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CN120024089A - 一种长效阻燃抗变形复合板材及其制备方法及应用 - Google Patents

一种长效阻燃抗变形复合板材及其制备方法及应用 Download PDF

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CN120024089A
CN120024089A CN202510033063.5A CN202510033063A CN120024089A CN 120024089 A CN120024089 A CN 120024089A CN 202510033063 A CN202510033063 A CN 202510033063A CN 120024089 A CN120024089 A CN 120024089A
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composite board
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彭立民
沈越岗
吕少一
梁善庆
姜鹏
陈志林
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Research Institute of Wood Industry of Chinese Academy of Forestry
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Abstract

本发明提供一种长效阻燃抗变形复合板材及其制备方法及应用，涉及复合板材技术领域。长效阻燃抗变形复合板材，包括碎集料层、桥联层和芯层胶合板，碎集料层通过桥联层胶合于芯层胶合板的上表面及下表面；碎集料层包括生物质碎料以及含碳量子点的镁质胶黏剂；桥联层包括含碳量子点的镁质胶黏剂，其中，以含碳量子点的镁质胶黏剂的总重计，含碳量子点的镁质胶黏剂包括：氯化镁25wt.％‑35wt.％、水18wt.％‑20wt.％、碳量子点0.5wt.％‑2wt.％、氧化镁45wt.％‑55wt.％、层状纳米偏高岭土0.5wt.％‑3wt.％。本发明提供的板材，表面平整度高、尺寸稳定性好、阻燃性能强。

Description

一种长效阻燃抗变形复合板材及其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及复合板材技术领域，尤其涉及一种长效阻燃抗变形复合板材及其制备方法及应用。
背景技术
普通胶合板、细木工板和刨花板等产品是使用木竹材加工剩余物制备而成，具有生态绿色环保、储碳固碳等优良品质，深受市场和消费者青睐。但是这类单一品类的产品往往存在表面平整度差、尺寸稳定性差、表面易龟裂、力学强度低等缺点。同时，目前的人造板仍以脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂等为主要胶黏剂，板材或多或少添加了化学危害物“甲醛”，环保安全性能难以满足当前消费者日益增强的环保新需求。
复合板材是近年来市场衍生出来的一类产品，主要是以细刨花或细纤维为表面，传统胶合板、细木工板和定向刨花板等为基材(芯材)，通过复合成型制备而成的复合板材，具有表面平整光滑、表面耐龟裂、加工性能好、综合性价比高等优点，但由于其使用的芯板往往是普通刨花板、普通胶合板和定向刨花板等产品，存在潜在的甲醛释放风险、易吸潮变形、功能型欠缺等不足，尤其是这种“三明治”的夹芯结构，表面的易燃性以及芯层的未阻燃处理，会导致终端产品在高温热源或火灾环境下的“烟囱效应”，这类产品的火灾安全隐患比传统的均质材料更危险、隐患也更大更剧烈。因此复合板材的阻燃功能缺失，对于健全市场产品和产品安全等需求带来极大威胁。
