中纖板脲醛膠生產工藝的改進

由于中國的中密度板生產線不同，板材的質量不同。許多廠家的中纖板材甲醛釋放超標,達不到GB18580-2001《室內裝飾材料-人造板及其制品中甲醛釋放量限量》國家標準的要求,中密度板要達到歐洲一、二級標準,即E1級:每克板甲醛0.09～0.13mg;E2級:不大于每克板甲醛0.30mg。從2002年7月1日起,凡是建筑材料中甲醛釋放量不過關的建筑裝飾材料都禁止在市場上銷售。而目前市場上約70%以上的中密度板甲醛釋放量都達不到此標準要求。那些不能及時解決甲醛超標問題的廠家面臨著停產危機。因此如何在保證中纖板物理力學性能的前提下,大幅度降低甲醛釋放量就成了一個至關重要課題。本研究基于以上考慮,首先從降低脲醛膠游離甲醛含量入手,改進脲醛膠合成工藝,并以此為出發(fā)點,改進中纖板制板整體工藝參數,以最大限度降低板材甲醛釋放量,使產品穩(wěn)定達到E2級板的水平。1材料和方法1.1采集劑本試驗采用的原料均為工業(yè)級。甲醛(F):河南產,含量為36.5%;尿素(U):河南產,純度為98%;甲醛捕捉劑M01,河南產,純度99%;NaOH:開封產,溶液體積分數30%;NH4CI,江蘇產,溶液體積分數40%。1.2試驗設施K型不銹鋼反應釜,蒸汽加熱。三門峽河洛中纖板廠,山西天石中纖板廠生產線分別為四川東華機械廠、江蘇常熟林機廠生產。1.3甲醛捕收劑為混合溶劑甲醛體系甲醛與尿素的摩爾比為(1.05～1.30)∶1.00。甲醛一次加入,尿素分3批加入。首先加入甲醛,攪拌,調pH=7.8～8.2,加尿素U1,甲醛捕捉劑M01,加熱;在20～30min內升溫至60～70℃,閉氣自升溫至88～96℃,保溫50min。中間測定混點。當達到后降溫至83～85℃,加NH4CI,調pH=4.4～4.8,保持40min,測霧點,到達粘度后,調pH至中性,同時冷卻至80～70℃,加U2,進行真空脫水。脫水結束,加U3,降溫至50～60℃,反應40min。冷卻至40℃,放料。1.4驗膠質量及適用期按照GB/T14074-1993規(guī)定的二類膠粘劑國家標準測定。試驗膠質量指標為:游離甲醛含量:0.10%～0.30%;粘度(涂-4杯,25℃):15～25s;固體含量:50%±2%;固化時間:40～65s;適用期:≥4h;羥甲基含量:10%～13%。1.5制板工藝在原生產工藝的基礎上,優(yōu)化某些關鍵工序的工藝參數及加強控制,實現穩(wěn)定高效生產。2結果與分析2.1制造膠法對中纖板甲醛釋放的影響2.1.1改性劑用量的確定甲醛與尿素反應,首先生成一羥甲基脲和二羥甲基脲,二者的混合物繼續(xù)縮聚形成脲醛樹脂。在脲醛樹脂合成初期,要保證盡可能多地生成一羥甲基脲和二羥甲基脲;適量的二羥甲基脲可有利于樹脂縮聚過程中進行交聯(lián),膠層具有足夠的內聚力。二羥甲基脲與木材之間的交接強度有密切關系,樹脂中只有含有足量的羥甲基才能確保木材纖維之間的交接強度。羥甲基含量對脲醛樹脂的性能有顯著影響,羥甲基含量越高,脲醛樹脂交接性能越好。但是,甲醛加量升高,使羥甲基含量提高的同時,脲醛樹脂固化后,膠層的老化加劇,使游離甲醛的釋放量也相應提高。所以在考慮樹脂固化交接強度的同時,還應該設法減少膠粘劑固化后的游離甲醛釋放。如表1所示,做此試驗前,廠家原用的脲醛樹脂膠配方中,甲醛與尿素的摩爾比(F/U)為1.5∶1.00,樹脂中游離甲醛高,為1.25%,制得的中纖板的甲醛釋放量在每克板0.35～0.50mg。本次試驗的脲醛膠配方,甲醛與尿素的摩爾比(F/U)為(1.05～1.30)∶1.00,樹脂中游離甲醛大大降低,達0.1%～0.3%,制得的中纖板材的甲醛釋放量為每克板0.09～0.22mg。當然甲醛與尿素的摩爾比(F/U)降低,不可避免地要影響到膠的強度及耐水性能,須加入含有活性基的M01甲醛捕捉劑進行補強,并提高耐水性能;另外還需改進其它工藝參數,同時改性劑還能吸收部分游離甲醛(見表3)。表2中的數據可以顯示,新工藝中把制膠配方加以改進,填入改性劑,板材的整體性能提高。每次至少壓制50張板(2440mm×1220mm×(9∶15)mm),表中數值均為每批次試驗板的總平均數。其中表1中新工藝甲醛釋放量為委托檢驗(國家建筑裝飾、裝修材料監(jiān)督檢驗中心)。2.1.2低分子化合物的合成在樹脂合成過程中,當在堿性或中性介質中,pH值為7～9時,甲醛與尿素主要生成一羥甲基脲及二羥甲基脲,如甲醛量大,還可生成三羥甲基脲和四羥甲基脲。在酸性介質中,當pH值為4～6時,在生成羥甲基脲的同時,還脫水縮聚生成次甲基脲和次甲基醚鍵連接的低分子化合物。