環保防潮阻燃密度板生產技術與設備研究

摘要：研究了環保防潮阻燃密度板的生產技術與設備。研究結果表明：以三聚氰胺和ZQZHJ-05助劑 對尿醛樹脂膠進行改性，并在密度板生產過程中通過專門研制的投料裝置向纖維中添加適量的納米 微膠囊防水劑和粉末阻燃劑，可使密度板同時獲得良好的防水性能和阻燃性能。采用上述技術及設 備制造環保防潮阻燃密度板，具有較好的工藝性和實用性，不但技術可靠，而且方法簡單，容易實 施，經濟效益好。

密度板作為重要的工程材料，越來越廣泛地應用 于建筑裝飾裝修、家具生產、地板生產、船舶和車輛內 裝修等領域，為國民經濟建設發揮了重要作用。然而， 與其它木質材料一樣，密度板具有較高的吸濕性和可燃性，因此，以密度板為材料制造的家具及室內外裝 修工程如遇潮濕環境，容易使板材構件產生吸濕膨脹 變形，嚴重影響家具等的使用性能和使用壽命[1]。此 外，以密度板為材料制造的家具及室內外裝修工程一 旦遇到火災，火勢蔓延速度很快，很易造成人員及財 產損失。隨著國民對家居安全意識的增強，市場熱切 需要具有環保及多功能的人造板材[2]。然而，目前我國 市面上的功能性密度板材多只具有單一功能，要么只 防潮，要么只阻燃，不能滿足市場對多功能密度板的 要求。將防潮功能和阻燃功能合為一體，研發高品質的環保型防潮阻燃密度板，順應社會及市場需求，符 合國家建材發展戰略及環保政策，利國利民，同時也 對改善人造板企業產品結構，增強企業市場競爭力起 到重要的促進作用。

1 密度板防潮與阻燃技術

1.1 需要解決的技術問題

近年來我國林業大專院校學者及業內專家對阻燃 及防潮技術在密度板中的應用進行了大量的卓有成效 的研究，并取得了許多研究成果[3～9]。但總的來說，目 前在防潮和阻燃及多功能性密度板研究方面，多僅限 于單一功能問題的研究，即密度板單一的防潮和單一 阻燃功能的研究。而對于如何使密度板同時具備防潮 和阻燃功能問題的研究則鮮見于報端。為了迎合市場 需要，本課題組在吸收業內同行成功經驗與技術的基 礎上，開展了防潮阻燃密度板的研究。研發同時具備 防潮和阻燃功能的密度板，需著重解決以下幾個技術 問題：

1）防水劑和阻燃劑的選型及配置問題；

2）脲醛膠的防水改性問題；

3）防水劑、阻燃劑及染色劑的添加方式問題；

4）熱壓工藝問題。

1.2 密度板的防潮技術

在密度板的防潮處理技術方面，本課題主要采取 以下兩大措施：1）對脲醛樹脂膠進行改性處理。即在脲 醛樹脂膠生產過程中加入適量三聚氰胺和ZQZHJ-05 助劑，以盡可能降低脲醛樹脂膠的親水性，提高膠水的 防水性能；2）添加專用防水劑。即在密度板生產過程中 添加適量的納米微膠囊防水劑以代替石蠟。

1.3 密度板的阻燃技術

在密度板的阻燃處理技術方面，本課題主要采用 干粉阻燃劑在密度板生產過程中對纖維進行阻燃處 理，使密度板獲得阻燃功能。即利用纖維干燥后二次風 送管道中的負壓，在管道開口處使用葉片式下料轉閥連 續定量向纖維中添加阻燃劑，并通過變頻調速電機控 制阻燃劑的添加量。本阻燃處理方法不但使密度板獲 得較好的阻燃效果，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

本課題根據企業實際生產情況，將現有木材原料按桉木梢∶松木∶硬雜木∶廢單板=1∶0.2∶0.3∶0.2的 比例進行下料，該木材原料配比充分考慮了各類木材 纖維優勢的互補性，使纖維綜合性能較佳。另外，為減 少熱磨動力消耗和獲得良好的纖維質量，應在熱磨的 前兩天對木片進行含水率調整，使木片含水率均勻且 達到40～50%左右為宜。

