阻燃胶黏剂的制备及其应用研究

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现有木质材料阻燃技术存在的问题:1)阻燃工艺复杂;2)阻燃剂影响树脂的胶合性能;3)阻燃剂易析出流失而丧失阻燃效果。克服上述弊端,简化阻燃工艺是目前木质材料阻燃研究领域的重点问题之一。本研究以自制的三聚氰胺改性脲醛树脂胶黏剂(MUF)和膨胀型阻燃剂为原料,通过机械添加法制备了阻燃MUF,并对MUF及阻燃MUF性能进行了研究,重点探讨了阻燃MUF的胶合性能和阻燃性能,确定了集胶合性能和阻燃性能于一体的阻燃MUF的制备技术,并利用阻燃MUF开发了阻燃实木复合地板、阻燃细木工板和阻燃胶合板等阻燃木质材料,还进行了生产试验。本文首先合成了MUF并对其合成工艺进行了探讨和研究。基于文献合成了6种MUF,对其综合性能进行了检测和分析。研究表明,通过改进原文献的合成工艺,即将缩合温度从60℃提高到85℃,缩合时间缩短至30min后得到了性能稳定的6种MUF;6种MUF中,以n(F)/n(M+U)=1.5、n(M)/n(U)=1(即MUF3)表现出良好的胶合性能和储存稳定性,其浸渍剥离性能和胶合强度均达到国家标准Ⅰ类要求,胶合强度为1.04MPa,常温下放置1个月以上保持良好的流动性。该MUF为开发阻燃树脂奠定了基础。在合成出胶合性能优良的MUF基础上,将膨胀型阻燃剂(APP、PER)与MUF机械混合制备了阻燃MUF。文中以阻燃剂与MUF(以树脂固体质量计算)按照质量比分别为0.7:1、0.9:1、1:1三个比例制备了阻燃MUF,重点研究了阻燃MUF的理化性能、胶合性能和阻燃性能,得出以下结论:(1)理化性能研究表明:阻燃MUF树脂胶黏剂具有良好的理化性能;随着阻燃剂添加量增加,阻燃MUF的粘度增加,固化时间延长,pH呈现减小趋势,适用期均大于6h;(2)胶合性能研究表明:阻燃MUF树脂胶黏剂的胶合强度和浸渍剥离性能均达到国家标准Ⅱ类要求,具有良好的胶合性能和耐水性能;随着阻燃剂添加量的增加,阻燃MUF的胶合强度有一定的降低。当阻燃剂与MUF的质量比为0.7:1时,阻燃MUF的胶合强度最高为1.35MPa;当阻燃剂与MUF的质量比为1:1时,阻燃MUF的胶合强度最小也为1.06MPa。(3)阻燃性能研究表明:阻燃MUF树脂具有良好的阻燃能力;随着阻燃剂添加量的增加、阻燃MUF涂布量的增加,阻燃MUF的阻燃性能显著提高。当阻燃剂与MUF按照质量比为1:1制备的阻燃MUF以涂布量为250g/m(2单面)涂布在中密度纤维板(MDF)表面后,MDF的引燃时间从32.2s提高到253.3s,释热速率峰值从262.6KW/m~2降至19.91KW/m~2,300s时的释热总量从34.25MJ/m~2降为0.91MJ/m~2。(4)通过对阻燃MUF的制备及其性能研究表明:膨胀型阻燃剂与MUF的质量比在0.7:1到1:1之间制备的阻燃MUF,理化性能良好,胶合强度超出国家Ⅱ类标准要求,并且表现出良好的阻燃能力,合理利用阻燃MUF实现对木质材料阻燃成为可能。为验证阻燃MUF良好的胶合性能和阻燃能力,本研究利用阻燃MUF以在普通胶合板基材表面构筑阻燃层的方式开发了阻燃胶合板及其制备技术。重点探讨了阻燃层内阻燃胶层数量、阻燃剂与MUF质量比以及所用单板阻燃处理与否等因素对阻燃胶合板阻燃性能的影响。得出结论如下:(1)表面阻燃层具有显著抵挡外部热源向内部辐射的能力,对普通胶合板基材具有良好的保护作用;(2)在阻燃层中,随着阻燃胶层数量与阻燃剂添加量的增加,对应阻燃胶合板的释热速率和释热总量等指标显著降低,阻燃性能显著改善,单板经过阻燃处理对进一步提高阻燃性能有益,但会增加工艺的复杂性;(3)实际应用过程中,可以通过改变阻燃层中阻燃胶层数量、阻燃剂添加量以及单板阻燃与否等条件,来满足相应的阻燃等级要求。在实验室研究的基础之上,对阻燃MUF的制备技术及其应用性能进行了生产中试研究。在不改变材料原有的生产工艺条件下,利用阻燃MUF开发了阻燃实木复合地板、阻燃细木工板和阻燃胶合板等阻燃木质材料产品,其阻燃性能达到GB/T8624-2006(GB/T8624-1997)中的B(B1)级要求,胶合性能达到GB/T17657-1999中的Ⅱ类要求,甲醛释放量达到国家标准E1级要求。生产试验结果表明:MUF合成工艺稳定,阻燃MUF制备技术满足工业化生产要求,实际应用性能良好,具备工业化生产可行性。
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