納米有機(jī)蒙脫土在實(shí)木地板上的應(yīng)用試驗(yàn)

張 建，汪奎宏，李 琴，袁少飛

（浙江省林業(yè)科學(xué)研究院 浙江省竹類研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310023）

多年以來(lái)，實(shí)木地板以其獨(dú)特的回歸自然的理念，受到消費(fèi)者的青睞，成為我國(guó)室內(nèi)裝修中一種主要的地面裝飾材料[1]，但我國(guó)實(shí)木地板尺寸穩(wěn)定性差仍是一個(gè)主要的質(zhì)量問(wèn)題，主要是由于我國(guó)氣候多樣性和木材本身具有干縮濕脹特性，實(shí)木地板在受潮、冷熱變化的環(huán)境中結(jié)構(gòu)尺寸易發(fā)生變化而最終引起變形、拱起和開(kāi)裂等[2～3]。這種質(zhì)量問(wèn)題很難修復(fù)，嚴(yán)重影響了實(shí)木地板的發(fā)展和使用。對(duì)于實(shí)木地板所出現(xiàn)的上述變形問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者、企業(yè)和科研院校都進(jìn)行了相關(guān)的研究。通過(guò)熱處理可一定程度上改善其尺寸穩(wěn)定性[3]，但能耗大，效率低；采用鋼瓷面超耐磨技術(shù)或其他高分子材料，使產(chǎn)品具有強(qiáng)度高、硬度高、超耐磨、防火等特性[4]，但生產(chǎn)工藝復(fù)雜；進(jìn)行木材改性違反了實(shí)木地板環(huán)保天然的初衷；此外木材干燥和加工工藝的優(yōu)化、改進(jìn)地板安裝工藝和合理保養(yǎng)也可改善地板的抗變形能力，但這些改善較為有限。本試驗(yàn)采用真空加壓處理方式，對(duì)納米有機(jī)蒙脫土和實(shí)木地板坯料進(jìn)行復(fù)合處理，期望開(kāi)發(fā)出尺寸穩(wěn)定性較好的實(shí)木地板，并對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 試驗(yàn)材料及儀器設(shè)備

1.1 原材料

地板毛料：（1）軟銀葉樹(shù)（Heritiera borneensis），又名婆羅洲銀葉樹(shù)，梧桐科（Sterculiaceae），氣干密度0.727 g/cm3；（2）紅山樟（Dryobanops aromatica），中文名芳味冰片香，龍腦香科（Dipterocarpaceae）冰片香屬，氣干密度0.740 g/cm3，它們均為東南亞進(jìn)口木材。納米有機(jī)蒙脫土：購(gòu)自浙江豐虹粘土化工有限公司，蒙脫土含量96% ～ 98%，米白色粉末，徑厚比200，干粉粒度99.9%通過(guò)200目，疊層厚度小于25 nm，表觀密度0.25 ～ 0.35 g/cm3，含濕量小于3%，X-ray d001值為2.1 nm。酚醛樹(shù)脂：購(gòu)于浙江德清莫干山竹膠板有限公司，水溶性好，pH值10.28，固含量46.0%，粘度（涂4杯法）57.92 s，水混合倍數(shù)大于7.5，密度1.109 g/cm3，貯存期45 d。

1.2 儀器設(shè)備

SS-550電子顯微鏡、DN500×1000真空加壓處理罐、DHG-9203A電熱鼓風(fēng)干燥箱、HH-4恒溫水槽、LHS-150SC恒溫恒濕氣候箱、MWE-40液壓式木材萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、TD 20002型電子天平、MB202-D型雙面壓刨床、精密推臺(tái)鋸、WD-4G含水率快速測(cè)試儀、JJ-1型電動(dòng)攪拌器等。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)工藝

為了和實(shí)際生產(chǎn)相近，首先對(duì)地板坯料進(jìn)行四面刨削處理并進(jìn)行砂光，尺寸為650 mm×110 mm×20 mm。軟銀葉樹(shù)地板坯料處理?xiàng)l件為酚醛樹(shù)脂固含量25%、蒙脫土分散濃度3%、浸漬溫度60℃，真空度－0.02 MPa條件下處理100 min，加壓壓力1.2 MPa條件下處理90 min；紅山樟地板坯料處理?xiàng)l件為酚醛樹(shù)脂固含量30%、蒙脫土分散濃度4%、浸漬溫度60℃，首真空度－0.02MPa條件下處理60 min，加壓壓力1.2 MPa條件下處理90 min。卸壓后取出試件，表面水洗干凈，干燥至含水率10% ～ 14%，干燥過(guò)程中也實(shí)現(xiàn)了對(duì)納米材料在木材內(nèi)部的定型處理，最后進(jìn)行測(cè)試分析；將部分試件進(jìn)行養(yǎng)生、直邊、砂光、油漆，加工成尺寸為600 mm×90 mm×16 mm的實(shí)木地板成品進(jìn)行性能測(cè)試；同時(shí)，以未處理的試件作為空白試件進(jìn)行對(duì)比。

2.2 主要性能測(cè)試方法

2.2.1 增重率 增重率按如下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中，W0為處理前試件的絕干重，W1為處理后試件的絕干重，試件尺寸為20 mm×20 mm×20 mm，試件數(shù)為10個(gè)。

2.2.2 抗流失性 試件尺寸20 mm×20 mm×20 mm，試件分2組，每組36個(gè)試件，干燥至絕干后稱重記為M01，一組放入20℃水中，每隔5 h取出6個(gè)試件，絕干稱重記為M02；另一組放入80℃水中，每隔5 h取出6個(gè)試件，絕干稱重記為M02。按如下公式進(jìn)行計(jì)算：

