賴瑩瑩，廖益強，林 銘，魏 微，王 威，李智育，魏起華，謝擁群

(福建農(nóng)林大學(xué)材料工程學(xué)院 ，福建 福州 350002)

PE刨花板的制備工藝研究

賴瑩瑩，廖益強*，林 銘，魏 微，王 威，李智育，魏起華，謝擁群

(福建農(nóng)林大學(xué)材料工程學(xué)院 ，福建 福州 350002)

采用杉木刨花、聚乙烯塑料(PE)為原料，通過熱壓制備PE刨花板?？疾炝穗迦渲z(UF)施膠量、PE用量、石蠟添加量及熱壓工藝等因素對PE刨花板的吸水厚度膨脹率、靜曲強度、彈性模量、內(nèi)結(jié)合強度等力學(xué)性能的影響。實驗結(jié)果表明，UF施膠量8%、PE用量4%、石蠟添加量1.5%、熱壓溫度180℃、熱壓時間7min，PE刨花板的力學(xué)性能較好。

PE刨花板；力學(xué)性能；吸水厚度膨脹率

刨花板的結(jié)構(gòu)均勻，加工性能好，可根據(jù)需要加工成不同幅面的板材，是制作不同規(guī)格、不同樣式家具的較好原材料[1]。近些年來，刨花板的制備工藝研究引起眾多學(xué)者的關(guān)注[2-4]。脲醛樹脂膠具有固化速度快、膠合強度高、成本低廉等諸多優(yōu)點而被廣泛使用[5-6]。據(jù)統(tǒng)計，我國人造板用膠中，脲醛樹脂膠的用量超過了80%。日本、英國、德國等西方發(fā)達國家生產(chǎn)刨花板使用脲醛樹脂膠基本都達到了70%以上[7]。但是，脲醛樹脂膠黏劑生產(chǎn)的刨花板有較多的游離甲醛釋放。游離甲醛能導(dǎo)致人們患上胃炎、胃痛、咽喉炎、視力下降等各類疾病，使人得癌癥的概率增大。脲醛樹脂膠在其生產(chǎn)及使用過程中嚴重地影響人類的健康[8]。如何有效的降低刨花板生產(chǎn)過程中的甲醛釋放量尤其重要。

據(jù)研究表明，降低脲醛樹脂膠的用量會使刨花板的物理力學(xué)性能降低[9]。聚乙烯塑料PE是一種高結(jié)晶度、不吸濕、非極性的熱塑性和熱黏流性樹脂，具有優(yōu)良的耐化學(xué)品、良好的防水蒸汽性的特性[10]。本實驗采用添加一定量的聚乙烯塑料，利用了聚乙烯塑料的熱塑性和熱黏流性來部分代替脲醛樹脂膠黏劑，通過熱壓制備力學(xué)性能優(yōu)良的PE刨花板，以減少脲醛樹脂膠的相對用量，能有效的降低游離甲醛的釋放量。同時可回收利用廢棄塑料，在環(huán)境保護方面及促進循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展有重要的實際意義。

1 材料與方法

1.1 實驗原料與設(shè)備

1.1.1 實驗原料

杉木刨花和脲醛樹脂膠(固含量62%)，取自福人木業(yè)有限公司；聚乙烯塑料(PE)購自東莞市山一塑化有限責(zé)任公司；石蠟由永林股份有限公司提供。

1.1.2 實驗主要設(shè)備

BY301×1/15萬能試驗熱壓機(蘇州新協(xié)力企業(yè)發(fā)展有限公司)；JI01802429臺鋸(沈陽市利得木工機工機械制造廠)；HM20立式攪拌機(廣東南海濤力食品機械)；W-70噴槍(寧波李氏實業(yè)有限公司)；CMI6104萬能力學(xué)試驗機(深圳新三思計量技術(shù)有限公司)；MP2000-1分析天平(上海第二天平儀器廠)。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品設(shè)計

