一种用于制备板材的组合物、密度板及其制备方法

技术领域

本发明属于人造板领域，具体涉及一种用于制备板材的组合物、密度板及其制备方法。

背景技术

密度板是纤维原料施加脲醛树脂等合成树脂在加热加压条件下压制而成的板材。密度板具有良好的物理力学性能和加工性能，可以制成不同厚度的板材，因此广泛用于家具制造业、建筑业、室内装修业等。但在制作和使用过程中，由于脲醛树脂等有机粘结剂的使用以及天然木质材料因生化反应积攒的甲醛，密度板会缓慢释放一定量的甲醛等有害挥发性有机物，严重影响生产工人和消费者的健康。因此，寻求一种新型的无甲醛释放的环保型木质密度板对缓解生态压力及改善人们的生活环境具有非常重要的意义。

发明内容

针对上述问题，本发明创新性的提出采用高温凝结硬化迅速，早后期强度高，粘结性能好、收缩小、耐高温性能及抗冻融性能好的碱/酸激发地质聚合物矿物胶凝材料为粘结剂，以矿物胶凝材料达到粘结剂甲醛零排放，采用激发剂吸收生物质甲醛，力求实现甲醛零释放植物纤维板的制备及木质碎屑资源的有效利用。

在第一方面，本发明提供了一种用于制备板材的组合物，所述组合物包括纤维粉体、硅铝酸盐类矿物粉体、激发剂和有机乳液，所述激发剂选自碱性激发剂和酸性激发剂。

根据上述组合物的一些实施方式，硅铝酸盐类矿物粉体矿物选用煅烧高岭土和低钙粉煤灰，优选为600-750℃煅烧而成的煅烧高岭土。

根据上述组合物的一些实施方式，硅铝酸盐类矿物粉体矿物为天然高岭土及煅烧高岭土，以干粉质量计，氧化硅含量为45-55重量％，氧化铝含量为35-45重量％，氧化硅和氧化铝含量总和应大于85重量％。

根据上述组合物的一些实施方式，硅铝酸盐类矿物粉体矿物为粉煤灰，以干粉质量计，氧化硅含量为45-60重量％，氧化铝含量为20-35重量％，氧化钙含量小于10重量％。

根据上述组合物的一些实施方式，所述纤维粉体选自天然纤维粉体，优选选自木质纤维粉体和植物纤维粉体，优选为木质纤维粉体。

根据上述组合物的一些实施方式，所述纤维粉体来源于杨木、松木、衫木、桦木、榆木、水曲柳木、麦草、稻草和甘蔗渣的一种或几种。

根据上述组合物的一些实施方式，纤维粉体的长度在5-15mm范围内，粒径在1-4mm范围内。

根据上述组合物的一些实施方式，所述碱性激发剂选自碱金属氢氧化物溶液、可溶性硅酸盐溶液，单独使用或者多种激发剂复合使用，优选碱金属氢氧化物-可溶性硅酸盐混合溶液为激发剂。

根据上述组合物的一些实施方式，所述激发剂可以是碱金属氢氧化物溶液、可溶性硅酸盐溶液，单独使用或者多种激发剂复合使用，优选碱金属氢氧化物-可溶性硅酸盐混合溶液为激发剂。

根据一些实施例，所述碱金属氢氧化物-可溶性硅酸盐的复合溶液中，(以激发剂总量计算)，

碱金属氢氧化物占比：5-20重量％；

硅酸盐溶液占比：25-95重量％；

额外水占比：20-5重量％；

单独碱金属氢氧化物溶液浓度：(以激发剂总量计算)5％～50％；

单独可溶性硅酸盐溶液浓度：(以激发剂总量计算)10％～40％；

其中可溶性硅酸盐模数(硅酸盐中氧化硅和碱金属氧化物摩尔比)＝1.0～4.0。

根据上述组合物的一些实施方式，以硅铝酸盐类矿物粉体的总重量为基准，碱性激发剂的含量为100-200重量％。

根据上述组合物的一些实施方式，所述酸性激发剂选自磷酸、磷酸氢盐以及磷酸二氢盐水溶液，优选磷酸为激发剂。

根据上述组合物的一些实施方式，酸性激发剂溶液的浓度在10～80重量％之间。

根据上述组合物的一些实施方式，酸性激发剂溶液与硅铝酸盐类矿物粉的质量比在0.8～1.2之间。

根据上述组合物的一些实施方式，以纤维粉体和硅铝酸盐矿物粉体的总重量为基准，硅铝酸盐类矿物粉体的含量为15-60重量％，纤维粉体的含量为40-85重量％，激发剂的含量为100-200重量％，有机乳液的含量为0.5-10重量％。

