CN105001802B - 一种人造板热压用的复合发热剂、混合胶粘剂及人造板快速热压方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于木材加工领域，公开了一种人造板热压用的复合发热剂、混合胶粘剂及人造板快速热压方法。该发热剂是由石蜡包裹至少一种遇水生热型发热剂。该混合胶黏剂是在人造板用热压胶黏剂中混有上述的复合发热剂。该复合发热剂成本低，原料易得；采用该复合发热剂能够有效缩短人造板的热压时间，可广泛应用于人造板生产领域。

Description

一种人造板热压用的复合发热剂、混合胶粘剂及人造板快速 热压方法

技术领域

本发明属于木材加工领域，涉及一种人造板热压用的复合发热剂、混合胶粘剂及人造板快速热压方法。

技术背景

人造板行业是能源消耗型重点行业，节能降耗是发展的必然趋势。统计表明，热压环节分别约占刨花板生产中全部热能消耗的50％、胶合板生产的45％、纤维板生产的35％。因此，降低热压工段的热能消耗，成为人造板节能降耗的重要环节。

降低热能消耗有两类途径：(1)降低热压温度。通常，对于采用脲醛树脂胶黏剂的热压工艺，热压温度一般设置为105～160℃(胶合板)、150～180℃(纤维板和刨花板)；采用酚醛树脂胶黏剂的热压工艺，热压温度一般设置为150～180℃(胶合板)、160～200℃(纤维板和刨花板)。然而，为了满足高生产效率的需求，热压温度一般不宜显著降低，因此，靠降低热压温度对节约热压热能消耗的贡献不大。(2)缩短热压时间。在热压温度一定时，缩短热压时间成为控制热压能源消耗的唯一有效手段。由于木质材料是热的不良导体，在热压过程中，热量从板坯表面到芯层传递的时间较长。通常，采用脲醛树脂胶黏剂时，热压时间控制在20-30s/mm；采用酚醛树脂胶黏剂时，热压时间控制在40-60s/mm。对于薄型人造板产品，热压时间的控制效果尚不显著，但对于厚型(厚度大于20mm)和超厚型(厚度大于40mm)的人造板产品，热压周期将长达60min甚至更长，而热压机必须维持在高温状态，导致无谓的热能损失。

目前，缩短热压时间的常见方法有两类：(1)采用特殊加热方式，例如，采用微波加热或高频传热方式，使人造板板坯整个厚度上同时受热，板坯厚度对传热速率影响不大，可以实现快速热压。这个领域，已经拥有很多专利技术(例如：CN03234450.3，“一种微波热压成型机”；CN200720102949.8，“一种木工板材贴面高频热压机”)，在家具、科技木等特殊场合已经得到广泛应用，但缺点是热压机造价大、维护难、危险高，且不适于大幅面人造板产品的压制，因此，并不能用于普通厚型刨花板、胶合板或纤维板的热压。(2)采用辅助蒸汽喷射方法，即在热压时，利用热压机向板坯表面和(或)四周喷蒸汽，利用蒸汽向板坯内部的渗透实现辅助传热，也可显著缩短热压时间，这方面已有相关专利技术(例如：CN200310112810.8，“单面喷蒸－真空热压工艺制造中高密度纤维板厚板的方法”；CN03152965.8，“喷蒸－真空热压工艺制造中密度纤维板厚板方法”；CN01237491.1，“具有喷蒸或喷加化学药剂功能压机的热压板”；CN99229141.0，“一种具有表面、侧面喷蒸及真空处理装置”)。这种方法，需要对热压机进行改造，增加喷蒸装置，而且，蒸汽渗透的速率对辅助传热的制约效应明显，较适用于密度低、人造板板坯内孔隙率高的场合。因此，这种方法主要应用于中低密度的刨花板和纤维板，而对胶合板和高密度刨花板、纤维板的效果较差。另外，蒸汽喷射入板坯后，一定程度上提高了板坯的含水率，对于防止热压后期板子的鼓泡、分层缺陷带来了更高的技术要求。

