阻燃剂浓度对桉木胶合板胶合强度和润湿性的影响

韦鹏练 秦志永 符韵林 李英健

(广西大学林学院，广西 南宁 530004)

胶合板是我国人造板行业中的主导产品，主要应用于家具、室内装饰和建筑等领域。胶合板的应用降低了我国对大径级木材的需求，保护了我国珍贵的森林资源。在市场的带动下，胶合板的产量日益扩大。随着胶合板在建筑装饰和家具行业的广泛应用，其防火和环保性能逐渐引起人们的关注和重视，具有重要的研究价值。对胶合板进行阻燃处理可以采用成板处理和在生产工序中添加阻燃剂2种方式，包括阻燃剂常压或加压浸注、表面涂阻燃涂料以及贴耐火材料等[1]。由于阻燃剂的主流产品多为水溶型，因而浸渍法成为阻燃处理的主导方法[2]。近20年来，胶合板的阻燃研究发展迅速[3-9]，其中以杨木胶合板的阻燃研究最多。桉树和杨树是我国重要的速生树种，其生长迅速、轮伐期短，已成为我国胶合板生产的主要原料来源。相比杨木胶合板，桉树胶合板的阻燃处理研究开展较晚，相关报道也较少，本研究采用单板浸渍和成板浸渍2种不同的阻燃处理工艺，制备桉木阻燃胶合板，旨在探索阻燃剂浓度和阻燃处理方式对胶合板胶合强度以及润湿性的影响，为桉木阻燃胶合板的生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

桉木旋切单板：由南宁磨氏人造板公司提供，尺寸为1.5 mm × 425 mm × 425 mm，含水率10%～14%；胶黏剂：三聚氰胺改性脲醛树脂 (MUF)，实验室自配；阻燃剂：商用阻燃剂，由北京盛源化工有限公司提供；固化剂：氯化铵，分析纯，天津市致远化学试剂有限公司；填充剂：面粉，食用级，市售。

1.2 阻燃胶合板的制备

采用单板浸渍和成板浸渍2种不同的工艺进行阻燃处理，制备阻燃胶合板，板厚为4.5 mm。

1.2.1胶黏剂及阻燃剂的调制

将自制的三聚氰胺改性尿醛树脂、氯化铵和面粉按照100∶1∶20的比例进行混合，用搅拌器搅拌均匀；将阻燃剂与水混合，配制成5%、10%、15%、20%的水溶液。

1.2.2热压工艺参数

热压参数为：热压温度125 ℃，热压压力1.2～1.5 MPa，热压时间9.5 min。

1.2.3阻燃处理工艺

1) 单板浸渍，将桉木单板浸渍于不同阻燃剂浓度的溶液中，常温常压下浸渍24 h后取出，干燥至平衡含水率。

2) 将成品胶合板锯成标准试件，浸渍于不同阻燃剂浓度的溶液中，常温常压下浸渍24 h后取出，干燥至平衡含水率。

1.3 胶合强度检测

按照GB/T 17657—2013 《人造板及饰面人造板理化性能实验方法》 中测定Ⅱ类胶合强度的要求对阻燃胶合板的胶合强度进行检测。剪切试件为A型试件，剪切断面长度为25 mm。将试件浸没于 (63 ± 3)℃恒温水浴锅中，3 h后取出，冷却10 min后在万能力学实验机机上进行胶合强度测试。

1.4 接触角检测

采用德国KRUSS接触角测量仪，在恒温 (18 ± 2)℃、环境湿度30% ± 2%的条件下对单板浸泡前后蒸馏水在其表面上的接触角进行测量，测试液滴的体积为5 μL。将液滴滴下的过程录制成视频，用KRUSS软件进行数据处理，求出接触角。

2 结果与分析

2.1 阻燃剂浓度对胶合强度的影响

相同浸渍时间下，不同阻燃处理胶合板的胶合强度随阻燃剂浓度的变化情况见图1。

图1不同阻燃剂浓度制备胶合板的胶合强度
Fig.1 Bonding strength of plywood treated with different flame retardant concentrations

从图1可知，阻燃处理方式不同，胶合强度的变化规律有所不同。采用单板浸渍进行阻燃处理，随着阻燃剂浓度的升高，阻燃胶合板的胶合强度呈现先增大后减小再增大的波动变化，变化的幅度较大。而对成板进行阻燃处理，胶合强度随阻燃剂浓度的升高有小幅度提高，但提高幅度很小，可以认为基本保持稳定。从胶合强度的数值来看，成板浸渍阻燃处理所获得的胶合强度明显高于单板浸渍处理所获得的胶合强度，在阻燃剂用量为15%的时候，成板浸渍的胶合强度是单板浸渍处理的近2倍。

相同浸渍时间下，不同阻燃处理胶合板的木破率随阻燃剂浓度的变化情况见图2。

图2不同阻燃剂浓度制备胶合板的木破率
Fig.2 Wood failure ratio of plywood treated with different flame retardant concentrations

