环保防潮阻燃密度板生产技术与设备研究

摘要：研究了环保防潮阻燃密度板的生产技术与设备。研究结果表明：以三聚氰胺和ZQZHJ-05助剂 对尿醛树脂胶进行改性，并在密度板生产过程中通过专门研制的投料装置向纤维中添加适量的纳米 微胶囊防水剂和粉末阻燃剂，可使密度板同时获得良好的防水性能和阻燃性能。采用上述技术及设 备制造环保防潮阻燃密度板，具有较好的工艺性和实用性，不但技术可靠，而且方法简单，容易实 施，经济效益好。

密度板作为重要的工程材料，越来越广泛地应用 于建筑装饰装修、家具生产、地板生产、船舶和车辆内 装修等领域，为国民经济建设发挥了重要作用。然而， 与其它木质材料一样，密度板具有较高的吸湿性和可燃性，因此，以密度板为材料制造的家具及室内外装 修工程如遇潮湿环境，容易使板材构件产生吸湿膨胀 变形，严重影响家具等的使用性能和使用寿命[1]。此 外，以密度板为材料制造的家具及室内外装修工程一 旦遇到火灾，火势蔓延速度很快，很易造成人员及财 产损失。随着国民对家居安全意识的增强，市场热切 需要具有环保及多功能的人造板材[2]。然而，目前我国 市面上的功能性密度板材多只具有单一功能，要么只 防潮，要么只阻燃，不能满足市场对多功能密度板的 要求。将防潮功能和阻燃功能合为一体，研发高品质的环保型防潮阻燃密度板，顺应社会及市场需求，符 合国家建材发展战略及环保政策，利国利民，同时也 对改善人造板企业产品结构，增强企业市场竞争力起 到重要的促进作用。

1 密度板防潮与阻燃技术

1.1 需要解决的技术问题

近年来我国林业大专院校学者及业内专家对阻燃 及防潮技术在密度板中的应用进行了大量的卓有成效 的研究，并取得了许多研究成果[3～9]。但总的来说，目 前在防潮和阻燃及多功能性密度板研究方面，多仅限 于单一功能问题的研究，即密度板单一的防潮和单一 阻燃功能的研究。而对于如何使密度板同时具备防潮 和阻燃功能问题的研究则鲜见于报端。为了迎合市场 需要，本课题组在吸收业内同行成功经验与技术的基 础上，开展了防潮阻燃密度板的研究。研发同时具备 防潮和阻燃功能的密度板，需着重解决以下几个技术 问题：

1）防水剂和阻燃剂的选型及配置问题；

2）脲醛胶的防水改性问题；

3）防水剂、阻燃剂及染色剂的添加方式问题；

4）热压工艺问题。

1.2 密度板的防潮技术

在密度板的防潮处理技术方面，本课题主要采取 以下两大措施：1）对脲醛树脂胶进行改性处理。即在脲 醛树脂胶生产过程中加入适量三聚氰胺和ZQZHJ-05 助剂，以尽可能降低脲醛树脂胶的亲水性，提高胶水的 防水性能；2）添加专用防水剂。即在密度板生产过程中 添加适量的纳米微胶囊防水剂以代替石蜡。

1.3 密度板的阻燃技术

在密度板的阻燃处理技术方面，本课题主要采用 干粉阻燃剂在密度板生产过程中对纤维进行阻燃处 理，使密度板获得阻燃功能。即利用纤维干燥后二次风 送管道中的负压，在管道开口处使用叶片式下料转阀连 续定量向纤维中添加阻燃剂，并通过变频调速电机控 制阻燃剂的添加量。本阻燃处理方法不但使密度板获 得较好的阻燃效果，且抗流失性能好，耐久性好。

2 原材料配置

2.1 木材原料配置

本课题根据企业实际生产情况，将现有木材原料按桉木梢∶松木∶硬杂木∶废单板=1∶0.2∶0.3∶0.2的 比例进行下料，该木材原料配比充分考虑了各类木材 纤维优势的互补性，使纤维综合性能较佳。另外，为减 少热磨动力消耗和获得良好的纤维质量，应在热磨的 前两天对木片进行含水率调整，使木片含水率均匀且 达到40～50%左右为宜。

