阻燃膠合夾芯刨花板的研制

●白 偉

(晉城市消防支隊(duì)，山西晉城 048000)

(本欄責(zé)任編輯、校對(duì) 馬 龍)

隨著我國城鄉(xiāng)居民生活水平的提高，住宅內(nèi)裝修裝飾材料越來越多，這些材料大多為木質(zhì)人造板。木質(zhì)人造板包括膠合板、刨花板、纖維板、夾芯板等，主要用于室內(nèi)的裝修和裝飾材料，交通運(yùn)輸車輛，以及家具等領(lǐng)域。近年來膠合板、刨花板用量不斷增長，1999年產(chǎn)量達(dá)到727.64萬m3左右，占人造板產(chǎn)量的40%左右。膠合板、刨花板是采用纖維素基質(zhì)材料制成，具有易燃性，由其引起的火災(zāi)日益增多。并且一旦著火，火勢(shì)迅猛發(fā)展。隨著我國一系列強(qiáng)制性法規(guī)的出臺(tái)，人們防火意識(shí)加強(qiáng)，開發(fā)具有較高阻燃性能的人造板材料已成為木質(zhì)人造板研究的一個(gè)重要方向。目前國內(nèi)外在阻燃膠合板、阻燃刨花板方面進(jìn)行了大量的研究工作。本文就國內(nèi)外在阻燃膠合板、刨花板的制作工藝方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，并設(shè)計(jì)一種新型阻燃板材。

1 膠合板阻燃處理技術(shù)

阻燃膠合板通常按照制造工藝分為兩大類:生產(chǎn)過程中的阻燃處理和成品的阻燃處理。近年來有人提出，按照阻燃劑在膠合板制造過程中的狀態(tài)劃分為5類:固態(tài)阻燃劑處理、液態(tài)阻燃劑處理、氣態(tài)阻燃劑處理、阻燃膠黏劑的膠合及阻燃材料覆貼工藝。

1.1 固態(tài)阻燃劑處理工藝

固態(tài)阻燃劑處理工藝只適用于成品膠合板的表面處理，把細(xì)粉末狀的阻燃劑，施加一定壓力將其噴涂到膠合板表面上，使其與纖維素呈機(jī)械混合狀態(tài)結(jié)合在板材表面形成一層達(dá)到隔熱隔氧目的的保護(hù)層。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是阻燃效果好，阻燃劑用量小，對(duì)板材的物理力學(xué)性質(zhì)影響較小，操作方便簡潔，不需要昂貴的阻燃處理設(shè)備。缺點(diǎn)是一旦板材的保護(hù)層破損，阻燃性能隨即消失，雖可以重復(fù)涂覆，但大大降低了裝飾性能。此方法應(yīng)用較多的是板材表面涂覆飾面型防火涂料，這種阻燃劑處理工藝在刨花板和纖維板阻燃處理工藝中也得到了廣泛應(yīng)用。

1.2 液態(tài)阻燃處理工藝

1.2.1 阻燃涂料表面涂飾工藝。表面涂飾可進(jìn)行單面或雙面處理，采用刷涂、淋涂、噴涂等方法，將膠合板表面涂以阻燃材料，達(dá)到隔熱、隔氧、降低燃燒速度的目的。阻燃材料可以是非膨脹型或膨脹型的涂料。這種處理工藝簡單，涂料用量少，不產(chǎn)生廢液，對(duì)環(huán)境污染小，還可以起到裝飾、防腐、防老化等作用。但在運(yùn)輸、安裝和使用過程中板材易被損壞，造成阻燃性能下降。

1.2.2 溶劑型阻燃劑浸漬單板或成品處理工藝。溶劑型阻燃劑浸漬單板或成品，原則上可采用木材的溶劑型阻燃劑浸漬處理工藝，但在細(xì)節(jié)上有所差別，濕單板浸漬在無機(jī)阻燃劑溶液中(如磷酸氫二銨、APP等)，再進(jìn)行干燥。為了加大藥劑的滲透量，(1)采用熱－冷浸漬法處理木材[1]。該法在常壓下，先將木材浸漬在熱的阻燃劑藥液中，通過膨脹作用將木材細(xì)胞腔內(nèi)的氣體排除，數(shù)小時(shí)后，阻燃劑藥液冷卻形成真空，將藥液滲透到木材內(nèi)部。(2)采用二次浸漬法[2]。木材依次在兩種不同水溶性阻燃液中浸漬，這兩種化學(xué)物質(zhì)在木材內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水不溶性的第三種化學(xué)物質(zhì)，該物質(zhì)沉積于木材內(nèi)部。為提高藥液在木材中的滲透速度、深度，可添加滲透劑。(3)采用真空－加壓浸漬法[3]。該法將木材置于高壓罐中，先抽成真空，抽調(diào)木材內(nèi)部的氣體等物質(zhì)，借助于放空，吸入阻燃劑藥液，然后加壓將阻燃劑加入木材內(nèi)部，這類方法按操作方法可以分為滿細(xì)胞法、雙真空法。

