利用酚醛樹(shù)脂膠粘劑生產(chǎn)高密度吸塑門板,施膠量控制在210kg/m3,纖維含水率控制在10%,熱壓溫度控制在210℃,熱壓時(shí)間控制在230s,采用HBJ-01添加劑,其產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)符合有關(guān)要求。
由于酚醛樹(shù)脂膠粘劑生產(chǎn)成本高,所以很少用于MDF或HDF的生產(chǎn),國(guó)內(nèi)外較為廣泛使用的為脲醛樹(shù)脂膠粘劑或其改性膠粘劑。我們之所以探索酚醛樹(shù)脂在高密度吸塑門板生產(chǎn)制造中應(yīng)用的可能,主要是因?yàn)榉尤?shù)脂膠粘劑用于高密度吸塑門板生產(chǎn)不會(huì)給生產(chǎn)成本帶來(lái)太大的增高,而其對(duì)產(chǎn)品性能的正面影響可以彌補(bǔ)這一缺撼。所以我們確定的總體思路是:一邊開(kāi)發(fā)研制低醛膠粘劑的生產(chǎn)工藝,一邊探索降低人造板甲醛釋放量的有效的生產(chǎn)工藝和方法。
試驗(yàn)過(guò)程采用了正交試驗(yàn)法,既直觀,又簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)過(guò)程。
1對(duì)比試驗(yàn)階段
由于國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有了較多成熟的脲醛樹(shù)脂或其改性膠粘劑的生產(chǎn)工藝,所以課題組是在吸取較多成熟經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上做這一階段性的試驗(yàn)的。
1.1脲醛樹(shù)脂膠粘劑的制造工藝及使用采用摩爾比F(98%)∶U(37%)=0.97,在酸(20%甲酸)、堿(20%氫氧化鈉)催化劑的作用下,尿素分三次加入的工藝生產(chǎn)制得的膠粘劑的各項(xiàng)指標(biāo)為:
密度:1.15g/cm3; 粘度:21s;
固體含量:52.0%;固化時(shí)間:25s;
pH值:7.8。
生產(chǎn)中,采用260kg/m3的施膠量、加入1%NH4Cl為固化劑、180℃的熱壓溫度、1.9MPa的熱壓壓力、200s的熱壓時(shí)間制得的高密度吸塑門板的物理力學(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)表1。
| 板 厚 (mm) |
密 度 (g/ cm3) |
內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度 (MPa) |
靜曲強(qiáng)度 (MPa) |
吸水厚度膨脹率 (%) |
甲醛釋放量 (mg/100 g) |
| 3.20 3.28 |
1.02 1.00 |
2.20 2.01 |
61.00 58.57 |
2.40 2.47 |
8.7 8.8 |
1.2改性脲醛樹(shù)脂膠粘劑的制造工藝及使用采用摩爾比F∶U∶三聚氰銨=11∶10∶
2,在酸(20%甲酸)、堿(20%氫氧化鈉)催化劑的作用下,尿素分兩次加入的工藝生產(chǎn)制得的膠粘劑的各項(xiàng)指標(biāo)為:
密度:1.1g/cm3; 粘度:19s;
固體含量:51.2%;固化時(shí)間:24s;
pH值:7.8;
生產(chǎn)中,采用250kg/m3的施膠量、加入1.5%NH4Cl為固化劑、180℃的熱壓溫度、1.9MPa的熱壓壓力、180s的熱壓時(shí)間制得的高密度吸塑門板的物理力學(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)表2。
| 板 厚 (mm) |
密 度 (g/ cm3) |
內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度 (MPa) |
靜曲強(qiáng)度 (MPa) |
吸水厚度膨脹率 (%) |
甲醛釋放量 (mg/100 g) |
| 3.22 3.30 |
1.04 1.01 |
2.24 2.09 |
59.00 55.61 |
2.58 2.42 |
7.9 8.1 |
2試驗(yàn)開(kāi)發(fā)階段
2.1酚醛樹(shù)脂膠粘劑的生產(chǎn)工藝及使用