2.2 防水尿醛樹脂膠的制備

本課題采用自制的加強型防水脲醛樹脂膠作為膠 黏劑，該加強型防水脲醛樹脂膠制備方法如下： 將主要制膠原料甲醛、尿素和三聚氰胺等按甲 醛∶尿素∶三聚氰胺=1∶0.7∶0.2的比例在制膠反應釜 中進行制備。膠水具體制備過程中，將甲醛按其總量 分二次加注，尿素按其總量分四次投入，三聚氰胺按 其總量分二次投入。期間分別用氫氧化鈉和硫酸銨 調節酸堿度。制膠反應終點粘度控制在17.5～18.5秒/ 涂-4杯之間，反應終點溫度控制在40℃。在脲醛膠的 制備過程中還加入適量ZQZHJ-05助劑，以降低脲醛 膠和密度板產品中的甲醛釋放量，使其達到國家環保 要求，同時還可提高密度板的力學強度。在防水脲醛 膠的制備過程中使用ZQZHJ-05助劑，其防水作用是 三聚氰胺的3～5倍，而且防水效果比單獨使用三聚氰 胺要好，有利于降低生產成本。

2.3 防水劑

為提高密度板的防水性能，本課題采用納米微膠 囊防水劑代替石蠟，該納米微膠囊防水劑具有以下重 要性能：

1）防水劑采用物理包覆技術，沒有刺激性等異 味、憎水性強，防水效果好，且不影響成品板強度。

2）防水劑顆粒納米化，分散性好，比表面積大， 覆蓋性好，用量少，可降低防水成本。

3）防水劑顆粒度小，穩定性好，儲存期長。

2.4 阻燃劑制備

為提高密度板的阻燃性能，本課題采用自行研 制的NPB復合粉末阻燃劑作為阻燃材料，其制備方法 如下：

將主要化工原料硫酸銨、磷酸氫二銨、硼酸、 脫模劑等按∶硫酸銨∶磷酸氫二銨∶硼酸∶脫模劑 =6∶2∶1∶0.01的比例混合均勻，再加入適量氫氧化 鈉，然后用研磨機將混合物研磨成粒度為200～300目 的粉劑。

2.5 染色劑

為便于市場用戶區分特殊功能密度板的不同功 能，本課題研發的環保防潮阻燃密度板采用墨綠色液 體工業染色劑對密度板進行染色。

3 防潮阻燃密度板生產工藝

3.1 工藝技術路線

本環保防潮阻燃密度板采用制造工藝如下（圖 1）：

3.2 主要工藝技術參數

1）防水劑添加量：7.0～7.5kg/m3；

2）阻燃劑添加量：38～4 8k g/m 3（防火等級C 級）；

3）施防水膠量：200～210kg/m3；

4）固化劑添加量：先按固化劑∶水=1∶6～9加熱溶 解，再按膠黏劑的0.5%～0.8%添加；

5）染色劑添加量：2.0kg/m3；

6）木纖維含水率：8～10%；

7）熱壓壓力：1.9～2.2MPa；

8）熱壓溫度：185～210℃；

9）熱壓時間：290～310s/車；

10）生產速度：15～18m/min。

4 主要關鍵工藝設備

4.1 防水劑施加裝置

防水劑施加裝置是給熱磨纖維添加防水劑的設 備，該裝置示意圖如圖2所示。主要由電機、水泵、防水 劑貯存罐、攪拌器、高壓定量齒輪泵及防水劑噴頭等 組成。為能根據工藝要求定量、精準、均勻地添加防水 劑，要求驅動高壓定量齒輪泵的電機轉速可調，相關 參數由熱磨工段主控系統根據熱磨纖維噴管的實時 流量自動調整。

如圖2所示，本防水劑施加裝置首先將貯運罐1中 的防水劑通過水泵3抽注到貯存罐8中，貯存罐內設有 攪拌器7對防水劑進行攪拌，防止防水劑液面結膜。然 后通過高壓定量齒輪泵11將貯存罐8中的防水劑經防水劑噴頭15注入到熱磨纖維噴管14中，在高壓霧化作 用下，使防水劑與纖維在熱磨纖維噴管中混合均勻， 較后進入纖維干燥管16中進行干燥。與其它液體注入 技術相比，本防水劑注入裝置可靠性較高。采用閉環 控制系統，能根據熱磨纖維噴管的實時流量自動調整 高壓定量齒輪泵的轉速，實現按配方比控制納米微膠 囊防水劑的施加量。此外，本防水劑注入裝置結構簡 單，易于制造，維護簡單。

4.2 染色劑添加裝置

染色劑添加裝置的主要作用是使纖維均勻著色。 染色劑添加方法與防水劑添加方法基本相同，也是將 染色劑直接注入到熱磨機纖維噴管中。不同的是染色 劑添加裝置只需要一級泵給即可，而且不需要設置攪 拌裝置。本研發的染色劑添加裝置主要由染料貯罐、 電機、高壓定量齒輪泵、染色劑噴頭等組成。為了能根 據工藝配方定量、精準、均勻地添加染色劑，亦要求驅 動高壓定量齒輪泵的電機轉速可調，顏色深淺可由熱 磨主控系統自動調節。

