本发明涉及无醛刨花板领域，具体地，涉及一种水分散多异氰酸酯为胶黏剂的刨花板及其生产方法。
背景技术：
刨花板是一种利用木材刨花、碎木料和农作物秸秆制成的人造板材，其实现了资源再生，具有很好的环保价值。然而，长久以来，用于刨花板生产的胶黏剂主要为脲醛树脂、酚醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂，这几类胶虽然价格便宜，但在使用过程中会释放甲醛，危害人体健康。因此，无醛刨花板的需求日益增长，其制造工艺亟待研究。
然而，无醛刨花板所使用的无醛胶一般为聚异氰酸酯，例如MDI胶，这种无醛胶的粘度较高，导致施胶均匀性较差，进而会影响产品质量；而且，在施胶过程中为了提高施胶均匀性和减小拌胶爪与刨花之间的摩擦力，通常需要降低粘度，然而，由于传统的无醛胶通常是非水溶性的，拌胶往往难以均匀，也会影响施胶质量。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题中的至少一个方面，本公开的实施例提供一种无醛刨花板及其生产方法。
根据本公开的一个方面，提供一种水分散多异氰酸酯为胶黏剂的刨花板，包括：表层，所述表层包含秸秆刨花和无醛胶；和
由所述表层夹合的芯层，所述芯层包含木材刨花和无醛胶；
其中，所述无醛胶为水分散多异氰酸酯，以及，所述表层和所述芯层中水分散多异氰酸酯的量各占其重量的3％-6％。
根据一些实施例，所述表层和所述芯层的水分散多异氰酸酯的量各占其重量的3.5％-5％。
根据一些实施例，所述芯层还包含秸秆刨花。
根据一些实施例，所述芯层包含棉梗刨花、稻草刨花、油菜梗刨花和木材刨花。
根据一些实施例，所述芯层包含25-35％木材刨花、25-35％棉梗刨花、25-35％稻草刨花和5-15％油菜梗刨花。
根据一些实施例，所述表层刨花为经4.0-5.5mm筛网筛选的细秸秆刨花。
根据一些实施例，所述刨花板的厚度为8-45mm。
根据一些实施例，所述表层和所述芯层的重量比为3∶7至6∶4。
根据本公开的另一个方面，提供一种水分散多异氰酸酯为胶黏剂的刨花板生产方法，包括以下步骤：
刨花制备：将秸秆和木材分别制备成刨花状态，并按照刨花种类分成表层刨花与芯层刨花两类，其中，所述表层刨花为秸秆刨花，所述芯层刨花包含木材刨花；
刨花干燥：将表层刨花含水率控制在9％-12％的范围内，芯层刨花含水率控制在5％-7％的范围内；
调胶：将无醛胶用水稀释为以重量计固含量为30％至55％的水溶液，其中，所述无醛胶为水分散多异氰酸酯；
施胶：将水分散多异氰酸酯的水溶液分别喷洒到分类好的所述表层刨花和所述芯层刨花表面，并分别均匀混合，其中，控制施胶量使得水分散多异氰酸酯占所述表层刨花和所述芯层刨花各自重量的3％-6％；
铺装：将施胶后的表、芯层刨花进行铺装；
热压：将铺装好的板坯热压成规定厚度的板材；和，任选地，
后处理：对热压好的板材进行后处理，完成产品的表面外观质量处理。
根据一些实施例，控制施胶量使得水分散多异氰酸酯占所述表层刨花和所述芯层刨花各自重量的3.5％-5％。
根据一些实施例，施胶步骤中，所述水分散多异氰酸酯水溶液的温度为室温。
根据一些实施例，铺装步骤中，表层刨花用在板坯的两个表层，采用分级铺装机进行，芯层刨花用在板坯的芯层，采用机械铺装机进行，表层刨花和芯层刨花的重量比为3∶7至6∶4。
根据一些实施例，所述芯层刨花还包含秸秆刨花。
根据一些实施例，所述芯层刨花包含棉梗刨花、稻草刨花、油菜梗刨花和木材刨花。
