CN105710955A - 一种mdi轻质高强纤维板及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MDI轻质高强纤维板及制造方法，该轻质纤维板以异氰酸酯为胶黏剂，施胶量为3~5%，产品密度为450~500 kg/m3，产品的物理力学性能均达到国家标准中关于普通型中密度纤维板的要求。该技术通过对木纤维进行活化处理，提高木纤维与异氰酸酯胶结强度；采用静态混合施胶系统对木纤维进行施胶；对板坯施加环保型脱模剂，避免板材与热压板粘结；通过对热压工艺进行控制，优化断面密度分布，提高板材强重比；该MDI轻质高强纤维板具有密度低、强度高和无甲醛污染等优点，生产成本不高于普通中密度纤维板相，并且生产工艺过程简单，该技术易于推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种人造板生产技术，特别涉及MDI轻质高强纤维板及制造方法，属于木质复合材料领域。
背景技术
我国是森林资源匮乏国家，人均森林资源占有量较少，同时也是木材加工和消费大国，家具和人造板的产量逐年上升，造成木材需求量的巨大缺口。《2011年中国木材市场与行业研究报告》指出：2011年我国木材缺口接近2亿立方米。2012年初，东南亚、非洲、北美洲以及俄罗斯等我国木材主要进口来源国就不断出现资源紧缺的迹象，再加上国家政策及汇率、运输费用上涨等因素的促使，进口木材涨价局势已成定局；同时我国黑龙江、吉林、云南、广西等生产木材的大省均表示林业已大幅减产，今后国内外的木材供应趋紧局势将更加明显。作为木材使用量最大的人造板行业，进行技术革新，生产高质量低密度人造板代替传统人造板，对节约与高效利用的木材资源具有重要的国家战略意义和经济效益。
脲醛树脂（UF）是人造板生产最常用的胶粘剂，凭借价格低廉、制备容易、毒性低等优点，占我国木材胶粘剂使用量80%以上，但是其耐候性、耐水性、胶结强度都相对较差，应用于纤维板、刨花板等人造板制造过程中，要达到应用所需的性能要求，平均密度通常高达700~800kg/m3，胶粘剂的施胶量需10%左右；并且由于UF存在较高游离甲醛，在应用过程中散发出来的游离甲醛对环境造成的污染，已成为严重的社会问题，引起环保专家和消费者的关注，限制其在下游产品中的应用。
综上所述，采用UF制造的人造板具有：综合性能较差、平均密度偏高、甲醛污染严重等主要缺点。由于木材资源短缺引起的原料价格上涨、社会对甲醛问题的高度关注、市场对轻质人造板的需求，UF制造的人造板价格低廉的优势越来越不明显。因此，采用异氰酸酯等无醛高性能胶粘剂替代UF，在保证产品基本性能的条件下制造轻质人造板，对木材资源的保护和高效利用、室内空气质量的改善、人造板产品质量的提升具有重要的经济和社会效应。
为了降低或消除人造板产品的甲醛污染，目前国内主要通过UF树脂的改性和无醛胶粘剂代替UF等方法来实现，采用改性UF树脂虽然可以降低甲醛释放量，但降低了板材的力学性能、耐水和耐候性，并且不可能完全消除甲醛污染；在无醛胶粘剂中，目前北京林业大学、中国林科院、西南林业大学等高校及科研院所对生物质胶粘剂和蛋白质胶粘剂进行大量研究，取得丰硕成果，实现了消除甲醛污染，但应用于纤维板中，降低了板材力学性能，且耐水性、耐候性未得到提高；MDI作为无醛、高性能、耐水耐候性优良的胶粘剂，英国ICI公司、福州人造板厂、中国林科院都应用MDI制造纤维板，但侧重于防水性能提高和无醛性，制得产品密度高于700kg/m3、MOR大于35MPa、IB高达0.85MPa、TS低于5%，但昂贵的MDI使板材成本大幅度增加，且由于MDI的毒性和高粘性使其无法大规模应用到生产线中，难以推广应用。