目前尚没有一种人造板热压用的复合发热剂、混合胶粘剂及采用发热剂的人造板快速热压方法报道过。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种人造板热压用的复合发热剂。

本发明另一个目的是提供一种人造板热压用的混合胶粘剂。

本发明还有一个目的是提供采用上述发热剂的人造板快速热压方法。

本发明基于“板坯内外同时升温”的思想，从常规胶黏剂的配方着手，配制“内部发热剂”，使胶黏剂在热压甚至冷压(石蜡壳在热压时被融化或冷压时被压破后，内部包裹的发热剂才与胶黏剂中的水分接触从而生热)过程中，自动产生热量，实现板坯内外同时升温(冷压时外部不升温)的目的，促进胶黏剂快速固化，从而缩短热压时间，降低热能消耗，既不影响热压机，也不增加含水率。

本发明的目的是通过下列技术方案实现的：

一种人造板热压用的复合发热剂，该发热剂是由石蜡包裹至少一种遇水生热型发热剂。

所述的复合发热剂，其中遇水生热型发热剂包括氧化钙；遇水生热型发热剂的添加量为石蜡固体的10～50wt％。

所述的复合发热剂还包括由石蜡包裹至少一种固化促进剂。

所述的复合发热剂，其中固化促进剂包括氯化铵、硫酸铵、磷酸铵，甚至醋酸、磷酸；固化促进剂的添加量为石蜡固体质量的2～20wt％。

用于脲醛树脂胶的固化促进剂是弱酸或强酸弱碱盐，在人造板工业中最常用的是氯化铵，也有少数采用硫酸铵、磷酸铵，甚至醋酸、磷酸的。氯化铵是工业上普遍应用的脲醛树脂固化促进剂，氧化钙才能在水化时发热，之所以在这里设计用氯化铵，是想对氧化钙的碱性副作用起补充作用，同时作为甲醛捕捉剂。脲醛树脂必须在酸性条件下才能迅速固化，而酚醛树脂在碱性条件下就可固化。

按照人造板行业的通用计算方法，石蜡用量是根据人造板所用木材的绝干质量为基础，用量1～5wt％，常取2wt％；氯化铵等固化剂的用量是根据绝干树脂为基础，用量1～2wt％，常取1％；通常，脲醛树脂用量为绝干木材的8～13wt％，酚醛树脂的用量为绝干木材的6～8wt％。石蜡对胶合强度有降低的影响，但试验表明，在5％以下没有显著副作用。

一种人造板热压用混合胶黏剂，该混合胶黏剂是在人造板用热压胶黏剂中混有上述的复合发热剂。

所述的混合胶黏剂，其中人造板用热压胶黏剂包括酚醛树脂胶黏剂、脲醛树脂胶黏剂；复合发热剂添加量为胶黏剂树脂固体的12～77wt％。

所述复合发热剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将固体石蜡加热到40～60℃，形成熔融液体；

(2)将遇水生热型发热剂添加到石蜡液体中，充分搅拌，混合均匀；或者将遇水生热型发热剂与固化促进剂分别添加到石蜡液体中，充分搅拌，混合均匀；

(3)将混合液体冷却至常温，造粒，制备成颗粒，即形成复合发热剂颗粒；

或者，

(1)将固体石蜡加热到40～60℃，形成熔融液体，分成二份；

(2)将遇水生热型发热剂添加到一份石蜡液体中，充分搅拌，混合均匀，将混合液体冷却至常温，造粒，制备成遇水生热型发热剂石蜡颗粒；将固化促进剂添加到另一份石蜡液体中，充分搅拌，混合均匀，将混合液体冷却至常温，造粒，制备成固化促进剂石蜡颗粒；