酚醛樹(shù)脂膠粘劑用于人造板生產(chǎn)時(shí),對(duì)人造板的影響主要取決于酚醛樹(shù)脂膠粘劑合成時(shí)甲階酚醛樹(shù)脂的質(zhì)量和樹(shù)脂固化后的質(zhì)量,所以探討酚醛樹(shù)脂膠粘劑用于人造板生產(chǎn)時(shí)對(duì)人造板的影響可以從上述兩個(gè)方面進(jìn)行。而樹(shù)脂中游離醛等有毒物質(zhì)的含量除受催化劑、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度的影響外,受樹(shù)脂合成時(shí)摩爾比的影響較大。
甲階酚醛樹(shù)脂的質(zhì)量主要受原料質(zhì)量、合成摩爾比、催化劑及反應(yīng)溫度、時(shí)間的影響。酚醛樹(shù)脂膠粘劑固化后的質(zhì)量主要取決于合成時(shí)的摩爾比、催化劑及固化溫度。
所以,從膠粘劑的生產(chǎn)工藝上,我們主要關(guān)注了合成時(shí)的摩爾比和催化劑對(duì)膠粘劑的影響,從膠粘劑的使用上,我們主要探討了熱壓工藝和被后期命名的HBJ-01添加劑對(duì)模板性能特別是對(duì)甲醛釋放量的影響。
2.1.1摩爾比對(duì)膠粘劑質(zhì)量的影響摩爾比對(duì)膠粘劑質(zhì)量的影響見(jiàn)表3。
| 苯酚:甲醛 摩爾比 |
固體含量 (%) |
固化時(shí)間 (s/180℃) |
粘 度 (s) |
游離酚 (%) |
游離醛 (%) |
| 1 ∶2.0 | 45.6 | 2′41″ | 30 | 0.174 | 0.166 |
| 1 ∶2.1 | 47.2 | 2′58″ | 23 | 0.114 | 0.163 |
| 1 ∶2.3 | 45.7 | 3′23″ | 25 | 0.000 | 0.1118 |
| 1 ∶2.5 | 47.6 | 3′55″ | 17 | 0.000 | 0.111 |
試驗(yàn)結(jié)果表明,降低樹(shù)脂合成時(shí)的摩爾比在降低樹(shù)脂中的有害物質(zhì)方面是很有效的,但是隨著摩爾比的降低,樹(shù)脂的固化時(shí)間卻隨之加長(zhǎng),這對(duì)提高生產(chǎn)效率是不利的。生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)考慮使用適當(dāng)?shù)拇呋瘎?以提高膠接質(zhì)量,這也是我們開(kāi)發(fā)研制HBJ-01添加劑的較直接原因。
進(jìn)一步試驗(yàn),我們采用220kg/m3的施膠量、200℃的熱壓溫度、1.9MPa的熱壓壓力、230s的熱壓時(shí)間制得的高密度吸塑門板的物理力學(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)表4。
| 苯酚:甲醛 摩爾比 |
密 度 (g/ cm3) |
內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度 (MPa) |
靜曲強(qiáng)度 (MPa) |
吸水厚度膨脹率 (%) |
游離醛 (mg/100 g) |
| 1 ∶2.0 | 0.99 | 1.56 | 44.32 | 17.87 | 7.78 |
| 1 ∶2.1 | 1.02 | 1.49 | 42.21 | 18.11 | 6.97 |
| 1 ∶2.3 | 0.97 | 1.40 | 39.87 | 18.03 | 6.53 |
| 1 ∶2.5 | 1.06 | 1.41 | 43.25 | 19.00 | 6.04 |
采用上述同樣的生產(chǎn)工藝,在膠粘劑調(diào)制過(guò)程中添加1%的HBJ-01添加劑制得的高密度吸塑門板的物理力學(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)表5。
| 苯酚∶甲醛 摩爾比 |
密 度 (g/ cm3) |
內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度 (MPa) |
靜曲強(qiáng)度 (MPa) |
吸水厚度膨脹率 (%) |
游離醛 (mg/100 g) |
| 1 ∶2.0 | 0.99 | 1.95 | 58.67 | 12.25 | 3.58 |
| 1 ∶2.1 | 1.02 | 1.79 | 58.08 | 13.01 | 2.42 |
| 1 ∶2.3 | 0.97 | 1.82 | 55.56 | 12.98 | 1.96 |
| 1 ∶2.5 | 1.06 | 1.77 | 53.49 | 13.56 | 1.24 |
