一種木質纖維增強阻燃泡沫複合板材及其製備方法

2023-08-02 21:24:06

專利名稱：一種木質纖維增強阻燃泡沫複合板材及其製備方法
技術領域：
本發明屬於生物基阻燃複合泡沫材料技術領域，具體涉及一種木質纖維增強阻燃 泡沫複合板材。
背景技術：
泡沫複合板材是一種由內外兩種材料膠合壓制或直接內層發泡而成的複合材料， 板材外層採用高強度材料，內層採用輕質隔熱泡沫材料。泡沫複合板材自問世40餘年來 發展迅速，在美國、日本、英國、澳大利亞等國已被廣泛地應用。我國在20世紀80年代初 期開始從美國、韓國、奧地利等國引進生產技術和設備，現從事生產科研的單位已達近千 家。目前國內生產開發泡沫複合板材的公司主要有遼寧中捷新型建築板材有限公司，深 圳市赤曉組合房屋有限公司，北京多維彩鋼壓型板有限公司，上海新昕板材有限公司等。 巴斯夫開發出結構保溫板材(SIP)採用聚氨酯無縫隙壁空硬泡，夾芯板外層採用木質面 板。陶氏公司在全球範圍內全新推出金屬面夾芯板用交聯聚異氰酸酯(PIR)硬質泡沫材 料-V0RATHERMTM系列。拜耳公司在其開發出的Model House保溫系統中，大量採用了聚氨 酯泡沫複合板材。泡沫複合板材的製備工藝主要有兩種方式，包括自動連續發泡複合一次成型(如 聚氨酯泡沫複合板、酚醛泡沫複合板等)；膠合壓制固化成型(如聚苯乙烯泡沫等)，其複合 板用結構膠粘劑有無溶劑聚氨酯單組分膠粘劑和雙組分膠粘劑、酮醛雙組分膠粘劑等。目前我國工程中常使用的泡沫複合板材，從外觀劃分主要有金屬面板(主要是鍍 鋅鋼板、冷軋鋼板、不鏽鋼板、鋁板)、塑料面板和木質面板。按芯材材料的不同，分為酚醛泡 沫複合板、聚氨酯夾芯板、聚苯乙烯夾芯板、泡沫鋁夾芯板、泡沫混凝土複合芯板等。酚醛泡 沫作為「第三代泡沫保溫材料」，具有輕質、阻燃、保溫、無煙無毒等諸多優點，但泡沫自身強 度較差，通過金屬面板複合，大大增加其強度，可廣泛應用於工業廠房、船舶、體育場館、民 用住宅、醫院、活動板房等建築，具有良好的應用前景。但同時相對價格較高，釋放的游離苯 酚甲醛也會對環境造成汙染。聚氨酯泡沫複合板導熱係數低、強度高、耐老化、質量輕等特 點；聚苯乙烯夾芯板具有防水、保溫隔熱、輕質、抗震、廉價等特點。但考慮到防火要求，聚氨 酯、聚苯夾芯板的防火性能差，其芯材的燃燒性能達不到Bl級要求，一般多用在臨時建築、 半永久性建築、受荷載限制的建築中。泡沫鋁夾芯板輕質、高比剛度，並具有良好的減振性 能，已在汽車製造、航空、航天等領域得到應用。目前使用最多的泡沫鋁夾芯板是採用直接 膠粘法，但膠粘法存在不耐高溫、易老化、連接強度低等缺點，另外其高昂的成本使其應用 範圍進一步受到限制。泡沫混凝土複合芯板是以加壓平板為面層，以泡沫混凝土為夾芯的 複合夾芯板。具有抗彎強度極高，表面平整，尺寸準確、輕質、保溫隔熱效果好等特點，但成 本較高，大規模推廣有難度。我國現在泡沫複合板芯材仍以聚苯乙烯和聚氨酯為主。聚苯乙烯泡沫複合板近年 來已形成年產3200萬平方米的生產能力，生產廠家已發展到300多家；聚氨酯泡沫在國內 外已廣泛應用於外牆保溫夾芯板材中；近年來我國酚醛泡沫複合板行業發展很快，已有近10家企業建有全自動連續化生產線，我國去年泡沫複合板產量已超過500萬平方米。