根据上述组合物的一些实施方式，当激发剂为酸性激发剂时，激发剂的含量为120-200重量％，当激发剂为碱性激发剂时，激发剂的含量为100-200重量％。

根据上述组合物的一些实施方式，硅铝酸盐类矿物粉体与纤维粉体的重量比为1:5-1:1.5，优选为2:1-1:1.5，最优选1.5:1-1:1。

根据上述组合物的一些实施方式，所述的组合物还包括防水剂。

根据上述组合物的一些实施方式，以纤维粉体和硅铝酸盐矿物粉体的总重量为基准，防水剂的含量为0.5-10重量％。

根据上述组合物的一些实施方式，所述有机乳液选自丙烯酸酯乳液及其衍生物、苯乙烯-丙烯酸酯乳液及其衍生物、丁二烯-苯乙烯共聚物及其衍生物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物及其衍生物，优选苯乙烯-丙烯酸酯乳液及其衍生物。

根据上述组合物的一些实施方式，有机乳液的掺量以纤维粉体和硅铝酸盐矿物粉体的总重量为基准，为0.5-10重量％。

根据上述组合物的一些实施方式，所述防水剂选自有机硅烷类防水剂和长链脂肪酸盐类防水剂，优选地，其掺量以纤维粉体和硅铝酸盐矿物粉体的总重量为基准，为0.5-10重量％。

本发明第二个方面提供了上述组合物用于制备板材优选密度板的用途。

本发明第三个方面提供了一种密度板，其包括硅铝酸盐类矿物粉体与激发剂形成的地质聚合物层和纤维网格层。优选地，所述纤维网格选自聚丙烯纤维网格、聚乙烯纤维网格、聚乙烯醇纤维网格以及玻璃纤维网格，纤维网格的孔直径优选为2-5mm。

硅铝酸盐类矿物粉体矿物选用煅烧高岭土和低钙粉煤灰，优选为600-750℃煅烧而成的煅烧高岭土。

根据上述密度板的一些实施方式，硅铝酸盐类矿物粉体矿物为天然高岭土及煅烧高岭土，以干粉质量计，氧化硅含量为45-55重量％，氧化铝含量为35-45重量％，氧化硅和氧化铝含量总和应大于85重量％。

根据上述密度板的一些实施方式，硅铝酸盐类矿物粉体矿物为粉煤灰，以干粉质量计，氧化硅含量为45-60重量％，氧化铝含量为20-35重量％，氧化钙含量小于10重量％。

本发明第四个方面提供了一种板材优选密度板的制备方法，包括用本发明第一方面所述组合物与纤维网格进行压制成型，优选包括以下步骤：

(1)将纤维粉体和硅铝酸盐矿物粉体混合，得到第一混合物，

(2)将第一混合物与激发剂、有机乳液和任选的防水剂进行混合，得到第二混合物；

(3)将第二混合物与纤维网格置于模具进行压制成型，优选地，压制成型后的加固模具进行加压蒸养。

根据上述方法的一些实施方式，所述压制成型包括：将第二混合物与纤维网格铺制完成后，对模具加盖，并以0.05-0.5MPa/s的速率加载到1-5MPa时，停止增压，保持2-10min。

根据上述方法的一些实施方式，所述加压蒸养包括加固模具于40-80℃的环境中蒸养1-10h，冷却后脱模。

根据上述方法的一些实施方式，纤维网格可以是聚丙烯纤维网格、聚乙烯纤维网格、聚乙烯醇纤维网格以及玻璃纤维网格等，纤维网格的孔直径选取在2-5mm，优选玻璃纤维网格。

本发明采用高温凝结硬化迅速，早后期强度高，粘结性能好、收缩小、耐高温性能及抗冻融性能好的碱/酸激发地质聚合物矿物胶凝材料为粘结剂，以矿物胶凝材料达到粘结剂甲醛零排放，采用激发剂吸收生物质甲醛，实现了甲醛零释放植物纤维板的制备及木质碎屑资源的有效利用。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不受下述实施例限定。

【实施例1】

准确称量各物质，干粉材料的总重量为基准，松木木质纤维碎屑的重量为70重量％、煅烧高岭土粉体的重量为30重量％，苯乙烯-丙烯酸酯乳液的掺量为0.5重量％，硅烷防水剂掺量为0.5重量％，以煅烧高岭土粉体的总重量为基准，碱金属氢氧化物-可溶性硅酸盐激发剂溶液的掺加量为100重量％。

其中，以激发剂的总重量为基准，氢氧化钠固体颗粒的含量为9.3重量％、浓度为38％的工业硅酸钠溶液(氧化硅与氧化铝比值为3.4)含量为82.5重量％、外加水的含量为8.2重量％。