成品膠合板也可以通過浸漬，使阻燃劑擴(kuò)散滲透進(jìn)入木材和纖維板中，對(duì)于用脲醛膠處理的膠合板，由于該膠的抗水性較差，用其浸漬處理后的膠合板強(qiáng)度下降太大，不適合用此法。膠合板不僅厚度較單板薄，而且在熱壓過程中木材變得更加密實(shí)，部分細(xì)胞腔和紋理被膠黏劑堵塞，滲透阻力變大。只有經(jīng)過阻燃劑溶液較長時(shí)間的浸漬，將木材充分潤脹后，阻燃劑分子才能進(jìn)入內(nèi)層細(xì)胞中。而單板則不同，厚度小，結(jié)構(gòu)疏松，阻燃劑溶液在短時(shí)間內(nèi)即可滲透整個(gè)木板，潤脹作用僅影響阻燃劑向細(xì)胞壁的滲透。所以成品膠合板浸漬時(shí)間較單板長，而且在阻燃液中最好添加一定量的滲透劑。對(duì)于處理后的膠合板，阻燃劑主要集中在表層單板中。

1.3 阻燃膠黏劑的膠合

阻燃膠黏劑具有阻燃和膠合雙重功能。在膠合板常用的膠黏劑(脲醛、酚醛、密胺－甲醛樹脂)中加入阻燃劑的方法是行不通的。因?yàn)樵谶@類膠中只能加入8%～10%的阻燃劑，達(dá)不到阻燃要求。實(shí)驗(yàn)表明:阻燃劑在膠中含量達(dá)到25%～30%時(shí)，才能達(dá)到阻燃級(jí)別的要求。這里提一下，用弧鹽阻燃劑可與脲醛混溶達(dá)到35%左右。大量文獻(xiàn)報(bào)道，可以采用MDP、UDFP、MDFP等阻燃膠黏劑，因?yàn)樗鼈兙哂懈叩墓毯?，并具有足夠長的活性貯存期。北京市木材廠[4]試產(chǎn)了用阻燃膠黏劑膠合的膠合板。該膠合板經(jīng)過表面吸收處理，產(chǎn)品可達(dá)到B1級(jí)建筑材料的要求，膠合強(qiáng)度可達(dá)到II類膠合板的要求。

1.4 氣態(tài)阻燃劑處理工藝

20世紀(jì)90年代，新西蘭林業(yè)研究所和英國皇家學(xué)院聯(lián)合成功開發(fā)了木材及木質(zhì)人造板的氣態(tài)硼處理工藝。處理過的木材在低硼濃度下，具有防白蟻侵入和防腐蝕的功能。在高硼濃度下具有阻燃的功能。該法是將木材及木質(zhì)人造板置于硼蒸氣(三甲基硼)環(huán)境中，當(dāng)硼蒸氣進(jìn)入木材內(nèi)部后，與木材中水分結(jié)合，形成硼酸沉積在木材中。膠合板表面經(jīng)砂光處理后密度變得較大，可以防止溶液的進(jìn)一步滲透，用氣態(tài)硼處理膠合板由于硼與膠的相容性較好，當(dāng)在軟質(zhì)纖維板中藥劑的含量達(dá)到10%時(shí)，可以達(dá)到較好的阻燃效果。由于氣態(tài)硼的處理過程完全可以進(jìn)行自動(dòng)化控制，處理速度快，質(zhì)量好，又不需要增添更多設(shè)備(可在干燥窖中進(jìn)行)，并具有藥劑均勻分布、生產(chǎn)車間清潔、無污染等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的處理方法。目前正在開發(fā)用其他藥劑的氣態(tài)處理技術(shù)。

