一種mdi輕質高強纖維板及制造方法
【專利說明】
[0001]
技術領域
[0002] 本發明涉及一種人造板生產技術，特別涉及MDI輕質高強纖維板及制造方法，屬 于木質復合材料領域。
【背景技術】
[0003] 我國是森林資源匱乏國家，人均森林資源占有量較少，同時也是木材加工和消費 大國，家具和人造板的產量逐年上升，造成木材需求量的巨大缺口。《2011年中國木材市場 與行業研究報告》指出：2011年我國木材缺口接近2億立方米。2012年初，東南亞、非洲、 北美洲以及俄羅斯等我國木材主要進口來源國就不斷出現資源緊缺的跡象，再加上國家政 策及匯率、運輸費用上漲等因素的促使，進口木材漲價局勢已成定局；同時我國黑龍江、吉 林、云南、廣西等生產木材的大省均表示林業已大幅減產，今后國內外的木材供應趨緊局勢 將更加明顯。作為木材使用量最大的人造板行業，進行技術革新，生產高質量低密度人造板 代替傳統人造板，對節約與高效利用的木材資源具有重要的國家戰略意義和經濟效益。
[0004] 脲醛樹脂（UF)是人造板生產最常用的膠粘劑，憑借價格低廉、制備容易、毒性低等 優點，占我國木材膠粘劑使用量80%以上，但是其耐候性、耐水性、膠結強度都相對較差，應 用于纖維板、刨花板等人造板制造過程中，要達到應用所需的性能要求，平均密度通常高達 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，在應用過程中 散發出來的游離甲醛對環境造成的污染，已成為嚴重的社會問題，引起環保專家和消費者 的關注，限制其在下游產品中的應用。
[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 重等主要缺點。由于木材資源短缺引起的原料價格上漲、社會對甲醛問題的高度關注、市場 對輕質人造板的需求，UF制造的人造板價格低廉的優勢越來越不明顯。因此，采用異氰酸 酯等無醛高性能膠粘劑替代UF，在保證產品基本性能的條件下制造輕質人造板，對木材資 源的保護和高效利用、室內空氣質量的改善、人造板產品質量的提升具有重要的經濟和社 會效應。
[0006] 為了降低或消除人造板產品的甲醛污染，目前國內主要通過UF樹脂的改性和無 醛膠粘劑代替UF等方法來實現，采用改性UF樹脂雖然可以降低甲醛釋放量，但降低了板材 的力學性能、耐水和耐候性，并且不可能完全消除甲醛污染；在無醛膠粘劑中，目前北京林 業大學、中國林科院、西南林業大學等高校及科研院所對生物質膠粘劑和蛋白質膠粘劑進 行大量研究，取得豐碩成果，實現了消除甲醛污染，但應用于纖維板中，降低了板材力學性 能，且耐水性、耐候性未得到提高；MDI作為無醛、高性能、耐水耐候性優良的膠粘劑，英國 ICI公司、福州人造板廠、中國林科院都應用MDI制造纖維板，但側重于防水性能提高和無 醛性，制得產品密度高于700kg/m 3、M0R大于35 MPa、IB高達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法大規模應用到生產線 中，難以推廣應用。
[0007] 由于低密度纖維板具有良好的隔音效果，福建省永安林業集團利用三聚氰胺改性 的UF成功制造出平均密度450kg/m 3的纖維板，丁萬君等采用高溫、低壓縮速率、超長熱壓 時間的方法成功制造出平均密度低于450kg/m3的普通UF樹脂纖維板，但這些低密度纖維 板的強度、耐水耐候性很差，且存在甲醛污染問題，僅適用于木門的門芯、隔墻的芯材等。

【發明內容】

[0008] 本發明的目的是針對以上現有技術的問題而提供一種MDI輕質高強纖維板及制 造技術，本發明方法的無醛纖維板依次經過木纖維的活化處理、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%，產品密度為450~500 kg/m3,產 品的物理力學性能均達到國家標準中關于普通型中密度纖維板的要求；該MDI輕質高強纖 維板具有密度低、強度高和無甲醛污染等優點，生產工藝過程簡單，易于推廣。
[0009] 為實現本發明的目的，本發明一方面提供一種MDI輕質高強纖維板，板材厚度為 10~20mm，密度為450~500 kg/m3,物理力學性能達到國家標準中關于普通型中密度纖維板 的要求，甲醛釋放量達到E0標準。
[0010] 其中，所述的MDI輕質高強纖維板，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，優選為楊木、松木、桉木混合纖維，進一步優選為楊木、松木。
