阻燃胶合夹芯刨花板的研制

2011-04-13白伟

中国人民警察大学学报 2011年8期

●白伟

(晋城市消防支队，山西晋城 048000)

(本栏责任编辑、校对马龙)

随着我国城乡居民生活水平的提高，住宅内装修装饰材料越来越多，这些材料大多为木质人造板。木质人造板包括胶合板、刨花板、纤维板、夹芯板等，主要用于室内的装修和装饰材料，交通运输车辆，以及家具等领域。近年来胶合板、刨花板用量不断增长，1999年产量达到727.64万m3左右，占人造板产量的40%左右。胶合板、刨花板是采用纤维素基质材料制成，具有易燃性，由其引起的火灾日益增多。并且一旦着火，火势迅猛发展。随着我国一系列强制性法规的出台，人们防火意识加强，开发具有较高阻燃性能的人造板材料已成为木质人造板研究的一个重要方向。目前国内外在阻燃胶合板、阻燃刨花板方面进行了大量的研究工作。本文就国内外在阻燃胶合板、刨花板的制作工艺方面的研究进展进行综述，并设计一种新型阻燃板材。

1 胶合板阻燃处理技术

阻燃胶合板通常按照制造工艺分为两大类:生产过程中的阻燃处理和成品的阻燃处理。近年来有人提出，按照阻燃剂在胶合板制造过程中的状态划分为5类:固态阻燃剂处理、液态阻燃剂处理、气态阻燃剂处理、阻燃胶黏剂的胶合及阻燃材料覆贴工艺。

1.1 固态阻燃剂处理工艺

固态阻燃剂处理工艺只适用于成品胶合板的表面处理，把细粉末状的阻燃剂，施加一定压力将其喷涂到胶合板表面上，使其与纤维素呈机械混合状态结合在板材表面形成一层达到隔热隔氧目的的保护层。这种方法的优点是阻燃效果好，阻燃剂用量小，对板材的物理力学性质影响较小，操作方便简洁，不需要昂贵的阻燃处理设备。缺点是一旦板材的保护层破损，阻燃性能随即消失，虽可以重复涂覆，但大大降低了装饰性能。此方法应用较多的是板材表面涂覆饰面型防火涂料，这种阻燃剂处理工艺在刨花板和纤维板阻燃处理工艺中也得到了广泛应用。

1.2 液态阻燃处理工艺

1.2.1 阻燃涂料表面涂饰工艺。表面涂饰可进行单面或双面处理，采用刷涂、淋涂、喷涂等方法，将胶合板表面涂以阻燃材料，达到隔热、隔氧、降低燃烧速度的目的。阻燃材料可以是非膨胀型或膨胀型的涂料。这种处理工艺简单，涂料用量少，不产生废液，对环境污染小，还可以起到装饰、防腐、防老化等作用。但在运输、安装和使用过程中板材易被损坏，造成阻燃性能下降。

1.2.2 溶剂型阻燃剂浸渍单板或成品处理工艺。溶剂型阻燃剂浸渍单板或成品，原则上可采用木材的溶剂型阻燃剂浸渍处理工艺，但在细节上有所差别，湿单板浸渍在无机阻燃剂溶液中(如磷酸氢二铵、APP等)，再进行干燥。为了加大药剂的渗透量，(1)采用热－冷浸渍法处理木材[1]。该法在常压下，先将木材浸渍在热的阻燃剂药液中，通过膨胀作用将木材细胞腔内的气体排除，数小时后，阻燃剂药液冷却形成真空，将药液渗透到木材内部。(2)采用二次浸渍法[2]。木材依次在两种不同水溶性阻燃液中浸渍，这两种化学物质在木材内发生化学反应，生成水不溶性的第三种化学物质，该物质沉积于木材内部。为提高药液在木材中的渗透速度、深度，可添加渗透剂。(3)采用真空－加压浸渍法[3]。该法将木材置于高压罐中，先抽成真空，抽调木材内部的气体等物质，借助于放空，吸入阻燃剂药液，然后加压将阻燃剂加入木材内部，这类方法按操作方法可以分为满细胞法、双真空法。