2006 年我國鋁箔面硬質聚氨酯夾芯板產量為193. 7萬平方米，鋁箔面酚醛泡沫複合板產量為 304. 17萬平方米，鋼絲網架泡沫複合板產量為2673. 9萬平方米，非金屬面泡沫複合板產量 為6466. 6萬平方米。按照每年10%的增長速度，到十二五期間，泡沫複合板材的產量可達 到1.5億平方米。到目前為止，包括各類矽酸鈣板、紙面石膏板、玻鎂平板等各種無機建築 板材在內，我國建築板材每年產量約為16億平方米，消耗量約為12億平方米。按現有發展 趨勢，預計十二五期間，用於各類牆體材料建築板材市場消費量可望達到20億平方米，考 慮到泡沫複合板材性能上的優異性，至少佔到10%的市場份額，另外再加上在交通運輸領 域和生產企業領域的應用，泡沫複合板材的市場需求不會低於3億平方米。對於目前產量 不足1億平方米的泡沫複合板材而言，具有廣闊的市場應用前景。隨著我國泡沫複合板產業的發展，已經逐步形成了完整的技術標準體系 JC689-1998《金屬面聚苯乙烯夾芯板》、JC/T868-2000《金屬面硬質聚氨酯夾芯板》、JC/ T869-2000《金屬面巖棉、礦渣棉夾芯板》、JC/T1051-2007《鋁箔面硬質酚醛泡沫複合板》、 GB/T23932-2009《建築用金屬面絕熱夾芯板》。綜上所述，泡沫複合板材憑藉其獨特的結構組成特點，具有重量輕、強度高、剛性 大、良好的抗震、隔熱、隔音性能，越來越廣泛的應用於高層框架、接層建築、外牆保溫層。尤 其在快速安裝投入使用方面，在可裝可拆、材料的周轉復用指數方面，都有明顯優勢，將是 不可缺少的新型輕質建築材料。因此，開發環保型、輕質阻燃型高強度低成本三聚氰胺-尿 素-甲醛、酚醛泡沫複合板對加快實現人民安居樂業具有重要意義。

發明內容
為了解決現有泡沫複合板材存在的成本高、毒性大等缺點，本發明提出了一 種木質纖維增強阻燃泡沫複合板材及其製備方法，具有成本相對低、毒性小的特點。本發明的技術方案為一種木質纖維增強阻燃泡沫複合板材，外層為木質平板，內 層泡沫芯材為木質纖維增強的酚醛泡沫或三聚氰胺改性脲醛泡沫材料，所述的木質纖維經 過偶聯劑處理。所述的木質平板選自單層木板、複合木板、複合刨花板、高密度阻燃板材中的任一 種。所述的偶聯劑為Y-氨丙基三乙氧基矽烷、Y-氯丙基三乙氧基矽烷、乙烯基三乙 氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、鈦酸四異丙酯、正鈦酸四丁酯中的任一種。所述的泡沫芯材厚度為廣150mm，木質平板的厚度為0. 05 10mm。所述木質纖維先與<木質纖維質量0. 5%的偶聯劑混合均勻後烘乾。製備木質纖維增強阻燃泡沫複合板材的方法，由泡沫芯材和木質平板由膠粘劑採 用常規的層壓熱複合的方法製備而成，或採用常規的在固定的木質平板之間直接發泡而 成。所述的膠粘劑選自酚醛膠、脲醛膠、三聚氰胺改性脲醛膠、萬能膠、白乳膠中的任一種。採用層壓熱複合方法時壓力為0.02MPa，溫度為120°C，加壓熱複合時間為 5 IOmin0
4
直接發泡是將固定好的雙層木質平板置於70°C恆溫箱中充分發泡3(T60min得 到。有益效果
