刨花板生产工艺

平时做事

  随着人们环保意识的增强，人造板作为室内装修的 主要材料，其环保性能——甲醛释放量越来越受到人们 的关注。胶黏剂是人造板甲醛释放的主要来源，目前我 国人造板产业使用较多的仍然是脲醛树脂、三聚氰胺甲 醛等甲醛基胶黏剂。因此，开发环保型胶黏剂，尤其是 开发无醛型胶黏剂成为未来人造板行业的发展趋势。
  目前，我国刨花板生产中使用的无醛型胶黏剂主要 有异氰酸酯和生物质胶黏剂。与传统脲醛树脂相比，用 无醛型胶黏剂生产刨花板虽然彻底解决了甲醛释放量问 题，但是其推广应用还需要解决两方面问题：一是生产成本高且价格波动大，尤其是异氰酸酯在价格上远高于 脲醛树脂；二是整个生产工艺不成熟，如全部使用异氰 酸酯制备刨花板时，存在粘钢带、初黏性不好、板坯不 成型、易粘堵、产能低等问题。
  在刨花板成本中占比最大的是木质原料成本和胶黏 剂成本，降低木质原料成本的方法主要是扩大原材料利 用范围和降低原材料质量要求，而降低原材料质量会严 重影响产品品质，因此从胶黏剂和热压工艺方面着手是 降低成本的较好的解决方案。本文根据笔者单位的研发 成果，综合生物质胶黏剂的成本优势和异氰酸酯的黏合性能优势，探讨一种低成本、高质量的无醛添加刨花板 生产工艺，以供刨花板生产企业参考。
  1 可行性分析
  三层结构的刨花板，通常其表层刨花较细，比表面 积大，耗胶量大；芯层刨花尺寸大，比表面积相对小， 耗胶量少，但刨花间形成的胶钉相对于表层刨花要少， 要求胶黏剂粘结力越强越好。
  生物质胶黏剂、异氰酸酯作为刨花板用胶黏剂， 属新型胶种。与脲醛树脂相比，生物质胶黏剂的成本略 高，且胶结强度低，但当其施胶量达到一定量时，其制 备的刨花板性能能达到标准要求。此外，生物质胶黏剂 还具有无毒环保，施胶后分散性和初黏性好，不粘皮带 和钢带等优点。
  异氰酸酯具有很高的粘结性能，胶结性能好，且不 释放甲醛等有害气体，被越来越多地应用到刨花板生产 中。目前，我国已有企业使用异氰酸酯生产刨花板。与 脲醛树脂相比，异氰酸酯具有如下缺点：1）反应能力 强，易出现粘钢带现象；2）初黏性差，板坯成型不好， 结构疏松，不利于输送；3）未添加催化剂时，热固化效 率比脲醛树脂低；4）价格高且波动大。这些缺点严重制 约了异氰酸酯在刨花板生产中的应用。
  针对以上问题，探讨可能的解决方案如下：
  1）表层使用生物质无醛胶黏剂代替异氰酸酯，利用生物质胶黏剂分散性好、不粘皮带、不堵透气网带、 易清洗等优点，解决全使用异氰酸酯生产时出现的粘皮带、粘钢带、堵透气网带问题，以及由于表层异氰酸酯 提前固化粘结在皮带上无法清理，进而导致铺装线上称 重计量不准确的问题。
  2）表层使用生物质胶黏剂、芯层使用异氰酸酯+特 殊催化剂，或表层使用生物质胶黏剂、芯层使用异氰酸 酯+特殊催化剂和添加少量初黏性增强剂的工艺，解决全 使用异氰酸酯时由于其初黏性差导致的板坯疏松、板坯 表层料丢失、板坯打折等问题，并提高固化效率和全使 用生物质胶黏剂时的黏结强度低等问题。
  2 实验室试验
  2.1 材料
  生物质胶黏剂：南宁科天水性科技有限责任公司 自制，pH值11.0～14.0，固体含量（52±0.5）%，黏度 （25℃）85.0～140.0 mPa.s，存储期（10～30 ℃）3个月。
  异氰酸酯：市场购买，pH值7.0～7.5，NCO基团含量 30.5%～32.5%，黏度（25℃）160.0～240.0 mPa.s，存储期 （10～30 ℃密封）5个月。
  初黏性增强剂和催化剂，南宁科天水性科技有限责 任公司自制。 刨花：选用桉木刨花，从刨花原料中随机抽取9组刨 花样品，每组100 g，测试其刨花形态和含水率，结果见 表1。
  
