【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种轻质高强聚氨酯刨花板及其制备方法，属于木基复合材料及人造板加工领域。
技术介绍
1、刨花板是我国人造板生产领域的三大板种之一，广泛应用于家具制造、定制家居、装饰装修等领域。普通刨花板的密度大多在650～720kg/m3。随着木材资源紧缺和原料需求的不断增长，轻量化成为刨花板产品的重要发展趋势。刨花板轻量化，意味着在满足相同使用要求的条件下，使用更少的木质原料，不仅能够节约木材资源，而且降低生产加工能耗和运输成本，使产品具有更强的市场竞争力。同时，随着传统家具到定制家居、全屋整装、全家居产业的发展，刨花板的应用从家具用板扩展到墙板、大幅面台面板、一体化高门板等多样化应用领域，对刨花板提出了密度低、强度高、抗变形、环保性高等新需求。但是，目前轻质刨花板存在强度不足、耐水性差、尺寸变化大等问题，难以满足新的使用要求。
2、轻质刨花板制造存在的关键问题在于随着刨花板密度的降低，刨花之间空隙增多，结构单元之间结合弱，不能形成均匀的连续相结构，导致板材的承载能力和耐水性大幅下降。目前研究主要采用引入轻质填料、胶黏剂发泡等方法来制备轻质刨花板，采用轻质填料(例如聚苯乙烯泡沫颗粒)替代部分木质刨花，可以降低刨花板密度，但是轻质填料的胶结会消耗胶黏剂，影响内胶合强度，同时由于轻质填料自身强度很低，难以对刨花板起到增强作用；采用胶黏剂发泡可以填充在刨花之间的间隙，促进刨花之间的胶合，但板材的力学性能和耐水性有待进一步提高。
3、中国专利“cn111993525a”公开了一种轻质刨花板的制备方法，按要求分别选
4、中国专利“cn112388794a”公开了一种无醛轻质刨花板及其制备方法，采用刨花、异氰酸酯、含苯环的二元羧酸改性的聚醚多元醇、增粘剂、催化剂、水为主要原料，该方法仅对刨花板芯层有一定的发泡效果，表层组成与常规刨花板相同，所制备刨花板的抗弯性能和耐水性有待进一步提高。
5、中国专利“cn106671216a”公开了一种低密度低成本高强度的新型刨花板的制备方法，包括表面层、刨花层和芯层，该方法需要选取径级大于8cm的杨木作原料，加工成长窄薄刨花(长度90～130mm、宽度5～30mm、厚度0.5mm～2mm)，对原料和刨花形态有严格要求，属于定向刨花板(osb)的范畴，并且板材密度有待进一步降低。
技术实现思路
1、针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种轻质高强聚氨酯刨花板，以解决现有轻质刨花板性能不足的问题，基于结构调控与优化设计，在受力的表层构建纳米增强结构，在芯层形成均匀稳定的微泡结构，从而实现刨花板的轻质高强化，制备的刨花板密度低、强重比高，内胶合强度显著提高，并具有良好的耐水性。
2、本专利技术的轻质高强聚氨酯刨花板，由纳米增强结构表层和微发泡结构芯层组成，表层由生物质细料、多异氰酸酯和改性纳米增强粒子组成，通过对纳米增强粒子进行改性处理，使其均匀分散在多异氰酸酯中，然后借助多异氰酸酯的施加，使改性纳米增强粒子分布在表层细料之间，增强表层结构，使整体刨花板的承载能力提升；芯层由生物质刨花、多异氰酸酯和发泡调控剂组成，发泡调控剂具有延迟发泡的作用，可以和多异氰酸酯在常温下充分混合均匀，再施加至芯层刨花，在高温下促进多异氰酸酯与羟基和水分子进行交联和发泡反应，使刨花单元间形成均匀稳定的聚氨酯发泡结构，在保持性能的同时使芯层密度大幅降低；通过表层纳米粒子改性增强和芯层聚氨酯发泡调控的协同作用，实现刨花板的轻质高强化。
3、一种轻质高强聚氨酯刨花板，由上表层、芯层和下表层构成，表层包括上表层和下表层，表层与芯层的重量比为2:8～5:5；按照重量份数，表层包含80～97份粒径为0.2～1.5mm的生物质细料、3～20份多异氰酸酯和0.03～1份改性纳米增强粒子；芯层包含70～95份长度为4～60mm、宽度为0.5～10mm、厚度为0.2～2mm的生物质刨花、3～20份多异氰酸酯和0.3～6份发泡调控剂。
4、优选地，本专利技术的轻质高强聚氨酯刨花板，表层与芯层的重量比为3:7～4:6，按照重量份数，表层包含90～95份生物质细料、5～10份多异氰酸酯和0.05～0.5份改性纳米增强粒子；芯层包含80～92份生物质刨花、8～15份多异氰酸酯和0.8～4.5份发泡调控剂。