根據(jù)表3、表4、表5的結(jié)果,生產(chǎn)實(shí)踐中采用1∶2.1的摩爾比制備酚醛樹(shù)脂膠粘劑,使用時(shí)添加適量的催化劑是可以滿足預(yù)期要求的。2.1.2催化劑對(duì)膠粘劑質(zhì)量的影響人造板用酚醛樹(shù)脂膠粘劑制備過(guò)程中,催化劑的種類、用量的不同對(duì)膠粘劑的較終質(zhì)量起著相當(dāng)大的作用。我們?cè)诼?tīng)取專家及專業(yè)廠家的不同建議的基礎(chǔ)上,根據(jù)本公司的實(shí)際情況和本課題的中心思想確定了質(zhì)量比苯酚∶催化劑=2∶1,制備的膠粘劑的質(zhì)量見(jiàn)表3。
2.2熱壓工藝對(duì)膠粘劑的使用及制品甲醛釋放量的影響
熱壓工藝對(duì)制品甲醛釋放量的影響很大,尤其熱壓溫度、熱壓時(shí)間對(duì)膠粘劑的固化程度,進(jìn)而對(duì)制品甲醛釋放量的影響更為突出。
| 熱壓溫度 (℃) |
熱壓時(shí)間 (s) |
纖維含水率 (%) |
密 度 (g/ cm3) |
內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度 (MPa) |
靜曲強(qiáng)度 (MPa) |
吸水厚度膨脹率 (%) |
游離醛 (mg/100 g) |
| 180 | 230 | 10 | 1.02 | 0.90 | 39.36 | 25.43 | 25.77 |
| 190 | 230 | 10 | 1.01 | 1.32 | 45.55 | 19.87 | 13.55 |
| 200 | 230 | 10 | 1.01 | 1.79 | 59.32 | 14.13 | 7.78 |
| 210 | 230 | 10 | 1.03 | 1.89 | 58.89 | 14.21 | 7.11 |
是本次試驗(yàn)的一些數(shù)據(jù)(施膠量為210kg/m3)。采用表6的熱壓工藝,加入1%的HBJ-01添加劑的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表7、表8。
| 熱壓溫度 (℃) |
熱壓時(shí)間 (s) |
纖維含水率 (%) |
密 度 (g/ cm3) |
內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度 (MPa) |
靜曲強(qiáng)度 (MPa) |
吸水厚度膨脹率 (%) |
游離醛 (mg/100 g) |
| 180 | 230 | 10 | 1.01 | 0.98 | 42.39 | 25.12 | 17.58 |
| 190 | 230 | 10 | 1.05 | 1.51 | 49.12 | 17.78 | 5.97 |
| 200 | 230 | 10 | 1.03 | 1.97 | 58.64 | 14.51 | 2.40 |
| 210 | 230 | 10 | 1.03 | 2.11 | 55.76 | 14.98 | 1.52 |
| 熱壓溫度 (℃) |
熱壓時(shí)間 (s) |
纖維含水率 (%) |
密 度 (g/ cm3) |
內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度 (MPa) |
靜曲強(qiáng)度 (MPa) |
吸水厚度膨脹率 (%) |
游離醛 (mg/100 g) |
| 200 | 180 | 10 | 1.01 | 1.24 | 47.61 | 19.27 | 17.35 |
| 200 | 210 | 10 | 1.03 | 1.78 | 55.73 | 14.64 | 13.32 |
| 200 | 230 | 10 | 0.99 | 1.93 | 58.96 | 12.27 | 7.87 |
| 210 | 250 | 10 | 1.01 | 2.01 | 56.21 | 12.22 | 7.72 |
采用表8的熱壓工藝,加入1%的HBJ-01添加劑的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表9、表10。
| 熱壓溫度 (℃) |
熱壓時(shí)間 (s) |
纖維含水率 (%) |
密 度 (g/ cm3) |
內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度 (MPa) |
靜曲強(qiáng)度 (MPa) |
吸水厚度膨脹率 (%) |
游離醛 (mg/100 g) |
| 200 | 180 | 10 | 1.03 | 1.34 | 47.77 | 17.23 | 17.00 |
| 200 | 210 | 10 | 1.03 | 1.78 | 53.58 | 14.58 | 10.42 |
