玻璃纖維增強(qiáng)三倍體毛白楊木質(zhì)復(fù)合材料用助劑生產(chǎn)工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及木質(zhì)復(fù)合材料模制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種玻璃纖維增強(qiáng)三倍體毛白楊木質(zhì)復(fù)合材料用助劑的生產(chǎn)工藝。
【背景技術(shù)】
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[0002]木質(zhì)復(fù)合材料的基體材料主要組分是合成樹脂，一般來說，基體很少是單一的聚合物(合成樹脂)，往往還包含有其它輔助材料?？蛇x用的有:酚醛樹脂膠(包括改性酚醛)，脲醛樹脂膠(包括改性脲醛)，三聚氰胺樹脂膠，醋酸乙烯共聚乳液，環(huán)氧樹脂，聚酯樹月旨，造紙黑液，生產(chǎn)環(huán)氧樹脂回收的廢液及各種熱塑性聚合物。
[0003]酚醛樹脂是最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的一種樹脂，它的特點(diǎn)為在加熱條件下即能固化，無須添加固化劑，酸、堿對(duì)固化反應(yīng)起促進(jìn)作用；樹脂固化過程中有小分子析出，故樹脂固化需在高壓下進(jìn)行。已固化的樹脂有良好的壓縮性能，良好的耐水、耐化學(xué)介質(zhì)和耐燒蝕性能。近年來，酚醛樹脂被廣泛應(yīng)用于木質(zhì)材料與無機(jī)纖維，木質(zhì)材料與有機(jī)合成纖維復(fù)合材料之中。這就為木材的綜合利用研究和應(yīng)用開拓了新的領(lǐng)域。
[0004]本發(fā)明所用的BN-1低毒性酚醛樹脂膠是在實(shí)驗(yàn)室的條件下制得，通過合成高分子量酚醛樹脂的途徑，研制出低毒性(膠中游離酚含量< 0.1%，游離醛含量< 0.1% )，高粘附性(或高附著力)的水溶性酚醛樹脂膠粘劑。
[0005]現(xiàn)行的人造板生產(chǎn)用酚醛樹脂一般是沿用膠合板用的酚醛樹脂膠，分子量大小和分子量分布都不完全適合于生產(chǎn)工藝要求。用濕法生產(chǎn)的木質(zhì)纖維復(fù)合板，情況尤為突出，使用時(shí)樹脂流失嚴(yán)重，增強(qiáng)和膠合效果較差，而且，樹脂的游離酚含量較高，加重了生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染。
[0006]本發(fā)明是用無機(jī)纖維-玻璃纖維作木質(zhì)復(fù)合材料的增強(qiáng)材料，一般的酚醛樹脂膠在玻璃纖維表面的附著力極差，嚴(yán)重影響玻璃纖維和木質(zhì)材料的復(fù)合效果。
[0007]木質(zhì)復(fù)合材料用酚醛樹脂必須具備對(duì)增強(qiáng)纖維有好的粘附性，同時(shí)樹脂本身游離酚含量低，減少對(duì)環(huán)境的污染。經(jīng)過長期摸索，可從四個(gè)方面達(dá)到其目的:
[0008](I)合成帶正電荷的酚醛樹脂。由于木質(zhì)材料本身帶負(fù)電性,如果能夠合成帶正電荷的酚醛樹脂，便可以增強(qiáng)酚醛樹脂與木質(zhì)材料之間的靜電引力，從而達(dá)到提高酚醛樹脂附著力的目的。
[0009](2)用濕法方式制備木質(zhì)纖維復(fù)合材料。在施膠工藝中向漿料里加入聚丙烯化合物作為絮凝劑和交聯(lián)，增加酚醛樹脂在增強(qiáng)纖維上的吸附性。
[0010](3)合成高分子量酚醛樹脂。通過提高酚醛樹脂的分子量來增加酚醛樹脂對(duì)增強(qiáng)纖維的附著力，這樣可減少酚醛樹脂的用量，同時(shí)也降低酚醛樹脂的游離酚醛含量。
[0011](4)用于干法方式制備木質(zhì)纖維復(fù)合材料。調(diào)膠時(shí)加入一定量玻璃纖維表面處理劑(偶聯(lián)劑)，可使玻璃纖維表面產(chǎn)生羥基，以使酚醛樹脂與木質(zhì)材料很好地膠合起來。
[0012]第一種情況合成帶正電荷酚醛樹脂的工藝復(fù)雜，不適合于現(xiàn)行木材工業(yè)生產(chǎn)；通過試驗(yàn)了解到采用第二種情況施加聚丙烯類化合物，酚醛樹脂附著力有所提高，但用量較大成本很高，效果不是很理想；這樣選定第三種和第四種情況，在制備酚醛樹脂時(shí)，用提高反應(yīng)的聚合度合成高分子量的酚醛樹脂的方法來提高酚醛樹脂在增強(qiáng)纖維上的附著力。由于聚合度的提高，酚醛樹脂中的游離酚含量也會(huì)降低，減輕了酚類物質(zhì)對(duì)環(huán)境的污染。在制備復(fù)合材料時(shí)，將化學(xué)處理劑加入到樹脂中，使加有處理劑的樹脂與增強(qiáng)纖維表面接觸，當(dāng)樹脂受熱固化時(shí)產(chǎn)生偶聯(lián)作用。