4.3 阻燃劑投料裝置

本研究采用的阻燃劑投料裝置如圖3所示。其主 要作用是將阻燃劑粉末按工藝要求精準、定量地投入 纖維輸送管道中，使阻燃劑粉末與纖維均勻混合。該 裝置主要由阻燃劑料倉、投料電機、阻燃劑下料轉閥、 變頻調速器等組成。為了使阻燃劑投放時能根據工藝要求定量可調，本阻燃劑投料裝置采用變頻調速器對 投料電機進行轉速調節，并可通過中控室工業PLC進 行控制。

與螺旋式機械定量阻燃劑投料裝置相比，本阻 燃劑投料裝置具有以下優點：

1）定量精確。本阻燃劑投料裝置采用容積恒定的 葉片式下料轉閥，同時采用變頻器對投料電機轉速進 行精準調控，故可準確定量投料。

2）結構簡單，容易實施。本阻燃劑投料裝置所需 零部件大多為定型產品，只需根據實際需要選購即可， 因此易于制造，成本低。

5 技術應用與分析

5.1 應用實例

1）生產線：上海板機廠10萬立方米全套生產線；

2）產品名稱：E1環保防潮阻燃密度板；

3）產品規格：2440mm×1220mm×15mm；

4）主要工藝參數：

①防水劑添加量：7.2kg/m3；

②阻燃劑添加量：45kg/m3；

③施膠量：210kg/m3；

④固化劑添加量：按固化劑∶水=1∶7配制固化 劑溶液，按膠黏劑的0.8%添加；

⑤染色劑添加量：2.0kg/m3；

⑥木纖維含水率：8.5%；

⑦熱壓壓力：2.1MPa；

⑧熱壓溫度：190℃；

⑨熱壓時間：360s/車；

⑩生產速度：13.0m/min。

產品的質量檢測指標見表1。

5.2 技術分析

對本實施例產品質量檢測結果表明：吸水厚度 膨脹率5.6%＜9.0%，達到國標防潮性能要求；氧指數 36～37%＞33%，達到國標C級阻燃性能要求；甲醛釋 放量4.2mg/100g＜8.0mg/100g，達到國標E1級環保 性能要求；其它物理力學性能指標亦均達到或優于國 家標準。說明本研發的環保防潮阻燃密度板原料配置 合理，工藝參數正確，技術方案可行，產品質量達到預 期目標。由于目前市場上關于防潮功能板的質量判定， 在其它性能達標的前提下，主要看板的密度和吸水厚 度膨脹率指標，所以該兩指標可根據客戶要求進行調 整，可獲得不同級別的防潮阻燃功能板。

本研發的環保防潮阻燃密度板及制造技術具有 以下特點：

1）采用普通密度板生產線進行生產，原生產工藝 路線不變，只需在原生產線外局部增加防水劑、阻燃 劑和染色劑投料裝置即可進行生產，容易實施。

2）與目前同類產品的制造方法相比，具有生產工 藝簡單、技術參數精確、工藝可靠性強、產品防潮和 阻燃性能好、物理力學性能優越、生產速度接近或等 于普通密度板生產線、生產效率高、經濟效益好的特 點。

3）采用的防水劑和阻燃劑無毒、無污染，所采用 的防水膠黏劑甲醛釋放量達到國家E1級環保質量標 準，確保了本產品的高環保品質。

4）用本制造方法可生產不同規格、不同密度的環 保防潮阻燃密度板。

6 結束語

本項目屬新產品開發生產性試驗項目，是在公司前期已成功開發防潮密度板和阻燃密度板的基礎上 進行技術整合開發的新功能產品，以獲得防潮阻燃綜 合功能的新型密度板產品為目的。由于生產應用性試 驗成本較高，動輒幾十萬上百萬，所以不能像在實驗室 里那樣設置若干個變量進行參數優選，更不能做多因 素正交實驗，只能以技術合并加生產經驗的辦法來形 成技術方案，以實用為目的，以確保成功為目標。盡管 如此，之前也曾遭受過數次試驗的失敗，主要是產品 的防潮性能（濕水厚度膨脹率）和環保性能（甲醛釋放 量）達不到技術要求，幾經技術方案和參數調整方得 今日之成功，特借此平臺將經驗與同行分享，以達到相 互切磋、提高的目的。