基于复合板材，国内外在无醛添加和难燃功能等性能提升这一方面的相关产品还有待开发。普通型复合板材在一些公共场所、高性能家居和家具等性能要求苛刻的环境下，往往难以满足消费者对功能型、高性能、长效持久等新需求。
现有的复合板材，基材仍采用传统的含醛添加有机胶(脲醛树脂胶、三聚氰胺改性脲醛树脂胶等)制备的人造板材，存在潜在甲醛添加和释放污染，且产品易燃和火灾风险高；而目前的无醛添加有机胶(聚氨酯胶黏剂、异氰酸酯胶黏剂、大豆蛋白胶等)虽然克服了甲醛添加的缺陷，但仍存在胶黏剂的成本昂贵、功能性不足等问题，如异氰酸酯胶生产时喷胶液体喷雾防护要求高(施胶喷雾外泄容易造成人体潜在毒性危害)、产品应用时在遭受火灾环境下的烟气毒性高等缺陷；而大豆蛋白胶制备的人造板产品在潮湿和长期应用过程中容易发霉发臭，对公共场所和居室环境造成恶劣危害。因此，开发一种无醛添加、阻燃防火、多功能长效的复合板材具有重要的急迫性，符合当前绿色环保建筑材料的发展大趋势。
中国专利申请202211050784.X公开了一种难燃实木复合地板及其生产方法，其中的难燃实木复合地板，包括基材层，还包括设置在所述基材层一侧的面板层和设置在所述基材层另一侧的底板层，各层之间通过阻燃胶胶合；所述的基材层为由若干数量的单板通过阻燃胶胶合而成的复合基材层；所述的底板层为单板；所述的面板层为吸收了阻燃剂的单板。根据其阐述和实施例，可知其采用的阻燃胶为复配阻燃粉与三聚氰胺胶黏剂混合而成，属于有机胶黏剂范畴，有机胶层的密度往往较低，而且高温热压导致热效应不均，因此这类复合板的尺寸稳定性一般较差；同时由于其所述的面板层为吸收了有机阻燃剂的单板，导致复合板吸湿性强，吸收厚度膨胀率也往往较高，不利于复合板兼具阻燃、高强度、高尺寸稳定性、低吸水厚度膨胀率的要求。
中国专利申请202310733384.7公开了一种胶合板用耐水性氯氧镁无机胶黏剂及其制备方法。所述无机胶粘剂为氧化镁、无水氯化镁、水、改性剂的混合物；所述改性剂由磷酸、纳米二氧化硅、氯化钙、异氰酸酯和EVA乳液组成。改性剂种类复杂，主要是依靠纳米二氧化硅粒子的填充、异氰酸酯和EVA乳液的有机封闭实现耐水性无机胶黏剂，耐水性有待进一步提升。
发明内容
鉴于以上分析，本发明旨在提供一种长效阻燃抗变形复合板材及其制备方法及应用，以满足板材的绿色环保、长效阻燃、综合性价比高的需求，并解决制备工艺复杂等问题，提升饰面后胶合板的性能，有利于饰面胶合板表面后续覆贴胶膜纸、膜材料时质量保障。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
第一方面，本发明提供一种长效阻燃抗变形复合板材，包括碎集料层、桥联层和芯层胶合板，所述碎集料层通过桥联层胶合于所述芯层胶合板的上表面及下表面；所述碎集料层包括生物质碎料以及含碳量子点的氯氧镁胶黏剂；所述桥联层包括含碳量子点的镁质胶黏剂，其中，
以所述含碳量子点的镁质胶黏剂的总重计，含碳量子点的镁质胶黏剂包括：氯化镁25wt.％-35wt.％、水18wt.％-20wt.％、碳量子点0.5wt.％-2wt.％、氧化镁45wt.％-55wt.％、层状纳米偏高岭土0.5wt.％-3wt.％。
优选地，所述碎集料层中，所述生物质碎料与所述含碳量子点的镁质胶黏剂的质量比为(0.5-2.0)：1。
优选地，所述生物质碎料包括秸秆、木刨花、芦苇中的至少一种。
优选地，所述生物质碎料的粒径为10-32目。
优选地，所述含碳量子点的镁质胶黏剂中，所述碳量子点的表面具有表面功能基团，所述表面功能基团包括磷酸基、氨基、硫酸基中的至少一种。
优选地，所述层状纳米偏高岭土的粒径为200～500nm，长宽比为(4～6)：1。