  2.2 仪器和设备
  热压机（XLB-D600×600）、卧式搅拌机 1 台（转 速为 200 r/min ）、手动喷枪、手动喷壶、电子秤、304不锈钢钢板 2 块（500 mm × 510 mm × 3 mm ），万能力学 试验机（ WDW-100 ）、恒温水浴锅（ HH.S21-4 ）、721 分光光度计、电热恒温鼓风干燥箱、穿孔萃取仪等。
  2.3 生产工艺
  根据前期试验，选定了A、B两种工艺，压制幅面规 格为500 mm × 510 mm，目标密度和厚度分别为650～670 kg/m3 、18 mm的刨花板，每种条件重复压制刨花板样板 50块。A、B两种工艺中，所有添加组分的添加量均按干 刨花的质量比计算。试验中，表层、芯层共用一台拌胶机，铺装采用长500 mm ×宽500 mm×高300 mm木箱，手动铺装，直接使用热压机预压。
  A工艺条件：将100份刨花含水率调至2.5%～4%； 表层刨花与芯层刨花质量占比分别为34%～40%和 60%～66%；表层施加生物质胶黏剂11份，加入液体防 水剂1份；芯层施加异氰酸酯3.5份，特殊催化剂2.5份， 防水剂0.5份，初黏性增强剂0.5份；铺装预压成型；热压 板温度235～240 ℃，三段式热压（高压3～4 MPa、中压 2～2.5MPa，低压 1～1.5 MPa）高温段温度240 ℃，高压 段压力3.5 MPa，热压因子5 s/mm。
  B工艺条件：将100份刨花含水率调节至2.5%～4%； 表层刨花与芯层刨花质量占比分别为34%～40%和 60%～66%；表层施加生物质胶黏剂13份，加入液体防 水剂1.2份；芯层施加异氰酸酯3份，特殊催化剂2份，防 水剂0.5份，初黏性增强剂0.5份，铺装预压成型；热压 板温度235～240 ℃，三段式热压（高压3～4 MPa、中压 2～2.5MPa，低压 1～1.5 MPa），高温段温度240 ℃，高 压段压力3.5 MPa，热压因子6 s/mm。
  2.4 性能测试与分析
  从A、B两类样板中，各随机抽取5块样板，按照GB/T 17657—2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》 中密度、内胶合强度、静曲强度等性能测试方法的规定，测试样板的性能。其中，试件制取方法是距离板边 50 mm处开始截取试件，静曲强度试件纵向、横向各6 个，甲醛释放量测试方法为穿孔萃取法。计算5块样板测 试结果的算术平均值作为本次实验室试验样板的性能测 试结果，结果见表2。
  
  从表2可知，两种工艺条件下刨花板样品的性能均较 高，都达到GB/T 4897—2015《刨花板》中规定的干燥状 态下使用的家具型刨花板的要求。另外，整个试验过程 中，板坯成型好，施胶后刨花分散性好，热压时不粘压 板。由此可知，在实验室条件下，上述A、B两个方案可行。
  3 工厂中试生产试验
  根据实验室试验结果，2018年1月24日在河南省商丘 市鼎丰木业有限公司年产20万m3 的刨花板连续压机生产 线上，以杨木刨花为原料，采用本文第2节中的胶黏剂、 初黏性增强剂和催化剂，进行中试生产实验，生产目标 厚度18 mm的刨花板。整个生产过程顺利，铺装没有出现 堵料，且分散性很好；铺装板坯经预压后，成型好；热 压时没有出现粘压板现象。试验采用的工艺和中试产品 的性能测试结果如下。
  3.1 生产工艺流程 无醛刨花板中试生产的工艺流程见图1。
  
  3.2 生产工艺
  采用本文第2节中的A工艺，其中表芯层刨花质量比为 40∶60，三段式热压为3～3.5 MPa、2～2.5 MPa、1～1.5 MPa， 热压温度 230～240 ℃、220～230 ℃、210～220 ℃、195～205 ℃，热压因子为5～6.5 s/mm，生物质胶黏剂、异氰酸 酯、特殊催化剂、初黏性增强剂和防水剂等的添加顺序 见图2，所需硬件及施加和计量方式如下：
  
