新型膠合板水性木質(zhì)復(fù)合覆面填補(bǔ)材料的制備和評價

石敏任 遲 洋 胡冬英*

（1.崇左市林業(yè)發(fā)展中心，廣西 崇左 532299；2.廣西大學(xué)資源環(huán)境與材料學(xué)院，廣西 南寧 530004）

在傳統(tǒng)的飾面膠合板生產(chǎn)過程中，當(dāng)膠合板基材表面質(zhì)量不佳時，常常采用的是在膠合板基材表面壓貼材質(zhì)均勻平整的楊樹人工速生材單板或薄木，然后再壓貼浸漬膠膜紙，稱為直貼法[1-5]，對生產(chǎn)工藝、裝備及單板質(zhì)量的要求較高[6]。因人工林木材的天然缺陷較多[7]，不易滿足該要求。因此，目前生產(chǎn)上常采用更加均質(zhì)平整的科技木皮替代楊木單板[8-9]作為基材和飾面之間的襯墊[10]。為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量穩(wěn)定性，常用復(fù)貼法進(jìn)行生產(chǎn)，浸膠紙先和單板或薄木或科技木皮熱壓膠合在一起，再將它們熱壓到基材之上形成飾面板材[11-13]。在板材的制造過程中，浸膠紙經(jīng)過了兩次熱壓[14-16]。此外，實際生產(chǎn)中更多地是對膠合板表面裂縫等缺陷處采用刮膩子、砂光處理[17-18]，以保證板材表面的平整性，防止板材不平整處的缺陷反映到浸漬膠膜紙上，影響飾面膠合板的外觀質(zhì)量和美觀程度[19]。

上述幾種方法在一定程度上可滿足一般飾面膠合板的要求，尤其是基材裂縫缺陷的刮膩子、砂光處理，工藝簡單、成本低廉[20]。然而，就高光飾面膠合板而言，對基材的平整度要求更高，基材輕微的裂縫、不平整、或其他紋理結(jié)構(gòu)缺陷，在壓制過程中有可能導(dǎo)致板材鼓泡，從而引起的板材表面凸起造成表面缺陷[21]。此外，熱壓墊板凹凸不平、墊板表面有雜物或單板表面有異物，都會造成膠合板板面局部出現(xiàn)凹凸痕跡，即板面壓痕[22-25]。這些缺陷最終會導(dǎo)致板材表面的不平整，影響美觀及后續(xù)使用，對實現(xiàn)板材的后續(xù)飾面處理造成阻礙，也會直接影響飾面的高光性[26-28]。

針對目前高光飾面膠合板生產(chǎn)面臨的由于桉木結(jié)構(gòu)及工藝影響而無法直接飾面（覆貼膠膜紙）、板表面平整度與飾面要求不匹配而造成整體高光性能不佳等問題，開發(fā)基材平整度調(diào)控覆面填補(bǔ)材料尤為重要[29]。因此，本研究致力于采用與膠合板材性相近的木粉或木纖維，開發(fā)新型膠合板水性木質(zhì)復(fù)合覆面填補(bǔ)材料，用于膠合板表面修飾，兼具與膠合板基材相容性好、干燥速度快、耐水性好、打磨性好、粘結(jié)強(qiáng)度高、打磨后粗糙度低、不容易脫落、可直接飾面等優(yōu)點。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

膨潤土、黃豆淀粉、玉米淀粉、脲醛膠、鈦白粉、硬脂酸鋅乳液、綠豆淀粉、磷酸三丁酯、納米氧化硅、凹凸棒、羥丙基甲基纖維素、三乙醇胺、聚乙二醇、聚乙烯醇等購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。桉木粉、楊木粉、松木粉由廣西桂福林木業(yè)有限公司提供，木纖維由廣西當(dāng)?shù)乩w維板生產(chǎn)廠家提供，詳細(xì)參數(shù)見文中描述部分。