优选地，所述碎集料层的厚度为1-2mm。
优选地，所述芯层胶合板由若干层单板通过无机胶黏剂进行层叠胶合而成。
优选地，所述单板为桉木单板。
优选地，所述芯层胶合板的厚度为14-16mm；所述芯层胶合板中的单板的层数为7-9。
优选地，所述无机胶黏剂包括镁质胶黏剂、硅质胶黏剂、镁质-硅质混合胶黏剂中的至少一种。
优选地，所述无机胶黏剂为所述含碳量子点的镁质胶黏剂。
第二方面，本发明提供一种所述复合板材的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：在芯层胶合板的上下表面涂覆桥联层；
步骤2：在桥联层的表面铺设包含生物质碎料与含碳量子点的镁质胶黏剂的生物质混料，进行第二冷压，得到所述复合板材。
优选地，步骤2中，第二冷压的时间为12～24h，优选为18～24h，第二冷压的温度为18～23℃，第二冷压的压力为1.4～1.5MPa。
优选地，所述芯层胶合板的制备方法包括：对单板涂覆无机胶黏剂，组坯，进行第一冷压，得到所述芯层胶合板。
优选地，第一冷压的温度为18～23℃，第一冷压的时间12～24h，优选为18～24h，第一冷压的压力1.2～1.5MPa，优选为1.4～1.5MPa。
第三方面，本发明提供一种所述复合板材的应用，用于建筑墙板、橱柜板、衣柜门板、室内装饰装修挂板中的至少一种。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
A)本发明提供的复合板材，以生物质碎料为原料，以氯化镁、氧化镁、水、碳量子点、层状纳米偏高岭土作为胶黏剂，其中胶黏剂中引入的碳量子点能够很好的诱导氯化镁、氧化镁在潮湿的氛围下与碎料形成强有力的锚钉效应，无需对碎料进行表面预处理，整体制备工艺简单，适合大规模工业化生产。另外，层状纳米偏高岭土具有优异的层状结构，与传统的颗粒状改性剂不同，层状结构的纳米粒子有助于穿插在氯化镁和氧化镁之间形成更好的桥联作用；同时层状纳米材料可以更好的吸附在生物质碎料表面，显著降低了复合板材的吸水性，降低了吸水厚度膨胀率，提高了板材优异的尺寸稳定性。
B)本发明提供的制备方法，采用常温冷压而成，冷压后形成的板材表面均匀平整，后续进行装饰贴面时无需砂光，节省了后续二次贴面加工效率；其次表层采用生物质混料密度大、阻燃性能好，比传统采用聚碳量子点铵等有机阻燃剂更耐析出、不易受潮、阻燃性能长效保持。
C)根据最新的产品标准T/CNFPIA 3031-2023《细刨花复合胶合板》进行检测，本发明的板材表面胶合强度达到规定指标要求(≥0.8MPa)，24h吸收厚度膨胀率仅为2.3～4.5％，明显低于标准要求(≤8.0％)，18mm板材在长度方向的静曲强度可达44.8MPa，远高于标准要求(20.0MPa)的2倍。此外，本发明的复合板材具有优异的阻燃性能，表层拌合碎料中含有的镁质起到了很好的抑制引燃作用，胶合板基材采用无机胶层层叠合，为材料在火灾环境下设置了重重难燃“关卡”，达到长效阻燃的效果。因此本发明的复合板材可直接用于室内家装、浴室、厨房等对抗变形、阻燃功能有高要求的领域。
D)本发明提供的板材，具有表面平整度高、尺寸稳定性好、表面耐龟裂优、环保性能高、阻燃性能强、生产性价比高等多功能长效特性。
附图说明
图1为本发明提供的长效阻燃抗变形复合板材的结构示意图；
其中，1-碎集料层；2-桥联层；3-芯层胶合板。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
第一方面，本发明提供一种长效阻燃抗变形复合板材，包括碎集料层1、桥联层2和芯层胶合板3，所述碎集料层1通过桥联层2胶合于芯层胶合板3的上表面及下表面；所述碎集料层1包括生物质碎料和含碳量子点的镁质胶黏剂，所述桥联层2包括含碳量子点的镁质胶黏剂，其中，含碳量子点的镁质胶黏剂包括：氯化镁、水、碳量子点、氧化镁、层状纳米偏高岭土。