| 200 | 230 | 10 | 1.05 | 1.93 | 59.10 | 14.11 | 5.51 |
| 200 | 250 | 10 | 1.01 | 2.01 | 56.21 | 13.55 | 3.14 |
| 熱壓溫度 (℃) |
熱壓時(shí)間 (s) |
纖維含水率 (%) |
密 度 (g/ cm3) |
內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度 (MPa) |
靜曲強(qiáng)度 (MPa) |
吸水厚度膨脹率 (%) |
游離醛 (mg/100 g) |
| 200 | 210 | 8 | 0.98 | 1.71 | 52.33 | 14.97 | 7.29 |
| 200 | 210 | 9 | 1.01 | 1.82 | 55.57 | 13.27 | 6.88 |
| 200 | 210 | 10 | 1.00 | 1.87 | 56.81 | 12.56 | 6.18 |
| 200 | 210 | 11 | 1.03 | 1.92 | 59.11 | 12.53 | 5.67 |
| 200 | 210 | 12 | 1.04 | 1.88 | 57.14 | 14.28 | 6.57 |
采用表10的熱壓工藝,加入1%的HBJ-01添加劑的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表11。
| 熱壓溫度 (℃) |
熱壓時(shí)間 (s) |
纖維含水率 (%) |
密 度 (g/ cm3) |
內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度 (MPa) |
靜曲強(qiáng)度 (MPa) |
吸水厚度膨脹率 (%) |
游離醛 (mg/100 g) |
| 200 | 210 | 8 | 1.02 | 1.65 | 53.53 | 18.28 | 3.12 |
| 200 | 210 | 9 | 1.03 | 1.78 | 57.25 | 16.91 | 2.54 |
| 200 | 210 | 10 | 1.02 | 1.83 | 58.21 | 13.51 | 2.11 |
| 200 | 210 | 11 | 1.03 | 1.89 | 58.88 | 12.19 | 1.75 |
| 200 | 210 | 12 | 1.05 | 1.84 | 59.13 | 12.56 | 2.43 |
綜合上述試驗(yàn)數(shù)據(jù),我們不難看出,使用酚醛樹(shù)脂膠粘劑壓制3.2mm厚的高密度吸塑門板,綜合考慮,降低制品甲醛釋放量的較佳熱壓工藝為:
熱壓溫度:210℃;
熱壓時(shí)間:230s;
較佳纖維含水率:10%左右。
2.3施膠量對(duì)制品中甲醛釋放量的影響
較佳施膠量的探討,不僅是為了在保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下盡可能地降低生產(chǎn)成本,也是為了降低制品在使用過(guò)程中的污染。表12所反應(yīng)的數(shù)據(jù)表明,適當(dāng)降低施膠量可以有效地降低制品中的甲醛釋放量。
| 施膠量 (kg/m3 ) |
密 度 (g/ cm3) |
內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度 (MPa) |
靜曲強(qiáng)度 (MPa) |
吸水厚度膨脹率 (%) |
游離醛 (mg/100 g) |
| 190 | 1.01 | 0.37 | 35.21 | 29.54 | 2.99 |
| 200 | 1.05 | 0.55 | 46.13 | 17.54 | 3.05 |
| 210 | 1.02 | 0.99 | 52.13 | 15.22 | 3.11 |
| 220 | 1.03 | 1.80 | 58.52 | 14.33 | 3.14 |
| 230 | 1.02 | 1.77 | 55.74 | 14.28 | 3.52 |
3結(jié)論
3.1酚醛樹(shù)脂膠粘劑用于高密度吸塑門板的生產(chǎn)是可行的,其施膠量可控制在210kg/m3左右。
3.2本公司開(kāi)發(fā)研制的HBJ-01添加劑,用于酚醛樹(shù)脂膠粘劑生產(chǎn)高密度吸塑門板,對(duì)降低制品中的甲醛釋放量是有效的,其施加量控制在1%左右即可。
3.3熱壓過(guò)程中,纖維含水率控制在10%左右,熱壓溫度控制在210℃左右,熱壓時(shí)間控制在230s左右,對(duì)保持產(chǎn)品物理力學(xué)性能指標(biāo)、降低制品甲醛釋放量是有效的。