5、优选的，上表层与下表层的组成和厚度相同。
6、所述的生物质细料和刨花，由人工速生林木材、竹材、沙柳、秸秆、稻草、芦苇和/或废弃回收木质材料等制备得到，是轻质高强聚氨酯刨花板的基本结构单元；表层采用生物质细料，易于压缩密实，芯层采用较大尺寸的生物质刨花，具有一定的强度和抗压缩性，这样的组合有助于形成表层密度高、芯层密度低的剖面密度梯度，从而保证刨花板的力学强度，同时高质量的细腻表面也有利于刨花板的二次饰面加工；表层中生物质细料的优选用量为90～95份，芯层中生物质刨花的优选用量为80～92份。
7、所述的多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和多亚甲基多苯基异氰酸酯中的一种，起到粘接生物质单元的作用，同时也是芯层生成聚氨酯泡孔结构的主要原料；多异氰酸酯中异氰酸根(-nco)含量为30～35wt％，优选的表层加入量为5～10份，优选的芯层加入量为8～15份。
8、所述的改性纳米增强粒子为硅烷改性的纳米级二氧化硅，粒径为10～100nm，能均匀分散在多异氰酸酯中，借助多异氰酸酯的施加分散在表层细料之间，增强表层结构；所述硅烷为3-氨丙基三乙氧基硅烷(kh550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(kh560)、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(kh570)、γ-巯丙基三甲氧基硅烷(kh590)和n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(kh792)中的一种。
9、所述的发泡调控剂，按照重量份数，包含80～100份复配聚合多元醇、5～10份扩链或交联剂、1～5份表面活性剂、1.5～2份复配催化剂和0.1～0.5份延迟剂，在常温下能够抑制多异氰酸酯的反应，在高温下能够促进异氰酸根与羟基和水分子的交联和发泡反应，调控形成泡孔的结构；所述的复配聚合多元醇，由一种高羟值高官能度的聚醚/聚酯多元醇和一种低羟值低官能度的聚醚/聚酯多元醇组成，复配体系的平均羟值为350～450mgkoh/g，平均官能度为3～5；高羟值高官能度的聚醚/聚酯多元醇的羟值为400-450mgkoh/g，官能度为4.5-5；低羟值低官能度的聚醚/聚酯多元醇的羟值为340-390mgkoh/g，官能度为3-3.5，高羟值高官能度的聚醚/聚酯多元醇与低羟值低官能度的聚醚/聚酯多元醇之间的质量配比为3:7-7:3；所述的扩链或交联剂为二元醇、三元醇、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种轻质高强聚氨酯刨花板，其特征在于：由上表层、芯层和下表层构成，表层包括上表层和下表层，表层与芯层的重量比为2:8～5:5；按照重量份数，表层包含80～97份粒径为0.2～1.5mm的生物质细料、3～20份多异氰酸酯和0.03～1份改性纳米增强粒子；芯层包含70～95份长度为4～60mm、宽度为0.5～10mm、厚度为0.2～2mm的生物质刨花、3～20份多异氰酸酯和0.3～6份发泡调控剂。
2.根据权利要求1所述的轻质高强聚氨酯刨花板，其特征在于：所述的生物质细料和刨花，由人工速生林木材、竹材、沙柳、秸秆、稻草、芦苇和/或废弃回收木质材料制备得到；所述的多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和多亚甲基多苯基异氰酸酯中的一种，多异氰酸酯中异氰酸根含量为30～35％；所述的改性纳米增强粒子为硅烷改性的纳米级二氧化硅，粒径为10～100nm。
3.根据权利要求2所述的轻质高强聚氨酯刨花板，其特征在于：所述硅烷为3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷和N-β-(氨乙基)
