改性LDPE膜替代膠粘劑在普通膠合板生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

葉桂梅，程洪亮，張 紅，蔡 越，賈瑞臣，凌宗興

（1.臨沂市檢驗(yàn)檢測(cè)中心,山東 臨沂 276000；2.臨沂市質(zhì)量協(xié)會(huì)；3.山東佳瑞新材料有限公司；4.臨沂市蘭山區(qū)義堂大宇板材廠）

改性LDPE（低密度聚乙烯）膜作為一種新型替代膠黏劑產(chǎn)品，已在普通膠合板生產(chǎn)中得到應(yīng)用，且具有成本低，工藝流程簡(jiǎn)單、環(huán)境友好等特點(diǎn)。

近年來(lái)，普通膠合板作為家具上游原材料在家具制造行業(yè)被廣泛使用，隨著人們對(duì)生活品質(zhì)的提升，對(duì)室內(nèi)家具板材的環(huán)保質(zhì)量要求也日益關(guān)注，對(duì)普通膠合板的環(huán)保質(zhì)量要求也越來(lái)越高。

譬如在普通膠合板生產(chǎn)過(guò)程中要使用大量膠黏劑，工藝過(guò)程中要將夾心單板涂膠粘貼，鋪裝后熱壓成型，膠黏劑的粘性對(duì)人造板環(huán)保性能及質(zhì)量起到了至關(guān)重要的作用。普通膠合板生產(chǎn)過(guò)程中主要以熱壓工藝生產(chǎn)為主，熱壓用膠黏劑目前市場(chǎng)應(yīng)用最廣泛的有：

①脲醛樹(shù)脂膠：是以尿素和甲醛為主要材料。

②三聚氰胺膠（三聚氰胺甲醛樹(shù)脂）：是以三聚氰胺和甲醛為主要原料。

③酚醛膠：是以苯酚和甲醛為主要材料。

以上3種膠黏劑業(yè)內(nèi)統(tǒng)稱為“三醛膠”，缺點(diǎn)這三種膠黏劑制造過(guò)程中都含有同一種原料甲醛，因此，產(chǎn)品中都會(huì)殘留一定數(shù)量的游離醛，這些少量的游離甲醛在制成家具后會(huì)緩慢釋放，對(duì)室內(nèi)環(huán)境造成污染，影響消費(fèi)者身體健康。

④大豆基膠黏劑（蛋白膠）：木材加工用蛋白膠是以富含蛋白質(zhì)的生物質(zhì)為主要原料通過(guò)各種加工工藝制備的膠粘劑。

大豆基膠黏劑目前存在膠合強(qiáng)度低、耐水性差以及抗微生物降解能力低等缺點(diǎn)。

制造商們?cè)诮档汀叭┠z”的甲醛含量和提高其品質(zhì)方面也展開(kāi)了科技攻關(guān)，使普通膠合板質(zhì)量有了較大提高，但是，這些產(chǎn)品仍然是E1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)范疇。我國(guó)普通膠合板整體質(zhì)量還處在“E2級(jí)”水平，普通膠合板以“低端板材”為主，面臨生存與發(fā)展的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

高性能、高品質(zhì)膠粘劑生產(chǎn)的普通膠合板產(chǎn)品，我國(guó)市場(chǎng)需求迫切。研究并開(kāi)發(fā)高品質(zhì)的膠黏劑產(chǎn)品可以滿足市場(chǎng)之急需，初步研究結(jié)果表明，用一種改性LDPE膜替代膠黏劑在人造板生產(chǎn)中進(jìn)行應(yīng)用，產(chǎn)品生產(chǎn)成本低、耐水性強(qiáng)、膠合強(qiáng)度等相關(guān)指標(biāo)都優(yōu)于“三醛膠”和大豆膠，完全達(dá)到國(guó)家“Ⅲ類普通膠合板”標(biāo)準(zhǔn)要求，特別是這種LDPE膜成分本身不含甲醛，替代膠粘劑在普通膠合板生產(chǎn)中應(yīng)用后的產(chǎn)品甲醛含量很低，對(duì)于保障消費(fèi)者健康安全方面具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 生產(chǎn)設(shè)備

熱壓機(jī)

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

恒定濕熱試驗(yàn)箱；恒溫露點(diǎn)恒濕氣候箱；Cary60分光光度計(jì)（安捷倫）；微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)；穿孔萃取儀

1.3 試驗(yàn)材料

楊木夾芯板，厚度（1.6±0.1）mm，含水率 8%～12%；改性LDPE膜，厚度0.05mm

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用三因素三水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，見(jiàn)表1：

