黃潤(rùn)州 陸 斌 王凱文 賈 翀

（1.南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210037； 2.江蘇省洛基木業(yè)有限公司，江蘇 常州 213103）

飾面工藝目前被廣泛應(yīng)用于木質(zhì)包裝材料的二次加工，常見(jiàn)的飾面類(lèi)型有浸漬紙飾面、人造薄木飾面以及薄木飾面等。在復(fù)合地板領(lǐng)域，浸漬紙由于具有工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、可封閉基材過(guò)多的游離甲醛、耐水和耐磨性好等特點(diǎn)，而成為當(dāng)前主流的復(fù)合地板飾面材料[1-4]。然而，普通浸漬紙通常采用三聚氰胺甲醛樹(shù)脂進(jìn)行浸漬[5-8]，自身帶有一定的游離甲醛[9-12]。隨著人們生活水平的提高，消費(fèi)者更愿意追求無(wú)醛或超低甲醛的產(chǎn)品，因此無(wú)醛飾面產(chǎn)品成為科研單位的研究熱點(diǎn)和企業(yè)追求的目標(biāo)[13-15]。

在前期無(wú)醛浸漬紙的研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，利用水性丙烯酸樹(shù)脂制備浸漬紙可以有效實(shí)現(xiàn)無(wú)醛裝飾的效果，同時(shí)發(fā)現(xiàn)相比三聚氰胺甲醛樹(shù)脂，丙烯酸樹(shù)脂具有更好的柔性[16-20]。為滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)地板浸漬產(chǎn)品的多元化需求，使產(chǎn)品獲得更好的木材質(zhì)感和觸感，采用薄木對(duì)地板基材進(jìn)行飾面。然而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，薄木的脆性會(huì)影響產(chǎn)品的二次加工。本研究利用丙烯酸柔性特點(diǎn)，結(jié)合產(chǎn)品無(wú)醛化要求，對(duì)丙烯酸浸漬薄木工藝進(jìn)行嘗試，為無(wú)醛飾面材料的產(chǎn)業(yè)化奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

裝飾紙?jiān)垼?0 g/m2，由江蘇洛基木業(yè)有限公司提供；樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica Litv.）薄木，厚度0.2 mm，購(gòu)于朗盛裝飾材料有限公司；花梨木（Aniba rosaeodora）薄木，厚度0.2 mm，購(gòu)于朗盛裝飾材料有限公司；水性丙烯酸樹(shù)脂，外觀為乳白色泛藍(lán)液體，黏度為2 300 mPa·s，固體含量48%，南京雋新新材料有限公司提供。

1.2 設(shè)備

旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，型號(hào)NDJ-5S，邦西儀器科技（上海）公司；鼓風(fēng)干燥箱，型號(hào)PGX，上海福馬實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；電子天平，型號(hào)BL3100，北京賽多利儀器系統(tǒng)有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1）樹(shù)脂浸漬工藝流程：參照?qǐng)D1 所示的工藝流程進(jìn)行試驗(yàn)。

2）配膠與調(diào)膠

由于所購(gòu)水性丙烯酸樹(shù)脂黏度較大，濃度較高，不利于浸漬處理，因此首先對(duì)丙烯酸樹(shù)脂加水作調(diào)膠處理。試驗(yàn)采用單因素分析法，分別調(diào)制丙烯酸樹(shù)脂濃度為92%、88%、84%、80%、76%、72%和68%。經(jīng)充分?jǐn)嚢韬鬁y(cè)定其黏度，為使所購(gòu)丙烯酸樹(shù)脂更好地適應(yīng)現(xiàn)有的浸漬生產(chǎn)線和生產(chǎn)工藝，本文參照江蘇省某木業(yè)公司生產(chǎn)線進(jìn)行樹(shù)脂黏度的測(cè)試。黏度測(cè)試采用傳統(tǒng)的涂-4杯法。然后根據(jù)浸漬原紙和薄木的浸膠量?jī)?yōu)化丙烯酸樹(shù)脂在實(shí)際生產(chǎn)中的濃度范圍。在確定基本濃度的前提下，進(jìn)一步優(yōu)化浸漬時(shí)間，并檢測(cè)優(yōu)化后的浸漬紙和浸漬薄木的揮發(fā)物含量。

