MUF-EMDI胶制备室外家具型中密度纤维板的工艺及性能评价

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收稿日期：2017-09-08；修改日期：2018-03-22

基金项目：国家木竹联盟科研计划“室外用家具型中纤板制造技术研究”（TIAWBI201506）；广西区工信委技术创新“室外型环保中密度纤维板开发”项目[2015] 267号。

作者简介：韦淇峰（1980—），男，广西丰林木业集团股份有限公司高级工程师。

应用技术 DOI:10.20180310

MUF-EMDI 胶制备室外家具型中密度纤维板的

工艺及性能评价

韦淇峰，唐运表，魏云和，詹满军，李匀曦

（广西丰林木业集团股份有限公司，广西南宁 530226）

摘要：以乳化二苯基甲烷二异氰酸酯（EMDI ）与三聚氰胺改性脲醛树脂（MUF ）混合作为胶黏剂，制备室外家具型中密度纤维板（MDF-FN-EXT ），探讨三聚氰胺用量、EMDI 用量、热压时间对其防

潮性能的影响。结果表明，以优化工艺参数EMDI 用量4%，三聚氰胺用量9%，热压时间3 min 制备的试板，性能指标满足GB/T 11718-2009《中密度纤维板》中室外家具型要求。

关键词：乳化二苯基甲烷二异氰酸酯；三聚氰胺改性脲醛树脂；室外家具型中密度纤维板中图分类号：TS653 文献标识码：B 文章编号：1001-8654（2018）03-0039-04

Manufacturing Technology and Properties of Medium Density Fiberboard

Bonded with MUF-EMDI Adhesives for Making Exterior Furniture

WEI Qi-feng ，TANG Yun-biao ，WEI Yun-he ，ZHAN Man-jun ，LI Yun-xi

（Guangxi Fenglin Wood Industry Group Co.，Ltd.，Nanning 530226，Guangxi ，China ）

Abstract: Medium density fiberboard samples to be used for making exterior furniture (MDF-FN-EXT) were made with mixed adhesives of emulsified diphenyl methane di-isocyanate (EMDI) and melamine modified urea-formaldehyde resin (MUF). Effect of dosage of melamine and EMDI as well as hot pressing time on humidity resistance of the samples were evaluated.

The results showed that optimum manufacturing parameters were 4% of EMDI, 9% of melamine, an

d 3 min of hot pressing time. Properties of the samples could meet the requirements of exterior furniture type in GB/T 11718-2009.

Key words: emulsified diphenyl methane di-isocyanate (EMDI)；modified urea-formaldehyde resin (MUF)；medium density fiberboard for making exterior furniture (MDF-FN-EXT)

室外家具型中密度纤维板（MDF-FN-EXT ），多用于建筑的门窗板、室外挂板、装修板、活动房墙

板等场合。由于长期暴露在自然环境中，对MDF 制造使用的胶黏剂和板材的防潮性能、耐水性及耐老化性均提出了更高要求。

常规MDF 生产使用脲醛树脂（UF ）或三聚氰胺改性脲醛树脂（MUF ），板材无法满足E 1级室外家具型MDF 高防潮性能的要求；而采用异氰酸酯（MDI ）或酚醛树脂（PF ）制备的MDF ，虽然性能可达到室外使用的要求，但合成设备、施加装置、生产工艺

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要求高，原料价格昂贵，限制了大规模生产应用。

为了简化工艺、降低成本，生产中通常先将MDI 乳化（EMDI ），延缓异氰酸酯与水反应，再加入到

UF 中。热压时EMDI 重新释放异氰酸酯基（-NCO ），与UF 胶以及木质材料反应，实现胶联[1]。基于EMDI 的特质和优点，为解决MDF-FN-EXT 的防潮、耐水、耐候性及游离甲醛释放等问题，笔者采用带有亲水基团的乳化聚合EMDI 与自制MUF 混合，制备环保MDF-FN-EXT ，并探讨三聚氰胺用量、EMDI 用量和热压时间等因素对板材性能的影响，旨为室外家具型MDF 的工业化生产提供依据。