1.2 試驗方法

1.2.1 水溶性膠體制備

將6 份膨潤土、11 份玉米淀粉（黃豆淀粉）、11 份脲醛膠、9 份鈦白粉、11 份硬脂酸鋅乳液與24 份水混合，在65～90 ℃條件下攪拌，得到均勻的膠體。

1.2.2 淀粉漿料制備

在11 份綠豆淀粉中加入20 份水配置成淀粉漿料，再在淀粉漿料中添加3 份磷酸三丁酯，用酸調(diào)節(jié)pH值為5，在80～100 ℃的溫度下，攪拌得到綠豆淀粉漿料。

1.2.3 水性膩子制備

將上述制得的膠體和綠豆淀粉漿料混合均勻后，加入分散劑和156 份水，分散攪拌，得到混合膠體，隨后在混合膠體中依次加入6 份納米氧化硅、5 份凹凸棒、2 份羥甲基纖維素和6 份三乙醇胺，攪拌均勻后，在80～100 ℃溫度下加入1 份聚乙烯醇得到水性膩子。

1.2.4 填補(bǔ)材料制備

將水性膩子與木粉或木纖維攪拌混合得到所述膠合板填補(bǔ)材料：木粉為150～500 目的桉木粉、楊木粉、松木粉、雜木粉中任一種；木纖維粒徑為10～50 目；木粉或木纖維占總組分的2%～11%。

1.2.5 測試方法

1）表干時間：將膩子涂抹在底材上厚度約0.5 mm，在100 ℃的條件下，表層膩子膜干燥所用的時間。

2）耐水性：將涂抹膩子的試樣放入(23±2) ℃ 的蒸餾水中浸泡4 h后取出，用濾紙吸干表面水分，檢查試樣表面情況，無脫落、起泡脫落等現(xiàn)象。

3）耐磨性：使用320 砂紙、1 000 砂紙、2 000 砂紙分別打磨樣品，共打磨100 次，需打磨后樣品表面平整，未見底。磨耗值g，面積5 cm×8 cm。

4）干強(qiáng)度：用鋸機(jī)切割膩子層觀察表面情況，最高等級設(shè)為0 級，即切割邊緣完全平滑、網(wǎng)格內(nèi)無脫落。

5）濕強(qiáng)度：樣品浸泡4 h后，用鋸機(jī)切割膩子層觀察表面情況，最高等級設(shè)為0 級，即切割邊緣完全平滑、網(wǎng)格內(nèi)無脫落。

6）粗糙度：膩子層經(jīng)過砂光后，使用表面粗糙度儀測定膩子層表面的粗糙度。

7）相容性：觀察膩子層與試件間的界面是否契合。8）穩(wěn)定性：觀察樣品是否有透底、鼓泡、透膠的現(xiàn)象。

2 結(jié)果與分析

2.1 木粉種類/目數(shù)差異影響分析

2.1.1 耐水性、干/濕強(qiáng)度、相容性、穩(wěn)定性

根據(jù)LY/T 2056—2012 《木粉膩子》 的要求，對制備的膩子進(jìn)行性能檢測，結(jié)果如表1所示。

表1 基于木粉種類/目數(shù)差異復(fù)合膩子性能分析Tab.1 Property analysis of composite putty based on wood powder difference

由表1數(shù)據(jù)可知，所添加木纖維目數(shù)的增加有利于耐水性的提高，即優(yōu)選是500 目。同時，木粉種類的差異性對于耐水性也存在一定的影響，耐水性最優(yōu)為桉木粉，其次為楊木粉、雜木粉、松木粉、竹粉。

對于干強(qiáng)度而言，細(xì)的木纖維比粗的木纖維干強(qiáng)度大，即優(yōu)選是500 目。濕強(qiáng)度顯示出同樣的規(guī)律。干強(qiáng)度最強(qiáng)的為桉木粉、雜木粉、楊木粉，其次為松木粉、竹粉。濕強(qiáng)度最強(qiáng)的為桉木粉、楊木粉、雜木粉、松木粉，其次為竹粉。