由图2可知，2种不同处理方式，其木破率的变化规律相似。阻燃剂浓度由5%提高至10%时，单板浸渍和成板浸渍所获得的木破率均呈现明显的提高，提高的幅度最高达200%以上；而阻燃剂浓度由10%提高到20%时，2种阻燃处理方式所获得的木破率均出现了明显下降，其中单板浸渍处理的下降更为明显；当阻燃剂浓度达到20%时，其木破率比5%阻燃剂浓度的木破率还低，接近5%。从木破率的数值变化来看，虽然2种阻燃处理方式的变化规律相似，但是成板浸渍处理所获得的木破率总体上还是高于单板浸渍处理，这与2种处理在胶合强度的区别是吻合的。

大量的研究表明，阻燃处理会降低胶合板的胶合强度[10-13]。单板经阻燃剂浸渍，随着阻燃剂浓度的提高，阻燃剂进入单板内部的量和深度都会有所提高，对胶黏剂固化和板材胶合性能的影响程度加大。而成板浸渍相当于只对胶合板的表层进行了阻燃处理，对胶合板内部胶层的影响较小，对板材胶合强度的影响有限。因此，从胶合强度考虑，成板后进行阻燃处理比对单板进行处理要好。但从阻燃的效果判断，单板浸渍会比成板浸渍获得更好的阻燃效果，因为单板浸渍能获得更高的载药量。2种阻燃方式各有利弊，在实际生产中都有应用，应根据阻燃需要进行选择。不论选择哪种方式，还需考虑选择合理的阻燃剂浓度。从胶合强度和木破率2个指标来判断，10%的阻燃剂浓度最为理想。在该浓度下，单板浸渍和成板浸渍胶合强度都在1.0 MPa以上，满足GB/T 9846—2004中Ⅱ类胶合强度的要求 (≥ 0.7 MPa)，木破率都在55%以上，较好地发挥了胶层的结合强度。

2.2 阻燃剂浓度对单板润湿性的影响

润湿性是木质材料的一项重要性质，表征的是液体与材料表面接触时，液体在材料表面润湿、铺展和粘附的难易程度，对胶合、表面涂饰等加工过程有重要影响。木质材料的润湿性通常以液滴在其表面上接触时接触角的大小来表示，接触角越大，表示材料的润湿性越差。

不同阻燃处理的单板，其表面平均接触角随时间的变化见图3。图中黑色曲线为平均接触角的变化曲线，红色直线为根据接触角变化曲线进行拟合而得到的结果，拟合方程见表1。

图3不同浓度阻燃剂浸渍处理单板表面接触角随时间的变化
Fig.3 The change of contact angle of veneers treated with different flame retardant concentrations

表1 不同阻燃剂浓度处理单板接触角变化的线性拟合结果Table 1 Linear fitting results of contact angle of veneers treated with different flame retardant concentrations

由图3可知，不论是未处理材还是处理材，其接触角均随时间的推移而不断减小，但是减小的速度和幅度不同。未处理材的初始接触角较大，减小的速度和幅度也较小，在60 s以后仍然保持在110°以上。而处理材的初始接触角普遍比未处理材小，减小的速度相比未处理材快很多，特别是在前5 s以内，接触角迅速较小，5 s以后接触角减小的速度逐渐减小并趋于稳定。从终了接触角来看，经阻燃处理后，单板的接触角均在35°以下，明显低于未处理材。这说明阻燃处理后，单板的润湿性明显优于未处理材，这一点从线性拟合的结果也能反映出来。从表1中可以看到，在5%～15%的浓度范围内，阻燃剂浓度越高，初始接触角越小，说明单板的润湿性越好。这是因为所使用的阻燃剂本身具有亲水性，阻燃剂浓度提高之后，所含的亲水基团增多，因而对单板润湿性的改善程度也相应提高。润湿性的提高改善了胶黏剂在单板表面的扩散和渗透，有利于胶合。但是当单板的润湿性超过某一范围时，会造成胶黏剂的过量渗透，从而降低胶合性能。阻燃剂浓度由5%提高到10%时，由于润湿性的提高，胶合强度也获得提高；当阻燃剂浓度提高至15%时，润湿性的提高已经不能促进胶合强度的进一步提高，反而使胶合强度出现了明显的下降。因此，从润湿性的角度考虑，10%的阻燃剂浓度对改善单板的润湿性是最理想的，能获得较高的胶合强度。

3 结 论

1) 阻燃剂浓度对桉木阻燃胶合板胶合强度的影响不同，采用单板浸渍来进行阻燃处理，胶合强度与阻燃剂浓度之间的关系不明显；而采用成板浸渍来进行阻燃处理，胶合强度随着阻燃剂浓度的提高而增大。

2) 在相同的浸渍工艺下，成板浸渍阻燃处理生产的胶合板，其胶合强度较单板浸渍阻燃处理胶合板的胶合强度高。

3) 阻燃处理提高了单板的润湿性，在5%～15%的阻燃剂浓度范围内，单板的润湿性随着阻燃剂浓度的提高而增大。

4) 从节约生产成本的角度出发，不论是采用单板浸渍还是成板浸渍来进行阻燃处理，10%的阻燃剂浓度是较佳的处理浓度。

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