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1、低毒胶合板工艺优化及其评价的研究低毒胶合板工艺优化及其评价的研究摘 要：目前，国内胶合板企业面临巨大困难和挑战，由于国家强制执行胶合板毒性标准，企业难于制造出合格的低毒胶合板。本研究针对这一关键问题进行深入研究，旨在为企业提供可行的实用技术，为企业渡过难关提供支持。本研究选择广东省具有代表性的中型胶合板企业进行调研，针对低毒胶合板共性问题，从改进工艺、科学评价产品毒性、分析润湿性等关键技术研究入手，采用先进仪器和分析手段，经试验设计与研究，得到结果：采用低毒UF制板时，草酸含量为2-6，涂胶量为300-330 g/m2，陈化时间为2-4 h时胶合板的合格率最大；低毒UF制板时最大问题是胶合强度
2、较低，提高单板润湿性是改进胶合强度的关键，当单板含水率控制在8-13%时，单板润湿性较佳；旋切工艺直接影响单板表面质量，当旋刀的使用时间在2 h以内时，会得到较为理想的润湿性；不同树种单板对液体的渗透性相差较大，选择树种、合理搭配是制造高质量胶合板的关键；胶合板甲醛释放主要集中在边部端面，边角部位释放量最大，次之为中心位置，当含水率低于14.5%时，随着胶合板含水率的增加甲醛释放量有增加的趋势；环境温度与胶合板甲醛释放量之间呈非线性关系，随着环境温度的增加，胶合板甲醛释放量有增加的趋势，然而目前国家标准对测试温度规定范围较大，使得评价缺乏可比性，建议修订有关款项。关键词：胶合板；优化工艺；润湿
3、性；甲醛释放量 1 前言胶合板是我国人造板工业的领头羊，我国现有胶合板厂家近5000家，生产能力达12000万m3/a，2001年我国胶合板总量达904万m3。广东省有胶合板厂家500多家，年生产能力为200万m3，2001年广东省总产量为104万 m3，占全国九分之一。面对国家人造板甲醛释放量强制性标准的出台，许多厂家纷纷采用低毒脲醛树脂胶粘剂（UF），调整新的工艺，但是，这带来了一系列新问题，例如胶合板耐水性降低、胶合强度下降、分层鼓泡、边角开胶等。本研究选择了广东省某中型胶合板企业进行全面的分析，针对企业面临的实际问题，对采用低毒UF后企业所面临的突出问题，从改进工艺、科学评价产品毒性、
4、分析润湿性等关键技术研究入手，采用先进仪器和分析手段，经试验设计与研究，探索低毒胶合板制造的关键技术，针对胶合板甲醛释放量检测标准中重要问题进行研究，旨在为企业提供可行的实用技术，为企业渡过难关提供技术和理论支持。我国在胶合板的甲醛释放量检测方面起步较晚，2001年12月我国颁布了强制性标准GB18580 2001，明确了胶合板毒性的限量，正式执行是2002年7月1日。从目前胶合板甲醛释放量的检测结果看，甲醛释放量合格率仍然偏低，市场充斥着高毒胶合板，家庭所用胶合板甲醛释放量超标现象较为严重，严重威胁着很多平常消费者的健康。广东省某中型胶合板企业有近10年的历史，拥有600多名员工，年产量60
5、000 m3左右。该企业于2002年通过ISO9001-2000质量管理体系认证，其管理水平在珠江三角洲地区的胶合板行业处于前列，同类产品价格一般略高于市场价，有一定的品牌效应。该企业主要产品有3 mm、4 mm、5 mm、9 mm、12 mm、15 mm、18 mm杨木或杂木胶合板，12 mm、14 mm、15 mm、18 mm地板基材以及15 mm、18 mm细木工板。调胶配方：面粉20%，NH4Cl 3，草酸3（冬天温度低可加至12）；涂胶量：300 g/m2（双面）；陈化时间：3-4 h。目前，采用低毒UF，生产过程中由于涂胶和陈化时间掌握不好，容易产生次品。根据产品质量记录，严格实施