對于相容性而言，木粉的添加解決了傳統(tǒng)膩子與桉木膠合板素板基材材性差異大，相容性差的問題，可以滿足高光飾面膠合板生產(chǎn)需要。

2.1.2 表干時間、耐磨性、粗糙度

分別對添加了150、300、500 目的竹粉、松木粉、楊木粉、雜木粉以及桉木粉的膩子進(jìn)行表干時間、耐磨性、粗糙度的對比分析。如圖1(a)所示，細(xì)的木粉比粗的木粉干得更快，即優(yōu)選是500 目。然而，木粉種類的差異性對于表干時間的長短沒有顯著影響。如圖1(b)所示，細(xì)的木纖維比粗的木纖維磨耗值更小，即優(yōu)選是500 目，更易打磨且磨耗值最低的為楊木粉。如圖1(c)所示，粗的木纖維比細(xì)的木纖維膩子層粗糙度大，即優(yōu)選是500 目。膩子層粗糙度最小的為桉木粉，其次為楊木粉、雜木粉、松木粉、竹粉。

2.2 木纖維粒徑差異影響分析

2.2.1 耐水性、干/濕強(qiáng)度、相容性、穩(wěn)定性

根據(jù)LY/T2056—2012 《木粉膩子》 的要求，對制備的膩子進(jìn)行性能檢測，結(jié)果如表2所示。

表2 基于木纖維粒徑差異復(fù)合膩子性能分析Tab.2 Property analysis of composite putty based on wood fiber particle size difference

根據(jù)表2可知，除試驗13外,其余膩子的耐水性、干強(qiáng)度、濕強(qiáng)度、相容性、穩(wěn)定性總體上均優(yōu)于對照組。說明添加適量的木纖維能夠改善膩子的耐水性等性質(zhì)。綜合分析，添加30 目7%的木纖維可以得到良好的效果。

2.2.2 各反應(yīng)溫度對表干時間的影響

復(fù)合膩子制備各階段反應(yīng)溫度對表干時間的影響如圖2所示。其中，圖2(a)、(b)、(c)分別代表階段1、階段2以及階段3的反應(yīng)溫度與表干時間的關(guān)系圖。

圖2 各反應(yīng)溫度對表干時間的影響Fig.2 The influence of reaction temperature on surface drying time

選用的木粉皆為30 目固含量為7%的木纖維。如圖2所示，階段1和階段2，表干時間隨著溫度的升高而增加，故階段1的優(yōu)選溫度是65 ℃，階段二的優(yōu)選溫度是80 ℃。階段3隨著溫度的升高表干時間先減小后增大，故優(yōu)選溫度是90 ℃。

2.2.3 粒徑和固含量對表干時間的影響

按照各階段溫度分別為65、80、90 ℃，木纖維占總量7%的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗。如圖3(a)所示，隨著目數(shù)的增加，膩子的表干時間逐漸減小，說明木纖維顆粒越細(xì)小水分易揮發(fā)。但30 目與50 目的差異不顯著，綜合考量后，優(yōu)選目數(shù)為30 目。

圖3 粒徑(a)和固含量(b)對表干時間的影響Fig.3 Influence of particle size (a) and solid content (b) on surface drying time

按照各階段溫度分別為65、80、90 ℃，木纖維目數(shù)為30 目的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗。如圖3(b)所示，隨著固含量的增加，膩子的表干時間逐漸增大。但若未添加木纖維，則耐水性、強(qiáng)度、相容性等特性會下降，綜合分析優(yōu)選固含量為7%。

2.2.4 各反應(yīng)溫度對耐磨性的影響

復(fù)合膩子制備各階段反應(yīng)溫度對耐磨性的影響如圖4所示。其中，圖4(a)、(b)、(c)分別代表階段1、階段2以及階段3的反應(yīng)溫度與耐磨性的關(guān)系圖。

圖4 各反應(yīng)溫度對耐磨性的影響Fig.4 The influence of reaction temperature on wear resistance

