一种具有防腐功能刨花板及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种人造板及其制备方法，特别涉及一种由刨花构成的人造板及其制备方法。
背景技术
木材是一种天然的可再生生物材料，其开发和利用符合环保的要求，但是它的主要缺点之一是容易受到微生物等的侵害，从而影响其使用。采用各类传统的木材防腐剂(如加铬砷酸铜CCA等)处理木材，虽然可以有效防止微生物对木材的侵害，但是这些防腐剂本身对环境安全及人身健康的影响又与木材本身的环保特性背道而驰。目前研究较多的新型木材防腐剂主要包括以下几类：无机硼类、有机铵类、有机杀菌消毒剂类、植物抽提物及植物油类木材防腐剂以及新型的纳米防腐剂类。
木材防腐处理工艺包括常压处理(non-pressure treatment)和压力处理(pressure treatment)2类。常压处理方法主要包括扩散法、热冷槽法和真空法。压力处理的基本方法为满细胞法(贝塞尔法)、空细胞法(吕宾法)和半空细胞法(劳来法)。由于常压处理法的处理时间长，生产率低，在工业上大部分的木材防腐处理都采用压力处理法。防腐处理工艺的改进大都基于基本的压力处理方法，如震荡压力法OPM、交替压力法APM、脉冲法、MSU改良空细胞法、多相压力法等。不同的处理方法在应用上有针对性，其主要目的可以分为3类：1)提高防腐液在木材内的渗透深度(即增强木材的可处理性)；2)加速防腐剂在木材内的固着反应；3)针对某类防腐剂采用的特定防腐处理方法。
虽然对木材的防腐处理研究较多，但是由木材制备的人造板防腐处理技术研究较少，主要分为前处理，中处理和后处理，其中：
1)前处理指对未削片之前的实木或未上生产线的刨花进行防腐处理。与实木防腐类似，主要有两种处理方法，即常压处理(non-pressure treatment)和压力处理(pressure treatment)。其中，常压处理应用较多，主要包括扩散法、热冷槽法和真空法，使用前处理技术可以使防腐剂在产品的厚度方向均匀分布，从而对整个制品提供保护，但是该技术的关键是选择合适的防腐剂及其载药量和胶粘剂，防止胶合不良从而影响人造板的性能。
2)中处理主要指在刨花施胶阶段应用防腐剂，主要包括：A、单独施加防腐剂，如将防腐剂溶液或乳化剂与胶粘剂先混合后，再喷到木材单元上，或者将粉状防腐剂在拌胶机中与原料混合；B、施胶前喷洒乳液或防腐剂溶液在原料上；C、将粉状防腐剂与刨花混合加入搅拌器后再施胶，该处理技术是制备防腐人造板材料最为有效和便利的方法。
3)后处理指对成品刨花板进行防腐处理，方法与前处理类似，应用较多的有扩散法、热冷槽法、真空法、硼气相法和超临界流体法。
国外对耐腐型人造板的研究是直接加入防腐剂，防腐剂主要包括五氯酚和五氯酚钠等，如铜铬砷(CCA)、五氯酚、杂酚油等的实木防腐剂也曾被应用。随着时代的变迁和环保意识的加强，这些含有酚和氯的高毒性防腐剂逐渐淡出市场。目前国外应用最广的是金属硼酸盐类防腐剂，像硼酸锌、硼酸钙、硼酸铜、八硼酸氢二钠四水化合物防腐剂等。例如，典型的硼气相处理法是将试件置于反应容器中，密封后抽真空，至0.5mbar，20分钟后，用0.5KW功率的加热器加热2分钟。关闭真空泵，加入一定量的防腐剂和沸石，之后再加热2分钟，关闭热源，继续反应15分钟。最后通气取出样品。这种耐腐型人造板的方法处理工艺复杂；成品板材处理时需要相当大的设备投入，另外，加热和防腐剂与板材的反应会导致处理后板材的变形。
