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提高中密度板尺寸稳定性的方法

发布日期:2015年4月2日       浏览:1362 次

提高中密度板尺寸稳定性的方法可以归纳为3个方面:1)对原料,即木纤维进行防水预处理;2)在制备过程中进行处理;3)对成板进行后期防水处理。下面分别对这几种方法进行介绍。

1、木纤维的预处理

通过物理或化学的方法对施胶前的木纤维原料进行预处理,改善木纤维自身的吸湿性能和塑性,降低由木纤维吸湿膨胀和弹性恢复引起的中密度板尺寸变化。

1)乙酰化处理

乙酰化处理木纤维的原理与乙酰化木材类似,是通过乙酰基置换纤维中的羟基,减少纤维中亲水基的数量,达到降低纤维吸水率的效果。而且由乙酰基导人产生的酯化反应不溶物会在微纤丝间隙形成充胀效应,从而达到稳定中密度板尺寸的目的。

中密度板经过乙酰化处理后与未经处理的对照组相比,平衡含水率降低,吸水及吸湿厚度膨胀率降低。除了提高尺寸稳定性外,乙酰化处理木纤维还可以提高中密度板的生物耐久性,经老化试验后板材表面仍光洁平整,而且乙酰化板材的力学性能也有轻微提升。还有研究者对经过乙酰化的纤维进行臭氧处理,增加乙酰化纤维的热塑性和内部接触,使得处理后的中密度板在提高尺寸稳定性的同时力学性能明显改善。

2)热处理

木纤维在受热过程中纤维素和半纤维素都要发生变化,含氧量高的半纤维素最先发生降解,使游离羟基的数量大大减少。热处理增加了纤维表面的疏水性,增大了板子的接触角,减少了水分吸收,从而提高了板材的尺寸稳定性。

随着热处理时间和温度的增加,纤维经热处理后制成的中密度板的前进接触角和后退接触角都显著增加,厚度膨胀和水分吸收率下降,但是,热处理纤维表面疏水性的改变使得胶黏剂的渗透性和黏合性降低,会导致中密度板的力学强度出现一定程度的下降。

3)纳米材料的应用

有研究者将不同质量分数的纳米黏土(蒙脱土)作为加强填料加入施胶后的纤维中,不施加任何添加剂,采用两种热压温度压制中密度板。纳米黏土经热压后填充在纤维细胞腔和板材的孔隙中,阻碍了毛细作用产生的水分渗透,显著降低了板材的厚度膨胀和水分吸收,同时,随着纳米黏土添加量的增加和热压温度的上升,板材的弯曲强度和内结合强度也得到明显改善。

还有研究者采用溶胶一凝胶法制备硅溶胶和铝溶胶,通过真空加压法将溶胶引入杨木纤维细胞壁内进行改性。纤维中的羟基与溶胶粒子上的羟基相互连接后,首先在其紧密结合处形成非晶态核心,生长、沉积并聚合后,在纳米空间形成连续、无序的凝胶状结构,减弱了纤维吸水能力,与未处理的相比,改性处理过的杨木纤维表面极性降低,接触角增大,板材尺寸稳定性得到明显提高,此外,经过铝溶胶处理后的中密度板燃烧时总释放热降低,阻燃性能明显提高。

4)其他预处理方法

李贤军等引用不同温度的草酸溶液浸渍处理木片,草酸抽提出了木片中的半纤维素,减弱了木素和纤维素的结合,降低了纤维的吸湿性,使得板材水分吸收和厚度膨胀降低,提高了中密度板的尺寸稳定性和明度,显著减少了热磨过程中的能量损耗,但是处理会对板材的内结合强度有负面影响。该研究者还对草酸预处理稻秆纤维板进行了研究,发现经草酸处理的稻秆纤维板尺寸稳定性和内结合强度都有所提高。

2、制备工艺中处理

1)添加防水剂

在制板过程中加入一定量的防水剂或其他药剂,以提高板材的尺寸稳定性。实际生产中最常用的方法是添加石蜡防水剂。

石蜡可以吸附在纤维表面,部分堵塞纤维之间的空隙,截断水分流通的渠道;减小水与纤维之间的接触面积,增大接触角;部分地遮盖纤维表面的亲水基团,降低纤维的吸湿能力。添加适量石蜡的中密度板吸水/吸湿性能减弱,尺寸稳定性提高。但是,由于石蜡呈油性,会使纤维之间及纤维与胶黏剂之间的胶合作用受到影响,降低中密度板的胶合效果,在一定程度上影响中密度板的力学强度。

