纳米有机蒙脱土在实木地板上的应用试验

2012-07-30汪奎宏袁少飞

浙江林业科技 2012年2期

张建，汪奎宏，李琴，袁少飞

（浙江省林业科学研究院浙江省竹类研究重点实验室，浙江杭州 310023）

多年以来，实木地板以其独特的回归自然的理念，受到消费者的青睐，成为我国室内装修中一种主要的地面装饰材料[1]，但我国实木地板尺寸稳定性差仍是一个主要的质量问题，主要是由于我国气候多样性和木材本身具有干缩湿胀特性，实木地板在受潮、冷热变化的环境中结构尺寸易发生变化而最终引起变形、拱起和开裂等[2～3]。这种质量问题很难修复，严重影响了实木地板的发展和使用。对于实木地板所出现的上述变形问题，国内外的学者、企业和科研院校都进行了相关的研究。通过热处理可一定程度上改善其尺寸稳定性[3]，但能耗大，效率低；采用钢瓷面超耐磨技术或其他高分子材料，使产品具有强度高、硬度高、超耐磨、防火等特性[4]，但生产工艺复杂；进行木材改性违反了实木地板环保天然的初衷；此外木材干燥和加工工艺的优化、改进地板安装工艺和合理保养也可改善地板的抗变形能力，但这些改善较为有限。本试验采用真空加压处理方式，对纳米有机蒙脱土和实木地板坯料进行复合处理，期望开发出尺寸稳定性较好的实木地板，并对产品性能进行综合评价分析，现报道如下。

1 试验材料及仪器设备

1.1 原材料

地板毛料：（1）软银叶树（Heritiera borneensis），又名婆罗洲银叶树，梧桐科（Sterculiaceae），气干密度0.727 g/cm3；（2）红山樟（Dryobanops aromatica），中文名芳味冰片香，龙脑香科（Dipterocarpaceae）冰片香属，气干密度0.740 g/cm3，它们均为东南亚进口木材。纳米有机蒙脱土：购自浙江丰虹粘土化工有限公司，蒙脱土含量96% ～ 98%，米白色粉末，径厚比200，干粉粒度99.9%通过200目，叠层厚度小于25 nm，表观密度0.25 ～ 0.35 g/cm3，含湿量小于3%，X-ray d001值为2.1 nm。酚醛树脂：购于浙江德清莫干山竹胶板有限公司，水溶性好，pH值10.28，固含量46.0%，粘度（涂4杯法）57.92 s，水混合倍数大于7.5，密度1.109 g/cm3，贮存期45 d。

1.2 仪器设备

SS-550电子显微镜、DN500×1000真空加压处理罐、DHG-9203A电热鼓风干燥箱、HH-4恒温水槽、LHS-150SC恒温恒湿气候箱、MWE-40液压式木材万能试验机、TD 20002型电子天平、MB202-D型双面压刨床、精密推台锯、WD-4G含水率快速测试仪、JJ-1型电动搅拌器等。

2 试验设计

2.1 试验工艺

为了和实际生产相近，首先对地板坯料进行四面刨削处理并进行砂光，尺寸为650 mm×110 mm×20 mm。软银叶树地板坯料处理条件为酚醛树脂固含量25%、蒙脱土分散浓度3%、浸渍温度60℃，真空度－0.02 MPa条件下处理100 min，加压压力1.2 MPa条件下处理90 min；红山樟地板坯料处理条件为酚醛树脂固含量30%、蒙脱土分散浓度4%、浸渍温度60℃，首真空度－0.02MPa条件下处理60 min，加压压力1.2 MPa条件下处理90 min。卸压后取出试件，表面水洗干净，干燥至含水率10% ～ 14%，干燥过程中也实现了对纳米材料在木材内部的定型处理，最后进行测试分析；将部分试件进行养生、直边、砂光、油漆，加工成尺寸为600 mm×90 mm×16 mm的实木地板成品进行性能测试；同时，以未处理的试件作为空白试件进行对比。

2.2 主要性能测试方法

2.2.1 增重率增重率按如下公式进行计算：

式中，W0为处理前试件的绝干重，W1为处理后试件的绝干重，试件尺寸为20 mm×20 mm×20 mm，试件数为10个。

2.2.2 抗流失性试件尺寸20 mm×20 mm×20 mm，试件分2组，每组36个试件，干燥至绝干后称重记为M01，一组放入20℃水中，每隔5 h取出6个试件，绝干称重记为M02；另一组放入80℃水中，每隔5 h取出6个试件，绝干称重记为M02。按如下公式进行计算：

2.2.3 阻湿率试件尺寸20 mm×20 mm×20 mm，绝干，称重记为M0，然后将其置于温度20±2℃，相对湿度65%的气候箱中进行吸湿处理，吸湿144 h后，测重量记为M1，可得素材的吸湿率X0。此后，将试件纳米复合处理，再按上述方法进行绝干、称重，得处理材的吸湿率X1。

式中，Z为阻湿率。

吸水率：按照GB/T 1934-1991中规定的方法进行测试。

硬度：按照GB/T 1941-1991中规定的方法进行测试。

氧指数：按照GB/T 2406-93中规定的方法进行测试，其中试件尺寸为120 mm×10 mm×10mm。

表面耐磨性：按照GB/T15036.2-2001中规定的方法进行测试，这里试件为未油漆处理的素板，共磨1000转，每磨200转取下进行称重，计算磨耗值。

实木地板成品按照GB/T 15036-2001和GB18580-2001中规定的方法测试含水率、漆膜附着力、表面耐磨性和甲醛释放量。

利用电子显微镜观测实木地板坯料纳米复合前后的微观结构变化情况。

3 结果与分析

3.1 实木地板坯料性能测试结果

从表1可以看出，纳米复合后红山樟和软银叶树增重率均在7%左右，整体性能得到显著改善。两者的阻湿率分别为37.3%和37.2%；红山樟吸水率由81.0%减小到53.08%，改善幅度达34.6%；软银叶树吸水率由74.5%减小到55%，改善幅度达26.2%。阻燃效果也得到了提高，两者的氧指数均提高了15%。从图1表面磨耗量测试结果可看出，转数增加，磨耗量增加，但纳米复合后的红山樟和软银叶树的表面磨耗量较未纳米复合的红山樟和软银叶树较低，耐磨性得到改善。从图2分析得到，随时间的延长，抗流失性增加，80℃水的抗流失性比20℃水的抗流失性高；20℃水的抗流失性在0.6%以下，80℃水的抗流失性在 2%以下，说明固化定型后纳米材料抗流失性较好。