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《东北林业大学》 2002年
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UF-MDI混合胶低毒刨花板胶接机理和工艺理论的研究

王伟宏  
【摘要】: 在目前世界木材供需矛盾日益突出的情况下,人造板,尤其是刨花板产品具有广阔的发展前景。而国产刨花板存在的突出问题是游离甲醛释放量严重超标,这个问题已经引起消费者的普遍关注。根据我国2002年公布的人造板甲醛释放量标准,GB18580-2001室内装饰装修材料-人造板及其制品中甲醛释放限量,规定从2002年7月1日起市场上禁止销售不达标产品。新标准规定:采用穿孔萃取法,中密度纤维板、高密度纤维板、刨花板、定向刨花板甲醛释放量不超过9mg/100g,为E1级,可直接用于室内;不超过30mg/100g为E2级,必须饰面处理后方可用于室内。我国人造板行业正面临严峻的考验。 本篇论文题目的确定与实际生产需要密切相关,着眼于当前急需解决的刨花板甲醛释放量超标问题,突破传统观点和方法,独辟蹊径,以全新的思维理念开发出一条降醛捷径,取得7.7mg/100g甲醛释放量的良好效果,完全符合E1级板标准的要求。同时,刨花板的物理力学性能,尤其是耐水性得到改善,具有重大实用意义和推广价值。 作者借助先进的分析手段,取得大量实测数据,以严谨的逻辑推理对UF树脂、可乳化MDI和木材三者之间的结合机理做了详细论述,从分子水平上解释混合胶刨花板游离甲醛释放量降低、物理力学性能提高的原因。证明MDI在UF树脂与木材之间架起化学连接的桥梁,改变了UF树脂与木材之间的结合关系。MDI在混合胶中起到偶联剂的作用,直接参与UF树脂的固化,而不仅仅是促进作用,从理论上阐明UF树脂之所以能在非酸性条件下快速固化并获得优秀性能的原因,理论上具有突破性进展。 整篇论文系统地研究了UF-MDI混合胶低游离甲醛刨花板,以廉价易得的市售UF树脂和性能优良的可乳化MDI为基本原材料,通过MDI的参与改变UF胶固化机理,减少UF树脂的用量,达到大幅度降低刨花板游离甲醛释放量,并保障板材具有优良的物理力学性能的目的。研究出混合胶的适宜比例、施胶方法和热压条件,兼顾甲醛释放量和刨花板性能。 通过刨花板性能测试和DSC分析,作者认为酸性固化剂对混合胶的施胶方式有影响。在选定的UF:MDI=6:1条件下,使刨花板性能由强到弱的施胶方式依次为:UF与MDI混合后施胶,不加氯化铵>UF与MDI分别施胶,UF里加氯化铵>UF与MDI别施胶,UF里不加氯化铵>UF与MDI混合后施胶,加氯化铵 在混合胶里加固化剂会抑制MDI的固化,但当UF:MDI=9:1时,加固化剂的刨花板性能较好。混合胶在常温下放置1h后有反应迹象,应注意胶的稳定性问题,尽量在1h之内将胶喷到刨花上。 确认UF:MDI=6:1是比较适宜的混合胶比例,热压最佳条件为175℃、4.5min。此时,刨花板性能达到国家标准A类刨花板一等品要求,与UF树脂刨花板相比,2h吸水厚度膨胀率降低,耐沸水性得到提高。游离甲醛释放量大幅度下降,为7.7mg/100g,符合E1级刨花板要求。 混合胶刨花板的性能与密度之间具有较强的相关性,呈二次多项式关系,所能达到的最低密度以0.63g/cm~3为宜,可保障其性能达到国标一等品要求。 板坯含水率在10—14%时,对刨花板性能没有影响;含水率提高到17%,对刨花板 性能有不利影响,而且热压过程中易发生鼓泡现象。含水率升高,刨花板的甲醛释放量 增大。因此,板坯含水率一般不应超过 14%。 在155℃和门5℃温度下试验的结果都表明,热压时间为4、5加n时刨花板的性能最 好。热压时间为3mh虽然能够提高生产率,但胶粘剂同化不完全,甲醛释放量增大; 热压时间61川1将使刨花板产生降解。提高热压温度有利干降低刨花板甲醛释放量,但 热压时间不宜过长。 借助 DSC、NMR、DMA和 FT-IR等分析手段,揭示了 UF胶、MDI和木材三者 之间的结合方式。 利用红外和 DSC分析,否定了水与 MDI先发生反应、UF树脂先发生缩聚反应和 “:MDI发生自聚反应的可能,证明MDI在热压早期即开始与UF树脂发生反应,并在此反 应进行了一定时间后,才有其它类型反应相继发生。水与MDI的反应开始得晚;速度也 比较慢,对MDI不会产生严重钝化作用。从理论上证明MDI能够与UF胶混合应用的 可行性。 UF树脂胶对木材分子运动的影响不大,而MDI对木材分于运动有显著影响。研究 发现二者混合后,UF胶在非酸性条件下达到良好而快速固化,其主要原因是DMI的介 入。MDI起到偶联剂的作用,一方面与树脂中的羟基、氨基等基团反应,另一方面与木 材中的羟基和水反应,在UF树脂和木材之间架起化学连接的桥梁。由于MDI的参与, 固化后*F树脂与木材之间形成了稳定的酯、亚甲基等化学键结合,而不稳定的醚键和 羟甲基明显减少,从而使刨花板性能得到改善,甲醛释放量大幅度降低。这是可以利用 UF-MDI混合胶制造曰级刨花板的根本原因。 研究中所做宏观测试数据与微观分析结果,前后相符。应用UF MDI=6:l的混合胶, 在175C、4.smin热压条件下制造刨花板,其游离甲醛释放量完全符合
【学位授予单位】:东北林业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TS653

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