阻燃浸漬處理工藝對(duì)桉木單板載藥率的影響研究

陳志林，胡 拉

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阻燃浸漬處理工藝對(duì)桉木單板載藥率的影響研究

陳志林，胡 拉

(中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所，北京 100091)

本文研究了桉木單板阻燃浸漬處理過(guò)程中單板厚度、單板含水率及浸漬條件等因素對(duì)載藥率的影響。結(jié)果表明：處理液濃度、浸漬時(shí)間和處理液溫度與單板載藥率呈顯著正相關(guān)性；隨著單板厚度和含水率的增加，單板載藥率呈減小趨勢(shì)；正交試驗(yàn)優(yōu)選出的最佳浸漬工藝條件為處理液濃度30%、浸漬時(shí)間12 h、處理液溫度70℃，且處理液濃度對(duì)單板載藥率的影響最大。綜合考慮，建議在實(shí)際生產(chǎn)中通過(guò)改變處理液濃度來(lái)調(diào)整單板載藥率。

桉木單板；載藥率；浸漬條件；處理液濃度

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，桉樹(shù)()人工林成為我國(guó)膠合板生產(chǎn)的重要原料之一[1-3]。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇及產(chǎn)品使用需求的提高，阻燃膠合板等功能型產(chǎn)品成為提高產(chǎn)品附加值、提升行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要途徑之一[4]。因此，桉木阻燃膠合板的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，不僅能豐富阻燃膠合板的原料，還有利于提升桉木膠合板產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力[5]?，F(xiàn)有研究表明，利用常規(guī)膠合板生產(chǎn)工藝可制備物理力學(xué)性能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求、阻燃性能優(yōu)良的阻燃桉木膠合板[5-6]。阻燃桉木膠合板的靜曲強(qiáng)度、彈性模量以及阻燃性能均優(yōu)于阻燃楊木膠合板[7]。然而，目前關(guān)于桉木阻燃膠合板生產(chǎn)工藝優(yōu)化的報(bào)道很少，僅對(duì)桉木膠合板用FR-2型阻燃劑進(jìn)行了篩選[8]。

單板浸漬處理的阻燃方式，雖然增加了單板處理及二次干燥工序，但阻燃效果好，處理工藝也較為簡(jiǎn)單，是目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中阻燃膠合板生產(chǎn)中常用的阻燃處理方式。載藥率是衡量單板浸漬效果的重要指標(biāo)，受到單板性質(zhì)及浸漬工藝等因素的影響[9]。桉木單板由于密度較大、抽提物含量較多，因而對(duì)阻燃處理液的滲透性較差。本文研究了預(yù)處理溫度、處理液濃度、處理液溫度、浸漬時(shí)間、單板厚度和單板含水率等因素對(duì)單板載藥率的影響，為阻燃桉木膠合板生產(chǎn)中的單板浸漬處理工藝提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

尾巨桉(×)單板，含水率8% ~ 12%，由廣西上思華夏豐林木業(yè)有限公司提供；PNB-1阻燃劑，由磷酸二氫銨(MAP)、磷酸氫二銨(DAP)及硼酸復(fù)配而成，試驗(yàn)室配制。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 單因素試驗(yàn)

將桉木單板(厚度2.31 mm)裁剪成50 mm × 50 mm規(guī)格幅面，氣干1周。依據(jù)表1的各組處理?xiàng)l件分別進(jìn)行單因素試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)要求對(duì)部分單板進(jìn)行熱水預(yù)處理，處理后單板氣干1周。利用阻燃劑PNB-1進(jìn)行浸漬處理，試驗(yàn)過(guò)程中將浸漬箱置于恒溫水浴槽中調(diào)整至處理液溫度。浸漬時(shí)將單板分別垂直置于溶液中浸漬，每組條件處理10張單板。浸漬結(jié)束后氣干24 h，用烘箱于103℃烘至絕干。依據(jù)以下公式(1)分別計(jì)算單板載藥率。

表1 單板浸漬處理試驗(yàn)設(shè)計(jì)