人造板生产过程中常用的胶粘剂有酚醛树脂胶粘剂、脲醛树脂胶粘剂等，胶粘剂的固化效果直接影响人造板的各项性能，无机硼类防腐剂虽然可以提供人造板的抗微生物侵蚀的能力，但是水溶性无机硼和酚醛树脂之间的相互作用使得制备的人造板的力学性能下降显著。因此采用以上金属硼酸盐类防腐剂存在如下缺陷：(1)、对人造板物理力学性能降低的影响显著；(2)、防腐剂易流失，在潮湿状态下，人造板的防腐性能降低明显；(3)、防腐剂中金属元素的存在使得板材在应用过程中危害环境和人畜；(4)制备的人造板的甲醛释放量高。
公开号为101491904A的中国专利申请公开了一种防腐阻燃人造板的生产方法，该方法包括以下步骤：1)配制浸泡液：将1∶1质量比的阻燃防腐剂和水混合搅拌；2)制备芯板；3)铺板；4)预压：在压强为5-6KGF/CM2下，预压一小时成毛坯板；5)热压：在压强为10KGF/CM2，温度120℃-140℃下热压；6)成型毛坯板贴面板热压成型：将整根的成型坯板再次放入滚涂机中，在毛坯板表面滚涂胶水，贴上面板；然后再经预压机定型整压一小时，再于热压机中成型加压，于110℃温度下加热5-10分钟；7)磨光裁边；8)喷涂面板。该专利申请中的阻燃防腐剂为酒精、甲基乙基酮、正丁醇、水和磷酸的组合物。
【发明内容】
本发明的目的是针对以上现有技术存在的问题，提供一种具有防腐功能人造板及其制备方法，本发明的具有防腐功能地刨花板利用五硼酸铵作为人造板防腐剂，克服现有人造板防腐剂对板材物理力学性能降低的影响，使用不含金属的硼基防腐剂，克服了现有人造板防腐剂中的金属元素对环境的影响，而且本发明的人造板能显著降低板材的甲醛释放量。
为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种具有防腐功能刨花板，包括底层、芯层和表层，底层和表层的原料包括木刨花、胶粘剂和防腐剂五硼酸铵，芯层的原料包括木刨花和胶粘剂。
其中，底层和表层中木刨花的总重量份与防腐剂五硼酸铵的重量份配比为100∶0.5-3.5，优选为100∶0.61-2.98。
特别是，人造板底层、表层和芯层的木刨花的重量份之比为15-25∶15-25∶50-70。
特别是，人造板的底层、芯层和表层木刨花总重量份与胶粘剂的重量份之比为100∶4-10，优选为100∶4-8。
其中，人造板的底层、表层木刨花总重量与胶粘剂的重量份之比为100∶4-10，优选为100∶4-8；人造板的芯层木刨花的重量与胶粘剂的重量份之比为100∶4-10，优选为100∶4-8。
特别是，所述的胶粘剂选择酚醛树脂胶粘剂、脲醛树脂胶粘剂、异氰酸酯胶粘剂、三聚氰胺甲醛胶粘剂中的一种。
其中，所述的木刨花的含水率为3-5％。
本发明另一方面提供一种上述具有防腐功能刨花板的制备方法，包括如下顺序进行的步骤：
1)将用于表层或底层的木刨花、胶粘剂和防腐剂五硼酸铵混合均匀，获得表层或底层坯料；
2)将木刨花上施加胶粘剂获得芯层坯料；
3)铺装板坯：首先用表层或底层坯料铺装底层，接着用芯层坯料铺装中间的芯层，然后再用表层或底层坯料铺装表层；
4)对所述铺装的板坯进行热压制成板材。
其中，所述步骤1)包括如下步骤：
A)表层或底层木刨花的第一次施胶
向用于表层或底层的木刨花喷施胶粘剂，并搅拌均匀，其中，胶粘剂与表层和底层木刨花的总重量份之比为2-5∶100；
B)施加防腐剂
向所述施胶后的所述木刨花施加防腐剂五硼酸铵，并搅拌均匀，其中，防腐剂五硼酸铵的重量与表层和底层刨花的总重量份之比为0.5-3.5∶100；
C)表层或底层的木刨花的第二次施胶
向所述施加防腐剂后的木刨花中再施加胶粘剂，并搅拌均匀，其中，胶粘剂与表层和底层木刨花的总重量份之比为2-5∶100。
特别是，步骤B)中防腐剂五硼酸铵的重量与表层和底层木刨花的总重量份之比为0.61-2.98∶100。