[0013]合成高分子量的酚醛樹脂勢(shì)必對(duì)酚醛樹脂的貯存性和水混合性有影響，不利于施膠工藝的操作，所以在合成樹脂時(shí)，要恰當(dāng)?shù)乜刂品磻?yīng)程度，保證合成的酚醛樹脂有良好的水混合性和貯存期。
[0014]按材料的表面處理劑主要化學(xué)成分來分，處理劑分有機(jī)硅烷和有機(jī)絡(luò)合物兩類，本研究采用有機(jī)硅烷類處理劑進(jìn)行玻璃纖維的表面處理。
[0015]有機(jī)硅烷合水反應(yīng)生成硅醇，且以單分子層鍵合于玻璃纖維表面，相互間脫水，生成醚鍵，聚合成大分子。因而改變了玻璃纖維表面原來的性質(zhì)，使之具有憎水而親基體樹脂的性質(zhì)。
[0016]在人造板及其二次加工生產(chǎn)中，由于諸因素的影響常常出現(xiàn)粘板現(xiàn)象，一般用滑石粉、油酸作為脫模劑。由于加工產(chǎn)品幾乎全部用氨基樹脂，氨基樹脂都是在酸性(PH<7)條件下固化，而玻璃纖維增強(qiáng)三倍體毛白楊木質(zhì)復(fù)合材料用BN-1低毒性PF樹脂制備，是在堿性(PH > 7)條件下完成，且固化也是在堿性(PH > 7)條件下受熱完成。若出現(xiàn)粘板現(xiàn)象，單純用油酸(PH<7顯酸性)等作為脫模劑，與PF樹脂接觸時(shí)，嚴(yán)重影響固化程度，產(chǎn)品出現(xiàn)分層、鼓泡現(xiàn)象，為此需研制適用于玻璃纖維增強(qiáng)三倍體毛白楊木質(zhì)復(fù)合材料專用BZ-3號(hào)脫模劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0017]本發(fā)明基于玻璃纖維增強(qiáng)三倍體毛白楊木質(zhì)復(fù)合材料的制造，對(duì)生產(chǎn)過程中使用的四種助劑=BN-1低毒性酚醛樹脂膠、BZ-1號(hào)石蠟乳液防水劑、BZ-2號(hào)表面處理劑、BZ-3號(hào)脫模劑進(jìn)行研制。
[0018](I)BN-1低毒性酚醛樹脂膠:
[0019]主要指標(biāo):甲醛與苯酚的摩爾比(F / P)為2.2，反應(yīng)終點(diǎn)粘度(B4)為45s(300C)，聚乙烯醇的加入量(PVA)為0.00% (相對(duì)于苯酚的重量)。
[0020](2) BZ-1號(hào)石蠟乳液:
[0021]生產(chǎn)工藝:將適量石蠟一次性加入乳化鍋，待石蠟熔化后加入所有的油酸，低速攪拌同時(shí)升溫，當(dāng)溫度為80-90°C時(shí)，高速攪拌，同時(shí)加入I / 3的氨水+1 / 3乳化水，30min后再加2 / 3氨水+2 / 3乳化水，在85-95°C下乳化20_30min，乳化后停止加熱，緩慢加入稀釋水，水溫在40-60°C，后期停止高速攪拌，加完稀釋水后冷卻至40°C。
[0022]制備的石蠟乳液主要指標(biāo):PH值:8-9 ;濃度:30%疋存期:一個(gè)月。
[0023](3)BZ-2號(hào)表面處理劑:
[0024]成分:采用北林大BZ-2號(hào)表面處理劑，主要由有機(jī)硅烷、乙醇和水配制。
[0025](4)BZ_3 號(hào)脫模劑:
[0026]成分:采用北林大BZ-3號(hào)脫模劑，主要由氫氧化鈉、正丁醇、油酸和水配制。
[0027]本發(fā)明有益效果:
[0028]本發(fā)明制備的BZ-2號(hào)表面處理劑，是針對(duì)玻璃纖維這種原材料難以膠合的特性而研制的助劑。在與木質(zhì)材料復(fù)合前，用BZ-2號(hào)表面處理劑對(duì)玻璃纖維表面進(jìn)行化學(xué)處理。表面化學(xué)處理劑的分子結(jié)構(gòu)中，一般都帶有兩種性質(zhì)不同的活性基團(tuán)，一種基團(tuán)能與玻璃纖維結(jié)合，另一種基團(tuán)能與基體樹脂結(jié)合，從而使玻璃纖維與PF樹脂性質(zhì)差異很大的材料牢固地連接起來，達(dá)到很好的粘接目的。
[0029]玻璃纖維增強(qiáng)三倍體毛白楊木質(zhì)復(fù)合材料，主要原材料為木質(zhì)材料、酚醛樹脂、玻璃纖維。就三種材料的化學(xué)特性而言，木質(zhì)材料、PF樹脂為有機(jī)高分子聚合物，屬有機(jī)物質(zhì)，玻璃纖維為無機(jī)纖維,屬無機(jī)物質(zhì)。