(3)将遇水生热型发热剂石蜡颗粒与固化促进剂石蜡颗粒混合，即形成复合发热剂颗粒；

所述的方法，其中颗粒的平均粒径不大于5mm。

所述混合胶黏剂的制备方法，该方法是按上述方法制备复合发热剂颗粒，再将复合发热剂颗粒加入液态胶黏剂内，搅拌，形成均匀的混合胶黏剂。

一种人造板快速热压的方法，该方法包括下列步骤：

(1)将所述的复合发热剂加入到液态胶黏剂中搅拌形成混合胶黏剂，或者直接采用上述的混合胶黏剂；

(2)逐层铺单板，相邻单板层之间施加上述混合胶黏剂；

(3)加压，压力范围为1.0～2.5MPa，常温或加热至80～180℃，保持时间每mm产品厚度0.3～1.0min，即可。

具体地说，本发明采用如下步骤：

(1)将固体石蜡加热到40～60℃(本发明使用的石蜡是碳链包含20-30个碳的饱和脂肪烃，熔融温度在40～60℃范围)，形成熔融液体；(2)将氧化钙(CaO)(或进一步增加氯化铵(NH₄Cl))粉末添加到石蜡液体内，充分搅拌，实现均匀混合；(3)将混合液体冷却至常温(如：30℃以下)，采用造粒机制备成粒径小于5mm(优选小于2mm)的颗粒，即形成复合发热剂颗粒；

或者，(1)将固体石蜡加热到40～60℃，形成熔融液体，分成二份；(2)将CaO添加到一份石蜡液体中，充分搅拌，混合均匀，将混合液体冷却至常温，造粒，制备成遇水生热型发热剂石蜡颗粒；将NH₄Cl添加到另一份石蜡液体中，充分搅拌，混合均匀，将混合液体冷却至常温，造粒，制备成固化促进剂石蜡颗粒；(3)将遇水生热型发热剂石蜡颗粒与固化促进剂石蜡颗粒混合，即形成复合发热剂颗粒；

(4)将复合发热剂颗粒加入液态胶黏剂内，搅拌，形成均匀的混合胶黏剂(此时，由于氧化钙和氯化铵被石蜡包覆，不会与胶黏剂内的水分发生直接接触，也就不会发生化学反应，不会使胶黏剂预固化)；

(5)图1以单板类人造板(胶合板)为例，示意了复合发热剂颗粒的作用机理。热压时，一方面发热剂颗粒1的石蜡包覆层被挤碎，另一方面石蜡受热压板2传热升温到40℃以上时就会迅速熔融，结果快速释放出氧化钙和氯化铵，遇到液态胶层内的水(水是在胶黏剂内本来就有的。生产人造板通常使用浓度为45-60wt％的液体脲醛树脂、酚醛树脂或三聚氰胺甲醛树脂等，含有40-55wt％的水分)后，迅速发生水化反应，释放出热量，从而促进胶黏剂固化。

本发明的有益效果：

(1)氧化钙为常见的化学物质，是典型的遇水生热型发热剂，成本低，原料易得；(2)氯化铵是人造板工业采用脲醛树脂胶黏剂时普遍使用的固化促进剂，在热压时可进一步促进胶黏剂固化；(3)包覆氧化钙和(或)氯化铵的石蜡，是人造板工业普遍使用的防水剂，常规生产人造板时本来就需要添加石蜡防水剂；(4)石蜡在受热到仅仅约40℃就会熔融，更快速释放出氧化钙和氯化铵；(5)氯化铵还可起甲醛捕捉剂作用，降低人造板甲醛释放量；(6)不影响常规人造板的生产工艺，毋需改造传统热压机，可以广泛应用于任何人造板生产领域。

附图说明

图1以胶合板为例的发热剂作用示意图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明作进一步的阐述。实施例中对复合发热剂、混合胶粘剂的制备及人造板热压方法未作详细描述的参考发明内容部分的描述。

实施例1：脲醛树脂胶黏剂

取固含量50％(重量百分比)的工业用脲醛树脂胶黏剂。以下效果测试中，混合胶液的温度采用埋入式热电偶跟踪测量，pH值采用pH计测量，固化时间根据GB/T14074木材胶黏剂及其树脂检验方法进行测试。对比两种方案：