2.2 防水尿醛树脂胶的制备

本课题采用自制的加强型防水脲醛树脂胶作为胶 黏剂，该加强型防水脲醛树脂胶制备方法如下： 将主要制胶原料甲醛、尿素和三聚氰胺等按甲 醛∶尿素∶三聚氰胺=1∶0.7∶0.2的比例在制胶反应釜 中进行制备。胶水具体制备过程中，将甲醛按其总量 分二次加注，尿素按其总量分四次投入，三聚氰胺按 其总量分二次投入。期间分别用氢氧化钠和硫酸铵 调节酸碱度。制胶反应终点粘度控制在17.5～18.5秒/ 涂-4杯之间，反应终点温度控制在40℃。在脲醛胶的 制备过程中还加入适量ZQZHJ-05助剂，以降低脲醛 胶和密度板产品中的甲醛释放量，使其达到国家环保 要求，同时还可提高密度板的力学强度。在防水脲醛 胶的制备过程中使用ZQZHJ-05助剂，其防水作用是 三聚氰胺的3～5倍，而且防水效果比单独使用三聚氰 胺要好，有利于降低生产成本。

2.3 防水剂

为提高密度板的防水性能，本课题采用纳米微胶 囊防水剂代替石蜡，该纳米微胶囊防水剂具有以下重 要性能：

1）防水剂采用物理包覆技术，没有刺激性等异 味、憎水性强，防水效果好，且不影响成品板强度。

2）防水剂颗粒纳米化，分散性好，比表面积大， 覆盖性好，用量少，可降低防水成本。

3）防水剂颗粒度小，稳定性好，储存期长。

2.4 阻燃剂制备

为提高密度板的阻燃性能，本课题采用自行研 制的NPB复合粉末阻燃剂作为阻燃材料，其制备方法 如下：

将主要化工原料硫酸铵、磷酸氢二铵、硼酸、 脱模剂等按∶硫酸铵∶磷酸氢二铵∶硼酸∶脱模剂 =6∶2∶1∶0.01的比例混合均匀，再加入适量氢氧化 钠，然后用研磨机将混合物研磨成粒度为200～300目 的粉剂。

2.5 染色剂

为便于市场用户区分特殊功能密度板的不同功 能，本课题研发的环保防潮阻燃密度板采用墨绿色液 体工业染色剂对密度板进行染色。

3 防潮阻燃密度板生产工艺

3.1 工艺技术路线

本环保防潮阻燃密度板采用制造工艺如下（图 1）：

3.2 主要工艺技术参数

1）防水剂添加量：7.0～7.5kg/m3；

2）阻燃剂添加量：38～4 8k g/m 3（防火等级C 级）；

3）施防水胶量：200～210kg/m3；

4）固化剂添加量：先按固化剂∶水=1∶6～9加热溶 解，再按胶黏剂的0.5%～0.8%添加；

5）染色剂添加量：2.0kg/m3；

6）木纤维含水率：8～10%；

7）热压压力：1.9～2.2MPa；

8）热压温度：185～210℃；

9）热压时间：290～310s/车；

10）生产速度：15～18m/min。

4 主要关键工艺设备

4.1 防水剂施加装置

防水剂施加装置是给热磨纤维添加防水剂的设 备，该装置示意图如图2所示。主要由电机、水泵、防水 剂贮存罐、搅拌器、高压定量齿轮泵及防水剂喷头等 组成。为能根据工艺要求定量、精准、均匀地添加防水 剂，要求驱动高压定量齿轮泵的电机转速可调，相关 参数由热磨工段主控系统根据热磨纤维喷管的实时 流量自动调整。

如图2所示，本防水剂施加装置首先将贮运罐1中 的防水剂通过水泵3抽注到贮存罐8中，贮存罐内设有 搅拌器7对防水剂进行搅拌，防止防水剂液面结膜。然 后通过高压定量齿轮泵11将贮存罐8中的防水剂经防水剂喷头15注入到热磨纤维喷管14中，在高压雾化作 用下，使防水剂与纤维在热磨纤维喷管中混合均匀， 较后进入纤维干燥管16中进行干燥。与其它液体注入 技术相比，本防水剂注入装置可靠性较高。采用闭环 控制系统，能根据热磨纤维喷管的实时流量自动调整 高压定量齿轮泵的转速，实现按配方比控制纳米微胶 囊防水剂的施加量。此外，本防水剂注入装置结构简 单，易于制造，维护简单。