式中：

——單板載藥率，%；

1——浸漬前單板質(zhì)量，g；

2——處理后單板質(zhì)量，g；

1——浸漬前單板含水率，%；

2——處理后單板含水率，%。

1.2.2 正交試驗(yàn)

將桉木單板(厚度2.31 mm)裁剪成200 mm × 200 mm規(guī)格幅面，氣干1周。根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果的分析選取處理液濃度、浸漬時(shí)間和處理液溫度3個(gè)重要因子，每個(gè)因子選擇3個(gè)水平(表2)，選用L9(34)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)。利用阻燃劑PNB-1進(jìn)行浸漬處理，試驗(yàn)過(guò)程中將浸漬箱置于恒溫水浴槽中調(diào)整處理液溫度。浸漬時(shí)將單板分別垂直置于溶液中浸漬，每組條件處理5張單板。浸漬結(jié)束后氣干1周，分別計(jì)算單板載藥率。

表2 浸漬處理的因子水平表

2 結(jié)果與分析

2.1 浸漬工藝對(duì)單板載藥率的影響

單因素試驗(yàn)結(jié)果表明(圖1)，隨著處理液濃度、浸漬時(shí)間和處理液溫度的增加，單板載藥率明顯增大；而隨著單板厚度和含水率的增加，單板載藥率呈減小趨勢(shì)；預(yù)處理溫度高低對(duì)單板載藥率沒(méi)有表現(xiàn)出顯著的影響。為了改善桉木單板的滲透性，提高單板載藥率，應(yīng)重點(diǎn)控制處理液濃度、浸漬時(shí)間和處理液溫度3個(gè)因素。其中處理液溫度對(duì)單板載藥率的作用尤為明顯，當(dāng)處理液溫度在60~ 75℃時(shí)，平均載藥率能達(dá)到12%左右。而溫度升至90℃時(shí)，單板載藥率超過(guò)了18%。

圖1 不同浸漬工藝條件對(duì)單板載藥率的影響

2.2 重要工藝因子影響顯著性比較

根據(jù)正交試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，進(jìn)行直觀分析(表3)。由極差大小可知，因子影響單板載藥率的主次順序?yàn)樘幚硪簼舛?處理液溫度>浸漬時(shí)間。由k值可選出最優(yōu)方案為處理液濃度30%、浸漬時(shí)間12 h、處理液溫度70℃。該組條件下單板載藥率最高，達(dá)到13.47%。

表3 正交試驗(yàn)直觀分析

*注：括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù)為變異系數(shù)。

進(jìn)一步對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析(表4)可知，處理液濃度對(duì)單板載藥率有顯著影響(<0.05)，處理液濃度和處理液溫度對(duì)單板載藥率均有顯著影響(<0.01)；浸漬時(shí)間對(duì)單板載藥率無(wú)顯著影響。表明在試驗(yàn)中的水平范圍內(nèi)，影響單板載藥率的因子主次順序?yàn)樘幚硪簼舛?處理液溫度>浸漬時(shí)間，這與極差分析結(jié)果一致。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，溫度在70℃時(shí)，處理液中有刺激性氣體溢出，推測(cè)為磷酸銨鹽在較高溫度下分解產(chǎn)生的氨氣。后續(xù)進(jìn)一步試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PNB-1溶液溫度升至約60℃時(shí)，開(kāi)始有刺激性氣體產(chǎn)生，因此建議處理液溫度不宜超過(guò)60℃。

表4 正交試驗(yàn)方差分析

注：0.05(2,2)=19.00，0.10(2,2)=9.00。

3 小結(jié)與討論

在纖維飽和點(diǎn)以內(nèi)，單板含水率的增加會(huì)延緩桉木單板對(duì)阻燃劑的吸收，但影響較小，在實(shí)際生產(chǎn)中可以不予重點(diǎn)考慮。另外，對(duì)單板進(jìn)行預(yù)處理可將單板載藥率由室溫下的4% ~ 6%提高至8% ~ 10%。然而，預(yù)處理溫度的升高并不能明顯增加單板載藥率，表明熱水預(yù)處理對(duì)單板吸收阻燃劑的促進(jìn)作用有限，同時(shí)此方法實(shí)際操作時(shí)較為復(fù)雜，因此不建議用于改善桉木單板的滲透性。