由于低密度纤维板具有良好的隔音效果，福建省永安林业集团利用三聚氰胺改性的UF成功制造出平均密度450kg/m3的纤维板，丁万君等采用高温、低压缩速率、超长热压时间的方法成功制造出平均密度低于450kg/m3的普通UF树脂纤维板，但这些低密度纤维板的强度、耐水耐候性很差，且存在甲醛污染问题，仅适用于木门的门芯、隔墙的芯材等。
发明内容
本发明的目的是针对以上现有技术的问题而提供一种MDI轻质高强纤维板及制造技术，本发明方法的无醛纤维板依次经过木纤维的活化处理、冷却、施胶、铺装、热压及脱模处理，制备的纤维板以异氰酸酯为胶黏剂，施胶量为3~5%，产品密度为450~500kg/m3，产品的物理力学性能均达到国家标准中关于普通型中密度纤维板的要求；该MDI轻质高强纤维板具有密度低、强度高和无甲醛污染等优点，生产工艺过程简单，易于推广。
为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种MDI轻质高强纤维板，板材厚度为10~20mm，密度为450~500kg/m3，物理力学性能达到国家标准中关于普通型中密度纤维板的要求，甲醛释放量达到E0标准。
其中，所述的MDI轻质高强纤维板，其特征是以异氰酸酯为胶黏剂，施胶量为3%~5%；木纤维为混合纤维，树皮和碎料含量在10~30%。
特别是，所述异氰酸酯选择木材用异氰酸酯胶黏剂，优选为4,4一二苯甲烷二异氰酸酯、二甲基三苯基甲烷四异氰酸酯、水性高分子异氰酸酯胶粘剂中的一种；所述木纤维为速生材木纤维，优选为杨木、松木、桉木混合纤维，进一步优选为杨木、松木。
另一方面提供一种MDI轻质高强纤维板的制备方法，包括如下顺序进行的步骤：
1）木纤维的活化处理
将木纤维与水、活化剂进行混合，控制混合后纤维中活化剂含量和纤维含水率，然后放入干燥箱内，在活化温度为130℃~180℃条件下，对木纤维进行活化处理，直到木纤维干燥至含水率1%~2%，即可；
2）木纤维的冷却和施胶
将活化后的木纤维进行冷风冷却，利用热电偶测量木纤维中温度实时变化，当木纤维冷却至50℃~80℃时，采用静态混合喷胶法施加异氰酸酯胶黏剂；
3）板坯的铺装、脱模剂的喷涂
将施胶后的纤维均匀铺装成纤维板坯，再利用雾化喷嘴在板坯的上下表面均匀喷涂水溶性外脱模剂；
4）热压处理
将板坯置于热压机内，进行热压处理，热压完即得。
其中，步骤1）中所述被活化的木纤维为经过热磨、干燥后得到的含水率为1%~2%的木纤维；
特别是，所述活化剂选择碱木素、氢氧化钠或者碳酸钠中一种或几种，活化剂与去离子水配成溶液后，在搅拌机中采用喷雾器均匀喷洒在木纤维上；
尤其是，所述的木纤维中活化剂含量为2%~10%，优选为5%~8%；活化时纤维含水率为50%~100%，优选为60%~80%；活化温度为130℃~180℃，优选为140℃~170℃。
其中，步骤2）中所述异氰酸酯胶黏剂选择4,4一二苯甲烷二异氰酸酯、二甲基三苯基甲烷四异氰酸酯、水性高分子异氰酸酯胶粘剂中的一种，采用静态混合器对胶黏剂和溶剂进行混合，再用雾化喷嘴进行喷胶；
特别是，所述异氰酸酯胶黏剂的溶剂为水、丙酮、乙醇中的一种；
尤其是，异氰酸酯的含量为70%~90%，优选为70%~80%；胶黏剂的施胶量为3%~5%。
其中，步骤3）中所述的脱模剂为乳化蜡液、甲基硅油乳液、硬脂酸、尼泊金乙酯、改性硅油乳液、去离子水中几种混合物；
特别是，喷涂量为50g/m2~200g/m2，优选为100g/m2~200g/m2。
其中，步骤4）中所述热压工艺中热压温度为180℃~240℃，优选为180℃~220℃。特别是，热压压力中压缩段压力为4~5Mpa，优选为4.5~5Mpa；传热段压力为0.8~1.5Mpa，优选为1.0~1.5Mpa；定厚段压力为1.5~2.5Mpa，优选为2.0~2.5Mpa；热压时间为15~25s/mm（每毫米成板所需的热压时间），优选为15~20s/mm。