[0030]由于木質(zhì)材料和酚醛樹脂分子的極性強(qiáng)，而玻璃纖維材料的極性差。根據(jù)化學(xué)原理“相似者相溶”的理論，PF樹脂與木質(zhì)材料容易復(fù)合，而與玻璃纖維很難復(fù)合，制備成的復(fù)合材料物理力學(xué)性能難以到達(dá)使用要求。故必須用一種助劑將玻璃纖維表面進(jìn)行處理，增加其表面的極性，使PF樹脂和玻璃纖維表面性質(zhì)接近產(chǎn)生共價(jià)連接，從而達(dá)到真正改善所用材料的復(fù)合效果。
【具體實(shí)施方式】
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[0031]附圖1為玻璃纖維增強(qiáng)三倍體毛白楊木質(zhì)復(fù)合材料助劑組成圖。
[0032]四種助劑生產(chǎn)工藝流程如下:
[0033](I)試驗(yàn)時(shí)將稱量好的固體苯酚用熱水熔化后加入到反應(yīng)釜中，甲醛溶液直接加入反應(yīng)釜內(nèi)，聚乙烯醇用水溶解后再加入，然后開動(dòng)電動(dòng)攪拌器和回流冷凝器，將反應(yīng)混合物攪拌均勻后加入氫氧化鈉，氫氧化鈉以30%的濃度形式加入，反應(yīng)程度通過反應(yīng)混合物的粘度控制，本試驗(yàn)采用涂-4粘度計(jì)測(cè)定粘度。
[0034](2) BZ-1號(hào)石蠟乳液工藝:將適量石蠟一次性加入乳化鍋，開始升溫熔化；待石蠟熔化后加入所有的油酸，并開動(dòng)低速攪拌，同時(shí)升溫；當(dāng)溫度為80-90°C，高速攪拌，同時(shí)加入I / 3的氨水+1 / 3乳化水，30min后再加2 / 3氨水+2 / 3乳化水，在85-95°C下乳化20-30min ;乳化后停止加熱，緩慢加入稀釋水，要求水溫在40-60°C，后期停止高速攪拌；加完稀釋水后冷卻至40°C，制好進(jìn)行放料。
[0035](3)BZ-2號(hào)表面處理劑的主要成分為:有機(jī)娃燒、乙醇和水(使用前加入)。
[0036](4)BZ-3號(hào)脫模劑的主要成分為:氫氧化鈉、正丁醇、油酸和水。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于玻璃纖維增強(qiáng)三倍體毛白楊木質(zhì)復(fù)合材料用助劑的生產(chǎn)工藝，它包括基材，增強(qiáng)材料和助劑，其特征在于:它還包括基材，增強(qiáng)材料，助劑的種類。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述助劑，其特征在于:生產(chǎn)工藝，主要指標(biāo)，成分。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述生產(chǎn)工藝，其特征在于:原料加入順序，原料加入量，乳化時(shí)間，乳化溫度，攪拌方式，加熱方式，冷卻溫度。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述主要指標(biāo)，其特征在于摩爾比，反應(yīng)終點(diǎn)粘度，聚乙烯醇加入量，PH值，濃度，貯存期。
【專利摘要】本發(fā)明涉及木質(zhì)復(fù)合材料模制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種玻璃纖維增強(qiáng)三倍體毛白楊木質(zhì)復(fù)合材料用助劑的生產(chǎn)工藝。本發(fā)明基于玻璃纖維增強(qiáng)三倍體毛白楊木質(zhì)復(fù)合材料的制造，對(duì)生產(chǎn)過程中使用的四種助劑：BN-1低毒性酚醛樹脂膠、BZ-1號(hào)石蠟乳液防水劑、BZ-2號(hào)表面處理劑、BZ-3號(hào)脫模劑進(jìn)行研制。由于木質(zhì)材料和酚醛樹脂分子的極性強(qiáng)，而玻璃纖維材料的極性差，PF樹脂與木質(zhì)材料容易復(fù)合，而與玻璃纖維很難復(fù)合，使用助劑進(jìn)行處理，增加其表面的極性，從而達(dá)到真正改善所用材料的復(fù)合效果。
【IPC分類】C08K7/14, C08L91/06, C08L97/02, C08L61/06, C08K9/06
【公開號(hào)】CN104945920
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410118271
【發(fā)明人】張雙保, 于雪斐, 王翠翠, 宋偉, 王丹丹, 侯國君, 于爭爭
【申請(qǐng)人】張雙保, 于雪斐, 王翠翠, 宋偉, 王丹丹, 侯國君, 于爭爭
【公開日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2014年3月24日