1.本發明採用了農林可再生性的木質纖維作為原材料，將其轉化可獲得一種具有較 高使用價值的新材料，對於構建節能社會，推動可持續發展戰略，以及為解決「三農」問題具 有積極的意義。2.本發明中木質纖維作為阻燃泡沫基體的增強型材料，真正實現了木質纖維的 高值化利用，同時可以有效降低阻燃泡沫複合板材的成本。3.本發明的具有木質纖維的增強阻燃泡沫夾層結構，可提高預成型體的抗壓、抗 彎曲和抗衝擊性能。4.本發明的基體材料選用三聚氰胺改性脲醛樹脂，三聚氰胺改性脲醛泡沫基體 材料阻燃性好、力學性能強，特別是其低有毒物釋放，用作室內裝飾材料滿足環保要求。5.製備方法簡單有效，適於進行規模擴大化工業生產。6.這種纖維增強阻燃泡沫材料建築外牆體保溫工程領域可發揮巨大的作用，還 可用於作室內隔音、裝飾和家具材料。是一種具有實際應用價值的阻燃泡沫複合板材。


圖1為本發明的採用層壓熱複合方法製備的木質纖維增強泡沫複合板材。圖2為本發明的採用直徑發泡製備得到的木質纖維增強泡沫複合板材。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。—種木質纖維增強阻燃泡沫複合板材，外層為木質平板，內層泡沫芯材為木質纖 維增強的酚醛泡沫或三聚氰胺改性脲醛泡沫材料，所述的木質纖維經過偶聯劑處理。所述 的偶聯劑為Y-氨丙基三乙氧基矽烷、Y-氯丙基三乙氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、乙 烯基三甲氧基矽烷、鈦酸四異丙酯、正鈦酸四丁酯中的任一種。所述的木質平板選自單層木 板、複合木板、複合刨花板、高密度阻燃板材中的任一種。所述的泡沫芯材厚度為廣150mm， 木質平板的厚度為0. 05 10mm。所述木質纖維先與<木質纖維質量0. 5%的偶聯劑混合均勻 後烘乾。製備木質纖維增強阻燃泡沫複合板材的方法，由泡沫芯材和木質平板由膠粘劑採 用常規的層壓熱複合的方法製備而成，所述的膠粘劑選自酚醛膠、脲醛膠、三聚氰胺改性脲 醛膠、萬能膠、白乳膠中的任一種。採用層壓熱複合方法時壓力為0.02MPa，溫度為120°C， 加壓熱複合時間為5 10min。參見圖1所示，得到的是一種具有木質纖維增強泡沫的夾層結 構，由木質纖維增強泡沫芯材1、上面板2、下面板3構成，其中木質纖維增強泡沫芯材1由 木質纖維4和膠粘劑5構成，木質纖維增強泡沫芯材設置在上下面板之間形成預成型體。或採用常規的在固定的木質平板之間直接發泡而成。直接發泡是將固定好的雙層 木質平板置於70°C恆溫箱中充分發泡3(T60min得到。參見圖2所示，木質纖維增強泡沫 芯材1、上面板2、下面板3構成，木質纖維4混合於泡沫芯材中，上下面板之間固定形成預 成型體。
下面給出部分實施例以對本發明作進一步說明，但以下實施例並非是對本發明保 護範圍的限制說明，該領域技術人員根據本發明內容作出一些非本質性的改進和調整仍屬 本發明保護範圍。實施例1
第一步木質纖維增強阻燃泡沫材料的製備首先將木質纖維中加入0. 25份的Y-氨丙 基三乙氧基矽烷偶聯劑，均勻攪拌後於60°C烘乾，待用。然後再取60份酚醛樹脂，然後依次 加入磷酸固化劑6份，丁腈橡膠2份，環戊烷發泡劑4份和偶聯劑處理後的木質纖維觀份。 將混合物置於捏合機中常溫條件下捏合均勻後取出置於發泡模具中於70°C發泡固化成型。第二步木質纖維增強阻燃泡沫複合板材的製備
