环保阻燃胶的开发
 
摘要为了改善人造板的阻燃性能及降低人造板游离甲醛释放量,在引进国外先进技术基础上,历经两年的消化、吸收、 创新工作,开发出一种集环保、阻燃、抑烟、胶粘于一体的环保型阻燃胶。实验室及福州人造板厂生产性试验结果表明, 这种胶粘剂符合中密度纤维板生产的要求,可生产出低游离甲醛释放的阻燃中密度纤维板。初步的成本分析表明,与常 用阻燃剂相比,这种阻燃胶在价格上极具优势。
 
关键词游离甲醛释放环保阻燃胶绿色人造板
 
1我国人造板游离甲醛释放量严重超标问题的严重 性及强制性治理标准的出台
 
同目前世界上绝大多数人造板企业一样,我国现 有的近3 000家具有一定规模的各类人造板企业基本 上是使用脲胶。由于脲胶具有制造成本低、胶粘性好、 色泽接近木材等优点,脲胶在人造板行业用胶量中约 占85%90%。国内生产的脲醛胶游离甲醛含量普 遍偏高,除了在制胶和压板有甲醛释放外,用脲胶制成 的人造板在使用过程中也会持续大量释放游离甲醛。 据中国室内装饰协会室内环境监测中心提供的信息, 游离甲醛释放缓慢,3年内为高峰期,315年内为衰 退期,要在15年以后才能解除脲胶人造板游离甲醛释 放污染环境的问题。
李光沛,教授,北京林业大学,北京100083 蔡静蕊,任强,张建,通讯地址同第一作者 陆懋圣,王旭,福州人造板厂,福州350009 修回日期:2002-03-14
甲醛是一种挥发性有机物,常温下无色,有辛辣刺 激性气味,易溶于水。存在于使用脲胶制造的中密度 纤维板、刨花板、碎料板、胶合板、复合地板、细木工板 中,并不间断地向周围环境中释放出来。人在游离甲 醛浓度为0.2mg/m3以上环境中居住生活,会产生鼻、 咽、喉部不适、灼烧感、咳嗽、胸部有紧束感、呼吸困难、 头痛心悸,严重的会造成粘膜溃烂、痉挛、神经系统疾 患及肝、肾功能损害,特别是有游离甲醛释放的室内环 境中会对孕妇、婴儿带来致命的危害,如畸形婴儿、婴 儿和儿童血液病。据不完全统计,在使用非环保材料 装修的房间内居住13年内的儿童经常有发生各种 疾病的现象,其中儿童白血病病例为数不少。由于甲 醛是不间断地从脲胶人造板中游离出来,即使保持室 内通风也不能根本解决问题。
 
我国政府和主管部门对上述问题给予了足够的重 视和密切关注。我国媒体和居民对此也有越来越多的 报道和投诉。最近温家宝副总理又指示国家质量监督 检疫总局制定强制性国家标准,其中《室内装饰装修材
 
据检测,使用我国现有非环保型建材装饰装修的 居室,多项超标,其中居室内游离甲醛浓度普遍达 0.240.35mg/m3,其来源主要是使用脲胶的各类人 造板。
 
2环保型阻燃胶的特点
 
为彻底解决我国人造板游离甲醛释放量严重超标 问题,尽可能找到一条治本的办法,国家林业局和科技 司多次指示要采取有效技术加紧彻底解决这个问题。
 
顺应这种紧迫的形势,我们在引进国外无毒阻燃胶先 进技术的基础上,经过了一年的努力,通过消化一吸收 一创新的一系列研究与开发,使之从实验室的小试成 果转化成应用于我国MDF行业的环保型阻燃胶。这 是一种无色无嗅无毒的低粘度水基胶粘剂,具有良好 的阻燃性和抑烟性。集胶粘性、环保性、阻燃性和低成 环保阻燃胶的开发——李光沛陆懋圣蔡静蕊王旭任
本四大优势于一体。目前,北京林业大学正在大力促 进和实施环保阻燃胶的产业化进程。
 
环保型阻燃胶具有以下几方面的特点:
 
(1)属环保型产品。因构成该产品的各组分均属 无毒性化工原料,反应过程中释放物及反应生成物无 毒,属于无毒环保型阻燃胶。
 
(2)阻燃性好。据对用它处理过的易燃物进行检 测,表明其阻燃性优于市场上大多数种类的阻燃剂,譬 如聚磷酸系、有机磷酸系、溴系等。由于该阻燃胶分子 聚合度高、分散性好,与纤维能形成较牢固的结合,,
 
(3)抑烟性好。一般阻燃剂处理过的物品,在明 火熄灭后还会持续冒烟,烟气中含有来自阻燃剂及物 品中的多种有毒气体,往往造成火灾现场多数遇难者 窒息死亡。本产品抑烟性良好,用它处理过的材料,经 检测其烟密度等级SDR仅为24,远远低于国标GB/ T8627中规定的低于75的指标。
 
(4)该阻燃胶与一般胶粘剂亲和性好,无排异性, 能相辅相成。不同于一般阻燃剂与胶粘剂混用时明显 降低胶合强度的情况。单纯使用阻燃胶可制出环保阻 燃中密度纤维板,用它与低毒脲胶按一定比例搭配使 用会取得更好的技术经济效果。
 