其中，步骤2)中所述芯层的木刨花与所述胶粘剂的重量份配比为100∶4-10，优选为100∶4-8。
其中，步骤4)中所述热压压力为1.4-1.7MPa，热压温度为160-200℃。
特别是，热压时间为40-50s/mm。
其中，所述木刨花的含水率为3-5％。
特别是，所述人造板的底层、表层和芯层的木刨花的重量份之比为15-25∶15-25∶50-70。
本发明又一方面提供一种按照上述制备方法制备而成的具有防腐功能的刨花板。
本发明的优点体现在以下方面：
1、本发明中使用五硼酸铵作为防腐剂，是一种不含金属元素的防腐剂，以铵离子代替了现有防腐剂中的金属元素离子，克服了防腐剂中金属元素对环境的影响，本发明制备的人造板更加环保，克服现有具有防腐功能人造板对环境的影响。
2、本发明方法生产的人造板板材在抗白蚁性能高，人造板板材的失重率显著降低，失重率仅为4.15-5.84％；白蚁死亡率高，达到93.21-100％。人造板的耐腐等级明显提高，达到高耐腐型人造板的要求。
3、本发明方法采用的防腐剂五硼酸铵不仅可以作为刨花板的防腐剂，抗白蚁腐蚀，而且还可以作为制备的人造板的甲醛消除剂，五硼酸铵在刨花板热压过程中，释放出的氨气与胶粘剂中的甲醛反应，吸收甲醛，同时热压过程中五硼酸铵使得木材中乙酰基类化合物的水解，产生乙酸，乙酸与部分游离甲醛反应，吸收甲醛，显著降低甲醛释放量，本发明方法制备的刨花板的甲醛释放量仅为2.04-2.63×10-5ppmmm-2；甲醛释放量随着五硼酸铵的加入量的增加而降低。
4、采用本发明方法制备的具有防腐性能的人造板板材的力学性能强，虽然与不含防腐剂的人造板相比，力学性能稍有下降，但是并不降低人造板的等级，本发明方法制备的具有防腐性能的人造板达到国家标准GB/T4897.7-2003中刨花板的在潮湿状态下使用的增强结构用板要求。
5、本发明方法生产的人造板板材采用三层结构，即仅在表层、底层中添加防腐剂，而芯层中不含防腐剂，因此防腐剂集中分布于人造板的上下表层，既可以保证在人造板的使用过程中具有耐腐功效，又可以降低了防腐剂对人造板板材力学性能的影响，确保人造板板材的物理力学性能。
【附图说明】
图1是本发明刨花板的结构示意图。
附图标记说明
1、表层；2、芯层；3、底层。
具体实施例方式
本发明实施例中使用的水溶性酚醛树脂胶粘剂(苯酚-甲醛的摩尔之比为1.0∶1.8)的质量指标如下：
固体含量 45-50％
pH值 10.0-11.5
粘度(20℃) 150-300mPa·s
游离甲醛含量 ＜0.3％
贮存期 20-30天
本发明使用的水溶性酚醛树脂胶粘剂不限于上述酚醛树脂，工厂普遍采用的各种普通酚醛树脂和改性酚醛树脂也都适用。
本发明实施例中使用的木材刨花为杨木刨花，其他任何木材刨花、木材纤维均适用与本发明，例如：柳木刨花、松木刨花、杉木刨花、桦木刨花、椴木刨花；杨木纤维、柳木纤维、松木纤维、杉木纤维、桦木纤维、椴木纤维等。
实施例1
1、干燥
将刨切后的木刨花置于回转式圆筒干燥机内进行干燥，使木刨花的含水率为3％；
2、表层、底层刨花第一次施胶
首先将干燥木刨花加入拌胶机内，然后喷施酚醛树脂胶粘剂，并搅拌均匀，制得第一次表层、底层施胶木刨花，其中，酚醛树脂胶粘剂与表层和底层刨花的总重量(绝干)之比为2∶100；
3、表层、底层刨花喷施防腐剂
将粉末状的五硼酸铵喷撒到拌胶机内，与第一次表层、底层施胶木刨花混合，并搅拌均匀，制得表层、底层防腐木刨花，其中，加入的五硼酸铵的重量与表层和底层刨花的总重量(绝干)之比为0.61∶100；
4、表层、底层刨花第二次施胶
向防腐木刨花中加入酚醛树脂胶粘剂，搅拌均匀，制得第二次表层、底层施胶木刨花，其中，酚醛树脂胶粘剂与表层和底层刨花的总重量(绝干)之比为2∶100；混合均匀后取出，平均分成两份，各为待铺装的第二次表层施胶木刨花和第二次底层施胶木刨花；