樣品密度為0.75 g·cm-3，樣品規(guī)格350 mm×350 mm×10 mm，杉木刨花含水率5%。

1.2.2 PE刨花板的制備

取經(jīng)干燥篩選后的杉木刨花置于搪瓷托盤，放入干燥箱中(105℃左右)，恒溫干燥12 h后取出，裝入密封袋備用。稱取一定質(zhì)量經(jīng)干燥后的杉木刨花，倒入微型攪拌機中，邊攪拌邊用高霧化噴槍噴施UF膠，同時均勻地加入一定量的石蠟和PE。將攪拌均勻的杉木刨花倒入鋪裝框內(nèi)的墊板上，將杉木刨花均勻鋪裝。然后在熱壓機上按設(shè)定的工藝進行熱壓制備PE刨花板，相同工藝條件制備兩塊板進行平行實驗。

1.2.3 性能測試

熱板在恒溫 20℃下冷卻24h，進行砂光后，按照相關(guān)試樣尺寸鋸板。吸水厚度膨脹率的測定按國標GB/T4897.1～4897.7-2003，內(nèi)結(jié)合強度(IB)的測定按國標GB/T4897.1～4897.7-2003，靜曲強度(MOR)及彈性模量的測定按國標GB/T4897.1～4897.7-2003。

C/C-SiC復(fù)合材料，是對C/C復(fù)合材料進行基體改性后獲得的復(fù)合材料。C/C復(fù)合材料在高溫下強度高，但抗氧化性差，用SiC陶瓷對其進行基體改性可提高 1 400 ℃ 高溫下的抗氧化性能[7]，而且SiC在 2 000 ℃ 高溫氧化后形成熔融的玻璃相[8]，表現(xiàn)出較好的表面浸潤性和愈合性能，由此提高了C/C-SiC復(fù)合材料的高溫抗氧化性。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚乙烯塑料(PE)加入量對PE刨花板力學(xué)性能的影響

UF施加量為8%(固含量與絕干杉木刨花的質(zhì)量比，下同)，石蠟添加量1.5%，熱壓溫度180℃，熱壓時間7 min，考察添加不同量PE制備的PE刨花板的力學(xué)性能測試結(jié)果見表1。

表1 PE加入量對PE刨花板力學(xué)性能的影響

添加了PE刨花板的靜曲強度、彈性模量都會比不添加PE的刨花板大，是因為PE的熔點為92℃，熱壓溫度180℃時有利于PE的軟化，已達到完全融化的狀態(tài)，可在原料刨花中較好地擴散，并能起到與膠黏劑相似的作用。PE刨花板內(nèi)結(jié)合強度隨PE添加量的增加呈現(xiàn)山峰型，中間高，兩邊低，可以看出，板的內(nèi)結(jié)合強度在PE添加量為4%擁有最高值，超過4%之后，隨著PE添加量的增加，內(nèi)結(jié)合強度開始下降，在PE添加量為4%時，PE刨花板的內(nèi)結(jié)合強度達到一個相對優(yōu)值。PE刨花板的吸水厚度膨脹率會大于沒添加PE的刨花板，因為樹脂的水解化能力是影響樹脂耐水性差的因素之一，樹脂的水解化越小，樹脂的耐水解能力就越弱[11]。其二是杉木刨花與PE之間的相容性很差，界面的粘結(jié)力比較小，所以導(dǎo)致板中有很多的孔隙，水分極易進入板中。PE刨花板吸水膨脹率隨著PE添加量的增加而上升。從PE添加量為5%之后，吸水膨脹率開始呈下降趨勢，是因為PE在杉木刨花中起到了較好的隔水作用。綜上所述，取PE用量為4%制備的PE刨花板的力學(xué)性能較好。

2.2 脲醛樹脂膠(UF)加入量對PE刨花板性能的影響

PE添加量為4%，石蠟添加量1.5%，熱壓溫度180℃，熱壓時間7 min，考察添加不同量UF制備的PE刨花板的力學(xué)性能測試結(jié)果見表2。

表2 UF加入量對PE刨花板力學(xué)性能的影響

適當(dāng)?shù)卦黾邮┠z量，可以增加膠粘劑與杉木刨花的膠接點，增強了杉木刨花間的結(jié)合力，形成更多有效的膠釘結(jié)構(gòu)，能承受更大的內(nèi)應(yīng)力，使得力學(xué)性能得到提提高。UF施膠量的增加，彈性模量和靜曲強度也逐漸提高。UF施膠量增加至8%時內(nèi)結(jié)合強度達到最大值，選擇8%UF施膠量作為下一組實驗的固定量。當(dāng)UF施加量少，UF對PE刨花板膠黏強度低，使PE刨花板的靜曲強度值偏低，隨著UF用量的增加，PE刨花板的膠黏強度增大，化學(xué)穩(wěn)定性也逐漸提高，靜曲強度增大，之后趨于平緩。當(dāng)UF的添加量達到9%時，膠黏劑固化后形成的膠層化學(xué)穩(wěn)定性高，對于PE刨花板的膠黏強度達到最大，PE刨花板的靜曲強度達到最大。