本发明的MDI轻质高强纤维板具有如下优点：
1)质量轻。密度仅为450~550kg/m3，比传统的纤维板和刨花板的密度减少了15~20%，节约大量的木材成本，属于资源节约型产品；
2)无甲醛。采用MDI制造低密度纤维板，从根本上切断甲醛污染的来源，是真正意义上的环保产品；
3)高强度。虽然密度低，但其并不以牺牲产品力学性能为代价，低密度MDI产品的所有力学性能指标可以达到甚至超过普通型纤维板和刨花板的性能指标；
4)高防水。产品的24小时吸水厚度膨胀指标可以控制在5%以内，远低于传统的纤维板和刨花板，可用于家装的厨房、卫生间，甚至可以用在室外。
附图说明
图1雾化喷嘴的结构示意图；
图2为胶黏剂与溶剂的混合过程示意图；
图3为本发明实施例1制备纤维板断面密度分布。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
本发明实施例以生产厚度为12±0.5mm、平均密度为470±20Kg/m3的成品纤维板材为例进行说明，其中木纤维原料来源于2013年12月份北京某公司的中纤板生产线上取出的松木和杨木混合纤维。
实施例1
1）木纤维的活化处理
将去离子水和活化剂进行混合，利用喷雾嘴和搅拌机均匀喷洒活化剂于木纤维上，使得含有活化剂的木纤维中活化剂含量为6%、含水率为60%，然后放入干燥箱内，在活化温度为170℃时对木纤维进行活化处理，当木纤维干燥至含水率为1%时，即可；
2）木纤维的冷却和施胶
用静态混合器将异氰酸酯和溶剂混合，配成异氰酸酯含量70%的异氰酸酯溶液，待用；将活化后的木纤维进行冷风冷却，利用热电偶测量木纤维温度实时变化，当纤维冷却至70℃时，采用图1和图2所示装置，采用喷胶法对活化后木纤维施加异氰酸酯溶液，施胶量为3.5%；
3）板坯的铺装、脱模剂的喷涂
将施胶后的纤维均匀铺装成纤维板坯，再利用雾化喷嘴在板坯的上下表面均匀喷涂水溶性外脱模剂，脱模剂的喷洒量为150g/m2；
4）热压处理
将板坯置于热压机内，采用热压温度为200℃、热压压力中压缩段压力为4.5Mpa，传热段压力为1.2Mpa、定厚段压力为2.2Mpa、热压时间为4min进行热压，热压结束后，即得。
参照按GB/T17657-1999《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》对制备的MDI轻质高强纤维板进行力学性能检测，检测结果见表1。
采用DA-X断面密度分析仪（德国格雷康公司）检测纤维板的密度，测定结果如图3所示。
实施例2
1）木纤维的活化处理
将去离子水和活化剂进行混合，利用喷雾嘴和搅拌机均匀喷洒活化剂在木纤维上，使得含有活化剂的木纤维中活化剂含量为7%、含水率为70%，然后放入干燥箱内，在活化温度为170℃时对木纤维进行活化处理，当木纤维干燥至含水率为1%时，即可；
2）木纤维的冷却和施胶
用静态混合器将异氰酸酯和溶剂进行混合，配成异氰酸酯含量为70%的异氰酸酯溶液，待用；将活化后的木纤维进行冷风冷却，利用热电偶测量木纤维温度实时变化，当纤维冷却至60℃时，采用图1和图2所示装置，采用喷胶法对活化后木纤维施加异氰酸酯溶液，施胶量为4.5%；
3）板坯的铺装、脱模剂的喷涂
将施胶后的纤维均匀铺装成纤维板坯，再利用雾化喷嘴在板坯的上下表面均匀喷涂水溶性外脱模剂，脱模剂的喷洒量为160g/m2；
4）热压处理
将板坯置于热压机内，采用热压温度为220℃、热压压力中压缩段压力为4.5Mpa，传热段压力为1.2Mpa、定厚段压力为2.2Mpa、热压时间为4min进行热压，热压结束后，即得。
参照按GB/T17657-1999《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》对制备的MDI轻质高强纤维板进行力学性能检测，检测结果见表1：
