利用酚醛树脂胶粘剂生产高密度吸塑门板,施胶量控制在210kg/m3,纤维含水率控制在10%,热压温度控制在210℃,热压时间控制在230s,采用HBJ-01添加剂,其产品各项指标符合有关要求。
由于酚醛树脂胶粘剂生产成本高,所以很少用于MDF或HDF的生产,国内外较为广泛使用的为脲醛树脂胶粘剂或其改性胶粘剂。我们之所以探索酚醛树脂在高密度吸塑门板生产制造中应用的可能,主要是因为酚醛树脂胶粘剂用于高密度吸塑门板生产不会给生产成本带来太大的增高,而其对产品性能的正面影响可以弥补这一缺撼。所以我们确定的总体思路是:一边开发研制低醛胶粘剂的生产工艺,一边探索降低人造板甲醛释放量的有效的生产工艺和方法。
试验过程采用了正交试验法,既直观,又简化了实验过程。
1对比试验阶段
由于国内外已经有了较多成熟的脲醛树脂或其改性胶粘剂的生产工艺,所以课题组是在吸取较多成熟经验的基础上做这一阶段性的试验的。
1.1脲醛树脂胶粘剂的制造工艺及使用采用摩尔比F(98%)∶U(37%)=0.97,在酸(20%甲酸)、碱(20%氢氧化钠)催化剂的作用下,尿素分三次加入的工艺生产制得的胶粘剂的各项指标为:
密度:1.15g/cm3; 粘度:21s;
固体含量:52.0%;固化时间:25s;
pH值:7.8。
生产中,采用260kg/m3的施胶量、加入1%NH4Cl为固化剂、180℃的热压温度、1.9MPa的热压压力、200s的热压时间制得的高密度吸塑门板的物理力学性能指标见表1。
| 板 厚 (mm) |
密 度 (g/ cm3) |
内结合强度 (MPa) |
静曲强度 (MPa) |
吸水厚度膨胀率 (%) |
甲醛释放量 (mg/100 g) |
| 3.20 3.28 |
1.02 1.00 |
2.20 2.01 |
61.00 58.57 |
2.40 2.47 |
8.7 8.8 |
1.2改性脲醛树脂胶粘剂的制造工艺及使用采用摩尔比F∶U∶三聚氰铵=11∶10∶
2,在酸(20%甲酸)、碱(20%氢氧化钠)催化剂的作用下,尿素分两次加入的工艺生产制得的胶粘剂的各项指标为:
密度:1.1g/cm3; 粘度:19s;
固体含量:51.2%;固化时间:24s;
pH值:7.8;
生产中,采用250kg/m3的施胶量、加入1.5%NH4Cl为固化剂、180℃的热压温度、1.9MPa的热压压力、180s的热压时间制得的高密度吸塑门板的物理力学性能指标见表2。
| 板 厚 (mm) |
密 度 (g/ cm3) |
内结合强度 (MPa) |
静曲强度 (MPa) |
吸水厚度膨胀率 (%) |
甲醛释放量 (mg/100 g) |
| 3.22 3.30 |
1.04 1.01 |
2.24 2.09 |
59.00 55.61 |
2.58 2.42 |
7.9 8.1 |
2试验开发阶段
2.1酚醛树脂胶粘剂的生产工艺及使用
酚醛树脂胶粘剂用于人造板生产时,对人造板的影响主要取决于酚醛树脂胶粘剂合成时甲阶酚醛树脂的质量和树脂固化后的质量,所以探讨酚醛树脂胶粘剂用于人造板生产时对人造板的影响可以从上述两个方面进行。而树脂中游离醛等有毒物质的含量除受催化剂、反应时间和反应温度的影响外,受树脂合成时摩尔比的影响较大。
甲阶酚醛树脂的质量主要受原料质量、合成摩尔比、催化剂及反应温度、时间的影响。酚醛树脂胶粘剂固化后的质量主要取决于合成时的摩尔比、催化剂及固化温度。
所以,从胶粘剂的生产工艺上,我们主要关注了合成时的摩尔比和催化剂对胶粘剂的影响,从胶粘剂的使用上,我们主要探讨了热压工艺和被后期命名的HBJ-01添加剂对模板性能特别是对甲醛释放量的影响。
2.1.1摩尔比对胶粘剂质量的影响摩尔比对胶粘剂质量的影响见表3。
| 苯酚:甲醛 摩尔比 |
固体含量 (%) |
固化时间 (s/180℃) |
粘 度 (s) |
游离酚 (%) |
游离醛 (%) |
| 1 ∶2.0 | 45.6 | 2′41″ | 30 | 0.174 | 0.166 |
| 1 ∶2.1 | 47.2 | 2′58″ | 23 | 0.114 | 0.163 |
| 1 ∶2.3 | 45.7 | 3′23″ | 25 | 0.000 | 0.1118 |
| 1 ∶2.5 | 47.6 | 3′55″ | 17 | 0.000 | 0.111 |
试验结果表明,降低树脂合成时的摩尔比在降低树脂中的有害物质方面是很有效的,但是随着摩尔比的降低,树脂的固化时间却随之加长,这对提高生产效率是不利的。生产实践中应考虑使用适当的催化剂,以提高胶接质量,这也是我们开发研制HBJ-01添加剂的较直接原因。
