摘要:以4A分子筛为阻燃改性剂,BL阻燃剂为阻燃剂,压制了阻燃肢合板。研究了4A分子筛用量对 BL阻燃剂处理肢合板的肢合强度与阻燃性能的影响。结果表明:加入适量的4A分子筛,阻燃肢合板 的肢合强度显著提高,对阻燃性能影响较小。当分子筛添加量为8%时,阻燃肢合板的肢合强度可达 到1.08MPa,氧指数为42.2%。

关键词:4A分子筛;肢合板;肢合强度;阻燃

胶合板广泛用于家具、室内装修和建筑业等领域 [1],但胶合板的易燃性带来了相应的消防问题[2,3]。许多 火灾的发生与蔓延与木质材料有关[4]。为了加强对生命 财产的保护,我国公安消防局于2007年3月1日颁布了 强制性国家标准GB 20286-2006《公共场所阻燃制 品及组件燃烧性能要求和标识》,2008年7月1日起强 制执行。

为了解决人造板的易燃问题,早在20世纪50年代, 国外就开始进行阻燃人造板的研制,主要是通过加入
收稿日期:2012—03—18

基金项目:北京林业大学青年科技启动基金(BLX2009002), 北京林业大学2011年国家级大学生创新创业训练计划 (G111002222)。
阻燃剂来达到阻燃的目的。但经过阻燃处理的人造板, 其强度一般下降10~25%。我国在阻燃人造板的研究和 生产方面相对落后,阻燃处理后,人造板的胶合性能及 强度降低15~40%。阻燃剂对胶合板的物理力学性能有 一定影响[5—7],限制了阻燃剂的发展和使用。

分子筛是由SiOjpAl2O3四面体通过氧桥连接而成 的晶体硅酸盐[8],可分为两大类:一类是微孔晶体材料, 孔径范围在0.3~ 1.2nm之间,根据结构组成不同可分为 X型、Y型分子筛和丝光沸石等;另一类是90年代发现 的介孔分子筛,孔径范围在2~50nm可调。随着纳米技 术的发展,分子筛的种类更加多样化。分子筛是多孔材 料,不仅具有均匀的孔结构、大的比表面积,而且表面 极性很高,可提高材料的力学性能和机械性能。

在脲醛树脂中加入纳米级的粒子作为填充剂,对 树脂的性能有一定的改性作用[9]。纳米粒子粒径小,粒 子表面原子数多,原子周围缺少相邻的原子,有许多悬 空键,具有不饱和性能,易与其他原子相结合而稳定下 来,有很大的化学活性[1°]。根据这一性质,孔径尺寸在 纳米范围内的分子筛可以加入脲醛树脂中,对树脂的胶 合性能进行改性。同时,分子筛具有耐燃的特点,4A分 子筛对膨胀型阻燃剂体系有阻燃协效作用。4A分子筛 与膨胀阻燃剂并用时对聚丙烯等高分子材料具有良好 的协同阻燃效应[11-14]。

因此,本文研究4A分子筛对经BL阻燃剂浸渍处理 的杨木单板压制的胶合板的性能的影响,这对推动阻燃 胶合板的研发与生产具有重要意义。

1材料与方法 1.1实验材料

单板:杨木单板,厚度1.4~1.5mm,含水率 8~10%,幅面30cmx30cm。

脲醛树脂胶:取自北京木材厂501胶,固含量51%, pH值8.2。

阻燃剂:BL-环保阻燃剂为实验室自制,属于磷氮 系阻燃剂,为白色粉末。

改性剂:4A-分子筛,蓝弋化学品公司购得。

1.2实验方法

胶合板制备:压制三层杨木胶合板,每层单板都进 行阻燃剂浸渍处理。

阻燃处理:采用常温常压浸渍处理工艺。

阻燃浸渍单板干燥:使用除湿干燥箱对处理单板 进行干燥,温度为85°C,终含水率控制在6~8%。

调胶:胶中加入10%的面粉,1%的氯化铵及对应量 的分子筛。

涂胶:手工涂胶。

工艺路线如下:

干单板一浸渍阻燃剂一干燥一涂胶一组坯一热压一 冷却一裁边。

根据前期的预实验,综合考虑胶合板的胶合强度及 阻燃性能,阻燃剂浓度为15%,涂胶量为380g/m2,热压 温度为120C,热压时间为65s/mm时。分子筛的加入量 分别为0,4%,8%和12%。
1.3胶合板胶合性能检测

参照国标GB/T9846-2004,按照n类胶合板条件进 行检测。

1.4胶合板阻燃性能检测

氧指数是评定阻燃性能的主要指标,本次检测参照 GB/T 2406.2-2009塑料用氧指数法测定燃烧行为。

2结果与讨论

2.1分子筛加入量对阻燃胶合板胶合强度的影响

实验中,通过调整分子筛加入量,制备了4组不 同的样板,并按照国家标准对胶合板的胶合强度进 行了检测,结果见表1。不加入分子筛时,胶合强度为 0.38MPa,低于国家标准0.7MPa,加入分子筛后,胶合 强度明显增强,达到了国家标准。
表1压制的阻燃胶合板的胶合强度及氧指数值
试验号 分子筛量(%) 胶合强度(MPa) 氧指数(%)
1 0 0.38 43.1
2 4 0.60 42.6
3 8 1.08 42.2
4 12 0.71 35.3

注:胶合板工艺参数分别是阻燃剂浓度15%,涂胶量380g/m2,热压温度 120C,热压时间65s/mm。
从图1可知,分子筛加入量在0~8%时,随着分子筛 加入量的增加,胶合板的胶合强度也增加;当分子筛加 入量大于8%时,胶合板的胶合强度虽然下降,但仍比不 加入分子筛时的大。这一方面是因为4A分子筛具有纳米 尺寸的孔径,可作为胶黏剂的填充剂,改善其胶合性能 [9]。另外,BL阻燃剂中含有的对板材胶合强度有影响的 吸湿性物质[15]如磷酸等被分子筛吸收,从而增强了胶合 板的胶合强度。分子筛加入量为12%时,胶合强度虽然
分子筛加入量(%)

图1分子筛加入量对阻燃胶合板胶合强度的影响

提高,但没有加入量为8%的高,这是因为分子筛与胶黏 剂互不相容,分子筛的加入相当于胶黏剂的填料,过多 的分子筛阻碍了胶黏剂与单板表面的接触面积,从而影 响了胶合质量。

2.2分子筛加入量对阻燃胶合板阻燃性能的影响

实验中,通过调整分子筛加入量,制备了4组不同 的样板,并通过氧指数法对胶合板阻燃性能进行了检 测,结果见表1。分子筛加入量在0~8%时,胶合板的氧 指数均大于40%。分子筛加入量为12%时,胶合板的氧 指数为35.3%,但比不加阻燃剂的胶合板的氧指数仍高 (25%)。

从图2可知,加入0~8%的分子筛会稍微降低胶合板 的阻燃性能,但影响不大。分子筛与膨胀型阻燃剂并用 到聚合物中时,能提高体系的阻燃性能[16],但在胶合板 中这一性能未能体现。分子筛加入量大于8%时,胶合板 的阻燃性能有所下降。这是因为分子筛用量增加以后, 生成的炭层的质量变差[13, 17],不能有效地阻挡热量传 递,因此未能增强阻燃效果。
分子筛加入量(%)

图2分子筛量对阻燃胶合板阻燃性能的影响

3结论

添加适量的4A分子筛可以显著提高阻燃胶合板的 胶合强度:当4A分子筛用量为8%时,阻燃胶合板的胶合 强度为1.08MPa。这是因为4A分子筛具有纳米尺寸的孔 径,可作为胶黏剂的填充剂,改善其胶合性能,另外分 子筛具有筛分分子的功能,可吸收阻燃剂中不利于胶合
的小分子。4A分子筛的加入对阻燃胶合的板的阻燃性 有负面影响,但只要控制适量影响不大。因此,4A分子 筛可作为经BL阻燃剂处理的阻燃胶合板有效的改性剂 使用。