(A)木质纤维碎屑和硅铝酸盐类矿物粉体的预混合处理：

根据各组分的重量配比，准确称取各组分，将松木木质纤维碎屑和煅烧高岭土粉体在室温环境中置于机械混料机中充分0.5h，保证粉体均匀分布。

(B)拌和：

准确称量激发剂溶液、苯乙烯-丙烯酸酯乳液和硅烷防水剂，将上述组分置于容器中中混合均匀，随后，将步骤(A)得到的预混的粉体置于行星式搅拌机中并加入混合溶液，进行充分搅拌5min，直至混合均匀。

(C)装模：

装模之前，在冷压机的模具中喷涂脱模剂，优选地，该脱模剂为甲基硅油。随后，将步骤(B)得到的混合均匀的半干状态的物料首先均匀铺平至冷压机模具深度一半处，铺设纤维网格后将剩余物料装满模具。

(D)压制成型：

将物料及纤维网格铺制完成后，对模具加盖，并以0.05MPa/s的速率加载到1MPa时，停止增压，保持5min后以螺丝加固模具与顶盖以保持压力。

(E)加压蒸养：

将步骤(D)得到的加固模具置于80℃的环境中蒸养3h，冷却后脱模，根据需要进行切割，即得到所需地质聚合物胶结密度板。

【实施例2】

准确称量各物质，干粉材料的总重量为基准，松木木质纤维碎屑的重量为70重量％、煅烧高岭土粉体的重量为30重量％，苯乙烯-丙烯酸酯乳液的掺量为0.5重量％，硅烷防水剂掺量为0.5重量％，以煅烧高岭土粉体的总重量为基准，磷酸激发剂溶液的掺加量为80重量％。

其中，以磷酸激发剂溶液的总重量为基准，磷酸的含量为70重量％。

(A)木质纤维碎屑和硅铝酸盐类矿物粉体的预混合处理：

根据各组分的重量配比，准确称取各组分，将松木木质纤维碎屑和煅烧高岭土粉体在室温环境中置于机械混料机中充分0.5h，保证粉体均匀分布。

(B)拌和：

准确称量磷酸激发剂溶液、苯乙烯-丙烯酸酯乳液和硅烷防水剂，将上述组分置于容器中中混合均匀，随后，将步骤(A)得到的预混的粉体置于行星式搅拌机中并加入混合溶液，进行充分搅拌5min，直至混合均匀。

(C)装模：

装模之前，在冷压机的模具中喷涂脱模剂，优选地，该脱模剂为甲基硅油。随后，将步骤(B)得到的混合均匀的半干状态的物料首先均匀铺平至冷压机模具深度一半处，铺设纤维网格后将剩余物料装满模具。

(D)压制成型：

将物料及纤维网格铺制完成后，对模具加盖，并以0.05MPa/s的速率加载到1MPa时，停止增压，保持5min后以螺丝加固模具与顶盖以保持压力。

(E)加压蒸养：

将步骤(D)得到的加固模具置于80℃的环境中蒸养6h，冷却后脱模，根据需要进行切割，即得到所需地质聚合物胶结密度板。

【实施例3-5】

按照实施例1的方法，不同的是，木质纤维碎屑和硅铝酸盐矿物粉体的参数见表1。

【实施例6-8】

按照实施例2的方法，不同的是，木质纤维碎屑和硅铝酸盐矿物粉体的参数见表1。

【实施例9-11】

按照实施例1的方法，不同的是，有机乳液和防水剂的参数见表1。

【实施例12-14】

按照实施例2的方法，不同的是，有机乳液和防水剂的参数见表1。

【实施例15-16】

按照实施例1的方法，不同的是，碱金属氢氧化物-可溶性硅酸盐溶液的参数见表1。

【实施例17-18】

按照实施例2的方法，不同的是，磷酸激发剂溶液的参数见表1。

【对比例1】

按照实施例1的方法，不同的是，不加入有机乳液及防水剂参数见表1。

【对比例2】

按照实施例2的方法，不同的是，不加入有机乳液及防水剂参数见表1。

【实施例19-21】

按照实施例1的方法，不同的是，变更木质纤维碎屑种类参数见表1。

【实施例22-24】

按照实施例2的方法，不同的是，变更木质纤维碎屑种类参数见表1。

【测试例】

按照国标GB/T 17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》分别对实施例1-13和对比例1-5制备的植物纤维板材进行静曲强度、吸水膨胀率、尺寸稳定性、含水率、甲醛释放量、内胶合强度、香烟灼烧等级(表面耐香烟灼烧性能)进行测试，结果如表2所示。

表1

表1中木质纤维碎屑、硅铝酸盐粉体、有机乳液以及防水剂的重量％是以干粉材料的总重量为基准；碱金属氢氧化物-可溶性硅酸盐激发剂的重量％是以硅铝酸盐粉体的总重量为基准.

表2

虽然在上文中已经参考了一些实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明范围的情况下，可以对其进行各种变换。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是落入权利要求的范围的所有技术方案。