根据一些实施例，所述芯层刨花包含25-35％木材刨花、25-35％棉梗刨花、25-35％稻草刨花和5-15％油菜梗刨花。
本公开实施例的刨花板在胶黏剂的选择上进行创新，通过使用水分散多异氰酸酯粘合刨花，一方面能保证刨花板各项性能指标达到国家标准，另一方面不会释放甲醛等有害物，环保健康。此外，由于水分散多异氰酸酯具有水溶性，可通过加水稀释降低粘度而无需升温处理，可简化工艺、节约能源。在低施胶量的前提下，将水分散多异氰酸酯用水分散，可以增加施胶的均匀性，使得胶黏剂更能均匀的喷洒在刨花表面，改善施胶质量，提高效率。
附图说明
通过下文中参照附图对本公开所作的描述，本公开的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本公开有全面的理解。
图1是根据本公开的示例性实施例的刨花板结构示意图；以及
图2是根据本公开的示例性实施例的刨花板生产方法流程图。
需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另有明确说明，本公开实施例的附图中各结构的尺寸和比例均不代表实际的尺寸和比例。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
图1是根据本公开的示例性实施例的刨花板结构示意图，其中，附图标记1表示刨花板表层，附图标记2表示刨花板芯层，由图可知，刨花板包括上下两个表层以及由所述表层夹合的芯层。其中，表层包含秸秆刨花和无醛胶，芯层包含木材刨花和无醛胶。所述无醛胶作为胶黏剂分别将表、芯层刨花粘合起来，由此制得的刨花板在使用过程中不会释放出甲醛，对人体健康无害。在本公开的实施例中，所述无醛胶为水分散多异氰酸酯，所述表层和所述芯层中水分散多异氰酸酯的量各占其重量的3％-6％。优选地，水分散多异氰酸酯的量各占表层和芯层重量的3.5％-5％。
所述芯层可以还包含秸秆刨花，表层和芯层包含的秸秆刨花可以是任何常见的农作物秸秆刨花，如玉米杆、棉梗、稻草、油菜梗以及小麦、薯类、甘蔗等的茎杆；芯层包含的木材刨花可以来自桉木、杨木、竹木、楠木、榆木等各种类别的木材，或是工厂加工木板剩余的边角料、回收的废旧木板等。在一个实施方案中，芯层具体包含棉梗刨花、稻草刨花、油菜梗刨花和木材刨花，其含量组成为：25-35重量％木材刨花、25-35重量％棉梗刨花、25-35重量％稻草刨花和5-15重量％油菜梗刨花。其中，木材刨花的含量可以为28％-32％，在一个实施方案中为30％；棉梗刨花的含量可以为28％-32％，在一个实施方案中为30％；稻草刨花的含量可以为28％-32％，在一个实施方案中为30％；油菜梗刨花的含量可以为8％-12％，在一个实施方案中为10％。在本发明的刨花板中，所述表层和所述芯层的重量比为3∶7至6∶4。在一些实施例中，重量比优选为5∶5。以该重量比结合使用秸秆刨花和木材刨花制备刨花板，一方面可以有效利用农作物秸秆、变废为宝，减少木材的消耗，另一方面木材刨花的掺入又可以增强力学性能。由此在木板性能和原材料选取上综合考虑，找到一个平衡点。
在本公开的实施例中，刨花板的厚度为8-45mm，在一些示例中，刨花板厚度优选为18mm，过薄或过厚都会影响刨花板的承重性能。本发明的刨花板密度在705-755kg/m3的范围内，属于中密度板，性能稳定、表面平整，适用于家具、隔墙、地板。在一些实施例中，刨花板密度为710-750kg/m3、715-745kg/m3、720-740kg/m3或725-735kg/m3。根据本公开的示例性实施例的刨花板，其2h吸水厚度膨胀率小于1.35％，其中，2h吸水厚度膨胀率是按标准规定的方法，截取一定量的试样浸入水中，浸泡2h后，测得的吸水前后厚度差与浸水前厚度之比，吸水厚度膨胀率越低，刨花板受潮后变形越小。在一些实施例中，所述刨花板的2h吸水厚度膨胀率为1.33％、1.31％或1.18％，均远远低于标准值，性能优异。