當(dāng)UF的用量從6%～8%時，PE刨花板的內(nèi)結(jié)合強度逐漸上升，這是由于UF使膠黏強度提高，從而使PE刨花板的膠層強度提高，因而內(nèi)結(jié)合強度也相應(yīng)的上升。但當(dāng)UF的加入量達到9%時，游離甲醛含量的增多使PE刨花板的膠層強度明顯降低，從而引起內(nèi)結(jié)合強度的下降。

PE刨花板的吸水厚度膨脹率隨UF施加量增加先降低后上升，在6%和7%時達到最小值。剛開始是由于UF的施加量增加，吸水厚度膨脹率降低。由于隨施膠量增加，將增加膠接點數(shù)目，使PE刨花板的各項強度都有增加，膠接點的增加，使得體系能夠承受更大的內(nèi)應(yīng)力作用，因而降低因膠接點破壞所產(chǎn)生的不可逆厚度膨脹率，使吸水厚度膨脹率降低。UF的用量加大吸水厚度膨脹率增大是由于樹脂在固化后的脲醛樹脂體形結(jié)構(gòu)中還存在著如羥基、氨基、亞氨基、羰基等親水基團，PE板耐水性相對較差，特別是耐沸水能力更差[12]。導(dǎo)致PE刨花板的吸收厚度膨脹率提高。

2.3 石蠟(PW)加入量對PE刨花板性能的影響

PE添加量為4%，UF施加量8%，熱壓溫度180℃，熱壓時間7 min，考察添加不同量PW制備的PE刨花板的力學(xué)性能測試結(jié)果見表3。

表3 PW加入量對PE刨花板力學(xué)性能的影響

PE刨花板的吸水厚度膨脹率總體隨石蠟添加量的增加而減小，在2.5%時達到最小值。石蠟是一種防水劑，石蠟加入量提升明顯降低吸水厚度膨脹率，因為石蠟的憎水性，可以在一定程度上阻礙水分進入板內(nèi)，降低吸水厚度膨脹率[13]。但是過量施加會削弱脲醛樹脂與PE刨花的膠接強度，反而降低板材的各種性能。所以石蠟的添加量應(yīng)控制在1.50%左右有較好的效果。

2.4 熱壓溫度對PE刨花板性能的影響

PE添加量為4%，UF施加量8%，PW用量1.5%，熱壓時間7 min，考察不同的熱壓溫度條件下制備的PE刨花板的力學(xué)性能測試結(jié)果見表4。

表4 熱壓溫度對PE刨花板力學(xué)性能的影響

提高熱壓溫度有助于提高傳熱推動力，縮短熱壓時間，但溫度過高，木材和膠粘劑都容易發(fā)生降解；溫度低節(jié)省能耗，有助于節(jié)約成本，但需要更長的熱壓時間，否則膠粘劑固化不完全，影響PE刨花板的性能。熱溫度達180℃時，PE板的各項力學(xué)性能較好。熱壓溫度繼續(xù)升高，木材主要成分纖維素、半纖維素等，在較高溫條件下發(fā)生降解，木材提取物中部分成分發(fā)生裂解而大量揮發(fā)，而降低PE板的力學(xué)性能。板坯中心溫度較高，板坯內(nèi)部易揮發(fā)抽出物與裂解產(chǎn)物在高溫、較高蒸汽壓力作用下隨著水分大量遷移而迅速釋放。熱壓溫度一般高于木材中部分成分的玻璃化溫度，在此狀態(tài)下木材的力學(xué)性能將會明顯地發(fā)生變化[14]。PE常溫下不溶于一般溶劑，吸水性小，熔點為100℃～130℃，溫度越高，越有利于其熔融與軟化，它在杉木刨花基質(zhì)中的分布越均勻，則水分就越不容易進入板內(nèi)，所以隨著熱壓溫度的升高，PE板的吸水厚度膨脹率先是較快降低，而后趨于穩(wěn)定。熱壓溫度取180℃較好。

