木質(zhì)素改性膠與石蠟乳液的施加量對刨花板性能影響研究*

孟秋露，劉敬禹，張玉飛，李 寧

(廣西大學(xué)資源環(huán)境與材料學(xué)院，廣西 南寧 530004)

刨花板，曾稱碎料板，與膠合板、纖維板并列為三大人造板，也是當(dāng)今世界廣泛使用的人造板之一[1]。刨花板由于其特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，防水防潮性能較差，在潮濕環(huán)境下更容易變形開裂，影響其正常使用。通常解決方法是在刨花板的生產(chǎn)過程中加入防水劑和使用耐水性能更好的膠黏劑。相關(guān)研究表明：防水劑添加過量，會阻礙膠合作用，板材的物理力學(xué)性能呈下降趨勢[2]；刨花板的靜曲強(qiáng)度和彈性模量會隨著施膠量的增加而增加[3]。因此，研究防水劑與膠黏劑的添加比例對提高刨花板的物理力學(xué)性能以及改善其耐水性具有一定意義。

為此，本文采用木質(zhì)素改性膠黏劑，探討膠黏劑與石蠟乳液添加比例對刨花板性能的影響，并通過綜合分析刨花板的各項性能，獲得更優(yōu)性能的刨花板生產(chǎn)工藝，為今后工藝研究和應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 試驗材料

1)桉木刨花：產(chǎn)自國旭集團(tuán)，平均含水率3%；2)木質(zhì)素基膠黏劑：產(chǎn)自廣西鹿寨富民山木質(zhì)素樹脂有限公司，固含量為43.6%，黏度為 336 mPa·s，游離甲醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.04%；3)石蠟乳液：產(chǎn)自國旭集團(tuán)，固含量45%，白色；4)氯化銨，分析純，產(chǎn)自天津市大茂化學(xué)藥劑廠。

1.1.2 試驗設(shè)備

1)BY30型180T 試驗壓機(jī)，蘇州新協(xié)力機(jī)械制造有限公司；2)WDT-10型微機(jī)控制電子力學(xué)試驗機(jī)，深圳市凱強(qiáng)利試驗儀器有限公司;3)LRH-250-GS 型人工氣候箱，廣東省醫(yī)療器械廠；4)其他：PC電動攪拌機(jī)，電熱恒溫干燥箱，電子天平等。

1.2 試驗方法

1.2.1 板坯制作

板坯制作流程：刨花干燥→施膠→添加石蠟→添加固化劑(氯化銨)→攪拌300 s→鋪裝→預(yù)壓→熱壓。其中刨花含水率干燥至為3%，膠黏劑、石蠟、固化劑添加量按計量比例添加，預(yù)壓后使用15 mm厚度規(guī)定厚。熱壓參數(shù)為溫度160 ℃，時間600 s，最高壓力3.6 MPa。

2.取消代理機(jī)構(gòu)在異地執(zhí)業(yè)的地域限制。2014年9月，財政部下發(fā)《關(guān)于做好政府采購代理機(jī)構(gòu)資格認(rèn)定行政許可取消后相關(guān)政策銜接工作的通知》，提出將代理機(jī)構(gòu)資格管理審批制改為登記制。有意從事政府采購業(yè)務(wù)的代理機(jī)構(gòu)，只需進(jìn)行網(wǎng)上登記，財政部門不再對網(wǎng)上登記信息和紙質(zhì)登記信息進(jìn)行事前審核。網(wǎng)上登記遵循“自愿、免費(fèi)、一地登記、全國通用”的原則。完成網(wǎng)上登記的代理機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)將自動將其名稱納入中國政府采購網(wǎng)“政府采購代理機(jī)構(gòu)”專欄“政府采購代理機(jī)構(gòu)名單”，并授予相關(guān)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)操作權(quán)限。總公司已完成名錄登記的，分公司無須重復(fù)登記。

1.2.2 試驗方案

本試驗制備的刨花板規(guī)格為450 mm×450 mm×15 mm，名義密度為750 kg/m3，采用正交試驗法，研究石蠟、膠黏劑、固化劑這三個因素添加量對刨花板靜曲強(qiáng)度、彈性模量、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度、24 h吸水厚度膨脹率等物理力學(xué)性能的影響。具體試驗因子和水平如表1所示。