本发明提供的复合板材，生物质碎料与含碳量子点的镁质胶黏剂协同作用形成碎集料层及并且该含碳量子点的镁质胶黏剂形成桥联层，共同提高复合板材的综合性能。该胶黏剂中引入的碳量子点能够很好的诱导氯化镁、氧化镁在潮湿的氛围下与碎料形成强有力的锚钉效应，无需对碎料进行表面预处理，整体制备工艺简单，适合大规模工业化生产。另外，层状纳米偏高岭土具有优异的层状结构，与传统的颗粒状改性剂不同，层状结构的纳米粒子有助于穿插在氯化镁和氧化镁之间形成更好的桥联作用；同时层状纳米材料可以更好的吸附在生物质碎料表面，显著降低了复合板材的吸水性，降低了吸水厚度膨胀率，提高了板材优异的尺寸稳定性。
在本发明的具体实施方式中，以所述含碳量子点的镁质胶黏剂的总重计，含碳量子点的镁质胶黏剂中各组分的含量为：
氯化镁25wt.％-35wt.％，例如25wt.％、26wt.％、27wt.％、28wt.％、29wt.％、30wt.％、31wt.％、32wt.％、33wt.％、34wt.％、35wt.％等，优选为28-32wt.％；
水18wt.％-20wt.％；例如18wt.％、19wt.％、20wt.％等；
碳量子点0.5wt.％-2wt.％，例如0.5wt.％、0.8wt.％、1.0wt.％、1.2wt.％、1.4wt.％、1.6wt.％、1.8wt.％、2wt.％等，优选为0.8-1.2wt.％；
氧化镁45wt.％-55wt.％，例如45wt.％、46wt.％、47wt.％、48wt.％、49wt.％、50wt.％、51wt.％、52wt.％、53wt.％、54wt.％、55wt.％等，优选为48-52wt.％；
层状纳米偏高岭土0.5wt.％-3wt.％，例如0.5wt.％、0.8wt.％、1.0wt.％、1.2wt.％、1.4wt.％、1.6wt.％、1.8wt.％、2wt.％、2.2wt.％、2.4wt.％、2.6wt.％、2.8wt.％、3wt.％等，优选为0.8-1.2wt.％。
本发明中，含碳量子点的镁质胶黏剂中，碳量子点和层状纳米偏高岭土的质量百分含量分别在0.8-1.2wt.％的优选范围中，所制得的复合板材的表面胶合强度、24h吸水厚度膨胀率、静曲强度及阻燃性能等各项性能较优。
在本发明的具体实施方式中，碎集料层1中，生物质碎料和所述含碳量子点的镁质胶黏剂的质量比为(0.5-2.0)：1，例如0.5：1、0.8：1、1.2：1、1.5：1、1.8：1、2：1等，优选为(0.8-1.2)：1。需要说明的是，碎集料层1中的生物质碎料的含量高于或低于本发明限定的范围(0.5-2.0)：1时，均会导致复合板材的综合性能下降。
在本发明的具体实施方式中，生物质碎料包括秸秆、木刨花、芦苇中的至少一种。
在本发明的具体实施方式中，生物质碎料的粒径为10-32目，例如10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32目等，优选为20-32目，含水率10～20％。需要说明的是，碎料粒径太大(例如粒径＜10目)时，成型后的生物质碎料板的表面纹理粗糙，不平整，影响后续贴面胶合；而当碎料粒径太小(例如粒径＞32目)时，成型时增加了胶黏剂施加量，导致成本增加。而当生物质碎料的粒径为10-32目时，生物质碎料经施胶、板坯成型、以及冷压后的复合板表面密实，平整度高。
在本发明的具体实施方式中，所述层状纳米偏高岭土的粒径为200～500nm，长宽比为(4～6)：1，厚度可以为10～100nm。
在本发明的具体实施方式中，所述碳量子点的表面具有表面功能基团，所述表面功能基团包括磷酸基、氨基、硫酸基中的至少一种。