處理液濃度、浸漬時(shí)間和處理液溫度與單板載藥率均呈顯著正相關(guān)性，這與阻燃浸漬處理?xiàng)钅締伟宓难芯拷Y(jié)果一致[9]。為了提高桉木單板載藥率，應(yīng)該重點(diǎn)控制這3個(gè)因素。正交試驗(yàn)中，因子影響單板載藥率的主次順序?yàn)樘幚硪簼舛?處理液溫度>浸漬時(shí)間。處理液溫度過(guò)高時(shí)會(huì)釋放氨氣，因此實(shí)際生產(chǎn)中以60℃為宜。浸漬時(shí)間在溫度超過(guò)30℃時(shí)對(duì)單板載藥率無(wú)顯著影響，考慮生產(chǎn)效率，建議選定為3 h。處理液濃度是影響單板載藥率的最重要因子，同時(shí)也容易調(diào)整，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中可用來(lái)控制單板載藥率。

[1] 陳天全,毛秋芳,揭昌亮,等.我國(guó)膠合板發(fā)展情況與產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)芻議[J].中國(guó)人造板,2013,20(8):5?8.

[2] 余養(yǎng)倫,任丁華,周月,等.尾葉桉單板膠合性能的初步研究[J].林產(chǎn)工業(yè),2006,33(4):20?23.

[3] 姚利宏,王喜明,費(fèi)本華,等.膠合工藝對(duì)桉/楊Ⅰ類膠合板膠合強(qiáng)度的影響[J].木材工業(yè),2008,22(6):34?36.

[4] 吳盛富,翁甫金,馬英剛.我國(guó)膠合板產(chǎn)業(yè)的發(fā)展建議[J].木材工業(yè),2016,30(2):44?47.

[5] 胡拉,陳志林,詹滿軍.阻燃桉樹(shù)膠合板的初步研究[J]. 桉樹(shù)科技,2011,28(2):10?15.

[6] Hu L,Chen Z,Fu F,et al. Investigation of factory fire retardant treatment ofplywood[J].Forest Products Journal,2015,65(7):320?326.

[7] 胡拉,陳志林,傅峰.桉木與楊木阻燃膠合板性能對(duì)比研究[J].木材工業(yè),2015,29(3):43?46.

[8] 陳志林,胡拉.磷氮硼復(fù)合阻燃劑處理桉樹(shù)膠合板的性能評(píng)價(jià)[J].木材工業(yè),2013,27(3):38?41.

[9] 顧波,余麗萍,李光沛.BL-環(huán)保阻燃劑在單板上載藥量影響因素的初步研究[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備,2006,34 (12):10?13.

Study on the Effects of Impregnating Processes on Fire Retardant Loading ofVeneers

CHEN Zhi-lin, HU La

(,,100091,)

The effects of veneer thickness, moisture content (MC) of veneer and impregnating processes on the fire retardant loading for veneers ofspecies were investigated. The results indicated that solution concentration, impregnation time and solution temperature had a significant positive correlation with fire retardant loading of veneers, while the loading decreased with the increase of both thickness and moisture content (MC) of veneers. An orthogonal experiment conducted showed the optimal group to consist of using a solution concentration of 30%, an impregnation time of 12 h and a solution temperature of 70oC. The factor with the biggest influence on fire retardant loading of veneers proved to be the solution concentration. It is suggested that solution concentration could be used to adjust the fire retardant loading of veneers..

veneer; fire retardant loading; impregnating process; solution concentration

TS653.3

A

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)“桉樹(shù)膠合板產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)關(guān)鍵技術(shù)”(201104003-02)

陳志林(1964—)，男，博士，研究員，主要從事阻燃木質(zhì)材料的研究