A.脲醛树脂胶黏剂+氯化铵+石蜡。其中，氯化铵添加量占脲醛树脂固体的1％(重量百分比，下同)，用石蜡制成复合颗粒(粒径0.8～2mm)，“石蜡+氯化铵”总量占脲醛树脂固体的11％(重量百分比)(即：氯化铵占1％+石蜡占10％；石蜡取木材的1％，脲醛树脂取木材的10％，石蜡的量相对于脲醛树脂的10％)。在25℃条件下，测试纯脲醛树脂胶黏剂以及添 加复合颗粒的混合胶黏剂的pH值、温度变化和固化时间。结果：(a)纯脲醛树脂胶黏剂：pH＝8.9，温度25℃，长时间不固化(>240h)；(b)混合胶黏剂液体：pH＝5.8，温度25℃，固化时间68s。(为了模仿人造板生产热压或冷压的情况，将复合颗粒预先碾碎，换言之，氯化铵已经被释放出来了。方案B也类似，为了释放出氯化铵和氧化钙，把复合颗粒预先碾碎了。)

B.脲醛树脂胶黏剂+氯化铵+氧化钙+石蜡。其中，氯化铵添加量占脲醛树脂固体的1％，氧化钙添加量占石蜡固体的50％，三者制成复合发热剂颗粒(粒径0.8～2mm)。复合发热剂质量占脲醛树脂固体的16％(即：氯化铵占1％+石蜡占10％+氧化钙占5％)。在25℃条件下，测试添加复合发热剂颗粒的混合胶黏剂的pH值、温度变化和固化时间。结果：混合胶黏剂液体：pH＝6.0，温度85℃，固化时间56s。

上述A、B两组试验表明：氯化铵具有促进固化的作用，但不提升胶液温度；添加了氧化钙后，胶液的pH值略有提升，但胶液的温度显著提高，综合作用的结果，使胶黏剂完成固化的时间显著缩短。

实施例2：酚醛树脂胶黏剂

取固含量47.7％的工业用酚醛树脂胶黏剂，混合“氧化钙+石蜡”复合发热剂(工业中，酚醛树脂不添加氯化铵固化剂)。其中，氧化钙添加量占石蜡固体的50％，复合发热剂颗粒(粒径0.8～2mm)，占酚醛树脂固体质量的15％、20％、25％和30％。在105℃条件下，测试添加复合发热剂颗粒的混合胶黏剂温度变化和固化时间。实验结果：

a、固化时间：纯酚胶20'30，酚胶/15％发热剂18'12，酚胶/20％发热剂15'17，酚胶/25％发热剂11'16，酚胶/30％发热剂：9'27。

b、温度(20min达到)：纯酚胶保持105℃，酚胶/15％发热剂115℃，酚胶/20％发热剂119℃，酚胶/25％发热剂124℃，酚胶/30％发热剂：136℃。

从上面的试验可以看出，当酚醛树脂混合15～30％的发热剂后，温度显著提升，固化时间显著缩短。

实施例3：采用混合“氧化钙+氯化铵+石蜡”复合发热剂的脲醛树脂生产厚型胶合板

取实施例1的B组中的混合脲醛醛树脂胶黏剂，其中脲醛树脂固含量为50％，“氧化钙+氯化铵+石蜡”复合发热剂(氧化钙添加量占石蜡固体的50％，复合发热剂颗粒粒径0.8～2mm)占脲醛树脂固体质量的16％。混合胶黏剂涂胶量为240g/m²(双面)。目标30mm厚的胶合板层数为17，各层杨木单板厚度为2mm。逐层铺单板，相邻单板层之间施加上述混合胶黏剂；加压，热压目标温度为150℃，压力为1.5MPa，热压时间取15min,20min,25min和30min四水平。

