征在于， 該人造板組合物還含有氰乙基化纖維材料。本發(fā)明還提供了由上述人造板組合物制成的人造板。本發(fā)明提供的人造板組合物由于含有氰乙基化纖維材料，因而可以無需額外的粘 合劑即可成型為人造板，從而可以從根本上解決現(xiàn)有技術(shù)的人造板存在的甲醛釋放量大的 問題。本發(fā)明提供的人造板一方面完全滿足GB/T 4897. 1-2003和GB/T17657-19994. 12 中規(guī)定的最高級(jí)別板材甲醛釋放標(biāo)準(zhǔn)，另一方面其主要強(qiáng)度指標(biāo)符合GB/T 9846. 3-2004、 GB/T 11718-1999 和 GB/T 4897. 2-2003 等國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明，氰乙基化纖維材料是一種纖維原材料被氰乙基化后得到的改性纖維 材料。通常認(rèn)為是纖維原料中的羥基被氰乙基取代后形成含有氰乙基的衍生物，這可以通 過氰乙基化前纖維原材料與氰乙基化后產(chǎn)物的紅外譜圖上羥基峰的弱化以及氰乙基特征 峰的出現(xiàn)并結(jié)合元素分析來得以證實(shí)。根據(jù)本發(fā)明，所述氰乙基化纖維材料的制備方法包括在氰乙基化反應(yīng)條件下使纖 維原材料與氰乙基化試劑接觸，接觸的條件使所述纖維原材料增重10-80重量％，優(yōu)選為 20-50重量％。由于如上所述，在氰乙基化過程中纖維原材料中的羥基與氰乙基化試劑反應(yīng) 形成含有氰乙基的衍生物，即纖維原材料中的羥基轉(zhuǎn)化為-OCH2CH2CN,從而使得氰乙基化后 的纖維材料出現(xiàn)增重。因此，通過纖維原材料的增重可以反映纖維原材料的氰乙基化程度。 而且與其他方式相比，通過增重來反映氰乙基化程度顯得更加方便和直觀。因此，本發(fā)明使 用纖維原材料的增重來表示纖維原材料的氰乙基化程度。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，氰乙基化 程度使得纖維原料增重在20-50%時(shí)，氰乙基化程度越高，氰乙基化纖維的粘合性越強(qiáng)，但 是增重超過50%時(shí)，氰乙基化試劑的用量增大，氰乙基化反應(yīng)的時(shí)間也需要大幅提升，而且 還會(huì)伴隨各種副反應(yīng)的發(fā)生，導(dǎo)致生產(chǎn)成本大幅提高，而且粘合性反而降低。綜合考慮生產(chǎn) 成本和粘合劑強(qiáng)度，本發(fā)明優(yōu)選所述氰乙基化纖維材料的氰乙基化程度使得纖維原材料增 重20-50%，即以100重量份的纖維原材料為基準(zhǔn)，氰乙基化的程度則使氰乙基化后得到的 氰乙基化纖維材料的重量為120-150重量份。更進(jìn)一步優(yōu)選情況下，氰乙基化程度使得纖 維原料增重在30-40 %。本發(fā)明中，所述氰乙基化程度根據(jù)氰乙基化前后纖維原材料的絕干 重量計(jì)算。在此絕干重量的含義沿用本領(lǐng)域常規(guī)的含義，即表示不含水時(shí)的重量，一般通過 在105°C下干燥6小時(shí)后，重量變化率小于0. 5%，因此，通常使用105°C下干燥6小時(shí)后的 重量表示絕干重量。優(yōu)選情況下，所述氰乙基化纖維材料的制備方法還包括在使纖維原材料與氰乙基 化試劑接觸前先用堿液對(duì)纖維原材料進(jìn)行堿處理。一般認(rèn)為堿處理能夠使纖維原材料中的 羥基被打開或者被暴露出來，從而使氰乙基化能夠更容易地進(jìn)行。優(yōu)選情況下，堿處理的條