2.5 熱壓時間對PE刨花板性能的影響

PE添加量為4%，UF施加量8%，PW用量1.5%，熱壓溫度180℃，考察不同的熱壓時間制備的PE刨花板的力學(xué)能力測試結(jié)果見表5。

表5 熱壓時間對PE刨花板力學(xué)性能的影響

適當(dāng)延長熱壓時間有助于提高膠的固化程度及熱塑性塑料的熔融，增加杉木刨花之間的膠結(jié)力，減少膠層間的吸附斷裂和降低杉木刨花對水的吸收，從而提高PE刨花板的各項性能[14]。隨著熱壓時間的延長，PE板的靜曲強度先上升，到一定時間后下降。其原因是當(dāng)熱壓時間過短，芯層部位的膠粘劑不能較好地固化，使芯層杉木刨花不能產(chǎn)生比較好地結(jié)合，從而減弱了抵御剪應(yīng)力的能力。而熱壓時間過長，引起生產(chǎn)效率下降，而且易導(dǎo)致膠和塑料的熱降解，使得表層膠粘劑脆化，表層杉木刨花間的膠合強度下降，抵御正應(yīng)力的能力減弱。內(nèi)結(jié)合強度隨著熱壓時間的增加先增加后減小，在4min到9min內(nèi)有最高值。熱壓時間長，膠粘劑受到熱作用，膠液和芯層杉木刨花之間的接觸更好，膠粘劑更好地固化，所以會使內(nèi)結(jié)合強度變大。但時間過長，則會破壞膠液的作用，使得內(nèi)結(jié)合強度下降。板材的吸水厚度膨脹率隨時間減少明顯下降。熱壓溫度是成板時保證膠粘劑固化和水分排除的必要條件。熱壓時間越長，PE板的吸水厚度膨脹率逐漸減小，但熱壓時間7 min以后，PE板的吸水厚度膨脹率減小的比較緩慢，取熱壓時間為7min比較合適。

3 結(jié)論

聚乙烯塑料PE可以部分代替脲醛樹脂膠應(yīng)用于杉木刨花板的生產(chǎn)，并能減少脲醛樹脂膠的用量，從而減少刨花板在生產(chǎn)及應(yīng)用過程中甲醛的釋放量。

在UF用量有限的情況下，添加PE可提高板材的力學(xué)性能，但會增加PE板的吸水厚度膨脹率。增加UF用量，能夠提高PE板的靜曲強度、彈性模量，過量時將降低板材的內(nèi)結(jié)合強度。石蠟的添加量對板材的吸水厚度膨脹率有較大的影響，隨著石蠟用量的增加板材的吸水厚度膨脹率減小。

在本實驗條件下，脲醛樹脂膠UF施膠量為8%、聚乙烯塑料PE用量4%、石蠟添加量1.5%、熱壓溫度180℃、熱壓時間7min，PE刨花板的力學(xué)性能達到應(yīng)用標準。

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(本文文獻格式：賴瑩瑩，廖益強，林 銘，等.PE刨花板的制備工藝研究[J].山東化工，2016，45(04)：8-11.)

Study on the Preparing Technology of PE Particle Board

Lai Yingying, Liao Yiqiang Lin Ming, Wei Wei, Wang Wei, Li Zhiyu, Wei Qihua, Xie Yongqun

(College of Materials Engineering, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002, China)

PE particle boards were prepared with woo shaving and PE, by hot pressing process. Some preparing technology facts were studied, such as supplemental levels of UF, usage of PE, additive amount of PW and hot pressing technologies. The effects of these facts on mechanical property of PE particle board and thickness swelling rate of water absorption were discussed. The experimental results showed that mechanical property of PE particle board had advantage of good mechanical properties, as supplemental levels of UF 8%, usage of PE 4%, additive amount of PW 1.5%, hot pressing temperature 180℃ and hot pressing time 7 min.

2016-01-11

福建省自然科學(xué)基金項目(2014J01069)；國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(201410389024)；福建省大學(xué)生創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目(201510389055)

賴瑩瑩(1993—)，女，2013級材料化工創(chuàng)新班，本科生；通訊作者：廖益強(1971—)，福建仙游人，博士，副教授，碩導(dǎo)，主要從事生物質(zhì)材料與能源研究。

TB332

A

1008-021X(2016)04-0008-04