中纖板脲醛膠生產(chǎn)工藝的改進(jìn)

中纖板脲醛膠生產(chǎn)工藝的改進(jìn)

由于中國(guó)的中密度板生產(chǎn)線(xiàn)不同，板材的質(zhì)量不同。許多廠(chǎng)家的中纖板材甲醛釋放超標(biāo),達(dá)不到GB18580-2001《室內(nèi)裝飾材料-人造板及其制品中甲醛釋放量限量》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求,中密度板要達(dá)到歐洲一、二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),即E1級(jí):每克板甲醛0.09～0.13mg;E2級(jí):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(guò)關(guān)的建筑裝飾材料都禁止在市場(chǎng)上銷(xiāo)售。而目前市場(chǎng)上約70%以上的中密度板甲醛釋放量都達(dá)不到此標(biāo)準(zhǔn)要求。那些不能及時(shí)解決甲醛超標(biāo)問(wèn)題的廠(chǎng)家面臨著停產(chǎn)危機(jī)。因此如何在保證中纖板物理力學(xué)性能的前提下,大幅度降低甲醛釋放量就成了一個(gè)至關(guān)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(jìn)脲醛膠合成工藝,并以此為出發(fā)點(diǎn),改進(jìn)中纖板制板整體工藝參數(shù),以最大限度降低板材甲醛釋放量,使產(chǎn)品穩(wěn)定達(dá)到E2級(jí)板的水平。1材料和方法1.1采集劑本試驗(yàn)采用的原料均為工業(yè)級(jí)。甲醛(F):河南產(chǎn),含量為36.5%;尿素(U):河南產(chǎn),純度為98%;甲醛捕捉劑M01,河南產(chǎn),純度99%;NaOH:開(kāi)封產(chǎn),溶液體積分?jǐn)?shù)30%;NH4CI,江蘇產(chǎn),溶液體積分?jǐn)?shù)40%。1.2試驗(yàn)設(shè)施K型不銹鋼反應(yīng)釜,蒸汽加熱。三門(mén)峽河洛中纖板廠(chǎng),山西天石中纖板廠(chǎng)生產(chǎn)線(xiàn)分別為四川東華機(jī)械廠(chǎng)、江蘇常熟林機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)。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(diào)pH=7.8～8.2,加尿素U1,甲醛捕捉劑M01,加熱;在20～30min內(nèi)升溫至60～70℃,閉氣自升溫至88～96℃,保溫50min。中間測(cè)定混點(diǎn)。當(dāng)達(dá)到后降溫至83～85℃,加NH4CI,調(diào)pH=4.4～4.8,保持40min,測(cè)霧點(diǎn),到達(dá)粘度后,調(diào)pH至中性,同時(shí)冷卻至80～70℃,加U2,進(jìn)行真空脫水。脫水結(jié)束,加U3,降溫至50～60℃,反應(yīng)40min。冷卻至40℃,放料。1.4驗(yàn)?zāi)z質(zhì)量及適用期按照GB/T14074-1993規(guī)定的二類(lèi)膠粘劑國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定。試驗(yàn)?zāi)z質(zhì)量指標(biāo)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(shí)間:40～65s;適用期:≥4h;羥甲基含量:10%～13%。1.5制板工藝在原生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上,優(yōu)化某些關(guān)鍵工序的工藝參數(shù)及加強(qiáng)控制,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效生產(chǎn)。2結(jié)果與分析2.1制造膠法對(duì)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(yīng),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(shù)脂。在脲醛樹(shù)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(shù)脂縮聚過(guò)程中進(jìn)行交聯(lián),膠層具有足夠的內(nèi)聚力。