4.根据权利要求1所述的轻质高强聚氨酯刨花板，其特征在于：所述的发泡调控剂，按照重量份数，包含80～100份复配聚合多元醇、5～10份扩链或交联剂、1～5份表面活性剂、1.5～2份复配催化剂和0.1～0.5份延迟剂；所述的复配聚合多元醇，由一种高羟值高官能度的聚醚/聚酯多元醇和一种低羟值低官能度的聚醚/聚酯多元醇组成，复配体系的平均羟值为350～450mgKOH/g，平均官能度为3～5；所述的复配催化剂由胺类催化剂和有机金属类催化剂组成。
5.根据权利要求4所述的轻质高强聚氨酯刨花板，其特征在于：所述的扩链或交联剂为二元醇、三元醇、二元胺和乙醇胺中的一种或两种以上；所述的表面活性剂为氨基硅油或聚醚改性有机硅类；所述的复配催化剂中，胺类催化剂与有机金属类催化剂的重量比为1:1～1:6，胺类催化剂为二甲基环己胺、三乙醇胺和三乙烯二胺中的一种，有机金属类催化剂为羧酸铋类、辛酸亚锡和二月桂酸二丁基锡中的一种；所述的延迟剂为草酸、磷酸、酒石酸和柠檬酸中的一种。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的轻质高强聚氨酯刨花板的制备方法，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的轻质高强聚氨酯刨花板的制备方法，其特征在于：纳米增强粒子改性处理中，硅烷与纳米二氧化硅的重量比为1:10～2.5:10。
8.根据权利要求6所述的轻质高强聚氨酯刨花板的制备方法，其特征在于：所述的发泡调控剂与多异氰酸酯重量比为1:10～3:10。
9.根据权利要求6所述的轻质高强聚氨酯刨花板的制备方法，其特征在于：将改性纳米增强粒子分散在多异氰酸酯中，将混合液在40～60℃下预热5～20min，通过高压雾化施加，使改性纳米增强粒子均匀分布在表层细料；将聚氨酯体系在40～60℃下预热2～10min，均匀施加至芯层刨花。
10.根据权利要求6所述的轻质高强聚氨酯刨花板的制备方法，其特征在于：按照预设的板材密度，将施胶后的表层细料与芯层刨花依次铺装为板坯，然后放入热压机中，在140～180℃下热压4～10min，压力2～3MPa，热压过程中异氰酸根充分反应，冷却后取出得到轻质高强聚氨酯刨花板。
...【技术特征摘要】
1.一种轻质高强聚氨酯刨花板，其特征在于：由上表层、芯层和下表层构成，表层包括上表层和下表层，表层与芯层的重量比为2:8～5:5；按照重量份数，表层包含80～97份粒径为0.2～1.5mm的生物质细料、3～20份多异氰酸酯和0.03～1份改性纳米增强粒子；芯层包含70～95份长度为4～60mm、宽度为0.5～10mm、厚度为0.2～2mm的生物质刨花、3～20份多异氰酸酯和0.3～6份发泡调控剂。
2.根据权利要求1所述的轻质高强聚氨酯刨花板，其特征在于：所述的生物质细料和刨花，由人工速生林木材、竹材、沙柳、秸秆、稻草、芦苇和/或废弃回收木质材料制备得到；所述的多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和多亚甲基多苯基异氰酸酯中的一种，多异氰酸酯中异氰酸根含量为30～35％；所述的改性纳米增强粒子为硅烷改性的纳米级二氧化硅，粒径为10～100nm。
3.根据权利要求2所述的轻质高强聚氨酯刨花板，其特征在于：所述硅烷为3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷和n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种。
4.根据权利要求1所述的轻质高强聚氨酯刨花板，其特征在于：所述的发泡调控剂，按照重量份数，包含80～100份复配聚合多元醇、5～10份扩链或交联剂、1～5份表面活性剂、1.5～2份复配催化剂和0.1～0.5份延迟剂；所述的复配聚合多元醇，由一种高羟值高官能度的聚醚/聚酯多元醇和一种低羟值低官能度的聚醚/聚酯多元醇组成，复配体系的平均羟值为350～450mgkoh/g，平均官能度为3～5；所述的复配...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗书品，高黎，张杰，郭文静，常亮，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院木材工业研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。