成品胶合板也可以通过浸渍，使阻燃剂扩散渗透进入木材和纤维板中，对于用脲醛胶处理的胶合板，由于该胶的抗水性较差，用其浸渍处理后的胶合板强度下降太大，不适合用此法。胶合板不仅厚度较单板薄，而且在热压过程中木材变得更加密实，部分细胞腔和纹理被胶黏剂堵塞，渗透阻力变大。只有经过阻燃剂溶液较长时间的浸渍，将木材充分润胀后，阻燃剂分子才能进入内层细胞中。而单板则不同，厚度小，结构疏松，阻燃剂溶液在短时间内即可渗透整个木板，润胀作用仅影响阻燃剂向细胞壁的渗透。所以成品胶合板浸渍时间较单板长，而且在阻燃液中最好添加一定量的渗透剂。对于处理后的胶合板，阻燃剂主要集中在表层单板中。

1.3 阻燃胶黏剂的胶合

阻燃胶黏剂具有阻燃和胶合双重功能。在胶合板常用的胶黏剂(脲醛、酚醛、密胺－甲醛树脂)中加入阻燃剂的方法是行不通的。因为在这类胶中只能加入8%～10%的阻燃剂，达不到阻燃要求。实验表明:阻燃剂在胶中含量达到25%～30%时，才能达到阻燃级别的要求。这里提一下，用弧盐阻燃剂可与脲醛混溶达到35%左右。大量文献报道，可以采用MDP、UDFP、MDFP等阻燃胶黏剂，因为它们具有高的固含量，并具有足够长的活性贮存期。北京市木材厂[4]试产了用阻燃胶黏剂胶合的胶合板。该胶合板经过表面吸收处理，产品可达到B1级建筑材料的要求，胶合强度可达到II类胶合板的要求。

1.4 气态阻燃剂处理工艺

20世纪90年代，新西兰林业研究所和英国皇家学院联合成功开发了木材及木质人造板的气态硼处理工艺。处理过的木材在低硼浓度下，具有防白蚁侵入和防腐蚀的功能。在高硼浓度下具有阻燃的功能。该法是将木材及木质人造板置于硼蒸气(三甲基硼)环境中，当硼蒸气进入木材内部后，与木材中水分结合，形成硼酸沉积在木材中。胶合板表面经砂光处理后密度变得较大，可以防止溶液的进一步渗透，用气态硼处理胶合板由于硼与胶的相容性较好，当在软质纤维板中药剂的含量达到10%时，可以达到较好的阻燃效果。由于气态硼的处理过程完全可以进行自动化控制，处理速度快，质量好，又不需要增添更多设备(可在干燥窖中进行)，并具有药剂均匀分布、生产车间清洁、无污染等优点，是一种理想的处理方法。目前正在开发用其他药剂的气态处理技术。

1.5 阻燃材料覆贴工艺

将阻燃材料覆贴于成品胶合板表面，可达到胶合板阻燃的目的。胶合板表面覆贴阻燃的热固性树脂浸渍纸是一种成熟的处理工艺，已经获得广泛的应用。如在船舶、车辆、飞机内部装饰用的“富美家”等，其阻燃性能已经通过远东防火材料测试中心的检测，也得到我国造船工业的认可。同时它在国内的厨房装修、家具等领域获得了广泛应用，并得到好评。

2 刨花板阻燃处理技术

2.1 刨花板成品的阻燃

刨花板成品的阻燃处理方法有:(1)阻燃板表面喷涂阻燃材料，阻燃材料可以是无机阻燃涂料(主要为非膨胀型)，也可以是有机阻燃涂料(膨胀型)。(2)刨花板表面上散布固体阻燃剂后进行热压处理。将阻燃剂粉末均匀地撒布在刨花板成品表面上，在一定热压条件下将阻燃剂熔化渗入板内部。有时也可以在板表面上刷涂或喷涂阻燃剂药液，然后进行热压，使阻燃剂渗入板内，但板容易起泡。该法节省药剂，不污染环境，对阻燃刨花板的物理力学性能影响甚小。但是一次处理难以达到阻燃要求。(3)刨花板表面覆贴阻燃材料。该法既解决了刨花板的阻燃，又提高了板表面质量。常见的有有机阻燃纸贴面刨花板和石棉贴面刨花板等。(4)刨花板成品用真空－加压浸渍法处理。该法是常用的方法，但是脲醛胶处理的刨花板不适宜采用此法。该法通过浸渍处理将阻燃剂均匀分布到刨花板内，阻燃效果较好，但是设备复杂，投资较大，废液污染环境，而且水使刨花板膨胀而降低板的强度。