3）主要操作方法

浸膠前先將浸漬原紙和薄木裁成100 mm×100 mm 。根據(jù)LY/T 1143—2006《飾面用浸漬膠膜紙》中對(duì)飾面人造板的要求，控制浸膠量在60%～120%。將3 個(gè)原紙（或薄木）試件放入控溫在（160℃±2）℃的鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)干燥（10±0.5）min，取出后放入干燥器中冷卻至室溫，逐個(gè)稱(chēng)量，精確至1 mg。取3 個(gè)試件算術(shù)平均值為原紙（或薄木）絕干質(zhì)量。使浸漬紙和薄木完全浸沒(méi)在不同濃度的膠液中，當(dāng)浸膠時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)值，立即拿出，待其不再滴膠時(shí)置于烘箱160 ℃干燥10 min，稱(chēng)其質(zhì)量后通過(guò)公式計(jì)算浸膠量和揮發(fā)物含量。

4）浸膠量計(jì)算

式中： Wr為浸漬紙（或薄木）的浸膠量，%； mb為浸漬紙（或薄木）干燥后質(zhì)量，g；m0為原紙（或薄木）絕干質(zhì)量，g。

5）揮發(fā)物的計(jì)算

式中： Wv為浸漬紙（或薄木）的浸膠量，%； ma為浸漬紙（或薄木）干燥后質(zhì)量，g；mb為原紙（或薄木）絕干質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 丙烯酸樹(shù)脂濃度對(duì)黏度的影響

圖2 丙烯酸樹(shù)脂膠液濃度對(duì)黏度的影響Fig.2 Effect of dilute concentration of waterborne acrylic resin on viscosity

由圖2 可見(jiàn)，丙烯酸通過(guò)稀釋可以有效降低其黏度，尤其稀釋至84%時(shí)，其黏度從39.52 s降低至 19.72 s；而將丙烯酸樹(shù)脂濃度從84%稀釋至68%時(shí)，其黏度從19.72 s僅降至13.56 s，呈緩慢下降趨勢(shì)。由于水性丙烯酸樹(shù)脂主要由甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯、丙烯酸羥丙酯以及引發(fā)劑、溶劑和中和劑組成[21]，其水溶性受親水性基團(tuán) —COOH、—OH、—CONH2、—SO3H等影響較大，成熟的水溶性丙烯酸樹(shù)脂通常具有極強(qiáng)的水溶性，因此水分的加入可以直接稀釋丙烯酸樹(shù)脂，從而降低丙烯酸樹(shù)脂的固體含量。在濃度從84%降低至68%時(shí)，結(jié)合水溶性丙烯酸樹(shù)脂自身的固體含量48%，其稀釋后的固體含量大約為40%～32%，該試驗(yàn)結(jié)果與已有研究結(jié)果基本一致[22]。

2.2 丙烯酸樹(shù)脂濃度對(duì)浸膠量的影響

圖3 反映了在浸漬時(shí)間為5 min的條件下，丙烯酸樹(shù)脂濃度對(duì)原紙和薄木浸膠量的影響。從圖中可以看出，隨著樹(shù)脂濃度的減小，其浸漬紙和浸漬薄木的浸膠量均減小，說(shuō)明無(wú)論是原紙還是薄木對(duì)于不同濃度的丙烯酸均有一定的容納能力。經(jīng)高濃度水性丙烯酸樹(shù)脂浸漬的原紙或薄木，在干燥過(guò)程中的揮發(fā)物相對(duì)較少，而留在其表層與內(nèi)部的有效成分就相對(duì)較多，因此表現(xiàn)為浸膠量隨著樹(shù)脂濃度的降低而降低的趨勢(shì)。從本次試驗(yàn)看，當(dāng)樹(shù)脂濃度從92%降低至68%時(shí)，浸漬紙的浸膠量從425%降至100%，而浸漬花梨木薄木的浸膠量從324%降至37.5%，浸漬樟子松薄木浸膠量則從331%降低至25%。