1 材料与方法 1.1 试验材料

桉木（Eucalyptus spp.）纤维：自制。长度≥2.1 mm ，占20%；0.15~2.1 mm ，占70%；≤0.15 mm ，占10%。

三聚氰胺改性脲醛树脂（MUF ）：自制。黏度120 ~180 mPa·s （25 ℃），固体含量53%~54%，pH 值8~9。

乳化二苯基甲烷二异氰酸酯（EMDI ）：黏度200 ~300 mPa·s （25 ℃），异氰酸酯基（-NCO ）含量25%～28%。外购。 1.2 仪器设备

万能试验压机；搅拌机；力学性能试验机；恒温恒湿箱；电热鼓风干燥箱；快速水分测定仪等。 1.3 试验设计

1）在前期试验研究的基础上，采用正交试验，重点考察三聚氰胺用量、EMDI 用量、热压时间，对试

板性能的影响。每个因素取3个水平，见表1。

表1 正交试验因素及水平

Tab.1 Factors and levels of orthogonal test

因素

水平

1 2 3 A 三聚氰胺用量/% 9

15 B EMDI 用量/% 3 4

C 热压时间/s 2 3 4 2）根据正交试验结果确定的较优工艺参数，进行单因素试验，研究各因素对MDF 性能的影响。 1.4 试验方法

1.4.1 胶黏剂制备与调配

选取m （甲醛）∶m （尿素）=1.6～1.7∶1，分别添加不同比例（表1）的三聚氰胺改性剂，制备三种E 1级MUF 胶。

施胶前1～2 min ，按设定的比例（表1）分别添加EMDI ，与MUF 胶均匀混合后，备用。 1.4.2 试板制备

根据前期试验，确定施胶量为14%，热压温度为195 ℃，热压压力为2 MPa 。设定试板的名义厚度为12 mm ，密度为0.77 g/cm 3，幅面为500 mm×500 mm 。每一试验条件制备3块试板。 1.5 性能测试

依据GB/T 17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》，经循环处理后，检测试板的内结合强度（IB 循）、湿静曲强度（MOR 湿）、湿弹性模量（MOE

湿

）、吸水厚度膨胀率（TS ）；沸腾试验后，

检测试板的内结合强度（IB 沸），及甲醛释放量（F ）。

每个指标检测3个有效试件，结果取其平均值。

2 结果与分析 2.1 正交优化试验

MDF 试板的物理力学性能测试结果列于表2，极差分析结果列于表3。

由表2可知，9组试验中，除了第1组（A 1B 1C 1）中的MOR 湿，其余组的性能指标全部满足GB/T 11718-2009《中密度纤维板》中MDF-FN-EXT 的要求。试验过程中发现，三聚氰胺添加量为12%时，MUF 胶的合成反应较激烈，不易控制，胶黏剂的贮存

表2 MDF 试板的物理力学性能 Tab.2 Physical and mechanical properties of

MDF samples

编号

因子与水平

MOR 湿/MPa MOE 湿/

MPa

IB/MPa TS/

%F/ (mg·100 g －

循环沸腾

A 1

B 1

C 1 9.1 795 0.40 0.29 6.17.4 2A 1B 2C 2 12.3 789 0.47 0.34 6.07.1 3

A 1

B 3

C 3 14.0

863 0.52 0.42 3.47.3 4

A 2

B 1

C 2 15.5 940 0.71 0.37 5.07.0 5A 2B 2C 3 15.9 964 0.52 0.39 7.5 6.8 6A 2B 3C 1 13.9

944 0.65 0.60 7.0 6.3 7A 3B 1C 3 13.2 1 076 0.28 0.22 9.2 6.5 8A 3B 2C 1 14.2 899 0.49 0.42 6.5 6.2 9

A 3

B 3

C 2 19.3 1 281 0.61 0.55 7.5

6.1 GB/T 11718-2009

12.0

—

0.35

0.22 12.0

8.0

表Tab.3 R 性能指标

MOR 湿/MPa MOE 湿/MPa IB 循/MPa

IB 沸/MPa

TS/%

F/(mg·100 g －

稳定性亦差效率降低，证胶黏剂固综合考终筛选了用量4%，热2.2 验证试根据优素对MDF 板2.2.1 三聚EMDI 氰胺用量变1所示。

由图1IB 沸、IB 循原因是随着应生成三聚-CO-NH-等能；随着三定性较好的能增强，防3 MDF 试板物Range analyse properties 因子均值a

11B 12C

12a

A 815

B 937

C 879A 0.B 0.C 0.A 0.B 0.C 0.A 4.B 6.C 6.1)

A 7.

B 7.

C 6.差；另外，胶导致生产时固化完全。

考虑产品质量A 1B 2C 2的方案热压时间3 m 试验

优化工艺参数板材性能的影聚氰胺用量

用量为4%，变化，对MDF 可知，随着和MOR 湿均着三聚氰胺的聚氰胺甲醛树亲水基团，提三聚氰胺加入的三氮杂环链防水性能进一物理力学性能的s on physical a of MDF samp 值1

均值2

.80 15.10 .60 14.13 .40 15.70 5.67 949.33 7.00 884.00 9.33 1 003.00 46 0.63 46 0.49 51 0.60 35 0.45 29 0.38 44 0.42 73 6.50 77 6.23 53 5.73 33 6.70 00 6.73 67 6.77 胶黏剂的固化时需添加更多量和经济成本案，即三聚氰胺min 。数进行单因素影响。热压时间为F 物理力学性三聚氰胺用量

呈上升趋势，

的加入，其优树脂，有效封提高了MUF 入量进一步增节增多[2]，使步得到提高。的极差分析 and mechanical les

均值3

极15.57 315.73 314.37

31 085.33

261 029.3314 967.67 120.46

00.59 00.44 00.40

00.52 00.34 07.73

35.97 06.70 06.27

16.57 06.87

化时间延长，的固化剂才本等因素，笔胺用量9%，E 素试验，研究为3 min 时，性能的影响，量增加，MD ，TS 逐渐下优先与甲醛聚闭了部分-OH 树脂的水解增大，树脂中使板材耐沸水。

