納米有機蒙脫土在實木地板上的應用試驗

張 建，汪奎宏，李 琴，袁少飛

（浙江省林業(yè)科學研究院 浙江省竹類研究重點實驗室，浙江 杭州 310023）

多年以來，實木地板以其獨特的回歸自然的理念，受到消費者的青睞，成為我國室內裝修中一種主要的地面裝飾材料[1]，但我國實木地板尺寸穩(wěn)定性差仍是一個主要的質量問題，主要是由于我國氣候多樣性和木材本身具有干縮濕脹特性，實木地板在受潮、冷熱變化的環(huán)境中結構尺寸易發(fā)生變化而最終引起變形、拱起和開裂等[2～3]。這種質量問題很難修復，嚴重影響了實木地板的發(fā)展和使用。對于實木地板所出現的上述變形問題，國內外的學者、企業(yè)和科研院校都進行了相關的研究。通過熱處理可一定程度上改善其尺寸穩(wěn)定性[3]，但能耗大，效率低；采用鋼瓷面超耐磨技術或其他高分子材料，使產品具有強度高、硬度高、超耐磨、防火等特性[4]，但生產工藝復雜；進行木材改性違反了實木地板環(huán)保天然的初衷；此外木材干燥和加工工藝的優(yōu)化、改進地板安裝工藝和合理保養(yǎng)也可改善地板的抗變形能力，但這些改善較為有限。本試驗采用真空加壓處理方式，對納米有機蒙脫土和實木地板坯料進行復合處理，期望開發(fā)出尺寸穩(wěn)定性較好的實木地板，并對產品性能進行綜合評價分析，現報道如下。

1 試驗材料及儀器設備

1.1 原材料

地板毛料：（1）軟銀葉樹（Heritiera borneensis），又名婆羅洲銀葉樹，梧桐科（Sterculiaceae），氣干密度0.727 g/cm3；（2）紅山樟（Dryobanops aromatica），中文名芳味冰片香，龍腦香科（Dipterocarpaceae）冰片香屬，氣干密度0.740 g/cm3，它們均為東南亞進口木材。納米有機蒙脫土：購自浙江豐虹粘土化工有限公司，蒙脫土含量96% ～ 98%，米白色粉末，徑厚比200，干粉粒度99.9%通過200目，疊層厚度小于25 nm，表觀密度0.25 ～ 0.35 g/cm3，含濕量小于3%，X-ray d001值為2.1 nm。酚醛樹脂：購于浙江德清莫干山竹膠板有限公司，水溶性好，pH值10.28，固含量46.0%，粘度（涂4杯法）57.92 s，水混合倍數大于7.5，密度1.109 g/cm3，貯存期45 d。

1.2 儀器設備

SS-550電子顯微鏡、DN500×1000真空加壓處理罐、DHG-9203A電熱鼓風干燥箱、HH-4恒溫水槽、LHS-150SC恒溫恒濕氣候箱、MWE-40液壓式木材萬能試驗機、TD 20002型電子天平、MB202-D型雙面壓刨床、精密推臺鋸、WD-4G含水率快速測試儀、JJ-1型電動攪拌器等。

2 試驗設計

2.1 試驗工藝

為了和實際生產相近，首先對地板坯料進行四面刨削處理并進行砂光，尺寸為650 mm×110 mm×20 mm。軟銀葉樹地板坯料處理條件為酚醛樹脂固含量25%、蒙脫土分散濃度3%、浸漬溫度60℃，真空度－0.02 MPa條件下處理100 min，加壓壓力1.2 MPa條件下處理90 min；紅山樟地板坯料處理條件為酚醛樹脂固含量30%、蒙脫土分散濃度4%、浸漬溫度60℃，首真空度－0.02MPa條件下處理60 min，加壓壓力1.2 MPa條件下處理90 min。卸壓后取出試件，表面水洗干凈，干燥至含水率10% ～ 14%，干燥過程中也實現了對納米材料在木材內部的定型處理，最后進行測試分析；將部分試件進行養(yǎng)生、直邊、砂光、油漆，加工成尺寸為600 mm×90 mm×16 mm的實木地板成品進行性能測試；同時，以未處理的試件作為空白試件進行對比。

2.2 主要性能測試方法

2.2.1 增重率 增重率按如下公式進行計算：

式中，W0為處理前試件的絕干重，W1為處理后試件的絕干重，試件尺寸為20 mm×20 mm×20 mm，試件數為10個。

2.2.2 抗流失性 試件尺寸20 mm×20 mm×20 mm，試件分2組，每組36個試件，干燥至絕干后稱重記為M01，一組放入20℃水中，每隔5 h取出6個試件，絕干稱重記為M02；另一組放入80℃水中，每隔5 h取出6個試件，絕干稱重記為M02。按如下公式進行計算：