1.5 阻燃材料覆貼工藝

將阻燃材料覆貼于成品膠合板表面，可達(dá)到膠合板阻燃的目的。膠合板表面覆貼阻燃的熱固性樹脂浸漬紙是一種成熟的處理工藝，已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用。如在船舶、車輛、飛機(jī)內(nèi)部裝飾用的“富美家”等，其阻燃性能已經(jīng)通過遠(yuǎn)東防火材料測(cè)試中心的檢測(cè)，也得到我國造船工業(yè)的認(rèn)可。同時(shí)它在國內(nèi)的廚房裝修、家具等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，并得到好評(píng)。

2 刨花板阻燃處理技術(shù)

2.1 刨花板成品的阻燃

刨花板成品的阻燃處理方法有:(1)阻燃板表面噴涂阻燃材料，阻燃材料可以是無機(jī)阻燃涂料(主要為非膨脹型)，也可以是有機(jī)阻燃涂料(膨脹型)。(2)刨花板表面上散布固體阻燃劑后進(jìn)行熱壓處理。將阻燃劑粉末均勻地撒布在刨花板成品表面上，在一定熱壓條件下將阻燃劑熔化滲入板內(nèi)部。有時(shí)也可以在板表面上刷涂或噴涂阻燃劑藥液，然后進(jìn)行熱壓，使阻燃劑滲入板內(nèi)，但板容易起泡。該法節(jié)省藥劑，不污染環(huán)境，對(duì)阻燃刨花板的物理力學(xué)性能影響甚小。但是一次處理難以達(dá)到阻燃要求。(3)刨花板表面覆貼阻燃材料。該法既解決了刨花板的阻燃，又提高了板表面質(zhì)量。常見的有有機(jī)阻燃紙貼面刨花板和石棉貼面刨花板等。(4)刨花板成品用真空－加壓浸漬法處理。該法是常用的方法，但是脲醛膠處理的刨花板不適宜采用此法。該法通過浸漬處理將阻燃劑均勻分布到刨花板內(nèi)，阻燃效果較好，但是設(shè)備復(fù)雜，投資較大，廢液污染環(huán)境，而且水使刨花板膨脹而降低板的強(qiáng)度。

2.2 在刨花板生產(chǎn)過程中添加阻燃劑

2.2.1 刨花阻燃處理。采用液態(tài)阻燃劑浸漬或噴灑刨花，或者采用粉末狀阻燃劑與濕刨花均勻地混合，從而使阻燃劑滲入刨花中。采用液態(tài)阻燃劑時(shí)，浸漬或噴灑后要進(jìn)行干燥處理。為了不使刨花在干燥過程中強(qiáng)度下降，要求阻燃劑藥液接近中性。首先，將阻燃劑藥液均勻噴灑到刨花上，充分?jǐn)嚢韬螅瑢霛駹顟B(tài)的刨花進(jìn)行干燥。干燥后刨花分為表層刨花和芯層刨花兩類。分別在添加一定比例的干粉狀添加劑，攪拌均勻，送入攪拌機(jī)內(nèi)，添加膠黏劑、固化劑、耐水劑等，攪拌均勻，制成板胚，經(jīng)過預(yù)壓、熱壓、冷卻、截邊和砂光等過程，得到阻燃刨花板。美國一專利[5]提出用硅酸鈉水溶液(水玻璃)處理木質(zhì)材料。硅酸鈉水溶液浸漬木材、刨花等多孔性物質(zhì)，可滲透到內(nèi)部孔隙，干燥后不僅在木材表面上形成硅酸鈉覆蓋層，而且在內(nèi)部孔隙中也形成了玻璃體，具有高阻燃性能。

2.2.2 在膠中加入阻燃劑。該法簡單易行、投資少，阻燃劑也能均勻散在刨花上，但是，阻燃劑的加入影響到拌膠、制板胚和熱壓過程等操作工藝。特別是阻燃劑的pH值將影響到膠黏劑的固化速度。東北林業(yè)大學(xué)提出[6]用無機(jī)和有機(jī)兩種阻燃劑處理，采用脲醛膠(固含量為60%)作膠黏劑，制成刨花板。首先將無機(jī)阻燃劑配置成30% ～40%溶液，采用噴槍把它噴到刨花板上，然后在120℃高溫和70℃低溫兩種條件下干燥至含水率小于4%。再將有機(jī)阻燃劑加入膠中，經(jīng)過一系列工藝過程，得到阻燃刨花板。