將第一步製得的泡沫材料切割成一定形狀，將上下面分別塗上一定質量的白乳膠， 上下面板選用2mm厚單層木板，分別將木板與泡沫材料的接觸面上塗上一定質量的白乳 膠，將塗膠的單層木板的塗膠面分別與泡沫材料的塗膠面粘合，置於熱壓機上在0. 02MPa、 120°C溫度下加壓熱複合5-lOmin後冷卻即製得木質纖維增強阻燃泡沫複合板材。25mm厚 的木質纖維增強阻燃泡沫複合板材能夠承載的平壓強度為1. MMPa，剪切強度為0. 86MPa。實施例2
第一步木質纖維增強阻燃泡沫材料的製備
首先將木質纖維中加入0. 5份的偶聯劑Y -氯丙基三乙氧基矽烷，均勻攪拌後於60°C 烘乾。然後再取一定質量三聚氰胺改性脲醛樹脂，然後依次加入然後再取陽份酚醛樹脂， 然後依次加入對甲基苯磺酸固化劑10份，丁腈橡膠5份，環戊烷發泡劑10份和偶聯劑處理 後的木質纖維20份。將混合物置於捏合機中常溫條件下捏合均勻後取出置於發泡模具中 於70°C發泡固化成型。第二步木質纖維增強阻燃泡沫複合板材的製備
將第一步製得的泡沫材料切割成一定形狀，將上下面分別塗上一定質量的酚醛膠，上 下面板選用4mm厚高密度阻燃板材，分別將高密度阻燃板材與泡沫材料的接觸面上塗上一 定質量的酚醛膠，將塗膠的高密度阻燃板材的塗膠面分別與泡沫材料的塗膠面粘合，置於 熱壓機上在0. 02MPa、120°C溫度下加壓熱複合5-lOmin後冷卻即製得木質纖維增強阻燃泡 沫複合板材。30mm厚的木質纖維增強阻燃泡沫複合板材能夠承載的平壓強度為1.63MPa， 剪切強度為0. QlMPa0實施例3
第一步木質纖維增強阻燃泡沫材料的製備
首先將木質纖維中加入0. 5份的偶聯劑Y -氯丙基三乙氧基矽烷，均勻攪拌後於60°C 烘乾。然後再取一定質量三聚氰胺改性脲醛樹脂，然後依次加入然後再取75份酚醛樹脂， 然後依次加入對甲基苯磺酸固化劑9份，丁腈橡膠3份，環戊烷發泡劑4份和偶聯劑處理後 的木質纖維9份。將混合物置於捏合機中常溫條件下捏合均勻後取出置於發泡模具中於 70°C發泡固化成型。第二步木質纖維增強阻燃泡沫複合板材的製備
將第一步製得的泡沫材料切割成一定形狀，將上下面分別塗上一定質量的脲醛膠，上 下面板選用0. 5mm厚高密度阻燃板材，分別將高密度阻燃板材與泡沫材料的接觸面上塗 上一定質量的酚醛膠，將塗膠的高密度阻燃板材的塗膠面分別與泡沫材料的塗膠面粘合，置於熱壓機上在0. 02MPa、12(TC溫度下加壓熱複合5-lOmin後冷卻即製得木質纖維增強 阻燃泡沫複合板材。15mm厚的木質纖維增強阻燃泡沫複合板材能夠承載的平壓強度為 1. OlMPa，剪切強度為 0. 35MPa0實施例4
第一步木質纖維增強阻燃泡沫材料的製備
首先將木質纖維中加入0. 25份的偶聯劑正鈦酸四丁酯，均勻攪拌後於60°C烘乾。然後 再取一定質量三聚氰胺改性脲醛樹脂，然後依次加入然後再取80份酚醛樹脂，然後依次加 入對甲基苯磺酸固化劑8份，丁腈橡膠1份，環戊烷發泡劑5份和偶聯劑處理後的木質纖維 6份。將混合物置於捏合機中常溫條件下捏合均勻後取出置於發泡模具中於70°C發泡固化 成型。第二步木質纖維增強阻燃泡沫複合板材的製備