2.2.3 阻濕率 試件尺寸20 mm×20 mm×20 mm，絕干，稱重記為M0，然后將其置于溫度20±2℃，相對濕度65%的氣候箱中進行吸濕處理，吸濕144 h后，測重量記為M1，可得素材的吸濕率X0。此后，將試件納米復合處理，再按上述方法進行絕干、稱重，得處理材的吸濕率X1。

式中，Z為阻濕率。

吸水率：按照GB/T 1934-1991中規(guī)定的方法進行測試。

硬度：按照GB/T 1941-1991中規(guī)定的方法進行測試。

氧指數：按照GB/T 2406-93中規(guī)定的方法進行測試，其中試件尺寸為120 mm×10 mm×10mm。

表面耐磨性：按照GB/T15036.2-2001中規(guī)定的方法進行測試，這里試件為未油漆處理的素板，共磨1000轉，每磨200轉取下進行稱重，計算磨耗值。

實木地板成品按照GB/T 15036-2001和GB18580-2001中規(guī)定的方法測試含水率、漆膜附著力、表面耐磨性和甲醛釋放量。

利用電子顯微鏡觀測實木地板坯料納米復合前后的微觀結構變化情況。

3 結果與分析

3.1 實木地板坯料性能測試結果

從表1可以看出，納米復合后紅山樟和軟銀葉樹增重率均在7%左右，整體性能得到顯著改善。兩者的阻濕率分別為37.3%和37.2%；紅山樟吸水率由81.0%減小到53.08%，改善幅度達34.6%；軟銀葉樹吸水率由74.5%減小到55%，改善幅度達26.2%。阻燃效果也得到了提高，兩者的氧指數均提高了15%。從圖1表面磨耗量測試結果可看出，轉數增加，磨耗量增加，但納米復合后的紅山樟和軟銀葉樹的表面磨耗量較未納米復合的紅山樟和軟銀葉樹較低，耐磨性得到改善。從圖2分析得到，隨時間的延長，抗流失性增加，80℃水的抗流失性比20℃水的抗流失性高；20℃水的抗流失性在0.6%以下，80℃水的抗流失性在 2%以下，說明固化定型后納米材料抗流失性較好。

表1 實木地板坯料檢測結果Table 1 Result of solid wood floor blanks

圖1 實木地板坯料表面耐磨性檢測結果Figure 1 Result of abrasion resistance of solid wood floor blanks

圖2 軟銀葉樹和紅山樟地板坯料抗流失性趨勢Figure 2 Trend of leaching resistance of H. borneensis and D. aromatica wood floor blanks

3.2 實木地板成品性能測試結果

從表2可看出，用納米復合后的紅山樟和軟銀葉樹制造的實木地板，性能達到了實木地板國家標準要求。雖然經過酚醛樹脂和納米有機蒙脫土的改性，仍能保持實木環(huán)保的特性，甲醛釋放量非常低，僅為0.2 mg/L，說明納米復合處理對木材的環(huán)保性能基本無影響。

表2 納米復合實木地板檢測結果Table 2 Result of nano-composite solid wood floor

3.3 微觀測試分析

對未處理試件和納米復合處理后的試件分別在電子顯微鏡下觀察，分析處理前后結構上的變化情況。從如圖 4、圖5可以看出，無論從橫切面還是縱切面觀察，納米復合后試件的空隙都得到了很好的填充，而且結構緊密，這就微觀上說明了在此工藝條件納米處理試件的效果非常明顯。

圖4 未處理試件電子顯微鏡圖Figure 4 Untreated specimen

圖5 處理試件電子顯微鏡圖Figure 5 Treated specimen

4 結論

（1）納米有機蒙脫土用于實木地板提高其性能可行，特別是尺寸穩(wěn)定性方面。處理后增重率在7%左右，阻濕率提高37%以上，吸水率改善幅度達26.2%以上；阻燃性和耐磨性也得到了提高，氧指數提高了15%；整體抗流失性較好，20℃水時抗流失性在0.6%以下，80℃水時抗流失性在2%以下。

（2）納米復合后的地板毛料可生產出合格的實木地板，而且納米復合處理對其環(huán)保性能基本無影響。

（3）經核算，處理1 m2實木地板毛料成本約5元，成本低，易于操作，具有較強的市場競爭力和廣闊的應用前景，如利用在低質速生材上，將會帶來顯著的經濟效益。

[1]宋白瑜. 增強實木地板物理性狀穩(wěn)定性探討[J]. 浙江林學院學報，1998，15（4）：363－366.

[2]方崇榮. 對實木地板新標準執(zhí)行中幾點意見的看法和理解[J]. 中國木材，2002（5）：20－22.

[3]楊小軍. 熱處理對實木地板尺寸穩(wěn)定性影響的研究[J]. 木材加工機械，2004（6）：18－20.

[4]金剛. 超耐磨實木地板[J]. 建材工業(yè)信息，2004（5）：22.