二羥甲基脲與木材之間的交接強(qiáng)度有密切關(guān)系,樹(shù)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(qiáng)度。羥甲基含量對(duì)脲醛樹(shù)脂的性能有顯著影響,羥甲基含量越高,脲醛樹(shù)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(shí),脲醛樹(shù)脂固化后,膠層的老化加劇,使游離甲醛的釋放量也相應(yīng)提高。所以在考慮樹(shù)脂固化交接強(qiáng)度的同時(shí),還應(yīng)該設(shè)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(yàn)前,廠(chǎng)家原用的脲醛樹(shù)脂膠配方中,甲醛與尿素的摩爾比(F/U)為1.5∶1.00,樹(shù)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(yàn)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(shù)脂中游離甲醛大大降低,達(dá)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(dāng)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(qiáng)度及耐水性能,須加入含有活性基的M01甲醛捕捉劑進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng),并提高耐水性能;另外還需改進(jìn)其它工藝參數(shù),同時(shí)改性劑還能吸收部分游離甲醛(見(jiàn)表3)。表2中的數(shù)據(jù)可以顯示,新工藝中把制膠配方加以改進(jìn),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(shù)值均為每批次試驗(yàn)板的總平均數(shù)。其中表1中新工藝甲醛釋放量為委托檢驗(yàn)(國(guó)家建筑裝飾、裝修材料監(jiān)督檢驗(yàn)中心)。2.1.2低分子化合物的合成在樹(shù)脂合成過(guò)程中,當(dāng)在堿性或中性介質(zhì)中,pH值為7～9時(shí),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(zhì)中,當(dāng)pH值為4～6時(shí),在生成羥甲基脲的同時(shí),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(dāng)pH值小于4或更低時(shí),反應(yīng)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(shù)脂固化后釋放的游離甲醛亦減少。但pH值過(guò)低,即在強(qiáng)酸介質(zhì)中,反應(yīng)比較強(qiáng)烈,樹(shù)脂粘度增長(zhǎng)很快,不好控制,容易造成樹(shù)脂凝膠。2.1.3萃取甲醇介質(zhì)反應(yīng)溫度是影響脲醛樹(shù)脂合成反應(yīng)的主要因素之一。溫度升高,反應(yīng)物質(zhì)獲得的能量就高,原料分子間接觸碰撞的機(jī)會(huì)就多,反應(yīng)就劇烈,反應(yīng)進(jìn)行得完全徹底,則樹(shù)脂中游離甲醛含量相應(yīng)降低。堿性介質(zhì)中,主要是加成反應(yīng),反應(yīng)較緩,反應(yīng)溫度可稍高,控制在90～96℃。酸性介質(zhì)中,主要是縮聚反應(yīng),反應(yīng)劇烈,溫度不能過(guò)高,否則難以控制,會(huì)造成凝膠等現(xiàn)象,溫度宜控制在85～90℃。2.1.4反應(yīng)時(shí)間的影響反應(yīng)時(shí)間對(duì)脲醛樹(shù)脂具有重要影響,它關(guān)系到樹(shù)脂產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。要根據(jù)反應(yīng)設(shè)備、尿素與甲醛的摩爾比、反應(yīng)溫度、原料質(zhì)量等因素進(jìn)行綜合考慮確定。如果反應(yīng)時(shí)間過(guò)短,則樹(shù)脂聚合不完全,分子量低,粘度小,游離甲醛含量高;如反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng),樹(shù)脂縮聚程度過(guò)高,則分子量過(guò)大,樹(shù)脂粘度過(guò)高,縮短樹(shù)脂儲(chǔ)存期,影響施膠,同時(shí)造成能源及人力資源浪費(fèi),降低勞動(dòng)效率。