表1 正交試驗因素水平表

1.2.3 刨花板物理性能測試

采用WDT-10型微機(jī)控制電子力學(xué)試驗機(jī)進(jìn)行刨花板力學(xué)性能測試。刨花板靜曲強(qiáng)度、彈性模量、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度、24 h吸水厚度膨脹率等物理力學(xué)性能測試方法按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17657—2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》中進(jìn)行。對于每一組參數(shù)，靜曲強(qiáng)度和彈性模量測試各取6個試件，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度取10個試件，24 h吸水厚度膨脹率取10個試件，試驗結(jié)果取每組所測數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。

2 結(jié)果與分析

根據(jù)表1的正交試驗的因素水平表來制定試驗方案，測定刨花板的物理力學(xué)性能，正交試驗結(jié)果如表2所示。

由表2看出，7號試驗石蠟、膠黏劑添加量較大，還添加少量的固化劑，從而板坯含水率較高，力學(xué)性能偏低，防水性能較好；相比4號試驗，石蠟、膠黏劑、固化劑添加量較少，力學(xué)性能相對較好，但其耐水性較差。石蠟、膠黏劑和固化劑的添加會影響板坯的含水率，在一定的熱壓工藝條件下，刨花板的物理力學(xué)性能會受一定的影響。

表2 正交試驗結(jié)果

2.1 石蠟、膠黏劑、固化劑添加量對刨花板物理力學(xué)性能的影響

2.1.1 內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度

內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度為人造板最重要的性能指標(biāo)之一，它直觀地反映了人造板內(nèi)部的緊密程度,通常受到膠黏劑種類和熱壓過程的影響。因此對試驗結(jié)果進(jìn)行極差分析，可得各因素對內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響趨勢如圖1所示。

圖1 內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度影響因素的直觀分析圖

由極差分析可知，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度影響因素依次為A>B>C，最佳配比為A1B2C3。對內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度影響最大的因素是石蠟乳液，其次是施膠量，最后是氯化銨的添加量。由圖1可見，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度隨著石蠟乳液添加量增加呈下降趨勢，可能是石蠟乳液在刨花表面固化，阻礙了膠黏劑地滲入和刨花之間的接觸，導(dǎo)致內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度急劇下降。施膠量和固化劑添加量對內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響較小，隨著施膠量及氯化銨添加量的增加內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度先增大后減小；施膠量太少，刨花未能充分接觸膠黏劑，故內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度較低。隨著施膠量提高，刨花接觸到的膠黏劑更多，黏性更大，故內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度開始增大。若添加大量膠黏劑和固化劑，會導(dǎo)致板坯含水量增大，在熱壓工藝不變的情況下沒有足夠的能量讓膠黏劑完全固化，并且在熱壓中需要排出的水汽也更多，致使刨花板內(nèi)存在未完全固化的膠黏劑和空隙，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度也隨之下降。

2.1.2 靜曲強(qiáng)度

靜曲強(qiáng)度的高低直接關(guān)系到刨花板的承載能力，并且由于刨花板通常使用在家具地板等需要有一定強(qiáng)度支持的環(huán)境下，所以刨花板的靜曲強(qiáng)度尤為重要。對試驗結(jié)果進(jìn)行極差分析，可得各因素對靜曲強(qiáng)度的影響趨勢如圖2所示。

圖2 靜曲強(qiáng)度影響因素的直觀分析圖

由極差分析可知，靜曲強(qiáng)度影響因素依次為A>B>C，最佳配比為A2B2C3。對靜曲強(qiáng)度影響最大的因素是石蠟乳液添加量，其次是施膠量，最后是氯化銨的添加量。由圖2可見，隨著石蠟添加量的增加，靜曲強(qiáng)度總體呈下降趨勢；過多的石蠟附著在刨花表面影響了膠黏劑和刨花的充分接觸，導(dǎo)致刨花板強(qiáng)度下降。施膠量和固化劑添加量對靜曲強(qiáng)度的影響較小；靜曲強(qiáng)度隨施膠量增加先增大后減小，隨氯化銨添加量增加先減小后增大。施膠量太少，刨花未能充分接觸膠黏劑，故靜曲強(qiáng)度較低。當(dāng)施膠量提高后，刨花與膠黏劑之間接觸更加均勻，使靜曲強(qiáng)度提高。然而，施膠過量，會導(dǎo)致膠黏劑固化不完全，從而性能下降。因此，增加固化劑的使用，可以加快刨花之間膠黏劑的固化，提高刨花板靜曲強(qiáng)度。