6、上述工艺，合格率达97.5%以上。当陈化时间达10 h时，合格率仅有85%。陈化时间为24 h，合格率78%，大多数胶合强度不能达到国家标准。该企业的胶合板甲醛释放量见表1。表1 9 mm厚胶合板甲醛释放量检测结果日 期2003年3月16日2003年3月21日2003年3月26日2003年4月18日甲醛释放量/mgL-111.63.14.10.2级 别不合格E2E2E1由表1可见，企业在国家强制标准实施后，在毒性限量上做出了很大的努力，胶合板毒性在下降，但是胶合板的成本增加、胶合性能下降、生产控制难度增加。另外，从目前实施的标准看，存在很多不够完善的地方，以致无法公平的评价产品毒性，给企业带来
7、了很多障碍，有些企业不得不以损失成本和胶合性能，片面追求低甲醛释放量的板材制造。随着企业采用低毒UF、新的树种木材以及原木直径减小，原料质量的下降，导致单板质量下降，最终造成胶合板质量低劣，直接影响企业的声誉。在竞争激烈的市场中，适者生存。因此，科学选用低毒UF，采用合理制造工艺，科学评价胶合板甲醛释放量具有重要意义，探索胶合板优化生产工艺和改善单板润湿性是当前我们胶合板企业面临的重要课题。由于目前对许多人工速生材、小径材的特性了解不多，加上传统的胶合板制作工艺等方向存在的问题，利用速生材制造低毒胶合板的质量一直不稳定，胶合板的鼓泡、分层、翘曲、受潮开胶现象尤为严重。该企业在2003年3-4月
8、的生产中，杨木胶合板的次品中鼓泡和开胶是二大质量缺陷。鼓泡和开胶现象在杨木胶合板生产过程中的具有普遍性。因此，杨木胶合板鼓泡和开胶现象研究是十分必要的，对提高产品合格率，增加效益具有重要作用。在胶合板设计中，力学性能始终作为一个重要的技术指标加以考虑，必须保证界面有良好的胶合性能，而界面的可润湿性和铺展性则是界面胶合、界面作用的必要条件，也是胶合板复合工艺必不可少的条件。润湿是物质间的一种相互作用，相互作用大就说明润湿性好，反之则润湿性不好。不完全的润湿会产生界面缺陷，在缺陷周围形成应力集中，进而使胶合键断裂而使胶合板的力学强度降低。研究单板表面的润湿性，对改善胶合强度、提高胶合板产品质量有着
9、重要的意义。本研究通过分析单板表面接触角、表面自由能与单板粗糙度、单板含水率的关系，结合企业实际情况，提出改善单板润湿性的途径。参照国家标准GB/T 176571999甲醛释放量干燥器测试法，进而对杨木胶合板试件不同封闭法、不同部位，不同含水率以及不同温度对胶合板甲醛释放量的影响进行研究，探讨胶合板甲醛释放的机理和释放主要途径，为完善胶合板甲醛释放量测试的国家标准提供依据。2 材料与方法2.1 原材料2.1.1 工厂试验材料（1）UFUF购买于广和胶水厂。UF调胶配方：原胶100份，面粉20份，NH4Cl 4。UF性能指标见表2。表2 ：胶粘剂的性能指标固体含量/%粘度/spH值游离甲醛/%固
10、化时间/s水溶性比重51.3397.20.132580.81.221（2）胶合板本试验所采用的胶合板生产日期为2003年3月24日。板坯规格：12202440 mm；厚度：9 mm；含水率：8.5-8.6%。单板购于山东临沂地区，树种：毛白杨（Populus. Tomentosa Carr.）。该胶合板的热压工艺参数见表3。表3 ： 热压工艺参数表面压力/MPa热压温度/热压时间/S11-141005202.1.2 润湿试验材料从企业收集大姜饼木（Parinari.excelsa）(蔷薇科，姜饼木属)、柳桉（Pentacme. contorta Merr.et Rolfe）和西南桦（Betul
