一種mdi輕質(zhì)高強(qiáng)纖維板及制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種人造板生產(chǎn)技術(shù)，特別涉及MDI輕質(zhì)高強(qiáng)纖維板及制造方法，屬 于木質(zhì)復(fù)合材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003] 我國(guó)是森林資源匱乏國(guó)家，人均森林資源占有量較少，同時(shí)也是木材加工和消費(fèi) 大國(guó)，家具和人造板的產(chǎn)量逐年上升，造成木材需求量的巨大缺口?！?011年中國(guó)木材市場(chǎng) 與行業(yè)研究報(bào)告》指出：2011年我國(guó)木材缺口接近2億立方米。2012年初，東南亞、非洲、 北美洲以及俄羅斯等我國(guó)木材主要進(jìn)口來(lái)源國(guó)就不斷出現(xiàn)資源緊缺的跡象，再加上國(guó)家政 策及匯率、運(yùn)輸費(fèi)用上漲等因素的促使，進(jìn)口木材漲價(jià)局勢(shì)已成定局；同時(shí)我國(guó)黑龍江、吉 林、云南、廣西等生產(chǎn)木材的大省均表示林業(yè)已大幅減產(chǎn)，今后國(guó)內(nèi)外的木材供應(yīng)趨緊局勢(shì) 將更加明顯。作為木材使用量最大的人造板行業(yè)，進(jìn)行技術(shù)革新，生產(chǎn)高質(zhì)量低密度人造板 代替?zhèn)鹘y(tǒng)人造板，對(duì)節(jié)約與高效利用的木材資源具有重要的國(guó)家戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟(jì)效益。
[0004] 脲醛樹(shù)脂（UF)是人造板生產(chǎn)最常用的膠粘劑，憑借價(jià)格低廉、制備容易、毒性低等 優(yōu)點(diǎn)，占我國(guó)木材膠粘劑使用量80%以上，但是其耐候性、耐水性、膠結(jié)強(qiáng)度都相對(duì)較差，應(yīng) 用于纖維板、刨花板等人造板制造過(guò)程中，要達(dá)到應(yīng)用所需的性能要求，平均密度通常高達(dá) 700~800kg/m 3,膠粘劑的施膠量需10%左右；并且由于UF存在較高游離甲醛，在應(yīng)用過(guò)程中 散發(fā)出來(lái)的游離甲醛對(duì)環(huán)境造成的污染，已成為嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題，引起環(huán)保專(zhuān)家和消費(fèi)者 的關(guān)注，限制其在下游產(chǎn)品中的應(yīng)用。
[0005] 綜上所述，采用UF制造的人造板具有：綜合性能較差、平均密度偏高、甲醛污染嚴(yán) 重等主要缺點(diǎn)。由于木材資源短缺引起的原料價(jià)格上漲、社會(huì)對(duì)甲醛問(wèn)題的高度關(guān)注、市場(chǎng) 對(duì)輕質(zhì)人造板的需求，UF制造的人造板價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越不明顯。因此，采用異氰酸 酯等無(wú)醛高性能膠粘劑替代UF，在保證產(chǎn)品基本性能的條件下制造輕質(zhì)人造板，對(duì)木材資 源的保護(hù)和高效利用、室內(nèi)空氣質(zhì)量的改善、人造板產(chǎn)品質(zhì)量的提升具有重要的經(jīng)濟(jì)和社 會(huì)效應(yīng)。
[0006] 為了降低或消除人造板產(chǎn)品的甲醛污染，目前國(guó)內(nèi)主要通過(guò)UF樹(shù)脂的改性和無(wú) 醛膠粘劑代替UF等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，采用改性UF樹(shù)脂雖然可以降低甲醛釋放量，但降低了板材 的力學(xué)性能、耐水和耐候性，并且不可能完全消除甲醛污染；在無(wú)醛膠粘劑中，目前北京林 業(yè)大學(xué)、中國(guó)林科院、西南林業(yè)大學(xué)等高校及科研院所對(duì)生物質(zhì)膠粘劑和蛋白質(zhì)膠粘劑進(jìn) 行大量研究，取得豐碩成果，實(shí)現(xiàn)了消除甲醛污染，但應(yīng)用于纖維板中，降低了板材力學(xué)性 能，且耐水性、耐候性未得到提高；MDI作為無(wú)醛、高性能、耐水耐候性?xún)?yōu)良的膠粘劑，英國(guó) ICI公司、福州人造板廠、中國(guó)林科院都應(yīng)用MDI制造纖維板，但側(cè)重于防水性能提高和無(wú) 醛性，制得產(chǎn)品密度高于700kg/m 3、M0R大于35 MPa、IB高達(dá)0. 85MPa、TS低于5%，但昂貴 的MDI使板材成本大幅度增加，且由于MDI的毒性和高粘性使其無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用到生產(chǎn)線 中，難以推廣應(yīng)用。