將第一步製得的泡沫材料切割成一定形狀，將上下面分別塗上一定質量的萬能膠，上 下面板選用0. 05mm厚複合刨花板，分別將複合刨花板與泡沫材料的接觸面上塗上一定質 量的酚醛膠，將塗膠的複合刨花板的塗膠面分別與泡沫材料的塗膠面粘合，置於熱壓機上 在0. 02MPa、120°C溫度下加壓熱複合5-lOmin後冷卻即製得木質纖維增強阻燃泡沫複合板 材。IOOmm厚的木質纖維增強阻燃泡沫複合板材能夠承載的平壓強度為0. 61MPa，剪切強度 為 0. 24MPa0實施例5
第一步木質纖維增強阻燃泡沫材料的製備
首先將木質纖維中加入0. 75份的偶聯劑鈦酸四異丙酯，均勻攪拌後於60°C烘乾。然後 再取一定質量三聚氰胺改性脲醛樹脂，然後依次加入然後再取65份酚醛樹脂，然後依次加 入磷酸固化劑10份，丁腈橡膠1份，環戊烷發泡劑4份和偶聯劑處理後的木質纖維20份。 將混合物置於捏合機中常溫條件下捏合均勻後取出置於發泡模具中於70°C發泡固化成型。第二步木質纖維增強阻燃泡沫複合板材的製備
將第一步製得的泡沫材料切割成一定形狀，將上下面分別塗上一定質量的三聚氰胺改 性脲醛膠，上下面板選用IOmm厚高密度阻燃板材，分別將高密度阻燃板材與泡沫材料的接 觸面上塗上一定質量的酚醛膠，將塗膠的高密度阻燃板材的塗膠面分別與泡沫材料的塗膠 面粘合，置於熱壓機上在0. 02MPa、12(TC溫度下加壓熱複合5-lOmin後冷卻即製得木質纖 維增強阻燃泡沫複合板材。150mm厚的木質纖維增強阻燃泡沫複合板材能夠承載的平壓強 度為1. 21MPa，剪切強度為0. 39MPa。實施例6
第一步固定木板預成型體的製備
首先將兩張8mm厚複合木板之間距離採用支架固定。第二步木質纖維填充阻燃樹脂(預發泡體系)的製備
首先將木質纖維中加入1份的偶聯劑乙烯基三甲氧基矽烷，均勻攪拌後於60°C烘乾。 然後再取一定質量三聚氰胺改性脲醛樹脂，然後依次加入然後再取70份酚醛樹脂，然後依 次加入對甲基苯磺酸10份，丁腈橡膠0. 5份，環戊烷發泡劑5. 5份和偶聯劑處理後的木質 纖維14份。第三步木質纖維增強阻燃泡沫複合板材的製備將第二步製得的預發泡樹脂塗抹於下層面板的上表面，上層面板上表施加一恆定壓力 0. 6MPa。將固定好的雙層板材置於70°C恆溫箱中充分發泡30-60min後冷卻即製得木質纖 維增強阻燃泡沫複合板材。IOOmm厚的木質纖維增強阻燃泡沫複合板材能夠承載的平壓強 度為0. 81MPa，剪切強度為0. 40MPa。實施例7
第一步固定木板預成型體的製備
首先將兩張2mm厚高密度阻燃木板之間距離採用支架固定。第二步木質纖維填充阻燃樹脂(預發泡體系)的製備
首先將木質纖維中加入1. 5份的偶聯劑乙烯基三乙氧基矽烷，均勻攪拌後於60°C烘 幹。然後再取一定質量三聚氰胺改性脲醛樹脂，然後依次加入然後再取50份酚醛樹脂，然 後依次加入對甲基苯磺酸固化劑8份，丁腈橡膠1份，環戊烷發泡劑6份和偶聯劑處理後的 木質纖維35份。第三步木質纖維增強阻燃泡沫複合板材的製備