2.2.3 板胚過程中加入阻燃劑。該法是在刨花板成型前，在氣流鋪裝設(shè)備上，將一定比例的阻燃劑鋪到板胚上。該法不但避免了砂光時(shí)阻燃劑的損失，而且使少量的阻燃劑發(fā)揮最大的效果，阻燃劑的pH值對(duì)膠黏劑的影響也不大。但是它對(duì)鋪裝設(shè)備有特殊要求，使該方法的應(yīng)用受到一定的限制。

2.3 黏加阻燃飾面材料

刨花板表面覆貼阻燃材料。該法既解決了刨花板的阻燃，又同時(shí)提高了板表面質(zhì)量。常見的有阻燃紙貼面刨花板和石棉貼面刨花板等。工藝采用復(fù)合型阻燃劑體系與脲醛樹脂混合，再加入適量固化劑和填料，得阻燃脲醛膠。將制成的阻燃脲醛膠刷涂在制成的阻燃刨花板上黏加飾面材料。

2.4 對(duì)刨花板的熱壓處理

刨花板的熱壓溫度對(duì)其阻燃性能有重大影響。當(dāng)熱壓溫度上升時(shí)，有利于膠黏劑充分固化。同時(shí)高溫有利于刨花的塑化以及膠黏劑流動(dòng)性的提高，使板材形成了密實(shí)的表面層，從而提高刨花板的阻燃性能。熱壓時(shí)間在150～200s范圍內(nèi)對(duì)刨花板的阻燃性能影響不大，當(dāng)熱壓時(shí)間提高到300s時(shí)，板的阻燃性能明顯增強(qiáng)。熱壓處理板材后具有較高的耐火極限，阻燃劑進(jìn)入木材后，充填了木材中孔隙，增加了處理試材密度?；瘜W(xué)藥劑與木材間發(fā)生縮合和磷酰化反應(yīng)，木材內(nèi)產(chǎn)生水分。樹脂化反應(yīng)和熱壓使表面密度增加，阻礙水分逸出，從而提高其阻燃性能。

3 新型阻燃板設(shè)計(jì)

刨花板加工簡單，原料來源充足(如桔稈、甘蔗渣、蘆葦?shù)?，是解決世界各國木材資源短缺的一個(gè)重要途徑。但是刨花是一種極易燃燒的材料，阻燃設(shè)備復(fù)雜，投資大，廢液污染環(huán)境?？v觀當(dāng)前板材的阻燃技術(shù)，其各有優(yōu)缺點(diǎn)。為此，筆者結(jié)合以上幾種板材阻燃技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種板材，把阻燃處理過程中的制造工藝方法結(jié)合在一起制造一種阻燃膠合夾芯刨花板。這種板材具有原材料來源充足，加工設(shè)備簡單，阻燃效果較好等多種優(yōu)點(diǎn)，其制作工藝流程為:處理刨花→阻燃刨花板→刷涂阻燃膠黏劑→云母片→刷涂阻燃膠黏劑→加阻燃飾面材料→熱壓→鋸截→砂光，如圖1所示。

4 結(jié)語

木材和木質(zhì)人造板是主要的建筑結(jié)構(gòu)材料，也是室內(nèi)裝修裝飾的主要材料。眾所周知，木材的易燃性會(huì)造成火災(zāi)。為減少火災(zāi)必須對(duì)木材和木質(zhì)人造板進(jìn)行必要的阻燃處理。本文針對(duì)膠合板和刨花板阻燃處理工藝，提出將兩種工藝有機(jī)結(jié)合設(shè)計(jì)一種新型阻燃膠合夾芯刨花板的方案，希望可以革新阻燃板材的制造和應(yīng)用工藝，推動(dòng)這一行業(yè)的發(fā)展。

圖1 阻燃膠合夾芯刨花板

[1]駱介禹，駱希明.纖維素基質(zhì)材料阻燃技術(shù)[M].北京:化學(xué)工藝出版社，2003.

[2]盧俊.阻燃膠合板制造工藝及分類新方法[J].林業(yè)科技通訊，1996，(3):23 －24.

[3]吳健身，等.阻燃刨花板的研究[J].林業(yè)工業(yè)，1991，18(4):1－4.

[4]鄧玉和，等.阻燃處理和制板工藝對(duì)阻燃刨花板性能的影響[J].林業(yè)工業(yè)，1998，25(4):6 －9.

[5]Sonob Takatsumi，et al.Fireproofed woods:JP90235704[P].1990.

[6]詹祖光.我國膠合板生產(chǎn)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景探討[J].林產(chǎn)工業(yè)，2000，27(5):7 －10.