2.2木材加工工藝的控制脲醛樹(shù)脂膠的質(zhì)量及性能直接關(guān)系到中纖板的質(zhì)量和甲醛釋放量。膠粘劑的游離甲醛含量低,則會(huì)使板材的甲醛釋放量亦低;膠粘劑質(zhì)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(jìn)而減少甲醛釋放。此外,中纖板制板工藝對(duì)板材甲醛釋放量也有重要影響。施膠量跟纖維的質(zhì)量有很大關(guān)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(guān)系。從木材的性質(zhì)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(zhǎng)條件的同一樹(shù)種,同一棵樹(shù)不同部位的木材性質(zhì)差異甚大。進(jìn)廠(chǎng)的木材原料,首先應(yīng)查明木材類(lèi)別及含水率以便分別堆放,較干的木材,應(yīng)堆集于有棚的場(chǎng)地,較濕的木材則宜在露天存放。應(yīng)特別注意干濕木材不應(yīng)混雜在一起,表層與芯層原料也應(yīng)分類(lèi)分別堆放。木材材質(zhì)、樹(shù)種要合理搭配,選擇適宜的熱磨工藝。控制好木片含水率,一般應(yīng)在25%～45%。木片含水率過(guò)低,纖維不易分離,會(huì)出現(xiàn)短粗纖維和過(guò)細(xì)纖維;含水率過(guò)高,雖可獲得較長(zhǎng)纖維,但耗能大;且纖維過(guò)長(zhǎng)干燥時(shí)易翹曲,給施膠和成型帶來(lái)困難。纖維分離的優(yōu)劣跟纖維分離方法、熱磨工藝參數(shù)、設(shè)備選型及參數(shù)都有著十分重要的聯(lián)系。所以應(yīng)根據(jù)原料類(lèi)型、含水率等很好地確定熱磨工藝,如木片尺寸、預(yù)熱溫度等;選擇合適的熱磨設(shè)備,確定適宜的熱磨機(jī)磨盤(pán)直徑尺寸、轉(zhuǎn)速、齒形、磨片材質(zhì)、磨盤(pán)間隙、動(dòng)磨盤(pán)與定磨盤(pán)的平行度、磨盤(pán)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(chǎng)家,只在鋪裝前檢測(cè)含水率,而在鋪裝至熱壓這一段含水率沒(méi)有檢測(cè);實(shí)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(huì)蒸發(fā),或是因霉雨高濕而吸濕,所以要對(duì)這一過(guò)程的含水率進(jìn)行檢測(cè);如含水率變化大,則需進(jìn)行補(bǔ)償。有時(shí)在這段板坯木纖維含水率要變化1%～3%,致使板坯含水率過(guò)高或過(guò)低;過(guò)高容易造成卸壓時(shí)壓成的板材出現(xiàn)鼓泡,過(guò)低熱壓時(shí),熱量從表層到芯層傳遞慢,傳熱時(shí)間變長(zhǎng)。如果在生產(chǎn)中不根據(jù)含水率的變化及時(shí)調(diào)整熱壓時(shí)間,則制成的板芯層容易出現(xiàn)分層現(xiàn)象,影響板材強(qiáng)度及成品率。一些廠(chǎng)家板材出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題,沒(méi)有認(rèn)識(shí)到是含水率引起的,就加大施膠量,覺(jué)得用的膠越多越好,實(shí)際這樣不但造成板材成本提高,同時(shí)也因施膠量增大而使板材中的甲醛釋放量增高。熱壓參數(shù)的選擇對(duì)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(yīng)完全,甲醛會(huì)在這一階段釋放大部分;當(dāng)然甲醛釋放跟熱壓時(shí)間還有關(guān)系,熱壓時(shí)間長(zhǎng)有利于甲醛釋放。熱壓后的冷卻陳放對(duì)甲醛釋放有好處,有些廠(chǎng)家為了縮短制板時(shí)間,減少陳放時(shí)間,板材在沒(méi)有充分冷卻前就開(kāi)始堆放,不利于甲醛釋放(見(jiàn)表4);且板材中的膠粘劑由于受熱時(shí)間長(zhǎng)而老化降解,會(huì)引起板材強(qiáng)度下降。同時(shí)樹(shù)脂分子內(nèi)部醚鍵的斷裂加劇,勢(shì)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(diào)整熱壓工藝,降低甲醛釋放量調(diào)整脲醛膠的甲醛與尿素的摩爾比(F/U),及樹(shù)脂合成工藝,可以有效降低樹(shù)脂中游離甲醛量。合理組織生產(chǎn)原料,使原料搭配適宜,含水率適中,提高木纖維質(zhì)量,降低膠粘劑使用量,從而降低板材中甲醛釋放量。調(diào)整熱壓