將第二步製得的預發泡樹脂塗抹於下層面板的上表面，上層面板上表施加一恆定壓力 0. 6MPa。將固定好的雙層板材置於70°C恆溫箱中充分發泡30-60min後冷卻即製得木質纖 維增強阻燃泡沫複合板材。80mm厚的木質纖維增強阻燃泡沫複合板材能夠承載的平壓強度 為1. 81MPa，剪切強度為0. 54MPa。
權利要求
1.一種木質纖維增強阻燃泡沫複合板材，外層為木質平板，其特徵在於，內層泡沫芯材 為木質纖維增強的酚醛泡沫或三聚氰胺改性脲醛泡沫材料，所述的木質纖維經過偶聯劑處 理烘乾的。
2.根據權利要求1所述的木質纖維增強阻燃泡沫複合板材，其特徵在於，所述的木質 平板選自單層木板、複合木板、複合刨花板、高密度阻燃板材中的任一種。
3.根據權利要求1所述的木質纖維增強阻燃泡沫複合板材，其特徵在於，所述的偶聯 劑為Y-氨丙基三乙氧基矽烷、Y-氯丙基三乙氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、乙烯基三 甲氧基矽烷、鈦酸四異丙酯、正鈦酸四丁酯中的任一種。
4.根據權利要求1所述的木質纖維增強阻燃泡沫複合板材，其特徵在於，所述的泡沫 芯材厚度為廣150mm，木質平板的厚度為0. 05 10mm。
5.根據權利要求1所述的木質纖維增強阻燃泡沫複合板材，其特徵在於，所述木質纖 維先與<木質纖維質量0. 5%的偶聯劑混合均勻後烘乾。
6.製備權利要求廣5任一所述的木質纖維增強阻燃泡沫複合板材的方法，其特徵在 於，由泡沫芯材和木質平板由膠粘劑採用常規的層壓熱複合的方法製備而成，或採用常規 的在固定的木質平板之間直接發泡而成。
7.根據權利要求6所述的製備木質纖維增強阻燃泡沫複合板材的方法，其特徵在於， 所述的膠粘劑選自酚醛膠、脲醛膠、三聚氰胺改性脲醛膠、萬能膠、白乳膠中的任一種。
8.根據權利要求6所述的製備木質纖維增強阻燃泡沫複合板材的方法，其特徵在於， 採用層壓熱複合方法時壓力為0. 02MPa，溫度為120°C，加壓熱複合時間為5 lOmin。
9.根據權利要求6所述的製備木質纖維增強阻燃泡沫複合板材的方法，其特徵在於， 直接發泡是將固定好的雙層木質平板置於70°C恆溫箱中按常規方法充分發泡3(T60min 得到。
全文摘要
本發明涉及一種木質纖維增強阻燃泡沫複合板材及其製備方法，該複合板材材外層為木質平板，內層泡沫芯材為木質纖維增強的酚醛泡沫或三聚氰胺改性脲醛泡沫材料，所述的木質纖維經過偶聯劑處理。本發明還涉及所述板材的製作方法，木質平板附著在泡沫芯材的外層面板，可將上述材料通過膠粘劑採用層壓熱複合的方法製備而成，亦可在固定雙層面板之間直接發泡而成。泡沫芯材採用木質纖維增強的酚醛泡沫和三聚氰胺改性脲醛泡沫，防火性能可達到規定標準，阻燃、發煙量低、無有害氣體生成，符合環保要求，還可以使複合板材具有優異的吸音、隔熱性能，纖維增強後的泡沫基體材料具有優異的力學性能。
文檔編號B27N3/04GK102114659SQ20101059995
公開日2011年7月6日 申請日期2010年12月22日 優先權日2010年12月22日
發明者儲富祥, 張偉, 李守海, 王春鵬, 許玉芝, 趙臨五, 金立維, 馬玉峰 申請人:中國林業科學研究院林產化學工業研究所