表1纤维板理化性能测试结果
| 静曲强度（MPa） | 内结合强度（Mpa） | 吸水厚度膨胀率 | 甲醛释放量 | |
| 实施例1 | 25.64 | 0.55 | 3.8% | 0.58 mg/100g |
| 实施例2 | 28.84 | 0.72 | 3.5% | 0.66 mg/100g |
| E0级MDF | >24 | >0.5 | <15% | <5 mg/100g |
注：板材厚度为12mm；E0级MDF指符合国标GB/T11718-2009要求的中密度纤维板。
检测结果表明，采用该技术生产的纤维板基本上不存在甲醛污染，物理力学性能达到国标GB/T11718-2009对普通中密度纤维板的要求，因此，该板材及生产技术具有以下优点：
1)采用MDI代替UF生产低密度纤维板，在基本不影响产品性能的条件下，节约25~30%的木材用量；
2)该技术生产的纤维板不仅强重比显著提高，而且产品不存在甲醛污染问题，具有环境友好型材料特性；
3)通过采用改性的MDI和降低产品的密度，减少产品中MDI的施加量，从而降低产品成本，削弱UF的价格优势；
4)该技术仅需对现有纤维板连续生产线进行较小的改造，可以与普通纤维板生产实现兼容，易于推广。
Claims (7)
1.本发明涉及一种MDI轻质高强纤维板及制造方法，板材厚度为10~20mm，密度为450~500kg/m3，物理力学性能达到国家标准中关于普通型中密度纤维板要求，甲醛释放量达到E0标准。
2.如权利要求1所述的MDI轻质高强纤维板，其特征是以异氰酸酯为胶黏剂，施胶量为3%~5%；木纤维为混合纤维，树皮和碎料含量在10~30%。
3.一种MDI轻质高强纤维板的制备方法，包括如下顺序进行的步骤：
1）木纤维的活化处理
将木纤维与水、活化剂进行混合，控制混合后的活化剂含量和纤维含水率，然后放入干燥箱内，控制活化温度对木纤维进行活化处理，干燥至含水率1%~2%，即可；
2）木纤维的冷却和施胶
利用冷风机对活化后的木纤维进行冷却，当纤维冷却至50℃~80℃时，采用静态混合喷胶设备对木纤维施加异氰酸酯胶黏剂；
3）板坯的铺装、脱模剂的添加
将施胶后的纤维均匀铺装成纤维板坯，再利用雾化喷嘴在板坯的上下表面均匀喷涂水溶性外脱模剂；
4）热压处理
将板坯置于热压机内，进行热压处理，即得。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征是步骤1）中所述活化剂选择碱木素、氢氧化钠或者碳酸钠中一种或几种；木纤维中活化剂含量为2%~10%；活化前纤维含水率为50%~100%；活化温度为130℃~180℃。
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征是步骤2）中所述异氰酸酯胶黏剂选择4,4一二苯甲烷二异氰酸酯、二甲基三苯基甲烷四异氰酸酯、水性高分子异氰酸酯胶粘剂中的一种；溶剂为水、丙酮、乙醇中的一种，异氰酸酯的含量为10%~30%；施胶量为3%~5%。
6.如权利要求3所述的制备方法，其特征是步骤3）中所述的脱模剂为乳化蜡液、甲基硅油乳液、硬脂酸、尼泊金乙酯、改性硅油乳液、去离子水中几种物质的混合物：喷涂量为50g/m2~200g/m2。
7.如权利要求3所述的制备方法，其特征是步骤4）中所述热压工艺为：热压温度为180℃~240℃；热压压力中压缩段压力为4~5Mpa，传热段压力为0.8~1.5Mpa，定厚段压力为1.5~2.5Mpa；热压时间为15~25s/mm（每毫米板所需的热压时间）。
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