极差 3.77 3.13 3.30 69.6645.3323.670.17 0.13 0.16 0.10 0.23 0.10 3.00 0.80 0.97 1.06 0.43 0.20 生产能保者最EMDI 各因三聚如图DF 的降。合反H 、活化热稳的性MU 增大著提2.2EM

F 图1 三聚氰Fig.1 Influ 试验过程中UF 胶的合成大，胶黏剂固提高。故笔者2.2 EMDI 添三聚氰胺比MDI 添加量对图2 EMDI Fig.2 Effect

o 氰胺用量对MD ence of melam of MDF s 中发现，三聚成反应激烈不易固化时间延长者选择三聚氰添加量

比例为9%，对MDF 性能的I 添加量对MD of emulsified M

MDF sam DF 物理力学性mine dosage on p amples

聚氰胺用量增易控制，且树长；同时，胶氰胺的添加量热压时间为的影响结果，DF 物理力学性MDI dosage on p

mples

·41·性能的影响 properties

大至15%时，树脂固体含量胶的成本也显量为9%。 3 min 时，见图2。

性能的影响

properties of

，量显

·42·

由图2等性能，随趋势。

主要原和高聚合度反应活性高分相应增多联反应；②的增加，其水，木质素与纤维反应③ EMDI 本比较稳定。离和受破环当EM MPa ，未达要求（MOR MDF 的各项笔者最终选2.2.3 热压三聚氰变化对MD 图3

Fig.3 可知，MDF 随EMDI 用量原因是：① E 度异氰酸酯的高的异氰酸酯多，能够充分② 该类基团反

其与木质纤维素的烷羟基、应生成稳定、本身可自聚，随着用量增环影响程度也MDI 用量为3达到GB/T 117R ≥12 MPa ）；项性能均满足选择EMDI 用压时间

氰胺用量9%，DF 性能的影响热压时间对M Effect of hot p

of MD F 试板的IB 量的增加而增大EMDI 本身为混合物[3]，随酯基、酯基、分与多孔木质反应性和极性维中纤维素、酚羟基生成高强度的聚产生的三聚增多，板材内下降。

%时，MDF 718-2009中M EMDI 用量增足要求。考虑量为4%。 EMDI 用量响，结果如图MDF 物理力学pressing time o

DF samples

沸、IB 循和MO 大，TS 则呈为二聚体、三随着施加量增醚基、酰胺纤维发生化性高[3]，随着半纤维素的成的化学键增聚合体随之增聚体为环状结化学键的断的MOR 湿MDF-FN-EX 增至4%和5%虑经济成本因4%时，热压图3所示。

学性能的影响

on properties

OR 湿

相反聚体增加，基成学交用量结合多，多；构，裂分为9.7 XT 的%时，素，时间

的的趋MP 求；水性考虑MD 于表编平标准117能要3 量制备维板优越型

参考[1] [2]

[3] 从图3可IB 沸、IB 循和趋势。

当热压时间Pa ，低于GB ；延长热压时性能降低。另虑选择热压时根据上述单DF 试板，按表4。

表4 优Tab.编号

密度/(g·cm －

1 0.768

2 0.766

3 0.764平均值0.766

准限值

0.65~0.8表4显示，718-2009《中要求。

结论

1）本试验9%，EMDI 用备的MDF ，性板》中MDF 2）采用EM

越的胶合强度MDF 的生产考文献：

张彦华，顾继友进展[J]. 粘结，闫文涛，张永娟的合成[J]. 中国王恺. 木材工业1996：75-78.

以看出，随着MOR 湿逐渐间为2 min 时B/T 11718-20时间至4 min 另外，时间延时间为3 min 单因素试验结GB/T 11718优化工艺制备M 4 Properties by optimum t MOR 湿/MPa MOE MPa 13.4851.0 12.9866.0 13.2837.0 13.2

851.3 0≥12.0—

制备的MD 中密度纤维板验确定的优化工用量4%，热性能优于GB -FN-EXT 的性MDI 与MUF 度、防潮耐水产制造，拓宽，邸明伟，等. 异2008，29（4）：3

娟，张雄.改性三聚胶粘剂，2008，1实用大全：胶粘剂（着热压时间的渐上升，TS 则时，MDF 的M 09中MDF-F 时，MDF 的延长降低生产。

结果确定的工8-2009检测性MDF 的物理力学of MDF sampl technology

湿/

IB/MPa 沸腾

循环

0.41 0.470.39 0.430.35 0.410.38 0.44

≥0.22 ≥0.35DF 各项性能板》中MDF-F 工艺参数为：热压时间3 mi B/T 11718-200性能要求。

F 混合制备的水性，可应用纤维板的应用异氰酸酯改性脲醛树32-35. 聚氰胺-尿素-甲醛共17（9）：31-32.

剂卷[M]. 北京：中（责任编辑孟的延长，MDF 则呈先降后升MOR 湿为11.9FN-EXT 的要TS 增大，耐产效率，综合工艺参数制备性能，结果列学性能

les