[0007] 由于低密度纖維板具有良好的隔音效果，福建省永安林業(yè)集團(tuán)利用三聚氰胺改性 的UF成功制造出平均密度450kg/m 3的纖維板，丁萬(wàn)君等采用高溫、低壓縮速率、超長(zhǎng)熱壓 時(shí)間的方法成功制造出平均密度低于450kg/m3的普通UF樹(shù)脂纖維板，但這些低密度纖維 板的強(qiáng)度、耐水耐候性很差，且存在甲醛污染問(wèn)題，僅適用于木門(mén)的門(mén)芯、隔墻的芯材等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題而提供一種MDI輕質(zhì)高強(qiáng)纖維板及制 造技術(shù)，本發(fā)明方法的無(wú)醛纖維板依次經(jīng)過(guò)木纖維的活化處理、冷卻、施膠、鋪裝、熱壓及脫 模處理，制備的纖維板以異氰酸酯為膠黏劑，施膠量為3~5%，產(chǎn)品密度為450~500 kg/m3,產(chǎn) 品的物理力學(xué)性能均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于普通型中密度纖維板的要求；該MDI輕質(zhì)高強(qiáng)纖 維板具有密度低、強(qiáng)度高和無(wú)甲醛污染等優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，易于推廣。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明一方面提供一種MDI輕質(zhì)高強(qiáng)纖維板，板材厚度為 10~20mm，密度為450~500 kg/m3,物理力學(xué)性能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于普通型中密度纖維板 的要求，甲醛釋放量達(dá)到E0標(biāo)準(zhǔn)。
[0010] 其中，所述的MDI輕質(zhì)高強(qiáng)纖維板，其特征是以異氰酸酯為膠黏劑，施膠量為 3%~5% ;木纖維為混合纖維，樹(shù)皮和碎料含量在10~30%。
[0011] 特別是，所述異氰酸酯選擇木材用異氰酸酯膠黏劑，優(yōu)選為4, 4 一二苯甲烷二異 氰酸酯、二甲基三苯基甲烷四異氰酸酯、水性高分子異氰酸酯膠粘劑中的一種；所述木纖維 為速生材木纖維，優(yōu)選為楊木、松木、桉木混合纖維，進(jìn)一步優(yōu)選為楊木、松木。
[0012] 另一方面提供一種MDI輕質(zhì)高強(qiáng)纖維板的制備方法，包括如下順序進(jìn)行的步驟： 1) 木纖維的活化處理 將木纖維與水、活化劑進(jìn)行混合，控制混合后纖維中活化劑含量和纖維含水率，然后放 入干燥箱內(nèi)，在活化溫度為130°C ~180°C條件下，對(duì)木纖維進(jìn)行活化處理，直到木纖維干燥 至含水率1%~2%，即可； 2) 木纖維的冷卻和施膠 將活化后的木纖維進(jìn)行冷風(fēng)冷卻，利用熱電偶測(cè)量木纖維中溫度實(shí)時(shí)變化，當(dāng)木纖維 冷卻至50°C ~80°C時(shí)，采用靜態(tài)混合噴膠法施加異氰酸酯膠黏劑； 3 )板坯的鋪裝、脫模劑的噴涂 將施膠后的纖維均勻鋪裝成纖維板坯，再利用霧化噴嘴在板坯的上下表面均勻噴涂水 溶性外脫模劑； 4)熱壓處理 將板坯置于熱壓機(jī)內(nèi)，進(jìn)行熱壓處理，熱壓完即得。
[0013] 其中，步驟1)中所述被活化的木纖維為經(jīng)過(guò)熱磨、干燥后得到的含水率為1°/ρ2% 的木纖維； 特別是，所述活化劑選擇堿木素、氫氧化鈉或者碳酸鈉中一種或幾種，活化劑與去離子 水配成溶液后，在攪拌機(jī)中采用噴霧器均勻噴灑在木纖維上； 尤其是，所述的木纖維中活化劑含量為2H0%，優(yōu)選為5°Ρ8% ;活化時(shí)纖維含水率為 50%~100%，優(yōu)選為 60%~80% ;活化溫度為 130°C ~180°C，優(yōu)選為 140°C ~170°C。