2.1.3 彈性模量

對試驗結(jié)果進(jìn)行極差分析，得到各因素對刨花板彈性模量的影響趨勢如圖3所示。

由極差分析可知，靜曲強(qiáng)度影響因素依次為C>B>A，最佳配比為A2B2C1。對彈性模量影響最大的因素是氯化銨添加量，其次是施膠量，最后是石蠟的添加量。由圖3可見，隨著氯化銨添加量的增加，彈性模量先減小后增大。分析可能是氯化銨施加較少時攪拌不均勻致使刨花板內(nèi)部分布不均勻，同時還增加了板坯含水率，從而導(dǎo)致彈性模量大幅下降。隨著氯化銨用量的增大，刨花板內(nèi)部不均勻的問題得以緩解但未徹底解決，故彈性模量出現(xiàn)小幅回彈仍小于未添加固化劑水平。木質(zhì)素膠施加量和石蠟添加量對彈性模量的影響較小。施膠量對彈性模量的影響與靜曲強(qiáng)度一樣，適當(dāng)?shù)氖┠z量可以增加刨花板的強(qiáng)度，若施膠過多，同時帶入更多水分，熱壓時間、溫度不充分，導(dǎo)致彈性模量下降。石蠟乳液對彈性模量的影響與施膠量相似，石蠟乳液少量加入時，填補(bǔ)刨花之間的空隙，進(jìn)而導(dǎo)致彈性模量的上升。隨著石蠟乳液加入量的增加，與刨花的接觸增多，過多的石蠟乳液在刨花表面固化，在一定程度上阻礙了膠黏劑地滲入和刨花之間的接觸，造成彈性模量的下降。

圖3 彈性模量影響因素的直觀分析圖

2.1.4 吸水厚度膨脹率

24 h吸水厚度膨脹率數(shù)值越小，代表板的防水防潮性能越好。對試驗結(jié)果進(jìn)行極差分析，得到各因素對刨花板24 h吸水厚度膨脹率的影響趨勢如圖4所示。

圖4 24 h吸水厚度膨脹率影響因素的直觀分析圖

由極差分析可知，靜曲強(qiáng)度影響因素依次為B>A>C，最佳配比為A3B3C3。對24 h吸水厚度膨脹率影響最大的因素是施膠量，其次是石蠟添加量，最后是氯化銨添加量。由圖4可見，隨著施膠量的增加，24 h吸水厚度膨脹率呈下降趨勢；隨著施膠量的提高，刨花被膠黏劑包裹，板坯內(nèi)部的粘合力越強(qiáng)，水分侵入刨花板內(nèi)部對膠接作用的破壞越小，故刨花板的厚度膨脹率急劇下降，防水性能提高。石蠟添加量和固化劑添加量對24 h吸水厚度膨脹率影響較小；隨著石蠟及氯化銨的增加，24 h吸水厚度膨脹率減小。石蠟是憎水性物質(zhì)，石蠟乳液在刨花表面固化，阻礙了水分地滲入。石蠟乳液添加量越大，刨花附著的石蠟就越多，對水分的抵抗作用就越強(qiáng)。氯化銨的防水作用則是通過加強(qiáng)了刨花之間膠黏劑的膠接作用來抑制水分對刨花板內(nèi)部膠結(jié)作用的破壞。因此，石蠟、施膠量、氯化銨的添加均能提高刨花板的防水性。

2.2 驗證試驗

綜合石蠟乳液、膠黏劑、氯化銨添加量對刨花板力學(xué)性能影響的研究分析，本文得出較優(yōu)試驗方案為A1B3C1，即工藝參數(shù)為：石蠟乳液0.5%、施膠量15%、氯化銨0%。在此工藝條件下，每個試驗號的靜曲強(qiáng)度和彈性模量各取3塊試樣、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度和吸水厚度膨脹率各取5塊試樣進(jìn)行檢測，所得結(jié)果取算數(shù)平均值，情況如表3所示。

表3 較優(yōu)工藝的驗證試驗結(jié)果

由表3看出，最優(yōu)工藝條件下，增大了膠黏劑同時加入一定量的石蠟乳液，板坯的吸水厚度膨脹率明顯降低，大大改善了刨花板的防水性能，物理力學(xué)性能也有所提高。

3 結(jié)語

1)石蠟乳液添加量對刨花板靜曲強(qiáng)度和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度影響最大，石蠟的添加提高了刨花板的防水性能。

2)施膠量對24 h吸水厚度膨脹率影響最大，由于膠黏劑的包覆作用，改善了刨花板的防水性能。

3)綜合分析各因素對刨花板物理力學(xué)性能的影響，本試驗的最佳工藝為：石蠟乳液添加量0.5%、施膠量15%。