4件包括纖維原材料與堿液的重量比為1 3-6，堿液的濃度為4-10重量％，堿處理的溫度為 10-300C，時(shí)間為30-60min。進(jìn)一步優(yōu)選情況下，堿處理的條件包括纖維原材料與堿液的重 量比為1 4-5，堿液的濃度為4-7重量％，堿處理的溫度為20-30°C，時(shí)間為40-50min。用于上述堿處理的所述堿液可以為各種能實(shí)現(xiàn)上述使纖維原材料中的羥基打開 或暴露的堿，可以為有機(jī)堿和/或無機(jī)堿，優(yōu)選為氫氧化鈉和/或氫氧化鉀的水溶液。為了使氰乙基化反應(yīng)更順利地進(jìn)行，優(yōu)選情況下，所述氰乙基化纖維材料的制 備方法還包括將堿處理后的纖維原材料進(jìn)行除水，除水的條件使得纖維原材料的增重為 80-150重量％，本發(fā)明可以通過將堿處理后的纖維原材料進(jìn)行抽濾，并在濾餅上加壓來實(shí) 現(xiàn)將堿處理后的纖維原材料的水分盡可能擠出，以減少堿處理后氰乙基化反應(yīng)中的副反 應(yīng)。相對(duì)于濾餅的厚度為8mm，一般可以施加0.2-0. 3MPa的壓力。此處纖維原材料的增重 是指除水后的濾餅相對(duì)于纖維原材料的增重。根據(jù)本發(fā)明，所述氰乙基化試劑可以為各種能夠使羥基轉(zhuǎn)化為氰乙基化產(chǎn)物的氰 乙基化試劑，優(yōu)選為丙烯腈。本發(fā)明中，所述纖維原材料可以是各種未經(jīng)過任何化學(xué)處理的纖維材料，例如可 以是紙漿、棉纖維、麻纖維中的一種或多種。所述氰乙基化試劑為丙烯腈，所述纖維原材料為紙漿、棉纖維、麻纖維中的一種或 多種，所述氰乙基化反應(yīng)條件包括纖維原材料與氰乙基化試劑的重量比為1 2-10，接觸 的溫度為20-55°C，時(shí)間為30-240min ；進(jìn)一步優(yōu)選所述氰乙基化反應(yīng)條件包括纖維原材料 與氰乙基化試劑的重量比為1 3-8，接觸的溫度為30-45°C，時(shí)間為50-200min。進(jìn)一步優(yōu)選情況下，所述氰乙基化的方法還包括將接觸后的混合物用0. lmol/L 的醋酸進(jìn)行中和，并進(jìn)行洗滌、過濾和干燥。洗滌通常用水和乙醇交替進(jìn)行，洗滌的程度以 使洗滌液呈中性為準(zhǔn)，干燥用于除去固體中的水分。為了有利于氰乙基化以及可選擇的堿處理步驟的順利進(jìn)行，優(yōu)選情況下，所述纖 維原材料為大小為0. OOl-IOcm的粉狀、纖維狀、片狀、條狀、顆?；驂K狀物。為了保證獲得的人造板有較好的機(jī)械物理強(qiáng)度，優(yōu)選情況下，以人造板組合物 的總量為基準(zhǔn)，所述氰乙基化纖維材料的含量為5-90重量％，所述纖維原材料的含量為 10-95重量％。進(jìn)一步優(yōu)選情況下，以人造板組合物的總量為基準(zhǔn)，所述氰乙基化纖維材料 的含量為20-60重量％，所述纖維原材料的含量為40-80重量％。更進(jìn)一步優(yōu)選情況下，當(dāng) 所述氰乙基化纖維材料為氰乙基化木材時(shí)，以人造板組合物的總量為基準(zhǔn)，所述氰乙基化 纖維材料的含量為30-50重量％，所述纖維原材料的含量為50-70重量％，這樣可以進(jìn)一步 保證獲得的人造板的機(jī)械物理強(qiáng)度符合國家要求。上述人造板組合物的制備方法簡單，只需將氰乙基化纖維材料與纖維原材料混合 均勻即可。根據(jù)本發(fā)明提供的人造板組合物可以直接熱壓成型得到人造板。熱壓成型的條件 包括例如溫度為100-150°C，壓力為0. 8-5MPa,時(shí)間為3-lOmin。在上述條件下，可以獲得厚 度為3-20mm的人造板。熱壓成型可以在熱壓成型機(jī)上進(jìn)行。熱壓成型的具體方法和操作 已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，本發(fā)明在此不再贅述。氰乙基化纖維材料由于保持了纖維材料本身的骨架結(jié)構(gòu)作為母體，同時(shí)還通過氰 乙基化而獲得纖維原材料本身所不具有的粘合功能，因此在以上述方式獲得的人造板中，氰乙基化纖維材料兼具粘合劑和基本纖維成分的功能，即既作為人造板的粘合劑，用于將 氰乙基化纖維材料本身以及與纖維原材料之間進(jìn)行粘合，同時(shí)還作為人造板的基本結(jié)構(gòu)成 分即與纖維原材料相同的基本結(jié)構(gòu)成分的功能。