[0014] 其中，步驟2)中所述異氰酸酯膠黏劑選擇4, 4 一二苯甲烷二異氰酸酯、二甲基三 苯基甲烷四異氰酸酯、水性高分子異氰酸酯膠粘劑中的一種，采用靜態(tài)混合器對(duì)膠黏劑和 溶劑進(jìn)行混合，再用霧化噴嘴進(jìn)行噴膠； 特別是，所述異氰酸酯膠黏劑的溶劑為水、丙酮、乙醇中的一種； 尤其是，異氰酸酯的含量為70%~90%，優(yōu)選為70%~80% ;膠黏劑的施膠量為3%~5%。
[0015] 其中，步驟3)中所述的脫模劑為乳化蠟液、甲基硅油乳液、硬脂酸、尼泊金乙酯、改 性硅油乳液、去離子水中幾種混合物； 特別是，噴涂量為 50 g/m2~200g/m2,優(yōu)選為 100 g/m2~200g/m2。
[0016] 其中，步驟4)中所述熱壓工藝中熱壓溫度為180°C ~240°C，優(yōu)選為180°C ~220°C。 特別是，熱壓壓力中壓縮段壓力為4 ~5Mpa，優(yōu)選為4.5 ~5Mpa;傳熱段壓力為0.8 ~1. 5Mpa，優(yōu)選為1. 0 ~1. 5Mpa ;定厚段壓力為1 . 5~2. 5Mpa，優(yōu)選為2. 0~2. 5Mpa ;熱壓時(shí)間 為15~25s/mm (每毫米成板所需的熱壓時(shí)間)，優(yōu)選為15~20 s/mm。
[0017] 本發(fā)明的MDI輕質(zhì)高強(qiáng)纖維板具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1) 質(zhì)量輕。密度僅為450~550 kg/m3,比傳統(tǒng)的纖維板和刨花板的密度減少了 15~20%， 節(jié)約大量的木材成本，屬于資源節(jié)約型產(chǎn)品； 2) 無(wú)甲醛。采用MDI制造低密度纖維板，從根本上切斷甲醛污染的來(lái)源，是真正意義上 的環(huán)保廣品； 3) 高強(qiáng)度。雖然密度低，但其并不以犧牲產(chǎn)品力學(xué)性能為代價(jià)，低密度MDI產(chǎn)品的所有 力學(xué)性能指標(biāo)可以達(dá)到甚至超過(guò)普通型纖維板和刨花板的性能指標(biāo)； 4) 高防水。產(chǎn)品的24小時(shí)吸水厚度膨脹指標(biāo)可以控制在5%以?xún)?nèi)，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的纖維 板和刨花板，可用于家裝的廚房、衛(wèi)生間，甚至可以用在室外。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1霧化噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為膠黏劑與溶劑的混合過(guò)程示意圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備纖維板斷面密度分布。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)將會(huì)隨著描述而 更為清楚。但這些實(shí)施例僅是范例性的，并不對(duì)本發(fā)明的范圍構(gòu)成任何限制。本領(lǐng)域技術(shù) 人員應(yīng)該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下可以對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的細(xì)節(jié)和形式 進(jìn)行修改或替換，但這些修改和替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0020] 本發(fā)明實(shí)施例以生產(chǎn)厚度為12±0. 5mm、平均密度為470±20Kg/m3的成品纖維板 材為例進(jìn)行說(shuō)明，其中木纖維原料來(lái)源于2013年12月份北京某公司的中纖板生產(chǎn)線上取 出的松木和楊木混合纖維。