5、芯层刨花施胶
将干燥木刨花加入拌胶机内，之后喷施酚醛树脂胶粘剂，同时搅拌均匀，制得芯层施胶木刨花，其中，酚醛树脂胶粘剂与芯层木刨花的重量(绝干)之比为4∶100；
6、铺装
用铺装机将施胶后的第二次底层施胶木刨花、芯层施胶木刨花和第二次表层施胶木刨花依次铺装底层、芯层和表层，制成板坯；其中，板坯的表层、底层中木刨花重量(绝干)分别占板坯木刨花总重量的25％，板坯芯层木刨花的重量占板坯木刨花总重量的50％；
7、热压成型
对板坯进行热压，热压温度为160℃，热压时间为50s/mm，热压压力为1.7MPa，制成16mm厚的刨花板，经过裁切后，得到本发明产品。
按GB/T17657-1999《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》检测刨花板理化性能，结果见表1。
实施例2
除了木刨花干燥后的含水率为4％；表层、底层刨花第一次施胶步骤中酚醛树脂胶粘剂与表层和底层刨花的总重量(绝干)之比为3∶100；表层、底层刨花喷施防腐剂步骤中，五硼酸铵的重量与表层和底层木刨花的总重量(绝干)之比为0.88∶100；表层、底层刨花第二次施胶步骤中酚醛树脂胶粘剂与表层和底层刨花的总重量(绝干)之比为3∶100；芯层刨花施胶步骤中酚醛树脂胶粘剂与芯层刨花总量之比为6∶100；铺装步骤中表层、底层的木刨花重量分别占板坯木刨花总重量的15％，芯层木刨花重量占板坯木刨花总重量的70％；热压成型步骤中，热压温度为180℃，热压时间为40s/mm，热压压力为1.4MPa，制成14mm厚的刨花板之外，其余与实施例1相同。
按GB/T17657-1999《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》检测刨花板理化性能，结果见表1。
实施例3
除了木刨花干燥后的含水率为5％；表层、底层刨花第一次施胶步骤中酚醛树脂胶粘剂与表层和底层刨花的总重量(绝干)之比为4∶100；表层、底层刨花喷施防腐剂步骤中，五硼酸铵的重量与表层和底层刨花的总重量(绝干)之比为1.59∶100；表层、底层刨花第二次施胶步骤中酚醛树脂胶粘剂与表层和底层刨花的总重量(绝干)之比为4∶100；芯层刨花施胶步骤中酚醛树脂胶粘剂与芯层刨花总量之比为8∶100；铺装步骤中表层、底层的木刨花重量分别占板坯木刨花总重量的20％，芯层木刨花重量占板坯木刨花总重量的60％；热压成型步骤中，热压温度为200℃，热压时间为50s/mm，热压压力为1.7MPa，制成12mm厚的刨花板之外，其余与实施例1相同。
按GB/T17657-1999《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》检测刨花板理化性能，结果见表1。
实施例4
除了表层、底层刨花喷施防腐剂步骤中，五硼酸铵的重量与绝干木刨花的重量之比为2.98∶100之外，其余与实施例1相同。
按GB/T17657-1999《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》检测刨花板理化性能，结果见表1。
对照例1
除了不喷施防腐剂五硼酸铵之外，其余与实施例1相同。
表1五硼酸铵改性结构刨花板物理力学性能