下面的實(shí)施實(shí)例將對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例1該實(shí)施例用于說明本發(fā)明提供的人造板組合物和人造板及其制造方法。將1000克的絕干紙漿在25°C溫度下與4000克濃度為7重量％的氫氧化鈉水溶 液攪拌均勻，靜置50min，之后將所得混合物進(jìn)行抽濾，并在濾餅上施加0. 2MPa的壓力，抽 濾的時(shí)間為5min，得到2500克濾餅，濾餅的厚度為8mm。將所得濾餅在45°C溫度下與6000 克丙烯腈在攪拌條件下反應(yīng)180min，經(jīng)過過濾、洗滌和干燥處理后得到氰乙基化紙漿材料。 通過氰乙基化前后物料的絕干重量計(jì)算方法確定氰乙基化程度為紙漿增重50重量％。通 過紅外光譜和元素分析確定紙漿中的羥基氫部分被氰乙基取代。取20重量份的上述氰乙基化紙漿與80重量份未改性的自制楊木刨花(厚約 0. 5mm，直徑約1cm)混合均勻后鋪成板坯，然后在130°C、4MPa的壓力下熱壓5min。熱壓完 成后取出板件冷卻即獲得厚度為5mm的刨花板。實(shí)施例2該實(shí)施例用于說明本發(fā)明提供的人造板組合物和人造板及其制造方法。將1000克的絕干紙漿在25°C溫度下與6000克濃度為4重量％的氫氧化鉀水溶 液攪拌反應(yīng)均勻，靜置50min，之后將所得混合物進(jìn)行抽濾，并在濾餅上施加0. 2MPa的壓 力，抽濾的時(shí)間為5min，得到2000克濾餅，濾餅的厚度為8mm。將所得濾餅在45°C溫度下 與3000克丙烯腈在攪拌條件下反應(yīng)220min，經(jīng)過過濾、洗滌和干燥處理后得到氰乙基化紙 漿材料。通過氰乙基化前后物料的絕干重量計(jì)算方法確定氰乙基化程度為紙漿增重30重 量％。通過紅外光譜和元素分析確定紙漿纖維原材料中的羥基氫部分被氰乙基取代。取60重量份的上述氰乙基化紙漿與40重量份未改性的麥秸稈(通過削片機(jī)粉碎 制得，直徑0. 5-lmm，長1. 5-5cm)混合均勻后鋪成板坯，然后在120°C、4MPa的壓力下熱壓 5min。熱壓完成后取出板件冷卻即獲得厚度為6mm的秸稈刨花板。實(shí)施例3該實(shí)施例用于說明本發(fā)明提供的人造板組合物和人造板及其制造方法。將1000克的棉纖維在25°C溫度下與5000克濃度為7重量％的氫氧化鈉水溶液 攪拌反應(yīng)均勻，靜置50min，之后將所得混合物進(jìn)行抽濾，并在濾餅上施加0. 3MPa的壓力， 抽濾的時(shí)間為5min，得到2500克濾餅，濾餅的厚度為8mm。將所得濾餅在45°C溫度下與 5000克丙烯腈在攪拌條件下反應(yīng)180min，經(jīng)過過濾、洗滌和干燥處理后得到氰乙基化棉纖 維材料。通過氰乙基化前后物料的絕干重量計(jì)算方法確定氰乙基化程度為棉纖維增重40 重量％。通過紅外光譜和元素分析確定棉纖維原材料中的羥基氫部分被氰乙基取代。取50重量份的上述氰乙基化棉纖維與50重量份未改性的上述厚約0. 5mm,直徑約 lcm的自制楊木刨花混合均勻后鋪成板坯，然后在120°C、4MPa的壓力下熱壓5min。熱壓完 成后取出板件冷卻即獲得厚度為4mm的楊木刨花板。實(shí)施例4按照實(shí)施例3的方法制作楊木刨花板，不同的是，氰乙基化紙漿的氰乙基化程度為增重10重量％，得到楊木刨花板。實(shí)施例5按照實(shí)施例3的方法制作楊木刨花板，不同的是，氰乙基化紙漿的氰乙基化程度 為增重80重量％，得到楊木刨花板。對(duì)比例1按照實(shí)施例3的方法制作刨花板，不同的是，1000克的棉纖維由1000克的厚約 0. 5mm、直徑約1cm的楊木刨花代替，得到氰乙基化楊木刨花；且40重量份未改性的上述厚 約0. 5mm、直徑約lcm的楊木刨花由40重量份氰乙基化楊木刨花代替，即人造板完全由氰乙 基化楊木刨花熱壓形成，得到參比刨花板。性能測試分別按照GB/T 17657-1999中4. 14. 4. 2中a) I類膠合板標(biāo)準(zhǔn)和4. 12的規(guī)定測定 上述實(shí)施例1-5以及對(duì)比例1制得的刨花板的膠合強(qiáng)度和甲醛釋放量，結(jié)果如表1所示。表 權(quán)利要求