[0021] 實(shí)施例1 1)木纖維的活化處理 將去離子水和活化劑進(jìn)行混合，利用噴霧嘴和攪拌機(jī)均勻噴灑活化劑于木纖維上，使 得含有活化劑的木纖維中活化劑含量為6%、含水率為60%，然后放入干燥箱內(nèi)，在活化溫度 為170°C時(shí)對(duì)木纖維進(jìn)行活化處理，當(dāng)木纖維干燥至含水率為1%時(shí)，即可； 2)木纖維的冷卻和施膠 用靜態(tài)混合器將異氰酸酯和溶劑混合，配成異氰酸酯含量70%的異氰酸酯溶液，待 用；將活化后的木纖維進(jìn)行冷風(fēng)冷卻，利用熱電偶測(cè)量木纖維溫度實(shí)時(shí)變化，當(dāng)纖維冷卻至 70°C時(shí)，采用圖1和圖2所示裝置，采用噴膠法對(duì)活化后木纖維施加異氰酸酯溶液，施膠量 為 3. 5% ; 3 )板坯的鋪裝、脫模劑的噴涂 將施膠后的纖維均勻鋪裝成纖維板坯，再利用霧化噴嘴在板坯的上下表面均勻噴涂水 溶性外脫模劑，脫模劑的噴灑量為150 g/m2; 4)熱壓處理 將板坯置于熱壓機(jī)內(nèi)，采用熱壓溫度為200°C、熱壓壓力中壓縮段壓力為4 . 5Mpa，傳熱 段壓力為1. 2Mpa、定厚段壓力為2. 2Mpa、熱壓時(shí)間為4 min進(jìn)行熱壓，熱壓結(jié)束后，即得。
[0022] 參照按GB/T17657-1999《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》對(duì)制備的MDI 輕質(zhì)高強(qiáng)纖維板進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。
[0023] 采用DA-X斷面密度分析儀(德國(guó)格雷康公司)檢測(cè)纖維板的密度，測(cè)定結(jié)果如圖3 所示。
[0024] 實(shí)施例2 1) 木纖維的活化處理 將去離子水和活化劑進(jìn)行混合，利用噴霧嘴和攪拌機(jī)均勻噴灑活化劑在木纖維上，使 得含有活化劑的木纖維中活化劑含量為7%、含水率為70%，然后放入干燥箱內(nèi)，在活化溫度 為170°C時(shí)對(duì)木纖維進(jìn)行活化處理，當(dāng)木纖維干燥至含水率為1%時(shí)，即可； 2) 木纖維的冷卻和施膠 用靜態(tài)混合器將異氰酸酯和溶劑進(jìn)行混合，配成異氰酸酯含量為70%的異氰酸酯溶 液，待用；將活化后的木纖維進(jìn)行冷風(fēng)冷卻，利用熱電偶測(cè)量木纖維溫度實(shí)時(shí)變化，當(dāng)纖維 冷卻至60°C時(shí)，采用圖1和圖2所示裝置，采用噴膠法對(duì)活化后木纖維施加異氰酸酯溶液， 施膠量為4. 5% ; 3 )板坯的鋪裝、脫模劑的噴涂 將施膠后的纖維均勻鋪裝成纖維板坯，再利用霧化噴嘴在板坯的上下表面均勻噴涂水 溶性外脫模劑，脫模劑的噴灑量為160 g/m2; 4)熱壓處理 將板坯置于熱壓機(jī)內(nèi)，采用熱壓溫度為220°C、熱壓壓力中壓縮段壓力為4 . 5Mpa，傳熱 段壓力為1. 2Mpa、定厚段壓力為2. 2Mpa、熱壓時(shí)間為4 min進(jìn)行熱壓，熱壓結(jié)束后，即得。
[0025] 參照按GB/T17657-1999《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》對(duì)制備的MDI 輕質(zhì)高強(qiáng)纖維板進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1 : 表1纖維板理化性能測(cè)試結(jié)果

注：板材厚度為12mm ;E0級(jí)MDF指符合國(guó)標(biāo)GB/T11718-2009要求的中密度纖維板。 [0026] 檢測(cè)結(jié)果表明，采用該技術(shù)生產(chǎn)的纖維板基本上不存在甲醛污染，物理力學(xué)性能 達(dá)到國(guó)標(biāo)GB/T11718-2009對(duì)普通中密度纖維板的要求，因此，該板材及生產(chǎn)技術(shù)具有以下 優(yōu)點(diǎn)： 1) 采用MDI代替UF生產(chǎn)低密度纖維板，在基本不影響產(chǎn)品性能的條件下，節(jié)約25~30% 的木材用量； 2) 該技術(shù)生產(chǎn)的纖維板不僅強(qiáng)重比顯著提高，而且產(chǎn)品不存在甲醛污染問(wèn)題，具有環(huán) 境友好型材料特性； 3) 通過(guò)采用改性的MDI和降低產(chǎn)品的密度，減少產(chǎn)品中MDI的施加量，從而降低產(chǎn)品成 本，削弱UF的價(jià)格優(yōu)勢(shì)； 4) 該技術(shù)僅需對(duì)現(xiàn)有纖維板連續(xù)生產(chǎn)線進(jìn)行較小的改造，可以與普通纖維板生產(chǎn)實(shí)現(xiàn) 兼容，易于推廣。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 本發(fā)明涉及一種MDI輕質(zhì)高強(qiáng)纖維板及制造方法，板材厚度為10~20mm，密度為 450~500 kg/m3,物理力學(xué)性能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于普通型中密度纖維板要求，甲醛釋放量 達(dá)到E0標(biāo)準(zhǔn)。