4.2 染色剂添加装置

染色剂添加装置的主要作用是使纤维均匀着色。 染色剂添加方法与防水剂添加方法基本相同，也是将 染色剂直接注入到热磨机纤维喷管中。不同的是染色 剂添加装置只需要一级泵给即可，而且不需要设置搅 拌装置。本研发的染色剂添加装置主要由染料贮罐、 电机、高压定量齿轮泵、染色剂喷头等组成。为了能根 据工艺配方定量、精准、均匀地添加染色剂，亦要求驱 动高压定量齿轮泵的电机转速可调，颜色深浅可由热 磨主控系统自动调节。

4.3 阻燃剂投料装置

本研究采用的阻燃剂投料装置如图3所示。其主 要作用是将阻燃剂粉末按工艺要求精准、定量地投入 纤维输送管道中，使阻燃剂粉末与纤维均匀混合。该 装置主要由阻燃剂料仓、投料电机、阻燃剂下料转阀、 变频调速器等组成。为了使阻燃剂投放时能根据工艺要求定量可调，本阻燃剂投料装置采用变频调速器对 投料电机进行转速调节，并可通过中控室工业PLC进 行控制。

与螺旋式机械定量阻燃剂投料装置相比，本阻 燃剂投料装置具有以下优点：

1）定量精确。本阻燃剂投料装置采用容积恒定的 叶片式下料转阀，同时采用变频器对投料电机转速进 行精准调控，故可准确定量投料。

2）结构简单，容易实施。本阻燃剂投料装置所需 零部件大多为定型产品，只需根据实际需要选购即可， 因此易于制造，成本低。

5 技术应用与分析

5.1 应用实例

1）生产线：上海板机厂10万立方米全套生产线；

2）产品名称：E1环保防潮阻燃密度板；

3）产品规格：2440mm×1220mm×15mm；

4）主要工艺参数：

①防水剂添加量：7.2kg/m3；

②阻燃剂添加量：45kg/m3；

③施胶量：210kg/m3；

④固化剂添加量：按固化剂∶水=1∶7配制固化 剂溶液，按胶黏剂的0.8%添加；

⑤染色剂添加量：2.0kg/m3；

⑥木纤维含水率：8.5%；

⑦热压压力：2.1MPa；

⑧热压温度：190℃；

⑨热压时间：360s/车；

⑩生产速度：13.0m/min。

产品的质量检测指标见表1。

5.2 技术分析

对本实施例产品质量检测结果表明：吸水厚度 膨胀率5.6%＜9.0%，达到国标防潮性能要求；氧指数 36～37%＞33%，达到国标C级阻燃性能要求；甲醛释 放量4.2mg/100g＜8.0mg/100g，达到国标E1级环保 性能要求；其它物理力学性能指标亦均达到或优于国 家标准。说明本研发的环保防潮阻燃密度板原料配置 合理，工艺参数正确，技术方案可行，产品质量达到预 期目标。由于目前市场上关于防潮功能板的质量判定， 在其它性能达标的前提下，主要看板的密度和吸水厚 度膨胀率指标，所以该两指标可根据客户要求进行调 整，可获得不同级别的防潮阻燃功能板。

本研发的环保防潮阻燃密度板及制造技术具有 以下特点：

1）采用普通密度板生产线进行生产，原生产工艺 路线不变，只需在原生产线外局部增加防水剂、阻燃 剂和染色剂投料装置即可进行生产，容易实施。

2）与目前同类产品的制造方法相比，具有生产工 艺简单、技术参数精确、工艺可靠性强、产品防潮和 阻燃性能好、物理力学性能优越、生产速度接近或等 于普通密度板生产线、生产效率高、经济效益好的特 点。

3）采用的防水剂和阻燃剂无毒、无污染，所采用 的防水胶黏剂甲醛释放量达到国家E1级环保质量标 准，确保了本产品的高环保品质。

4）用本制造方法可生产不同规格、不同密度的环 保防潮阻燃密度板。

6 结束语

本项目属新产品开发生产性试验项目，是在公司前期已成功开发防潮密度板和阻燃密度板的基础上 进行技术整合开发的新功能产品，以获得防潮阻燃综 合功能的新型密度板产品为目的。由于生产应用性试 验成本较高，动辄几十万上百万，所以不能像在实验室 里那样设置若干个变量进行参数优选，更不能做多因 素正交实验，只能以技术合并加生产经验的办法来形 成技术方案，以实用为目的，以确保成功为目标。尽管 如此，之前也曾遭受过数次试验的失败，主要是产品 的防潮性能（湿水厚度膨胀率）和环保性能（甲醛释放 量）达不到技术要求，几经技术方案和参数调整方得 今日之成功，特借此平台将经验与同行分享，以达到相 互切磋、提高的目的。