表1 不同溫度、壓力、時(shí)間正交試驗(yàn)表

1.5 普通膠合板工藝流程

按照生產(chǎn)工藝流程，選取含水率8%～12%的楊木夾芯板，鋸切尺寸600mm×600mm若干張，第1層夾芯板上鋪一層改性LDPE膜，縱橫鋪裝，依次類推鋪裝7層膠合板，6層膜，將鋪裝好的半成品放入熱壓機(jī)熱壓，溫度 105℃～135℃，壓力 8Mpa～12Mpa，時(shí)間180s～220s。根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行試驗(yàn)。成品板齊邊后陳放7天以上，達(dá)到平衡含水率，待測(cè)。

1.6 檢驗(yàn)項(xiàng)目與方法

依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/9846-2015《普通膠合板》在技術(shù)條件里選擇對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響較大的4個(gè)項(xiàng)目作為本研究檢測(cè)項(xiàng)目：膠合強(qiáng)度、靜曲強(qiáng)度、彈性模量，甲醛釋放量。

①膠合強(qiáng)度按照GB/9846-2015《普通膠合板》6.3.3膠合強(qiáng)度中的技術(shù)要求，依據(jù)GB/T17657-2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》中4.17條的規(guī)定進(jìn)行膠合強(qiáng)度檢測(cè)。

②靜曲強(qiáng)度和彈性模量按照GB/9846-2015《普通膠合板》5.3.4靜曲強(qiáng)度和彈性模量中的技術(shù)要求，依據(jù)GB/T17657-2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》中4.7條的規(guī)定進(jìn)行靜曲強(qiáng)度和彈性模量檢測(cè)。

③甲醛釋放量按照GB/9846-2015《普通膠合板》5.3.5的技術(shù)要求，以 GB 18580-2017《室內(nèi)裝飾裝修材料人造板及其制品中甲醛釋放限量》作為判定甲醛釋放量是否滿足室內(nèi)使用要求，根據(jù)GB/T17657-2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》中4.60條的規(guī)定進(jìn)行1m3氣候箱法檢測(cè)。

甲醛含量根據(jù)GB/T 17657-2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》中4.58甲醛含量測(cè)定-穿孔法進(jìn)行檢驗(yàn)。參照GB 18580-2001《室內(nèi)裝飾裝修材料人造板及其制品中甲醛釋放限量》5要求中，穿孔萃取法可直接用于室內(nèi)的E1級(jí)限量標(biāo)準(zhǔn)做對(duì)比。

2 結(jié)果與分析

2.1 改性LDPE膜的生產(chǎn)工藝

與“三醛膠”的工藝對(duì)比簡(jiǎn)化了調(diào)膠、涂膠、冷壓等相關(guān)工序，詳見(jiàn)簡(jiǎn)易流程圖

膠合板工藝流程圖（“三醛膠”、大豆膠）

芯板拼接→ 調(diào)膠/涂膠→ 冷壓→ 板坯熱壓→ 鋸邊→板坯砂光→ 覆面→ 冷壓→ 修面→ 熱壓 （覆面）→裁邊→成品砂光

膠合板工藝流程圖（改性LDPE膜）

芯板拼接→加改性LDPE膜→板坯熱壓→鋸邊→板坯砂光→加改性LDPE膜→覆面熱壓→裁邊→成品砂光

2.2 不同溫度、時(shí)間、壓力對(duì)產(chǎn)品膠合強(qiáng)度的影響

2.2.1 在設(shè)定的3個(gè)溫度條件下，120℃（產(chǎn)品批號(hào)4、6）產(chǎn)品膠合強(qiáng)度均超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求；105℃時(shí)由于溫度較低，板材中的改性膜沒(méi)有被充分融化，所以板材膠合力不強(qiáng)，膠合強(qiáng)度也較低，檢驗(yàn)結(jié)果均未達(dá)到國(guó)標(biāo)要求；135℃時(shí)，由于溫度過(guò)高，個(gè)別產(chǎn)品在熱壓時(shí)出現(xiàn)熔融現(xiàn)象，導(dǎo)致產(chǎn)品不成形，因此，改性LDPE膜適合的熱壓溫度為120℃。溫度是熱壓3個(gè)因素中的主導(dǎo)因素。

2.2.2 不同壓力和時(shí)間對(duì)產(chǎn)品膠合強(qiáng)度也有一定影響，在120℃溫度條件下，壓力和時(shí)間具有互補(bǔ)性，增加壓力減少時(shí)間或減少壓力增加時(shí)間產(chǎn)品膠合強(qiáng)度都符合國(guó)標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表2：