作为对比的胶合板，不添加复合发热剂，热压时间取25min,30min,35min和40min四水平，其他工艺条件相同。试验结果如下表：

从表中可以看出，在同样施胶量、同样板坯结构和热压温度条件下，采用了16％复合发热剂后，在达到相近胶合强度时，热压时间可以明显缩短。

实施例4：采用混合“氧化钙+石蜡”复合发热剂的酚醛树脂生产厚型胶合板

取实施例2的混合酚醛树脂胶黏剂，其中酚醛树脂固含量为47.7％。“氧化钙+石蜡”复合发热剂(氧化钙添加量占石蜡固体的50％，复合发热剂颗粒粒径0.8～2mm)占酚醛树脂固体质量的25％。混合胶黏剂涂胶量为200g/m²(双面)。目标30mm厚的胶合板层数为17，各层杨木单板厚度为2mm。逐层铺单板，相邻单板层之间施加上述混合胶黏剂；加压，热压目标温度为180℃，压力为1.5MPa，热压时间取15min,20min,25min和30min四水平。

作为对比的胶合板，不添加“氧化钙+石蜡”复合发热剂，热压时间取25min,30min,35min和40min四水平，其他工艺条件相同。试验结果如下表：

从表中可以看出，在同样施胶量、同样板坯结构和热压温度条件下，采用了25％复合发热剂后，在达到相近胶合强度时，热压时间可以缩短约5min。

Claims (7)

1.一种人造板热压用混合胶黏剂，其特征在于人造板用热压胶黏剂中混有复合发热剂，该复合发热剂是由石蜡包裹至少一种遇水生热型发热剂；或者

该复合发热剂还包括由石蜡包裹至少一种固化促进剂。

2.根据权利要求1所述的人造板热压用混合胶黏剂，其特征在于遇水生热型发热剂包括氧化钙；遇水生热型发热剂的添加量为石蜡固体的10～50wt％。

3.根据权利要求1所述的人造板热压用混合胶黏剂，其特征在于固化促进剂包括氯化铵、硫酸铵、磷酸铵、醋酸、或者磷酸；固化促进剂的添加量为石蜡固体质量的2～20wt％。

4.根据权利要求1所述的人造板热压用混合胶黏剂，其特征在于所述的人造板用热压胶黏剂为酚醛树脂胶黏剂或者脲醛树脂胶黏剂；复合发热剂添加量为胶黏剂树脂固体的12～77wt％。

5.权利要求1所述人造板热压用混合胶黏剂的制备方法，其特征在于该方法是按下述方法制备复合发热剂颗粒，再将复合发热剂颗粒加入液态胶黏剂内，搅拌，形成均匀的混合胶黏剂；

所述复合发热剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将固体石蜡加热到40～60℃，形成熔融液体；

(2)将遇水生热型发热剂添加到石蜡液体中，充分搅拌，混合均匀；或者将遇水生热型发热剂与固化促进剂分别添加到石蜡液体中，充分搅拌，混合均匀；

(3)将混合液体冷却至常温，造粒，制备成颗粒，即形成复合发热剂颗粒；

或者，

(1)将固体石蜡加热到40～60℃，形成熔融液体，分成二份；

(2)将遇水生热型发热剂添加到一份石蜡液体中，充分搅拌，混合均匀，将混合液体冷却至常温，造粒，制备成遇水生热型发热剂石蜡颗粒；将固化促进剂添加到另一份石蜡液体中，充分搅拌，混合均匀，将混合液体冷却至常温，造粒，制备成固化促进剂石蜡颗粒；

(3)将遇水生热型发热剂石蜡颗粒与固化促进剂石蜡颗粒混合，即形成复合发热剂颗粒。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于复合发热剂颗粒的平均粒径不大于5mm。

7.一种人造板快速热压的方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

(1)制备权利要求1所述的混合胶黏剂；

(2)逐层铺单板，相邻单板层之间施加上述混合胶黏剂；

(3)加压，压力范围为1.0～2.5MPa，常温或加热至80～180℃，保持时间每mm产品厚度0.3～1.0min，即可。