林业科学  2004, Vol. 40 Issue (4): 162-165   PDF    
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张一帆, 白雪岩.
Zhang Yifan, Bai Xueyan.
三聚氰胺改性脲醛树脂浸渍预油漆纸的耐潮湿性能
Research on Moisture-Resistance of Finish Foil Impregnated with UMF Resin
林业科学, 2004, 40(4): 162-165.
Scientia Silvae Sinicae, 2004, 40(4): 162-165.

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收稿日期:2003-07-25

作者相关文章

张一帆
白雪岩

三聚氰胺改性脲醛树脂浸渍预油漆纸的耐潮湿性能
张一帆, 白雪岩     
东北林业大学 哈尔滨 150040
摘要: 针对预油漆纸易受潮吸湿的问题, 本文以三聚氰胺与尿素、甲醛共聚的改性浸渍树脂为对象, 研究经过树脂浸渍后, 预油漆纸的耐潮性能及影响因素。通过对浸渍纸恒温恒湿处理和定时观测, 发现树脂中三聚氰胺与尿素的重量比为1:5时, 耐潮性能显著提高; 纸中浸胶量为30%和50%时, 纸张的吸湿过程不同, 高浸胶量的纸吸湿速度快; 在不同的环境湿度下, 浸渍纸的吸湿率随湿度提高而增加。文中还探讨了预油漆纸在不同湿度环境中的使用和储存对策。
关键词: 尿素-三聚氰胺-甲醛共聚树脂    浸渍    预油漆纸    耐潮湿性能    
Research on Moisture-Resistance of Finish Foil Impregnated with UMF Resin
Zhang Yifan, Bai Xueyan     
Northeast Forestry University Harbin 150040
Abstract: This paper aimed at the problem of the finish foil being easily affected with damp, took the melamine modified urea formaldehyde resin as the research object, studied the anti-moisture performance and the influencing factors of the finish foil. In the experiment, it found through the same temperature and moisture treatment and observation at definite-time, when the ratio of the melamine to urea of the resin is 1:5, the anti-moisture performance is improved drastically; when the amount of the impregnation glue is 30% and 50% respectively, the process of absorbing moisture is different, the absorbing moisture velocity of the paper of high amount of the impregnation glue is fast; in different environmental moisture, the absorbing moisture ratio increased with the moisture improved. This paper also discussed the countermeasure when the finish foil uses and stores in different moisture environment.
Key words: Urea-melamine-formaldehyde co-condensed resin    Impregnation    Finish foil    Moisture-resistance    

预油漆纸(synthetic veneer或finish foil), 是将表面印有珍贵木纹或其它图案的优质装饰纸,经水性树脂浸渍,再涂布表层涂料等工艺加工制成的一种纸质装饰材料。它是天然薄木装饰材料的理想替代产品,具有装饰图案逼真、光泽柔和、触感温暖、耐磨、抗污染、使用方便、造价低廉等特点,是一种新兴的人造板表面装饰材料,广泛用于家具和建筑装修业。

预油漆纸用浸渍树脂主要为脲醛树脂,脲醛树脂的优点是浸渍性好、价格低,但疏水性差。在潮湿条件下,如果预油漆纸储存不善,会产生卷曲变形,严重受潮时,会对贴面产生不利影响。为提高脲醛树脂的耐水性,可对脲醛树脂进行改性,改性分共聚和共混两大类。常用的共聚方法是分别用聚乙烯醇、苯酚、间苯二酚和三聚氰胺改善脲醛树脂的结构,形成共聚树脂(李东光,2002)。聚乙烯醇改性后粘度较大,不适宜浸渍用;苯酚和间苯二酚有颜色不宜用在表面装饰;三聚氰胺改性脲醛树脂结果比较理想,而且易于掌握,是提高耐水性最有效的一种方法。

本文以三聚氰胺与尿素、甲醛共聚的改性浸渍树脂为对象,考察改性树脂浸渍纸的耐潮性以及浸胶量、环境相对湿度对耐潮性的影响,探讨改性树脂耐潮性的期望值及预油漆纸在潮湿环境下的储存与使用对策。

1 材料与方法 1.1 原料

三聚氰胺改性脲醛树脂、脲醛树脂和三聚氰胺树脂,均为自制。各项指标见表 1

表 1 浸渍树脂各项技术指标 Tab.1 The different technology qualities of the impregnated resins

原纸为印刷木纹图案的装饰纸,定量80 g·m-2,吸水性(klemm测定法)顺纹26 mm ·(10 min)-1,横纹24 mm·(10 min)-1。固化剂为氯化铵。

1.2 试件制作

将各树脂中加入适量的固化剂调制成浸渍液,手工浸纸,在烘箱中150℃条件下干燥90 s,然后裁制成规格为长(100±1)mm、宽(100±1)mm的试件。考虑到本试验不作后续涂料涂饰,故模拟涂饰烘干工艺将试件在温度(145±2)℃条件下再次干燥90 s。