表2 不同溫度、時(shí)間、壓力產(chǎn)品膠合強(qiáng)度

2.3 靜曲強(qiáng)度和彈性模量

通過(guò)上述膠合強(qiáng)度試驗(yàn)，我們選定表2中（產(chǎn)品批號(hào)4）試驗(yàn)條件下生產(chǎn)的厚度為7mm膠合板進(jìn)行靜曲強(qiáng)度和彈性模量的檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3

表3 靜曲強(qiáng)度和彈性模量

圖1 順紋靜曲強(qiáng)度和彈性模量圖

圖2 橫紋靜曲強(qiáng)度和彈性模量圖

表4 靜曲強(qiáng)度和彈性模量標(biāo)準(zhǔn)要求

通過(guò)檢驗(yàn)結(jié)果與GB/T 9846-2015《普通膠合板》中5.3.4靜曲強(qiáng)度和彈性模量參數(shù)對(duì)比，我們發(fā)現(xiàn)改性LDPE膜替代膠粘劑生產(chǎn)的普通膠合板靜曲強(qiáng)度和彈性模量指標(biāo)明顯高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 甲醛釋放量、含量的檢測(cè)

我們選定表2中（產(chǎn)品批號(hào)4、5、6）試驗(yàn)條件下生產(chǎn)的膠合板分別取樣500mm*500mm各兩塊，根據(jù)GB/T 17657-2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》中4.60甲醛釋放量-1m3氣候箱法進(jìn)行檢驗(yàn)。依據(jù)GB 18580-2017《室內(nèi)裝飾裝修材料人造板及其制品中甲醛釋放限量》進(jìn)行判定。通過(guò)檢驗(yàn)結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)，改性LDPE膜替代膠粘劑生產(chǎn)的膠合板甲醛釋放量指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)果見(jiàn)表5：

表5 甲醛釋放量

為了驗(yàn)證改性LDPE膜替代膠粘劑生產(chǎn)的膠合板甲醛含量低，我們選定在表2中（產(chǎn)品批號(hào)4、5、6）的試驗(yàn)條件下生產(chǎn)的普通膠合板，和生產(chǎn)該產(chǎn)品的原材料夾芯板，進(jìn)行甲醛含量的對(duì)比，在4～6號(hào)成品、對(duì)應(yīng)的原材料夾芯板中分別稱取110g（精確至0.01g）樣品，根據(jù)GB/T 17657-2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》中4.58甲醛含量測(cè)定-穿孔法進(jìn)行檢驗(yàn)。參照GB 18580-2001《室內(nèi)裝飾裝修材料人造板及其制品中甲醛釋放限量》5要求中，穿孔萃取法可直接用于室內(nèi)的E1級(jí)限量標(biāo)準(zhǔn).結(jié)果見(jiàn)表6：

表6 膠合板原料與膠合板成品甲醛含量

表6試驗(yàn)結(jié)果表明，甲醛釋放量來(lái)源于原材料夾芯板中含有的甲醛，成品膠合板與夾芯板甲醛含量檢驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可以看出，改性LDPE膜本身甲醛含量極低，在生產(chǎn)、使用過(guò)程中可以忽略。

2.5 改性LDPE膜代替膠粘劑能降低生產(chǎn)成本

以生產(chǎn)1m3，規(guī)格尺寸1220mm×2440mm×9mm成品板材使用的膠粘劑和改性LDPE膜成本對(duì)比如下，結(jié)果表明，同三醛膠相比，生產(chǎn)成本降低11.36%～51.15%，同大豆基膠黏劑比較降低幅度更大，達(dá)到56.30%，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。

表7 膠黏劑成本對(duì)比

3 小結(jié)

（1）使用改性LDPE膜替代膠黏劑生產(chǎn)膠合板，可以簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，減少用工和設(shè)備，降低膠黏劑成本，提高生產(chǎn)效率。

（2）合適的工藝條件下使用改性LDPE膜生產(chǎn)的普通膠合板，其主要力學(xué)性能膠合強(qiáng)度、靜曲強(qiáng)度和彈性模量，高于室內(nèi)用Ⅲ類普通膠合板標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）用改性 LDPE膜替代膠黏劑生產(chǎn)普通膠合板，其成品膠合板中的甲醛含量極低，從而有效降低膠合板的甲醛釋放量，提升成品膠合板的環(huán)保優(yōu)勢(shì)。

（4）改性LDPE膜今后有待于在中密度纖維板、刨花板、細(xì)木工等多種板材中開(kāi)展進(jìn)一步研究。