根据本公开的示例性实施例的刨花板生产方法流程图如图2所示。根据图2，刨花板的制备方法包括以下步骤：
刨花制备：将秸秆和木材分别制备成刨花状态，并按照刨花种类分成表层刨花与芯层刨花两类，其中，所述表层刨花为秸秆刨花，所述芯层刨花包含木材刨花，还可以进一步包含秸秆刨花。表层刨花为经4.0-5.5mm筛网筛选的细秸秆刨花，其用于表层，可增加紧实度，提高表面强度和美观度；同时，木材刨花应用于芯层可增强芯层的力学性能。
刨花干燥：将表、芯层刨花通过干燥机分别干燥，使表层刨花含水率控制在9％-12％的范围内，芯层刨花含水率控制在5％-7％的范围内。刨花含水率会影响后续的施胶质量和热压工艺，进一步影响刨花板的质量和性能，干燥不充分易造成鼓泡、分层、变形等问题，因此刨花在施胶前需要干燥到一定含水率范围。
调胶：胶黏剂粘度太大，胶液不易分散，粘度太小，易渗入刨花里面。传统多异氰酸酯胶例如PM-200需要通过升温至50-60℃使粘度降低至30-40mPa·s，不同于PM-200，水分散多异氰酸酯由于具有水溶性，可通过兑水稀释降低粘度，因而可在室温下进行施胶，加水还可减少拌胶爪与刨花之间的摩擦力，降低动力消耗，因此，采用水分散多异氰酸酯在简化工艺、节约能源方面具有优势。另外，使用水分散多异氰酸酯的粘合反应速度较使用PM-200提高25％-35％，在工作效率上也有一定优化。为了有利于更均匀地施胶，将水分散多异氰酸酯用水稀释为以重量计固含量为30％至55％的水溶液。如果固含量过高，则可施用的水分散多异氰酸酯胶的溶液量不足以实现均匀分散到刨花表面上的目的，而如果固含量过低又会使得施胶步骤中的水量过高，施胶后刨花的含水率增加过大，带来热压时间延长、产量降低的不良后果，并且，热压过程中会产生分层、鼓泡的现象，影响产品质量。在一些实施方案中，将水分散多异氰酸酯用水稀释为以重量计固含量为35％至55％的水溶液。在又一些实施方案中，将水分散多异氰酸酯用水稀释为以重量计固含量为40％至50％的水溶液。在一个实施方案中，将水分散多异氰酸酯用水稀释为以重量计固含量为50％的水溶液。
施胶：将水分散多异氰酸酯的水溶液分别喷洒到分类好的所述表层刨花和所述芯层刨花表面，并分别均匀混合，其中，控制施胶量使得水分散多异氰酸酯占所述表层刨花和所述芯层刨花各自重量的3％-6％，并进一步优选为3.5％-5％。秸秆板的制造通常是将滚筒拌胶机和环式拌胶机联合使用，其中，滚筒拌胶机里面有雾化器进行喷胶，环式拌胶机用以产生摩擦，使得刨花表面施胶更为均匀。
铺装：将施胶后的表、芯层刨花进行铺装，表层刨花用在板坯的两个表层，采用分级铺装机进行，芯层刨花用在板坯的芯层，采用机械铺装机进行，表层刨花和芯层刨花的重量比控制为3∶7至6∶4。其中，分级铺装机利用钻石辊之间的错位滚动，能够很好地控制刨花分级，具有铺装密度均匀、稳定性好、板面细密等优点，适用于表层铺装；机械铺装机铺装的板坯表面比较粗糙，可用于芯层的铺装。