[0012] 另一方面提供一種MDI輕質高強纖維板的制備方法，包括如下順序進行的步驟： 1) 木纖維的活化處理 將木纖維與水、活化劑進行混合，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，在活化溫度為130°C ~180°C條件下，對木纖維進行活化處理，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行冷風冷卻，利用熱電偶測量木纖維中溫度實時變化，當木纖維 冷卻至50°C ~80°C時，采用靜態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 將板坯置于熱壓機內，進行熱壓處理，熱壓完即得。
[0013] 其中，步驟1)中所述被活化的木纖維為經過熱磨、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%，優選為5°Ρ8% ;活化時纖維含水率為 50%~100%，優選為 60%~80% ;活化溫度為 130°C ~180°C，優選為 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，采用靜態混合器對膠黏劑和 溶劑進行混合，再用霧化噴嘴進行噴膠； 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，優選為180°C ~220°C。 特別是，熱壓壓力中壓縮段壓力為4 ~5Mpa，優選為4.5 ~5Mpa;傳熱段壓力為0.8 ~1. 5Mpa，優選為1. 0 ~1. 5Mpa ;定厚段壓力為1 . 5~2. 5Mpa，優選為2. 0~2. 5Mpa ;熱壓時間 為15~25s/mm (每毫米成板所需的熱壓時間)，優選為15~20 s/mm。
[0017] 本發明的MDI輕質高強纖維板具有如下優點： 1) 質量輕。密度僅為450~550 kg/m3,比傳統的纖維板和刨花板的密度減少了 15~20%， 節約大量的木材成本，屬于資源節約型產品； 2) 無甲醛。采用MDI制造低密度纖維板，從根本上切斷甲醛污染的來源，是真正意義上 的環保廣品； 3) 高強度。雖然密度低，但其并不以犧牲產品力學性能為代價，低密度MDI產品的所有 力學性能指標可以達到甚至超過普通型纖維板和刨花板的性能指標； 4) 高防水。產品的24小時吸水厚度膨脹指標可以控制在5%以內，遠低于傳統的纖維 板和刨花板，可用于家裝的廚房、衛生間，甚至可以用在室外。
【附圖說明】
[0018] 圖1霧化噴嘴的結構示意圖； 圖2為膠黏劑與溶劑的混合過程示意圖； 圖3為本發明實施例1制備纖維板斷面密度分布。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合具體實施例來進一步描述本發明，本發明的優點和特點將會隨著描述而 更為清楚。但這些實施例僅是范例性的，并不對本發明的范圍構成任何限制。本領域技術 人員應該理解的是，在不偏離本發明的精神和范圍下可以對本發明技術方案的細節和形式 進行修改或替換，但這些修改和替換均落入本發明的保護范圍內。
[0020] 本發明實施例以生產厚度為12±0. 5mm、平均密度為470±20Kg/m3的成品纖維板 材為例進行說明，其中木纖維原料來源于2013年12月份北京某公司的中纖板生產線上取 出的松木和楊木混合纖維。
[0021] 實施例1 1)木纖維的活化處理 將去離子水和活化劑進行混合，利用噴霧嘴和攪拌機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，在活化溫度 為170°C時對木纖維進行活化處理，當木纖維干燥至含水率為1%時，即可； 2)木纖維的冷卻和施膠 用靜態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行冷風冷卻，利用熱電偶測量木纖維溫度實時變化，當纖維冷卻至 70°C時，采用圖1和圖2所示裝置，采用噴膠法對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 將板坯置于熱壓機內，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、熱壓時間為4 min進行熱壓，熱壓結束后，即得。
[0022] 參照按GB/T17657-1999《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》對制備的MDI 輕質高強纖維板進行力學性能檢測，檢測結果見表1。