11、a. Alnoides Buch.-Ham. ex D. Don）单板作为试验对象，单板规格见表4。液体表面张力及其分量见表5。表4 ：单板的规格树 种厚度/mm密度/gcm-3幅面尺寸/mm含水率/%平均差标准差大姜饼木0.60.920.011100504-17桦木2.80.5420.0121005010-14柳桉0.60.4600.0101005010-15表5 ：液体表面张力及其分量液体vLdp甘油63.437.026.4水72.821.851.02.2方法2.2.1优化工艺为开发胶合板优化工艺，满足低毒UF使用要求，生产高质量板材，采用单因子试验方法，分、三组进行。组试验：研究固化剂用
12、量的影响，分析草酸用量的影响，其他条件为NH4Cl 3，涂胶量300 g/m（双面），陈化时间5 h。组试验：研究涂胶量的影响，其他条件为NH4Cl 3，草酸4，陈化时间5 h。组试验：研究陈化时间的影响，其他条件为NH4Cl 3，草酸4，涂胶量300 g/m（双面）。2.2.2润湿性为探索不同树种单板润湿性，采用单因子试验方法，分、三组进行。组试验：在不同含水率条件下，分析单板的表面接触角和表面自由能，找出单板含水率与润湿性的关系。组试验：研究旋刀锋刃程度对单板润湿性的影响，找出单板表面质量与润湿性的关系。组试验：研究树种对单板润湿性的影响，比较三种不同树种单板的接触角，分析接触角与抓拍时间
13、的关系，为合理测试单板润湿性奠定基础。2.2.3 甲醛释放量为科学评价胶合板甲醛释放量，对测试条件与相关因素进行分析，分3组试验进行。组试验：采用正交试验法，选用正交试验表L25（56）。选择不同封闭法、不同部位，不同含水率3个因子，每1个因子安排5个水平，因子和水平见表6。表6 ：正交试验的因子和水平表因子水平一水平二水平三水平四水平五封闭情况封两宽边封两长边封周边封两表面不封板的部位A1B3A3C4B6含水率/%8.5-8.610.3-10.512.8-13.215.3-15.917.8-18.6按图1编号，裁成400400 mm的小板，各取A1，A4，B3，B6，C5五个部位的小板裁成5
14、0150 mm试件。 根据表6要求对试件喷10 g、20 g、30 g、40 g水以调整试件含水率。然后用铝箔纸分别对试件进行封边和封面处理。根据式（1）计算试件含水率。 （1）式中w为试件含水率（%）；为未喷水试件含水率（%）；m为未喷水的试件重量（g）；为喷水量（g）。组试验：对含水率对甲醛释放量的影响做验证试验，对试件分别喷为5 g、10 g.50 g的水，根据式（1）计算出含水率范围，探索含水率对甲醛释放量的影响规律。组试验：研究环境温度对胶合板甲醛释放量的影响，分别选用测试温度为20、25、30、35、40 。2.3 试验仪器实验室试验采用计算机控制的光学接触角测量仪OCA20（Co
15、ntact Angle Syeterm）、JB-4C粗糙度测量仪、体式显微镜、红外线含水率快速测定仪、分光光度计、天平（感量0.01 g；感量0.001 g）、干燥器（直径240 mm，容积9-11 L）、结晶皿（直径120 mm,高度60 mm）。工厂试验是在广东省某中型胶合板企业中进行的，所用设备和仪器均为企业现在生产使用的完好装置，部分测试在学校实验室进行。该企业拥有1条由1台2440 mm旋切机和1台两层喷气式网带干燥机组成的连续式单板生产线；有2台1220 mm旋切机和1台两层喷气式网带干燥机；有2台1220 mm四辊涂胶机、3台2440 mm涂胶机、4台冷压机和5台（共57层）热压机。3 结果与分析3.1优化工艺（1）组试验图2 草酸用量对胶