1.3 测试方法

上胶量、挥发物含量、预固化度的测定依据LY/T 1143-93标准进行。

吸湿率的测定是把已称重的试件分别放置在调温调湿箱中,在规定的时间取出称重。吸湿率的计算公式如下:WC(%)=(Wb-Wa)/Wa×100%。其中WC为吸湿率(%),Wa为吸湿前重量(g),Wb为吸湿后重量(g)。

1.4 贴面方法

基材为中密度纤维板, 胶粘剂为聚醋酸乙烯酯乳胶, 试验热压机温度110~120℃, 压力0.5 MP a。

2 结果与讨论

浸渍纸的各项技术指标测定结果如下:浸胶量控制在30%~35%和50%~55%两个等级内,挥发物含量为2%~3%,预固化度70%以上,根据李庆章(1989)和试验中的摸索,证明作为试件的浸渍纸可以达到预油漆纸要求的参数。用它来作耐潮性研究,可以明确地反应出浸渍用改性树脂的性能,同时,因预油漆纸表面涂料是以三聚氰胺树脂和丙烯酸酯为主要成分,耐潮湿性能明显好于背面的浸渍树脂,所以浸渍纸也可以间接表现出预油漆纸成品在潮湿环境下的状况。

2.1 三聚氰胺改性脲醛树脂浸渍纸的耐潮性

将三聚氰胺改性脲醛树脂浸渍纸与脲醛树脂、三聚氰胺树脂浸渍纸同时放在温度26℃、相对湿度90%的条件下进行吸湿处理,得到浸渍纸的吸水率随时间变化的规律曲线如图 1。图中可以看到浸渍纸吸水率随时间延长而增加,在开始阶段1~2 h,吸湿速度快,2 h吸水率可达到平衡时的40%~50%,然后逐渐缓慢,24 h左右浸渍纸含水率与环境湿度平衡。

图 1 三种浸渍树脂吸湿率随时间的变化 Fig. 1 The change of the absorbed moisture ratio of three impregnated paper with time

图 1中,虽然改性树脂中三聚氰胺与尿素的重量比仅为1:5,但浸渍纸的吸水率曲线却位居脲醛树脂和三聚氰胺树脂浸渍纸吸水率曲线的中间,显示出良好的耐潮湿性能。这是由于改性树脂采用了三聚氰胺与尿素、甲醛共聚的工艺方法,三聚氰胺在特定的介质环境中与甲醛起加成反应,生成羟甲基三聚氰胺,它又与羟甲基脲进一步缩聚,形成三聚氰胺改性脲醛树脂(杜官本等,2002), 其结构式如下:

共聚交联的结果提高了分子的聚合度,封闭了大量吸水性基团如—CH2OH等。因此说明改性后树脂中的亲水基团减少,耐潮性明显提高。从本研究的试验结果得知:采用共聚法生产三聚氰胺改性脲醛树脂,如果合成工艺过程处理得好,可以用少量三聚氰胺,以低廉的成本,实现浸渍纸耐潮性能的提高。

2.2 浸胶量对吸湿率的影响

预油漆纸浸胶量一般不超过60%,而浸胶量低于20%的纸通常是在造纸过程中完成,也称预浸纸。本试验针对浸渍生产的情况,将浸胶量分别为30%~35%的低浸量和50%~55%的高浸量,对不同浸胶量的浸渍纸在温度26℃、相对湿度90%的条件下吸湿的情况作了比较,结果如图 2。高浸胶量的浸渍纸在潮湿环境下,吸湿率增长较快,与环境湿度平衡的时间也较短;而低浸胶量的浸渍纸则吸湿速度缓慢,但最终平衡时,两种纸吸湿率是基本相同的。为了验证试验的可靠性,在同样条件下考察了脲醛树脂和三聚氰胺树脂浸胶量对吸湿率的影响,也有同样的结果(图 3)。这说明在一定范围内,浸胶量对浸渍纸的吸湿量无影响,而对吸湿过程有一定影响。分析认为:在浸胶量30%~55%范围内,无论纸中浸胶量大小,纸张内部的纤维已被树脂所浸透,在树脂完全固化,形成体型结构的过程中,树脂与纸产生了化学交联,其反应生成物为树脂类的复合材料。这种材料也同样具有改性树脂的亲水基团,所产生的吸水现象是树脂的亲水基团与空气中水分结合的结果,并且,经过一段时间吸湿后,也会与环境湿度相平衡。纸的浸胶量是靠设备计量辊的挤压力控制的,浸胶量高的纸张内部空隙中容纳的树脂多,树脂在烘干时产生三维膨胀,因此能够与外界环境接触的表面积大。在湿空气压力作用下,树脂与水的结合能量大,所以吸水速度快,这是低浸胶量纸所不及的。但是无论纸张中树脂的表面积大小,完全固化后生成同样的复合材料,其结构本身决定了最终有相同的平衡含水率。对预油漆纸来说,不同浸胶量的产品,它的性能、质量和用途有区别,例如浸胶量30%左右时,产品的柔韧性好,适用于人造板家具上带有过渡圆边、线形、弯曲等造型的包复装饰;而浸胶量50%左右的预油漆纸质地挺括、涂膜饱满,适用于家具平面的装饰。因此,考察不同浸胶量预油漆纸的耐潮性,可有助于解决预油漆纸储存、使用中的实际问题。