进一步试验,我们采用220kg/m3的施胶量、200℃的热压温度、1.9MPa的热压压力、230s的热压时间制得的高密度吸塑门板的物理力学性能指标见表4。
| 苯酚:甲醛 摩尔比 |
密 度 (g/ cm3) |
内结合强度 (MPa) |
静曲强度 (MPa) |
吸水厚度膨胀率 (%) |
游离醛 (mg/100 g) |
| 1 ∶2.0 | 0.99 | 1.56 | 44.32 | 17.87 | 7.78 |
| 1 ∶2.1 | 1.02 | 1.49 | 42.21 | 18.11 | 6.97 |
| 1 ∶2.3 | 0.97 | 1.40 | 39.87 | 18.03 | 6.53 |
| 1 ∶2.5 | 1.06 | 1.41 | 43.25 | 19.00 | 6.04 |
采用上述同样的生产工艺,在胶粘剂调制过程中添加1%的HBJ-01添加剂制得的高密度吸塑门板的物理力学性能指标见表5。
| 苯酚∶甲醛 摩尔比 |
密 度 (g/ cm3) |
内结合强度 (MPa) |
静曲强度 (MPa) |
吸水厚度膨胀率 (%) |
游离醛 (mg/100 g) |
| 1 ∶2.0 | 0.99 | 1.95 | 58.67 | 12.25 | 3.58 |
| 1 ∶2.1 | 1.02 | 1.79 | 58.08 | 13.01 | 2.42 |
| 1 ∶2.3 | 0.97 | 1.82 | 55.56 | 12.98 | 1.96 |
| 1 ∶2.5 | 1.06 | 1.77 | 53.49 | 13.56 | 1.24 |
根据表3、表4、表5的结果,生产实践中采用1∶2.1的摩尔比制备酚醛树脂胶粘剂,使用时添加适量的催化剂是可以满足预期要求的。2.1.2催化剂对胶粘剂质量的影响人造板用酚醛树脂胶粘剂制备过程中,催化剂的种类、用量的不同对胶粘剂的较终质量起着相当大的作用。我们在听取专家及专业厂家的不同建议的基础上,根据本公司的实际情况和本课题的中心思想确定了质量比苯酚∶催化剂=2∶1,制备的胶粘剂的质量见表3。
2.2热压工艺对胶粘剂的使用及制品甲醛释放量的影响
热压工艺对制品甲醛释放量的影响很大,尤其热压温度、热压时间对胶粘剂的固化程度,进而对制品甲醛释放量的影响更为突出。
| 热压温度 (℃) |
热压时间 (s) |
纤维含水率 (%) |
密 度 (g/ cm3) |
内结合强度 (MPa) |
静曲强度 (MPa) |
吸水厚度膨胀率 (%) |
游离醛 (mg/100 g) |
| 180 | 230 | 10 | 1.02 | 0.90 | 39.36 | 25.43 | 25.77 |
| 190 | 230 | 10 | 1.01 | 1.32 | 45.55 | 19.87 | 13.55 |
| 200 | 230 | 10 | 1.01 | 1.79 | 59.32 | 14.13 | 7.78 |
| 210 | 230 | 10 | 1.03 | 1.89 | 58.89 | 14.21 | 7.11 |
是本次试验的一些数据(施胶量为210kg/m3)。采用表6的热压工艺,加入1%的HBJ-01添加剂的实验数据见表7、表8。
| 热压温度 (℃) |
热压时间 (s) |
纤维含水率 (%) |
密 度 (g/ cm3) |
内结合强度 (MPa) |
静曲强度 (MPa) |
吸水厚度膨胀率 (%) |
游离醛 (mg/100 g) |
| 180 | 230 | 10 | 1.01 | 0.98 | 42.39 | 25.12 | 17.58 |
| 190 | 230 | 10 | 1.05 | 1.51 | 49.12 | 17.78 | 5.97 |
| 200 | 230 | 10 | 1.03 | 1.97 | 58.64 | 14.51 | 2.40 |
| 210 | 230 | 10 | 1.03 | 2.11 | 55.76 | 14.98 | 1.52 |
| 热压温度 (℃) |
热压时间 (s) |
纤维含水率 (%) |
密 度 (g/ cm3) |
内结合强度 (MPa) |
静曲强度 (MPa) |
吸水厚度膨胀率 (%) |
游离醛 (mg/100 g) |
| 200 | 180 | 10 | 1.01 | 1.24 | 47.61 | 19.27 | 17.35 |
| 200 | 210 | 10 | 1.03 | 1.78 | 55.73 | 14.64 | 13.32 |
| 200 | 230 | 10 | 0.99 | 1.93 | 58.96 | 12.27 | 7.87 |