1.一種人造板組合物，該人造板組合物含有纖維原材料，其特征在于，該人造板組合物 還含有氰乙基化纖維材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造板組合物，其中，以人造板組合物的總量為基準(zhǔn)，所述氰 乙基化纖維材料的含量為5-90重量％，所述纖維原材料的含量為10-95重量％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的人造板組合物，其中，所述氰乙基化纖維材料的制備方法 包括在氰乙基化反應(yīng)條件下使纖維原材料與氰乙基化試劑接觸，接觸的條件使所述纖維原 材料增重10-80重量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的人造板組合物，其中，所述氰乙基化纖維材料的制備方法還 包括在使纖維原材料與氰乙基化試劑接觸前先用堿液對(duì)纖維原材料進(jìn)行堿處理，堿處理的 條件包括纖維原材料與堿液的重量比為1 3-6，堿液的濃度為4-10重量％，堿處理的溫度 為 10-30°C，時(shí)間為 30-60min。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的人造板組合物，其中，所述堿液為氫氧化鈉和/或氫氧化鉀的 水溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的人造板組合物，其中，所述氰乙基化纖維材料的制備方法還 包括將堿處理后的纖維原材料進(jìn)行除水，除水的條件使得纖維原材料的增重為80-150重量％。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的人造板組合物，其中，所述氰乙基化試劑為丙烯腈，所述纖維 原材料為紙漿、棉纖維、麻纖維中的一種或多種，所述氰乙基化反應(yīng)條件包括纖維原材料與 氰乙基化試劑的重量比為1 2-10，接觸的溫度為20-55°C，時(shí)間為30-240min。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的人造板組合物，其中，所述纖維原材料為大小為0.OOl-IOcm 的粉狀、纖維狀、片狀、條狀、顆?；驂K狀物。
9.一種由權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的人造板組合物制成的人造板。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的人造板，其中，該人造板為纖維板和/或刨花板。
全文摘要
一種人造板組合物及由上述人造板組合物制成的人造板，該人造板組合物含有纖維原材料，其特征在于，該人造板組合物還含有氰乙基化纖維材料。本發(fā)明的人造板組合物由于含有氰乙基化纖維材料，因而可以無需額外的粘合劑即可成型為人造板，從而可以從根本上解決現(xiàn)有技術(shù)的人造板存在的甲醛釋放量大的問題。本發(fā)明的人造板一方面完全滿足GB/T 4897.1-2003和GB/T 17657-19994.12中規(guī)定的最高級(jí)別板材甲醛釋放標(biāo)準(zhǔn)，另一方面其主要強(qiáng)度指標(biāo)符合GB/T 9846.3-2004、GB/T 11718-1999和GB/T 4897.2-2003等國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。
文檔編號(hào)B27N3/04GK101992491SQ20101024445
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月3日
發(fā)明者儲(chǔ)富祥, 曲保雪, 李改云, 李燕, 秦特夫, 范東斌, 鄒獻(xiàn)武, 韓雁明 申請(qǐng)人:中國林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所