對(duì)比浸漬紙和浸漬薄木發(fā)現(xiàn)，在浸漬時(shí)間相同、采用同型號(hào)丙烯酸樹(shù)脂條件下，浸漬紙的浸膠量要高于薄木，而薄木之間的浸膠量則十分接近，說(shuō)明浸漬紙相比于薄木更容易吸收水性丙烯酸，而薄木由于受自身結(jié)構(gòu)的限制，其吸收液體的通道相對(duì)較少，浸膠量較低。根據(jù)企業(yè)提供的浸漬紙的浸膠量數(shù)據(jù)，試驗(yàn)以浸膠量為100%作為選擇依據(jù)進(jìn)行水性丙烯酸樹(shù)脂濃度的優(yōu)選，結(jié)果如表1 所示。浸漬紙優(yōu)選樹(shù)脂濃度為68%，花梨木薄木和樟子松薄木優(yōu)選樹(shù)脂濃度為80%。同時(shí)經(jīng)揮發(fā)物測(cè)量，水性丙烯酸樹(shù)脂浸漬紙的揮發(fā)物含量為4.5%～5%，花梨木和樟子松浸漬薄木揮發(fā)物含量為5%～7%，均符合林業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T 1143—2006 《飾面浸漬膠膜紙》對(duì)表層膠膜紙揮發(fā)物含量4.5%～9%的要求[13]。

圖3 丙烯酸樹(shù)脂膠液濃度對(duì)浸膠量的影響Fig.3 The influence of acrylic resin concentration on the amount of impregnation

表1 優(yōu)選水性丙烯酸樹(shù)脂濃度Tab.1 Optimum concentration of waterborne acrylic resin

2.3 浸漬時(shí)間對(duì)丙烯酸樹(shù)脂浸膠量的影響

為了進(jìn)一步給工業(yè)化生產(chǎn)提供參考數(shù)據(jù)，對(duì)水性丙烯酸樹(shù)脂浸漬時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化研究，結(jié)果如圖4 所示。從圖可見(jiàn)，花梨木和樟子松薄木在浸膠10 s時(shí)，浸膠量已趨于穩(wěn)定，分別達(dá)到了105%和97%；而浸漬紙則在1 min時(shí)基本趨于穩(wěn)定，浸膠量達(dá)98%，說(shuō)明水性丙烯酸在浸漬薄木和浸漬紙時(shí)，對(duì)于薄木的滲透速率更快，更容易達(dá)到飽和點(diǎn)，且浸膠量均可達(dá)到100%左右。其原因主要是薄木厚度較小，僅為0.2 mm，同時(shí)薄木自身細(xì)胞結(jié)構(gòu)中含有腔體如管孔等結(jié)構(gòu)，在其制作過(guò)程中容易被破壞，因此更容易被浸漬樹(shù)脂滲透[14-15]。浸漬紙是木材纖維重組的產(chǎn)物，具有均一性，因而具有更為穩(wěn)定的滲透性能。由于浸漬薄木達(dá)到浸漬飽和量的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于浸漬紙，因此企業(yè)可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)工藝對(duì)浸漬時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，本試驗(yàn)原紙和薄木的浸漬時(shí)間均優(yōu)選為1 min。

圖4 浸漬時(shí)間對(duì)丙烯酸樹(shù)脂浸膠量的影響Fig.4 The influence of impregnation time on the impregnation amount of acrylic resin

3 結(jié)論

1） 隨著水性丙烯酸濃度的降低，其樹(shù)脂黏度也隨之降低，當(dāng)丙烯酸濃度降至84%，其樹(shù)脂黏度呈現(xiàn)明顯下降的趨勢(shì)，隨后趨于相對(duì)穩(wěn)定；

2） 通過(guò)浸膠量和揮發(fā)物含量的測(cè)試，優(yōu)選浸漬紙的樹(shù)脂濃度為68%，浸漬花梨木薄木和樟子松薄木的樹(shù)脂濃度為80%；

3） 對(duì)浸漬時(shí)間和水性丙烯酸浸膠量的研究表明，浸漬薄木大約在浸漬后10 s趨于穩(wěn)定，而浸漬紙大約為1 min，可以滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)的工藝需求，而實(shí)驗(yàn)室薄木和原紙的浸漬時(shí)間均優(yōu)選為1 min。