當pH值小于4或更低時,反應生成的一羥甲基脲和二羥甲基脲,很快發(fā)生脫水縮聚,生成次甲基脲,及很少量的次甲基醚鍵,樹脂固化后釋放的游離甲醛亦減少。但pH值過低,即在強酸介質中,反應比較強烈,樹脂粘度增長很快,不好控制,容易造成樹脂凝膠。2.1.3萃取甲醇介質反應溫度是影響脲醛樹脂合成反應的主要因素之一。溫度升高,反應物質獲得的能量就高,原料分子間接觸碰撞的機會就多,反應就劇烈,反應進行得完全徹底,則樹脂中游離甲醛含量相應降低。堿性介質中,主要是加成反應,反應較緩,反應溫度可稍高,控制在90～96℃。酸性介質中,主要是縮聚反應,反應劇烈,溫度不能過高,否則難以控制,會造成凝膠等現象,溫度宜控制在85～90℃。2.1.4反應時間的影響反應時間對脲醛樹脂具有重要影響,它關系到樹脂產品的質量和性能。要根據反應設備、尿素與甲醛的摩爾比、反應溫度、原料質量等因素進行綜合考慮確定。如果反應時間過短,則樹脂聚合不完全,分子量低,粘度小,游離甲醛含量高;如反應時間過長,樹脂縮聚程度過高,則分子量過大,樹脂粘度過高,縮短樹脂儲存期,影響施膠,同時造成能源及人力資源浪費,降低勞動效率。2.2木材加工工藝的控制脲醛樹脂膠的質量及性能直接關系到中纖板的質量和甲醛釋放量。膠粘劑的游離甲醛含量低,則會使板材的甲醛釋放量亦低;膠粘劑質量好,聚合均勻,粘度適中,膠在纖維中分散好,可節(jié)省用膠,進而減少甲醛釋放。此外,中纖板制板工藝對板材甲醛釋放量也有重要影響。施膠量跟纖維的質量有很大關系,纖維分離得好,完整均勻,可有利于纖維施膠、干燥、板坯成型,減少用膠量。而木材是否可以分離成理想的纖維,跟木材原料的貯存和保管有著十分密切的關系。從木材的性質可知,木材可燃、易腐,受環(huán)境影響大,且不同地區(qū),不同生長條件的同一樹種,同一棵樹不同部位的木材性質差異甚大。進廠的木材原料,首先應查明木材類別及含水率以便分別堆放,較干的木材,應堆集于有棚的場地,較濕的木材則宜在露天存放。應特別注意干濕木材不應混雜在一起,表層與芯層原料也應分類分別堆放。木材材質、樹種要合理搭配,選擇適宜的熱磨工藝?？刂坪媚酒?一般應在25%～45%。木片含水率過低,纖維不易分離,會出現短粗纖維和過細纖維;含水率過高,雖可獲得較長纖維,但耗能大;且纖維過長干燥時易翹曲,給施膠和成型帶來困難。纖維分離的優(yōu)劣跟纖維分離方法、熱磨工藝參數、設備選型及參數都有著十分重要的聯(lián)系。所以應根據原料類型、含水率等很好地確定熱磨工藝,如木片尺寸、預熱溫度等;選擇合適的熱磨設備,確定適宜的熱磨機磨盤直徑尺寸、轉速、齒形、磨片材質、磨盤間隙、動磨盤與定磨盤的平行度、磨盤的軸向壓力等,以獲得完整、均勻、柔韌的纖維。干燥后纖維的含水率控制很重要,以8.0%～12.0%為宜,表層可為9.5%～11.0%,芯層為8.0%～9.0%。有些廠家,只在鋪裝前檢測含水率,而在鋪裝至熱壓這一段含水率沒有檢測;實際上在這段纖維含水率常因季節(jié)不同而有所變化,尤其是在炎熱干燥的夏季,板坯表面水分會蒸發(fā),或是因霉雨高濕而吸濕,所以要對這一過程的含水率進行檢測;如含水率變化大,則需進行補償。有時在這段板坯木纖維含水率要變化1%～3%,致使板坯含水率過高或過低;過高容易造成卸壓時壓成的板材出現鼓泡,過低熱壓時,熱量從表層到芯層傳遞慢,傳熱時間變長。如果在生產中不根據含水率的變化及時調整熱壓時間,則制成的板芯層容易出現分層現象,影響板材強度及成品率。一些廠家板材出現質量問題,沒有認識到是含水率引起的,就加大施膠量,覺得用的膠越多越好,實際這樣不但造成板材成本提高,同時也因施膠量增大而使板材中的甲醛釋放量增高。熱壓參數的選擇對甲醛釋放也有影響。熱壓溫度選擇好,一般是在160～180℃,膠粘劑反應完全,甲醛會在這一階段釋放大部分;當然甲醛釋放跟熱壓時間還有關系,熱壓時間長有利于甲醛釋放。熱壓后的冷卻陳放對甲醛釋放有好處,有些廠家為了縮短制板時間,減少陳放時間,板材在沒有充分冷卻前就開始堆放,不利于甲醛釋放(見表4);且板材中的膠粘劑由于受熱時間長而老化降解,會引起板材強度下降。同時樹脂分子內部醚鍵的斷裂加劇,勢必合成新的甲醛,這也是脲膠中纖板甲醛釋放不可能根除的原因。3調整熱壓工藝,降低甲醛釋放量調整脲醛膠的甲醛與尿素的摩爾比(F/U),及樹脂合成工藝,可以有效降低樹脂中游離甲醛量。合理組織生產原料,使原料搭配適宜,含水率適中,提高木纖維質量,降低膠粘劑使用量,從而降低板材中甲醛釋放量。調整熱壓