2. 如權(quán)利要求1所述的MDI輕質(zhì)高強(qiáng)纖維板，其特征是以異氰酸酯為膠黏劑，施膠量為 3%~5% ;木纖維為混合纖維，樹(shù)皮和碎料含量在10~30%。3. -種MDI輕質(zhì)高強(qiáng)纖維板的制備方法，包括如下順序進(jìn)行的步驟： 1) 木纖維的活化處理 將木纖維與水、活化劑進(jìn)行混合，控制混合后的活化劑含量和纖維含水率，然后放入干 燥箱內(nèi)，控制活化溫度對(duì)木纖維進(jìn)行活化處理，干燥至含水率1°P2%，即可； 2) 木纖維的冷卻和施膠 利用冷風(fēng)機(jī)對(duì)活化后的木纖維進(jìn)行冷卻，當(dāng)纖維冷卻至50°C ~80°C時(shí)，采用靜態(tài)混合 噴膠設(shè)備對(duì)木纖維施加異氰酸酯膠黏劑； 3 )板坯的鋪裝、脫模劑的添加 將施膠后的纖維均勻鋪裝成纖維板坯，再利用霧化噴嘴在板坯的上下表面均勻噴涂水 溶性外脫模劑； 4)熱壓處理 將板坯置于熱壓機(jī)內(nèi)，進(jìn)行熱壓處理，即得。4. 如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征是步驟1)中所述活化劑選擇堿木素、氫 氧化鈉或者碳酸鈉中一種或幾種；木纖維中活化劑含量為2%~10% ;活化前纖維含水率為 50%~100% ;活化溫度為 130°C ~180°C。5. 如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征是步驟2)中所述異氰酸酯膠黏劑選擇4, 4 一二苯甲烷二異氰酸酯、二甲基三苯基甲烷四異氰酸酯、水性高分子異氰酸酯膠粘劑中的 一種；溶劑為水、丙酮、乙醇中的一種，異氰酸酯的含量為1〇%~30% ;施膠量為3%~5%。6. 如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征是步驟3)中所述的脫模劑為乳化蠟液、甲基 硅油乳液、硬脂酸、尼泊金乙酯、改性硅油乳液、去離子水中幾種物質(zhì)的混合物：噴涂量為50 g/m2~200g/m2。7. 如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征是步驟4)中所述熱壓工藝為：熱壓溫度為 180°C ~240°C;熱壓壓力中壓縮段壓力為4 ~5Mpa，傳熱段壓力為0· 8 ~L 5Mpa，定厚段壓力 為1 . 5~2. 5Mpa ;熱壓時(shí)間為15~25s/mm (每毫米板所需的熱壓時(shí)間)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種MDI輕質(zhì)高強(qiáng)纖維板及制造方法，該輕質(zhì)纖維板以異氰酸酯為膠黏劑，施膠量為3~5%，產(chǎn)品密度為450~500 kg/m3，產(chǎn)品的物理力學(xué)性能均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于普通型中密度纖維板的要求。該技術(shù)通過(guò)對(duì)木纖維進(jìn)行活化處理，提高木纖維與異氰酸酯膠結(jié)強(qiáng)度；采用靜態(tài)混合施膠系統(tǒng)對(duì)木纖維進(jìn)行施膠；對(duì)板坯施加環(huán)保型脫模劑，避免板材與熱壓板粘結(jié)；通過(guò)對(duì)熱壓工藝進(jìn)行控制，優(yōu)化斷面密度分布，提高板材強(qiáng)重比；該MDI輕質(zhì)高強(qiáng)纖維板具有密度低、強(qiáng)度高和無(wú)甲醛污染等優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)成本不高于普通中密度纖維板相，并且生產(chǎn)工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，該技術(shù)易于推廣。
【IPC分類(lèi)】B27N3/04, B27N1/00, B27N3/08
【公開(kāi)號(hào)】CN105710955
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410736312
【發(fā)明人】張揚(yáng), 唐睿琳, 于志明
【申請(qǐng)人】北京林業(yè)大學(xué)