  1）表层刨花施胶计量泵3台，芯层刨花施胶计量泵4 台，泵流量按照“泵流量=生产线产能（m3 /h）×立方米 施胶量（kg/m3 ）”进行核算，各泵后配有相应的流量计 对各组分用量准确计量；
  2）胶黏剂及各添加组分的施胶方式为雾化喷胶； 表层喷头8个（防水剂1个、胶黏剂6个、水1个），排布 顺序为防水剂、生物质胶黏剂和水；芯层喷头7个（防 水剂1个，异氰酸酯3个、特殊固化剂2个、初黏性增强剂 1个），芯层排布顺序为防水剂、异氰酸酯、特殊催化 剂、初黏性增强剂；计量采用质量流量计；两种胶黏剂 施胶温度宜控制在20～35 ℃；
  3）表层刨花的防水剂为乳化液，芯层刨花的防水 剂可添加乳化液或者熔融石蜡（此次生产使用乳化石蜡）；
  4）特殊催化剂可与胶黏剂混合添加，也可单独添加 （本次实验为分开添加）；
  5）异氰酸酯为溶剂型，不溶于水，生产过程中不可 单独与水接触；添加量小，注意核实泵流量与工艺要求 是否匹配，确保异氰酸酯添加量的准确性；还需注意添 加位置、分散均匀性，芯层刨花不能太碎；注意芯层板 坯成型效果，对预压机压力、皮带与皮带间接口、皮带 与压机钢带间做匹配调节；
  6）初黏性增强剂可与水互溶。
  3.3 产品性能
  在压机后斜切锯处截取长500 mm、宽2 440 mm样板 一块，并对样板直接砂光后，参照GB/T 4897—2015的相 关规定锯样测试其性能。图3和图4为中试实验样板的正 面和侧面，从图可知，板面无断痕、透裂，板面色泽均 匀、光滑，预固化层很薄，无胶斑，未砂光板的厚度偏差在+1 mm、-0.5 mm以内，平整度好，符合刨花板表面 质量标准要求。

  表3为中试样板的物理力学性能测试结果。从表3可 知，中试试验样板的性能达到了GB/T 4897—2015中干燥 状态下使用的家具型刨花板各项物理力学性能的要求， 表明采用表层用生物质胶黏剂、芯层用异氰酸酯+特殊催 化剂和添加少量初黏性增强剂的工艺，在连续压机生产线上生产干燥状态下使用的家具型刨花板可行。
  4 结语
  从实验室试验和中试试验结果可知，采用“表层生 物质胶黏剂、芯层异氰酸酯+特殊催化剂”，或“表层生 物质胶黏剂、芯层异氰酸酯+特殊催化剂和添加少量初黏 性增强剂”的工艺可以制备性能符合GB/T 4897—2015中 干燥状态下使用的家具型刨花板要求的刨花板，虽成本 略高，但产品性能优异且无甲醛释放，有较好的市场前景。
  1）按照连续平压生产线生产1 m3 刨花板用脲醛树脂 （以板材甲醛释放量≤ 5 mg/100 g用的脲醛树脂胶黏剂计 算）的一般用量105 kg/m3 计算，每立方米刨花板的脲醛 树脂成本约230元/m3 （脲醛树脂单价按市场售价2.2元/kg 计算），而采用本实验提供的“表层生物质胶黏剂+芯层 异氰酸酯”的合计成本约520元/m3 ，其中每立方米消耗 生物质胶黏剂45 kg（单价4.5元/kg）、异氰酸酯14 kg（单 价18元/kg）、特殊催化剂13 kg（4元/kg）、初黏性增强 剂2 kg（单价8元/kg，工艺优化好可不使用）；
  2）热压因子与脲醛树脂相近，以18 mm计，可达 5 s/mm；
  3）刨花板密度可下调约5%，可减少木材消耗；
  4）刨花干燥含水率可由传统的1%～2%放宽至 3%～4%，减少了干燥时的能耗；
  5）刨花原料要求放宽，除适用于木材刨花，还适用 于竹材、秸秆、蔗渣等材料。
  本文来源网络，如有侵权请联系删除。