热压：将铺装好的板坯进行热压成规定厚度的板材，热压工艺使胶黏剂固化，并使松散的板坯经加压固结，工艺参数对刨花板的力学性能影响很大。例如，在一些实施方案中，热压步骤可以包括三段，即高压段、中压段和排气段，热压温度控制为180-190℃，采用如下热压曲线：高压、中压和排气起始面压分别为3.15MPa、1.23MPa和0.7MPa；热压时间为275～500s，加压到最大压力(即3.15MPa)的时间为31～33s，高压保压2min，中压保压1～1.5min，排气1～1.5min。
后处理：对热压好的板材进行凉板、裁边、冷却匀质、砂光等程序完成产品的表面外观质量处理。
下面通过具体的实施例进行说明。
以下实施例中的百分比均以重量计，除非另有说明。
实施例中所用原料如下所述。
刨花材料：稻草刨花、棉梗刨花、油菜梗刨花、木材刨花。
实施例中所用试剂如表1中所述。
表1.实施例中使用的试剂
实施例1
将农作物秸秆和木片切断、粉碎制成刨花，根据刨花形态、种类分成表层刨花和芯层刨花，其中，表层刨花为100％稻草刨花；芯层刨花为30％木材刨花、30％稻草刨花、30％棉梗刨花和10％油菜梗刨花。将表层刨花和芯层刨花分别干燥至含水率为9％-12％和5％-7％，然后分别施加按重量计10％水分散多异氰酸酯进行实验。其中，水分散多异氰酸酯加水稀释降低粘度，室温下进行施胶。将施胶后的表、芯层刨花进行铺装，经热压成型和进一步后处理制得所述刨花板。其中，刨花板密度控制在720kg/m3左右。
1.步骤
(1)刨花制备
用切草机将稻草、棉梗、油菜梗等农作物秸秆切断成长度5-50mm的单元长度，按照重物分选原理分选出其中的杂质与细小叶子；用铡切机对木板加工剩余的边角料进行铡切。然后将上述切断的秸秆和木片通过粉碎机粗粉、环式打磨机精磨成刨花状态。用5mm筛网对稻草刨花进行筛选，细稻草刨花用作表层材料；粗稻草刨花和其他类别的刨花一起用作芯层刨花，具体组成为：30％木材刨花、30％稻草刨花、30％棉梗刨花和10％油菜梗刨花。
(2)刨花干燥
将表、芯层刨花通过干燥机干燥，水分分别控制在9％-12％和5％-7％的范围内。
(3)调胶
将水分散多异氰酸酯用水稀释为固含量为50重量％的水溶液。
(4)施胶
首先通过皮带计量运输机、电子皮带秤分别对表、芯层刨花的重量进行计量，通过PLC控制中心，完成水分散多异氰酸酯的自动精确供给，实现表、芯层刨花在密闭的滚筒中与高速旋转的离心雾化器甩出的水分散多异氰酸酯均匀混合，将按重量计10％的水分散多异氰酸酯水溶液分别与表、芯层刨花混合。
(5)铺装
将施胶后的表、芯层刨花进行铺装，表层刨花用在板坯的两个表层，采用分级铺装机进行，芯层刨花用在板坯的芯层，采用机械铺装机进行，表层刨花和芯层刨花的重量比为5∶5，根据刨花板成品厚度(18mm左右)设定铺装厚度。
(6)热压
将铺装好的板坯送到多层平压机或连续平压机进行热压成18mm厚的板材。为防止压板粘板，压板层应涂抹上均匀的脱模剂。热压温度控制为180-190℃，采用常规热压曲线：高压、中压和排气起始面压分别为3.15MPa、1.23MPa和0.7MPa；热压时间275～500s，其中闭合时间15s，加压到最大压力31～33s，高压保压2min，中压保压1～1.5min，排气1～1.5min。
(7)后处理
将板材凉板降温，裁边，冷却堆垛48小时后进行砂光、检测包装处理。
2.性能检测
根据GB/T 4897-2015刨花板国家标准的要求，依据GB/T 17657-2013人造板及饰面人造板理化性能试验方法规定的方法，对实施例1制得的刨花板成品进行性能检测，包括结合强度、静曲强度、弹性模量、握螺钉力和2h吸水厚度膨胀率等指标。
其中，2h吸水厚度膨胀率的检测方法为：
(1)测试试件中心点厚度t1，测量点在试件对角线交叉点处；