2.2.3 阻濕率 試件尺寸20 mm×20 mm×20 mm，絕干，稱重記為M0，然后將其置于溫度20±2℃，相對(duì)濕度65%的氣候箱中進(jìn)行吸濕處理，吸濕144 h后，測(cè)重量記為M1，可得素材的吸濕率X0。此后，將試件納米復(fù)合處理，再按上述方法進(jìn)行絕干、稱重，得處理材的吸濕率X1。

式中，Z為阻濕率。

吸水率：按照GB/T 1934-1991中規(guī)定的方法進(jìn)行測(cè)試。

硬度：按照GB/T 1941-1991中規(guī)定的方法進(jìn)行測(cè)試。

氧指數(shù)：按照GB/T 2406-93中規(guī)定的方法進(jìn)行測(cè)試，其中試件尺寸為120 mm×10 mm×10mm。

表面耐磨性：按照GB/T15036.2-2001中規(guī)定的方法進(jìn)行測(cè)試，這里試件為未油漆處理的素板，共磨1000轉(zhuǎn)，每磨200轉(zhuǎn)取下進(jìn)行稱重，計(jì)算磨耗值。

實(shí)木地板成品按照GB/T 15036-2001和GB18580-2001中規(guī)定的方法測(cè)試含水率、漆膜附著力、表面耐磨性和甲醛釋放量。

利用電子顯微鏡觀測(cè)實(shí)木地板坯料納米復(fù)合前后的微觀結(jié)構(gòu)變化情況。

3 結(jié)果與分析

3.1 實(shí)木地板坯料性能測(cè)試結(jié)果

從表1可以看出，納米復(fù)合后紅山樟和軟銀葉樹(shù)增重率均在7%左右，整體性能得到顯著改善。兩者的阻濕率分別為37.3%和37.2%；紅山樟吸水率由81.0%減小到53.08%，改善幅度達(dá)34.6%；軟銀葉樹(shù)吸水率由74.5%減小到55%，改善幅度達(dá)26.2%。阻燃效果也得到了提高，兩者的氧指數(shù)均提高了15%。從圖1表面磨耗量測(cè)試結(jié)果可看出，轉(zhuǎn)數(shù)增加，磨耗量增加，但納米復(fù)合后的紅山樟和軟銀葉樹(shù)的表面磨耗量較未納米復(fù)合的紅山樟和軟銀葉樹(shù)較低，耐磨性得到改善。從圖2分析得到，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，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，說(shuō)明固化定型后納米材料抗流失性較好。

表1 實(shí)木地板坯料檢測(cè)結(jié)果Table 1 Result of solid wood floor blanks

圖1 實(shí)木地板坯料表面耐磨性檢測(cè)結(jié)果Figure 1 Result of abrasion resistance of solid wood floor blanks

圖2 軟銀葉樹(shù)和紅山樟地板坯料抗流失性趨勢(shì)Figure 2 Trend of leaching resistance of H. borneensis and D. aromatica wood floor blanks

3.2 實(shí)木地板成品性能測(cè)試結(jié)果

從表2可看出，用納米復(fù)合后的紅山樟和軟銀葉樹(shù)制造的實(shí)木地板，性能達(dá)到了實(shí)木地板國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。雖然經(jīng)過(guò)酚醛樹(shù)脂和納米有機(jī)蒙脫土的改性，仍能保持實(shí)木環(huán)保的特性，甲醛釋放量非常低，僅為0.2 mg/L，說(shuō)明納米復(fù)合處理對(duì)木材的環(huán)保性能基本無(wú)影響。

表2 納米復(fù)合實(shí)木地板檢測(cè)結(jié)果Table 2 Result of nano-composite solid wood floor

3.3 微觀測(cè)試分析

對(duì)未處理試件和納米復(fù)合處理后的試件分別在電子顯微鏡下觀察，分析處理前后結(jié)構(gòu)上的變化情況。從如圖 4、圖5可以看出，無(wú)論從橫切面還是縱切面觀察，納米復(fù)合后試件的空隙都得到了很好的填充，而且結(jié)構(gòu)緊密，這就微觀上說(shuō)明了在此工藝條件納米處理試件的效果非常明顯。

圖4 未處理試件電子顯微鏡圖Figure 4 Untreated specimen

圖5 處理試件電子顯微鏡圖Figure 5 Treated specimen

4 結(jié)論

（1）納米有機(jī)蒙脫土用于實(shí)木地板提高其性能可行，特別是尺寸穩(wěn)定性方面。處理后增重率在7%左右，阻濕率提高37%以上，吸水率改善幅度達(dá)26.2%以上；阻燃性和耐磨性也得到了提高，氧指數(shù)提高了15%；整體抗流失性較好，20℃水時(shí)抗流失性在0.6%以下，80℃水時(shí)抗流失性在2%以下。

（2）納米復(fù)合后的地板毛料可生產(chǎn)出合格的實(shí)木地板，而且納米復(fù)合處理對(duì)其環(huán)保性能基本無(wú)影響。

（3）經(jīng)核算，處理1 m2實(shí)木地板毛料成本約5元，成本低，易于操作，具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和廣闊的應(yīng)用前景，如利用在低質(zhì)速生材上，將會(huì)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]宋白瑜. 增強(qiáng)實(shí)木地板物理性狀穩(wěn)定性探討[J]. 浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，1998，15（4）：363－366.

[2]方崇榮. 對(duì)實(shí)木地板新標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行中幾點(diǎn)意見(jiàn)的看法和理解[J]. 中國(guó)木材，2002（5）：20－22.

[3]楊小軍. 熱處理對(duì)實(shí)木地板尺寸穩(wěn)定性影響的研究[J]. 木材加工機(jī)械，2004（6）：18－20.

[4]金剛. 超耐磨實(shí)木地板[J]. 建材工業(yè)信息，2004（5）：22.