[0023] 采用DA-X斷面密度分析儀(德國格雷康公司)檢測纖維板的密度，測定結果如圖3 所示。
[0024] 實施例2 1) 木纖維的活化處理 將去離子水和活化劑進行混合，利用噴霧嘴和攪拌機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，在活化溫度 為170°C時對木纖維進行活化處理，當木纖維干燥至含水率為1%時，即可； 2) 木纖維的冷卻和施膠 用靜態混合器將異氰酸酯和溶劑進行混合，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行冷風冷卻，利用熱電偶測量木纖維溫度實時變化，當纖維 冷卻至60°C時，采用圖1和圖2所示裝置，采用噴膠法對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 將板坯置于熱壓機內，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、熱壓時間為4 min進行熱壓，熱壓結束后，即得。
[0025] 參照按GB/T17657-1999《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》對制備的MDI 輕質高強纖維板進行力學性能檢測，檢測結果見表1 : 表1纖維板理化性能測試結果

注：板材厚度為12mm ;E0級MDF指符合國標GB/T11718-2009要求的中密度纖維板。 [0026] 檢測結果表明，采用該技術生產的纖維板基本上不存在甲醛污染，物理力學性能 達到國標GB/T11718-2009對普通中密度纖維板的要求，因此，該板材及生產技術具有以下 優點： 1) 采用MDI代替UF生產低密度纖維板，在基本不影響產品性能的條件下，節約25~30% 的木材用量； 2) 該技術生產的纖維板不僅強重比顯著提高，而且產品不存在甲醛污染問題，具有環 境友好型材料特性； 3) 通過采用改性的MDI和降低產品的密度，減少產品中MDI的施加量，從而降低產品成 本，削弱UF的價格優勢； 4) 該技術僅需對現有纖維板連續生產線進行較小的改造，可以與普通纖維板生產實現 兼容，易于推廣。
【主權項】
1. 本發明涉及一種MDI輕質高強纖維板及制造方法，板材厚度為10~20mm，密度為 450~500 kg/m3,物理力學性能達到國家標準中關于普通型中密度纖維板要求，甲醛釋放量 達到E0標準。2. 如權利要求1所述的MDI輕質高強纖維板，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，樹皮和碎料含量在10~30%。3. -種MDI輕質高強纖維板的制備方法，包括如下順序進行的步驟： 1) 木纖維的活化處理 將木纖維與水、活化劑進行混合，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，控制活化溫度對木纖維進行活化處理，干燥至含水率1°P2%，即可； 2) 木纖維的冷卻和施膠 利用冷風機對活化后的木纖維進行冷卻，當纖維冷卻至50°C ~80°C時，采用靜態混合 噴膠設備對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 將板坯置于熱壓機內，進行熱壓處理，即得。4. 如權利要求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的混合物：噴涂量為50 g/m2~200g/m2。7. 如權利要求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 ;熱壓時間為15~25s/mm (每毫米板所需的熱壓時間)。
【專利摘要】本發明公開了一種MDI輕質高強纖維板及制造方法，該輕質纖維板以異氰酸酯為膠黏劑，施膠量為3~5%，產品密度為450~500 kg/m3，產品的物理力學性能均達到國家標準中關于普通型中密度纖維板的要求。該技術通過對木纖維進行活化處理，提高木纖維與異氰酸酯膠結強度；采用靜態混合施膠系統對木纖維進行施膠；對板坯施加環保型脫模劑，避免板材與熱壓板粘結；通過對熱壓工藝進行控制，優化斷面密度分布，提高板材強重比；該MDI輕質高強纖維板具有密度低、強度高和無甲醛污染等優點，生產成本不高于普通中密度纖維板相，并且生產工藝過程簡單，該技術易于推廣。
【IPC分類】B27N3/04, B27N1/00, B27N3/08
【公開號】CN105710955
【申請號】CN201410736312
【發明人】張揚, 唐睿琳, 于志明
【申請人】北京林業大學