2.2 在刨花板生产过程中添加阻燃剂

2.2.1 刨花阻燃处理。采用液态阻燃剂浸渍或喷洒刨花，或者采用粉末状阻燃剂与湿刨花均匀地混合，从而使阻燃剂渗入刨花中。采用液态阻燃剂时，浸渍或喷洒后要进行干燥处理。为了不使刨花在干燥过程中强度下降，要求阻燃剂药液接近中性。首先，将阻燃剂药液均匀喷洒到刨花上，充分搅拌后，将半湿状态的刨花进行干燥。干燥后刨花分为表层刨花和芯层刨花两类。分别在添加一定比例的干粉状添加剂，搅拌均匀，送入搅拌机内，添加胶黏剂、固化剂、耐水剂等，搅拌均匀，制成板胚，经过预压、热压、冷却、截边和砂光等过程，得到阻燃刨花板。美国一专利[5]提出用硅酸钠水溶液(水玻璃)处理木质材料。硅酸钠水溶液浸渍木材、刨花等多孔性物质，可渗透到内部孔隙，干燥后不仅在木材表面上形成硅酸钠覆盖层，而且在内部孔隙中也形成了玻璃体，具有高阻燃性能。

2.2.2 在胶中加入阻燃剂。该法简单易行、投资少，阻燃剂也能均匀散在刨花上，但是，阻燃剂的加入影响到拌胶、制板胚和热压过程等操作工艺。特别是阻燃剂的pH值将影响到胶黏剂的固化速度。东北林业大学提出[6]用无机和有机两种阻燃剂处理，采用脲醛胶(固含量为60%)作胶黏剂，制成刨花板。首先将无机阻燃剂配置成30% ～40%溶液，采用喷枪把它喷到刨花板上，然后在120℃高温和70℃低温两种条件下干燥至含水率小于4%。再将有机阻燃剂加入胶中，经过一系列工艺过程，得到阻燃刨花板。

2.2.3 板胚过程中加入阻燃剂。该法是在刨花板成型前，在气流铺装设备上，将一定比例的阻燃剂铺到板胚上。该法不但避免了砂光时阻燃剂的损失，而且使少量的阻燃剂发挥最大的效果，阻燃剂的pH值对胶黏剂的影响也不大。但是它对铺装设备有特殊要求，使该方法的应用受到一定的限制。

2.3 黏加阻燃饰面材料

刨花板表面覆贴阻燃材料。该法既解决了刨花板的阻燃，又同时提高了板表面质量。常见的有阻燃纸贴面刨花板和石棉贴面刨花板等。工艺采用复合型阻燃剂体系与脲醛树脂混合，再加入适量固化剂和填料，得阻燃脲醛胶。将制成的阻燃脲醛胶刷涂在制成的阻燃刨花板上黏加饰面材料。

2.4 对刨花板的热压处理

刨花板的热压温度对其阻燃性能有重大影响。当热压温度上升时，有利于胶黏剂充分固化。同时高温有利于刨花的塑化以及胶黏剂流动性的提高，使板材形成了密实的表面层，从而提高刨花板的阻燃性能。热压时间在150～200s范围内对刨花板的阻燃性能影响不大，当热压时间提高到300s时，板的阻燃性能明显增强。热压处理板材后具有较高的耐火极限，阻燃剂进入木材后，充填了木材中孔隙，增加了处理试材密度。化学药剂与木材间发生缩合和磷酰化反应，木材内产生水分。树脂化反应和热压使表面密度增加，阻碍水分逸出，从而提高其阻燃性能。

3 新型阻燃板设计

刨花板加工简单，原料来源充足(如桔秆、甘蔗渣、芦苇等)，是解决世界各国木材资源短缺的一个重要途径。但是刨花是一种极易燃烧的材料，阻燃设备复杂，投资大，废液污染环境。纵观当前板材的阻燃技术，其各有优缺点。为此，笔者结合以上几种板材阻燃技术的优缺点，设计一种板材，把阻燃处理过程中的制造工艺方法结合在一起制造一种阻燃胶合夹芯刨花板。这种板材具有原材料来源充足，加工设备简单，阻燃效果较好等多种优点，其制作工艺流程为:处理刨花→阻燃刨花板→刷涂阻燃胶黏剂→云母片→刷涂阻燃胶黏剂→加阻燃饰面材料→热压→锯截→砂光，如图1所示。

4 结语

木材和木质人造板是主要的建筑结构材料，也是室内装修装饰的主要材料。众所周知，木材的易燃性会造成火灾。为减少火灾必须对木材和木质人造板进行必要的阻燃处理。本文针对胶合板和刨花板阻燃处理工艺，提出将两种工艺有机结合设计一种新型阻燃胶合夹芯刨花板的方案，希望可以革新阻燃板材的制造和应用工艺，推动这一行业的发展。