| 210 | 250 | 10 | 1.01 | 2.01 | 56.21 | 12.22 | 7.72 |
采用表8的热压工艺,加入1%的HBJ-01添加剂的实验数据见表9、表10。
| 热压温度 (℃) |
热压时间 (s) |
纤维含水率 (%) |
密 度 (g/ cm3) |
内结合强度 (MPa) |
静曲强度 (MPa) |
吸水厚度膨胀率 (%) |
游离醛 (mg/100 g) |
| 200 | 180 | 10 | 1.03 | 1.34 | 47.77 | 17.23 | 17.00 |
| 200 | 210 | 10 | 1.03 | 1.78 | 53.58 | 14.58 | 10.42 |
| 200 | 230 | 10 | 1.05 | 1.93 | 59.10 | 14.11 | 5.51 |
| 200 | 250 | 10 | 1.01 | 2.01 | 56.21 | 13.55 | 3.14 |
| 热压温度 (℃) |
热压时间 (s) |
纤维含水率 (%) |
密 度 (g/ cm3) |
内结合强度 (MPa) |
静曲强度 (MPa) |
吸水厚度膨胀率 (%) |
游离醛 (mg/100 g) |
| 200 | 210 | 8 | 0.98 | 1.71 | 52.33 | 14.97 | 7.29 |
| 200 | 210 | 9 | 1.01 | 1.82 | 55.57 | 13.27 | 6.88 |
| 200 | 210 | 10 | 1.00 | 1.87 | 56.81 | 12.56 | 6.18 |
| 200 | 210 | 11 | 1.03 | 1.92 | 59.11 | 12.53 | 5.67 |
| 200 | 210 | 12 | 1.04 | 1.88 | 57.14 | 14.28 | 6.57 |
采用表10的热压工艺,加入1%的HBJ-01添加剂的实验数据见表11。
| 热压温度 (℃) |
热压时间 (s) |
纤维含水率 (%) |
密 度 (g/ cm3) |
内结合强度 (MPa) |
静曲强度 (MPa) |
吸水厚度膨胀率 (%) |
游离醛 (mg/100 g) |
| 200 | 210 | 8 | 1.02 | 1.65 | 53.53 | 18.28 | 3.12 |
| 200 | 210 | 9 | 1.03 | 1.78 | 57.25 | 16.91 | 2.54 |
| 200 | 210 | 10 | 1.02 | 1.83 | 58.21 | 13.51 | 2.11 |
| 200 | 210 | 11 | 1.03 | 1.89 | 58.88 | 12.19 | 1.75 |
| 200 | 210 | 12 | 1.05 | 1.84 | 59.13 | 12.56 | 2.43 |
综合上述试验数据,我们不难看出,使用酚醛树脂胶粘剂压制3.2mm厚的高密度吸塑门板,综合考虑,降低制品甲醛释放量的较佳热压工艺为:
热压温度:210℃;
热压时间:230s;
较佳纤维含水率:10%左右。
2.3施胶量对制品中甲醛释放量的影响
较佳施胶量的探讨,不仅是为了在保证产品质量的情况下尽可能地降低生产成本,也是为了降低制品在使用过程中的污染。表12所反应的数据表明,适当降低施胶量可以有效地降低制品中的甲醛释放量。
| 施胶量 (kg/m3 ) |
密 度 (g/ cm3) |
内结合强度 (MPa) |
静曲强度 (MPa) |
吸水厚度膨胀率 (%) |
游离醛 (mg/100 g) |
| 190 | 1.01 | 0.37 | 35.21 | 29.54 | 2.99 |
| 200 | 1.05 | 0.55 | 46.13 | 17.54 | 3.05 |
| 210 | 1.02 | 0.99 | 52.13 | 15.22 | 3.11 |
| 220 | 1.03 | 1.80 | 58.52 | 14.33 | 3.14 |
| 230 | 1.02 | 1.77 | 55.74 | 14.28 | 3.52 |
3结论
3.1酚醛树脂胶粘剂用于高密度吸塑门板的生产是可行的,其施胶量可控制在210kg/m3左右。
3.2本公司开发研制的HBJ-01添加剂,用于酚醛树脂胶粘剂生产高密度吸塑门板,对降低制品中的甲醛释放量是有效的,其施加量控制在1%左右即可。
3.3热压过程中,纤维含水率控制在10%左右,热压温度控制在210℃左右,热压时间控制在230s左右,对保持产品物理力学性能指标、降低制品甲醛释放量是有效的。