(5)该阻燃胶无色透明、无异味,可依用途不同调 节成弱酸性、中性和弱碱性而仍保持原有功效,可制得 液剂型(固含量50%55%)和粉剂型产品。
 
(6)制造成本低。It固含量50% ~55%的阻燃 胶制造成本:化工原料为1 300元,制造成本为800 元,合计2 100元/t。
 
(7)通过改造后的脲胶反应釜即可制取阻燃胶, 不必另添设备。MDF生产设备不须改造,工艺参数无 强张建 25
大调整。
 
(8)该阻燃胶在热压过程中,会产生出有捕捉与 之共用脲胶释放出游离甲醛功能的反应副产物,省去 熏氨工艺,降低生产成本。
 
该阻燃胶由6种无毒成分组成,主要组分是尿素 和磷酸,占原料重量的99.9%,另外由4种成分配置 成关键成分——催化剂,占原料重量的0.1%。催化 剂的功能在于促进化学反应而又能控制反应的进程, 使反应物性能达到我们的预期目标。没有催化剂的这 种特殊功效,反应是无法进行的,也得不到环保型阻燃 胶C
 
3对环保型阻燃胶的创新研究
 
我们引进的是经俄国专家13年研究的成果,俄国 把这种阻燃胶应用于航天材料。在人造板上的应用仅 完成压制硬质纤维板的实验室阶段的工作。
 
在环保型阻燃胶实验站,我们对俄方技术文件做 了重大创新研究,主要是:
 
(1)制胶工艺规程的改进,包括催化剂施加时间, 冷却与升温节拍,稀释水施加时间等,防止了在制胶过 程中产生凝胶、沉淀问题,还简化了制胶工艺,按引进 技术制备的阻燃胶贮存期仅1个月,采用改进后的工 艺制备的阻燃胶可贮存9个月而无沉淀析出。
 
(2)改变了俄方提出的热压参数,建立了接近我 国MDF企业现行热压工艺条件的热压曲线,制得合 格的MDF板。板面颜色浅,密度为0.60.8g/cm3, 无水溃、焦斑。热压温度为170180t:,热压时间为 30~40s/mm 板厚。
 
上述创新研究为环保型阻燃胶在我国MDF企业 的应用创造了前提条件。
 
4环保型阻燃胶在我国MDF生产中的应用试验
 
2001年34月我们在福州人造板厂,与厂方科 研人员紧密合作,用我们自制的阻燃胶,在福州人造板 厂进行了压制MDF的首次尝试。
 
4.1小试准备
 
实验方案为单独使用环保型阻燃胶制板和用阻燃 胶与该厂现用的脲胶搭配使用制板。在选用热压工艺 参数时尽量结合工厂现行工艺参数,使企业便于接受 阻燃胶。
 
实验采用的施胶量为:单独使用阻燃胶15%;搭 配使用:阻燃胶10 %,脲胶5 % ;
 
实验采用的热压工艺参数为•.热压温度170t:,单 位压力 1.2~2.5MPa。
 
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实验结果表明,单独使用阻燃胶制得的MDF阻 燃性可达B1级(难燃),游离甲醛释放量1 -4mg/100g 板(这部分游离甲醛不是来自阻燃胶,而是来自木材原 料)。内结合强度可达0.661.2MPa,大大超过我国 用国标规定的0.5MPa指标,静曲强度可达30MPa以 上。阻燃胶与脲胶混用,搭配比例应从阻燃、环保、力 学性能几方面综合考虑。阻燃胶在热压时产生一些氨 气,这对与脲胶混用时降低游离甲醛释放十分有利。 福州人造板厂目前有一套熏氨设备用来处理MDF以 降低游离甲醛释放量。使用阻燃胶后可省去熏氨工 艺,降低生产成本。
 
4.2生产性试验
 
在小试基础上,进行了生产性试验.
 
(1)制胶生产性试验制胶生产试验利用原制胶 反应釜进行。因制胶反应釜技术性能不适应制备阻燃 胶且原工艺投放催化剂时机不当,造成短时间内剧烈 放热,又无法及时降温,因而反应失控反应物大量喷 泄。经我们对俄方提供的技术文件进行了认真的改进 后,有效防止了前述问题,批量生产阻燃胶5.6t,-,因 设备性能所限试验生产的阻燃胶质量与实验室制出的 阻燃胶相比还有些不足c
 
根据生产性试验的经验,我们认为要利用原有反 应釜生产阻燃胶,必须对设备进行改进,包括增设:① 快速有效的水冷却系统;②快速卸料阀(加催化剂用); ③排氨系统;④通向反应釜内的加水管(单向阀);⑤方 便安全的取样装置,测pH值等。
 
(2)制板生产试验利用制好的阻燃胶在一分厂 MDF车间进行了制板压制试验。按阻燃胶与脲胶以 12% : 3%混用方案压制4' x 16'幅面MDF,热压工艺 条件是:热压温度165170t:,单位压力1.2 ~ 2.5MPa,热压时间30s/mm板厚。未出现散坯和粘板 现象。
 
4.3产品性能
 
对生产试验所得的板样进行检测,得到如下结果: ①环保性:游离甲醛释放量4. 5mg/100g板,优于 欧洲E1级中纤板(<9mg/100g板)的指标;②阻燃性 (B1级):a.氧指数可达到50(国标规定>48);b.燃烧 性能合格,且未见滴落物;c.烟密度24(国标规定< 75);d.烟气温度峰值212t:(国标规定<200t、)。③ 中纤板物理力学性能:a.密度0.7g/cm3(属于70型中 纤板);b.含水率8%;c.吸水厚度膨胀率(因试验未加 防水剂,故未测此项指标);d.静曲强度合格,达80型一 级板指标指数;e.内胶合强度部分合格,尚不稳定。
 
(下转第31页) 林产工业2002年第29卷第3期