目前对石蜡防水剂的研究主要集中在石蜡乳液在中密度板中的分布。影响石蜡分布的因素有:石蜡种类、乳化剂类型,石蜡添加顺序-先添加石蜡再添加胶黏剂会使石蜡在板中团聚;而在树脂后添加或者和树脂混合添加则能在树脂一石蜡混合物中保持相对小的液滴。还有研究者对石蜡化学组成和添加量对中密度板性能的影响进行了分析,结果表明,当石蜡添加量大于0.25%时,添加量的增加对中密度板的膨胀率的改善没有相应的提升;石蜡添加量在0.1%~1%时对板材的力学性能没有负面影响(0.5%时有增强效果);随着板材在水中浸泡时间的增长,石蜡的防水效果逐渐减弱。

2)添加改性胶黏剂

用改性胶黏剂替代传统的生产工艺中使用的脲醛树脂胶黏剂生产中密度板,以改善板材的性能。

三聚氰胺改性树脂中三聚氰胺含量的增加能够降低所压制板子的厚度膨胀和水分吸收;用漆酶或改性大豆蛋白胶替代传统的树脂胶黏剂生产中密度板,不仅能排除游离甲醛污染问题,而且所制得的板子的尺寸稳定性高于对照组。

3)添加其他物质

马来聚丙烯蜡在许多研究中被用作木材一聚丙烯复合材料的偶联剂,其分子结构中含有能与木纤维中羟基反应的官能团,能与木纤维形成共价键或氢键,从而在纤维表面形成牢固的包覆层。Garcia等将木纤维与马来聚丙烯蜡混合,压制中密度板,以改善中密度板的尺寸稳定性。添加了马来聚丙烯蜡的中密度板水浸后的厚度膨胀和水分吸收大大减少;在80%。50%的相对湿度下的线性膨胀和收缩都有增加,但是相同条件下的厚度膨胀和收缩明显减少;此外,马来聚丙烯蜡的添加没有对板材剖面密度产生影响,还改善了板材的力学性能——随着添加量的增加,中密度板的MOR和MOE增加;在5%的添加量下,中密度板的内结合强度增加。

还有研究者从废料回收利用出发,将废弃的树脂浸渍装饰纸、覆面纸裁边条粉碎或将木质纤维素乙醇生产工艺中的酶水解木素和制浆废液中提取的硫酸盐木素经过一定的化学处理添加到纤维原料中,压制得到的中密度板均具有优于对照组的尺寸稳定性和力学性能。

3、成品板后期处理

对压制成型的中密度板进行适当的加热、压缩、喷涂等后期处理,以改善板材的尺寸稳定性。

对成型的中密度板进行后期热处理能释放板内的压缩应力,促进组成半纤维素的化学成分降解,降低纤维细胞壁的吸湿性,增加纤维素的结晶度,从而降低板材的平衡含水率,提高板材的尺寸稳定性,同时使没有完全固化的胶黏剂完全固化,增加了纤维间的胶合作用。与未处理的板材相比,经后期热处理的板材2h吸水厚度膨胀明显改善,平衡含水率显著下降,但是由于半纤维素降解过程中产生的可溶性酸会使纤维素等糖类物质解聚,使得处理后板材的MOR和MOE值随着处理温度的增加而降低,板材的蠕变性能和明度也受到一定的影响。

还有研究者将反应型有机硅复合防水剂(由有机硅醇钾和羟甲基化水解聚丙烯酰胺自行反应合成)喷涂到成型后的中密度板表面进行防水处理,反应型防水剂与纤维表面羟基负性界面发生不可逆的化学反应,在板材表面毛细孔内壁形成一层均匀且致密的有机大分子烷基聚硅醚憎水膜,使板材表面与水的接触角增大,在不改变强度和外观的前提下有效地提高了板材的尺寸稳定性和防水性能。

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