密度 (kg/m3) 吸水厚度膨 胀率(％) 吸水率 (％) 内结合强 度(MPa) 静曲强度 (MPa) 弹性模量 (GPa) 实施例1 700 7.50 49.26 1.34 72.23 6.57 实施例2 700 7.65 40.83 1.56 68.81 6.58 实施例3 700 7.64 41.76 1.72 62.95 6.23 实施例4 700 16.69 52.0 1.38 59.59 5.53 对照例1 700 5.04 37.12 1.79 66.21 6.14
检测结果表明：本发明方法制备的刨花板，板材的力学性能好，相对于对照例而言，制备的刨花板的力学性能稍有下降，但对刨花板的物理力学性能影响不大，不降低刨花板的等级，达到国家标准GB/T 4897.7-2003之《刨花板第7部分：在潮湿状态下使用的增强结构用板要求》。
试验例1甲醛释放量试验
分别取实施例1-4、对照例1制备的具有防腐功能的人造板试件制成尺寸大小为40(宽)×100(长)×12(厚)mm的试样，用不吸收甲醛的锡箔胶带将试件的四条边密封。采用型号为F400游离甲醛测定仪(威尔士)进行甲醛释放量试验。将试件置于500mml广口瓶中，在温度为20℃，相对湿度为40％的条件下密封放置24小时，然后用F400游离甲醛测定仪测定甲醛含量，其中，甲醛释放量按如下公式计算：
VF=VtS]]>
其中：
VF是相对甲醛释放量，单位：ppm mm-2；
Vt为仪器检测值，单位：ppm；
S是试件的表面积，单位：mm2。
试验结果如表2所示。
表2五硼酸铵改性结构刨花板甲醛释放量
五硼酸铵用量(％) 甲醛释放量(10-5ppm mm-2) 实施例1 0.61 2.63(0.18) 实施例2 0.88 2.56(0.37) 实施例3 1.59 2.13(0.18) 实施例4 2.98 2.04(0.27) 对照例1 0 4.00(0.18)
检测结果表明：本发明方法制备的刨花板板材的甲醛释放量显著降低，板材的甲醛释放量为2.04-2.63×10-5 ppm mm-2；甲醛释放量随着五硼酸铵的加入量的增加而降低。试验结果说明，本发明方法制备的人造板能有效降低甲醛的释放量。
试验例2抗白蚁试验
按照美国木材保护协会AWPA(W1-06)规定的方法进行抗白蚁试验，实验用白蚁为家白蚁(Coptotermes formosanus Shiraki.)，取自广东省林业科学研究院。
分别取实施例1-4、对照例1制备的具有防腐功能的人造板试件制成尺寸大小为25×25×11mm的试样，按照美国AWPA(W1-06)规定的方法进行白蚁腐蚀试验。实验持续至少1个月，开始两周逐日观察，此后每周观察至少1～2次，记录白蚁活动及死亡情况。每周重新对容器进行称重，仔细清除被白蚁蛀蚀的木屑，然后肉眼观察试样的外观，评定蚁蛀等级，并计算重量损失率(以百分数计)。
白蚁实验的重量损失率按如下公式计算
试样重量损失率(％)＝(M1-M2)/M1×100
式中：M1一试样白蚁实验前的重量；M2-试样白蚁实验后的重量。
试验结果如表3所示。
表3五硼酸铵改性结构刨花板抗白蚁实验结果
五硼酸铵用量(％) 失重率(％) 白蚁死亡率(％) AWPA耐腐等级 实施例1 0.61 5.06(1.30) 100 8 实施例2 0.88 5.84(0.67) 97.63(3.67) 8 实施例3 1.59 4.15(0.24) 100 9
五硼酸铵用量(％) 失重率(％) 白蚁死亡率(％) AWPA耐腐等级 实施例4 2.98 4.28(0.19) 100 9 对照例1 0 16.22(1.96) 65.70(8.50) 5
实验结果表明：本发明方法制备的刨花板的抗白蚁腐蚀性能高，试样的失重率显著降低，失重率仅为4.15-5.84％；白蚁死亡率高，达到93.21-100％。试件的耐腐等级也明显提高。采用本发明方法制备的刨花板具有明显的抗白蚁性能并且耐腐等级高，达到耐腐型人造板的要求。