图 2 浸胶量对改性树脂浸渍纸吸湿率的影响 Fig. 2 The influence of the impregnated resin quantities to the absorbed moisture ratio of the paper impregnated with UMF
图 3 浸胶量对脲醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂浸渍纸吸湿率的影响 Fig. 3 he influence of the impregnated resin quantities to the absorbed moisture ratio of the paper impregnated with UF and MF
2.3 不同湿度下的吸水率

我国地域辽阔,气候条件相差很大,预油漆纸储存、使用中因地区、季节不同所面临的吸水受潮问题各不相同。据有关气象资料,国内部分城市气象相对湿度统计情况见表 2

表 2 部分城市相对湿度统计表 Tab.2 The relative humidity statistics table of some cities

本研究根据上述资料选取了几个有代表性的气候条件即相对湿度为60%、80%、90%,温度20 ~27℃,观察改性树脂浸渍纸在这些条件下的吸水率变化情况,见图 4。结果表明:在温度2 6℃、相对湿度60%时浸渍纸的吸水率变化不大,最大值不超过5%。在这种气候环境下,储存、使用不会影响预油漆纸的各种性能。在我国北方和内地部分地区,即使在夏季,室内的相对湿度通常不超过60%,因此,预油漆纸可以很方便地加工使用,储存也基本不需要空调设施。

图 4 不同湿度下改性树脂浸渍纸吸湿率随时间的变化 Fig. 4 The change of absorbed moisture ratio of the modified resinwith the time in the conditions of different relative humidity

当温度20℃、相对湿度80%时,浸渍纸的吸水率明显提高,24 h内可与环境湿度平衡,吸水率达到12%左右。此时纸张外观蔫软发潮,如马上实施热压贴面,高温高压下可以使预油漆纸迅速排湿。如果采用辊压贴面,最好是对基材进行预热后再覆面,有利于预油漆纸中水分的挥发。以上两种方式贴面后都不影响装饰效果;但是这种条件下,产品不宜长期存放,储存期不超过2~3个月。

在温度26℃、相对湿度90%时,浸渍纸的吸水率进一步大幅度提高,各阶段吸水量超过相对湿度80%时的一倍,此时浸渍纸湿软、卷曲,甚至带有微小的雾珠,说明80%~90%相对湿度是预油漆纸吸水率变化最敏感的环境范围。而在我国南方地区,每年都有一段时间,气候的相对湿度处于这一范围之中,因此,预油漆纸在潮湿季节的生产使用中,要特别注意防潮,密封包装,当天未使用完的产品要及时包好,以保证贴面后的质量。产品储存库要设调温调湿装置,储存期不超过1~2个月。

3 结论

预油漆纸在放置中会吸收空气中的水分,24 h后与环境湿度相平衡;采用三聚氰胺、尿素与甲醛共聚制成的改性脲醛树脂,当三聚氰胺与尿素的重量比为1:5时,浸渍纸耐潮性明显提高,可达到脲醛树脂和三聚氰胺树脂浸渍纸吸水率的中间值;在浸胶量30%~55%范围内,浸胶量对浸渍纸的最终吸水率无影响,但是对吸水过程有影响,高浸胶量的纸初期吸水速度快,与环境湿度平衡的时间短。

改性脲醛树脂浸渍纸在不同湿度条件下吸水率差别很大,当空气相对湿度在60%时,吸水率低于5%,可以保证储存、使用安全。当相对湿度在80%时,吸水率可达到12%,虽不影响使用,但产品必须密封储存,储存期不应超过2~3个月。当相对湿度为80%~90%时,吸水率将大幅度上升,甚至超过25%,会对产品产生破坏性影响。因此,应储存在有空调设施的室内,储存期不超过1~2个月。

参考文献(References)
杜官本, 杨忠, 廖兆明, 等. 2002. 尿素-三聚氰胺-甲醛共聚树脂应用进展. 林产工业, (4): 14.
李东光. 2002. 脲醛树脂胶粘剂. 北京: 化学工业出版社, 262-270.
李庆章. 1989. 人造板表面装饰. 哈尔滨: 东北林业大学出版社, 212-220.