(2)将试件浸于pH值为7±1，温度为(20±1)℃的水槽中，在试验期间温度保持不变，试件表面垂直于水面，试件之间及试件与水槽底部和槽壁之间至少相距15mm，试件上部低于水面(25±5)mm，浸泡时间为2h；
(3)完成浸泡后，取出试件，擦去表面附着的水，在原测量点测其厚度t2，测量工作必须在10min内完成，每次实验应更换浸泡用水；
(4)试件的2h吸水厚度膨胀率等于(t2-t1)/t1*100％。
比较例1-2
以与实施例1相同的方式进行比较例1-2，不同之处在于分别用5％PM-200(比较例1)和5％的固含量为50％的水分散多异氰酸酯(比较例2)代替10％的固含量为50％的水分散多异氰酸酯。其中，PM-200需加热至50-60℃以使粘度降低至30mPa·s。
实施例1和比较例1-2的实验结果总结在下表2中。
表2.实施例1和比较例1-2的实验结果
分析以上各例和上表中的结果可知：
使用PM-200压制板材时，需加热至50-60℃以使粘度降低至30mPa·s，工艺流程复杂。使用水分散多异氰酸酯，可以通过加水稀释来获得所需固含量的溶液用于施胶，简化了工艺流程。
在密度相近时，与固含量为50％的水分散多异氰酸酯使用量为5％的情况相比，用PM-200压制的板材整体理化性能比水分散多异氰酸酯压制的板材要好。其中，采用水分散多异氰酸酯压制板材的2h吸水厚度膨胀率明显大于采用PM-200压制的板材，握钉力也比PM-200压制的板材低。
但是，当固含量为50％的水分散多异氰酸酯使用量由5％增至10％时，板材的各项性能均有明显提高，达到国家标准，且整体性能均高于使用5％的PM-200压制的板材。
实施例2
以与实施例1相同的方式进行实施例2，不同之处在于用7.5％的固含量为50％的水分散多异氰酸酯代替10％的固含量为50％的水分散多异氰酸酯，并且密度控制在750kg/m3左右。
实施例3
以与实施例2相同的方式进行实施例3，不同之处在于用12.5％的固含量为40％的水分散多异氰酸酯代替7.5％的固含量为50％的水分散多异氰酸酯。
比较例3-4
以与实施例2相同的方式进行比较例3-4，不同之处在于分别用5％PM-200(比较例3)和5％的固含量为50％的水分散多异氰酸酯(比较例4)代替7.5％的固含量为50％的水分散多异氰酸酯。其中，PM-200需加热至50-60℃以使粘度降低至30mPa·s。
根据刨花板国家标准要求，依据人造板理化性能试验方法，对实施例2-3和比较例3-4制得的刨花板成品进行性能检测，包括结合强度、静曲强度、弹性模量、握螺钉力和2h吸水厚度膨胀率等指标。
实施例2-3和比较例3-4的实验结果总结在下表3中：
表3.实施例2-3和比较例3-4的实验结果
分析以上各例和上表中的结果可知：
使用PM-200压制板材时，需加热至50-60℃以使粘度降低至30mPa·s，工艺流程复杂。使用水分散多异氰酸酯，可以通过加水稀释来获得所需固含量的溶液用于施胶，简化了工艺流程。
同为5％的施胶量时，用PM-200压制的板材整体性能比用水分散多异氰酸酯压制板材性能好。
由实施例2-3和比较例4可以看出，随着水分散多异氰酸酯的添加量的增加，板材的理化性能也随之变好，除板材的静曲强度变化不太明显外，其他性能都有明显的改善。
实施例2-3中水分散多异氰酸酯添加量为7.5％的固含量为50％的水分散多异氰酸酯和12.5％的固含量为40％的水分散多异氰酸酯时，板材的各项理化性能均达标。
对于本公开的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。