選用的木粉皆為30 目固含量為7%的木纖維。如圖4所示，階段1優(yōu)選65 ℃，其耐磨性最低；階段2耐磨性最低的為80 ℃和90 ℃，綜合考量優(yōu)選80 ℃；階段3優(yōu)選90 ℃，其耐磨性最低。

2.2.5 粒徑和固含量對耐磨性的影響

按照各階段溫度分別為65、80、90 ℃，木纖維占總量7%的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗。如圖5(a)所示，用30 目木纖維制備的膩子經(jīng)砂光后質(zhì)量損失最小，故優(yōu)選目數(shù)為30 目。

圖5 粒徑(a)和固含量(b)對耐磨性的影響Fig.5 The influence of particle size (a) and solid content (b) on wear resistance

按照各階段溫度分別為65、80、90 ℃，木纖維目數(shù)為30 目的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗。如圖5(b)所示，隨著木纖維固含量的增加，膩子的耐磨性整體呈下降趨勢，綜合考量優(yōu)選固含量為7%。

2.2.6 各反應(yīng)溫度對粗糙度的影響

復(fù)合膩子合成各階段反應(yīng)溫度對粗糙度的影響如圖6所示。其中，圖6(a)、(b)、(c)分別代表階段1、階段2以及階段3的反應(yīng)溫度與粗糙度的關(guān)系圖。

圖6 各反應(yīng)溫度對粗糙度的影響Fig.6 The influence of reaction temperature on the roughness

選用的木粉皆為30 目固含量為7%的木纖維。如圖6所示，階段1優(yōu)選溫度為65 ℃，階段2優(yōu)選溫度為80 ℃，階段3理論優(yōu)選溫度為80 ℃，但考慮到80 ℃與90 ℃對粗糙度的影響不大，從總體上綜合分析優(yōu)選90 ℃。

2.2.7 粒徑和固含量對粗糙度的影響

按照各階段溫度分別為65、80、90 ℃，木纖維占總量7%的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗。如圖7a所示，隨著木纖維目數(shù)的增加，膩子表面粗糙度降低。但30 目與50 目對粗糙度的影響不大，考慮到耐磨性等綜合因素，優(yōu)選目數(shù)為30 目。

圖7 粒徑(a)和固含量(b)對粗糙度的影響Fig.7 The influence of particle size (a) and solid content (b) on roughness

按照各階段溫度分別為65、80、90 ℃，木纖維目數(shù)為30 目的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗。如圖7b所示，隨著木纖維固含量的增加。膩子的粗糙度整體呈上升趨勢，綜合考量優(yōu)選固含量為7%。

3 結(jié)論

本文探究了制備復(fù)合膩子各階段反應(yīng)溫度，所添加木粉種類、木纖維目數(shù)以及用量對膩子的表干時間、耐水性、耐磨性、干強(qiáng)度、濕強(qiáng)度、粗糙度、相容性及穩(wěn)定性的影響?？偨Y(jié)了各項性能最佳的合成溫度，需添加的木纖維的最佳種類、目數(shù)以及用量。主要得出以下結(jié)論：

1）木纖維的添加可以解決傳統(tǒng)膩子與桉木膠合板素板基材材性差異大，相容性差的問題，可以滿足高光飾面膠合板生產(chǎn)需要。

2）合成膩子的各階段最佳反應(yīng)溫度分別是65、80、90 ℃，合成膩子的最佳目數(shù)為500 目，木纖維的最佳用量為反應(yīng)物總量的7%。

3）所添加木纖維種類對膩子的干強(qiáng)度、濕強(qiáng)度、耐磨性、粗糙度性能有著顯著影響，對表干時間、相容性、穩(wěn)定性沒有顯著影響。其中，對于膩子的濕強(qiáng)度與粗糙度，按照性能由高到低排列依次是：桉木粉、楊木粉、雜木粉、松木粉、竹粉。對于膩子的干強(qiáng)度，按照性能由高到低排列依次是：桉木粉、雜木粉、楊木粉、松木粉、竹粉，對于膩子的耐磨性，按照性能由高到低排列依次是：楊木粉、松木粉、雜木粉、桉木粉、竹粉。