在本发明的具体实施方式中，所述碳量子点优选生物质碎料、水、刻蚀助剂进行水热碳化制备而成。其中，刻蚀助剂为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、聚磷酸铵、硫酸铵的至少一种，优选硫酸铵；水热碳化的温度为160～200℃(优选180℃)；水热碳化的时间为1～3h(优选碳化时间1.5h)；生物质碎料、水与刻蚀助剂按照质量比(5～10)：100:(0.5～1.2)置于密闭的水热反应釜，经高温水热反应后对反应体系进行固液分离，其上清液为碳量子点。碳量子点制备方法中的生物质碎料可以为秸秆、木刨花、芦苇中的至少一种，其种类与碎集料层1中的生物质碎料的种类不必相同。
本发明中，碳量子点为生物质碎料与刻蚀助剂在水溶液下，经高温生成复合氨基、硫酸基等的碳量子点，尺寸小(＜10nm)、表面功能基团丰富，环保性能更高，能够很好的诱导氯化镁、氧化镁在潮湿的氛围下与碎料形成强有力的锚钉效应，无需对碎料进行表面预处理，尤其是秸秆、芦苇这类富含蜡质、胶合难度高的生物质碎料，整体制备工艺简单，适合大规模工业化生产。
在本发明的具体实施方式中，碎集料层1的厚度为1.0-2.0mm。需要说明的是，当碎集料层1的厚度太低，低于1mm时，容易导致碎集料层铺装不均匀而出现孔洞、砂光余量不足等缺陷，影响后续的砂光和贴面加工；当碎集料层1的厚度太高，高于2mm时，复合板力学强度急剧下降、脆性缺陷开始凸显。
在本发明的具体实施方式中，碎集料层1的密度为0.9～1.0g/cm3。
在本发明的具体实施方式中，含碳量子点的镁质胶黏剂的密度为1.4～1.6g/cm3。
在本发明的具体实施方式中，芯层胶合板3由若干层单板通过无机胶黏剂进行层叠胶合而成；优选地，芯层胶合板3中的单板的密度为0.4～0.5g/cm3，更优选地，单板为桉木单板。
在本发明的具体实施方式中，芯层胶合板3的厚度为14-16mm，单板的层数为7-9。
在本发明的具体实施方式中，芯层胶合板3使用的无机胶黏剂为镁质胶黏剂、硅质胶黏剂、镁质-硅质混合胶黏剂中的至少一种，优选为所述含碳量子点的镁质胶黏剂。
本发明提供的复合板材，碎集料层1的密度为0.9～1.0g/cm3，芯层胶合板3中的单板的密度为0.4～0.5g/cm3，已知传统有机胶的密度一般为0.6～0.8g/cm3，无机胶黏剂的密度为1.4～1.6g/cm3，因此本发明提供的复合板材获得的这种“高密-单板-无机高密-单板-高密”的多层结构，赋予板材更高的尺寸稳定性，在潮湿环境、电热地板环境下不易发生变形。
第二方面，本发明提供一种长效阻燃抗变形复合板材的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在芯层胶合板3的上下表面涂覆桥联层2的同时，准备包含生物质碎料与含碳量子点的镁质胶黏剂的生物质混料；
步骤2：在桥联层2的表面铺设生物质混料，进行第二冷压，得到复合板材。
在本发明的具体实施方式中，步骤2中，第二冷压的时间为12～24h，优选为18～24h；第二冷压的温度为18～23℃；第二冷压的压力为1.4～1.5MPa。
在本发明的具体实施方式中，步骤1包括：
步骤1a：制备芯层胶合板3：对单板涂覆无机胶黏剂，组坯，进行第一冷压，胶黏剂无需完全固化，得到芯层胶合板3；
步骤1b：将芯层胶合板3的上、下表面分别施加含碳量子点的镁质胶黏剂，优选地，涂胶量为单面150～220g/m2；
步骤1c：将生物质碎料与氯化镁、氧化镁、水、碳量子点、层状纳米偏高岭土均匀拌合，形成生物质混料。
在本发明的具体实施方式中，步骤1a中，单板的涂胶量为单面200～300g/m2，步骤1a中，第一冷压的温度为室温(≥10℃)，第一冷压时间12～24h，第一冷压压力1.2～1.5MPa。更优选的，其中步骤1a中，第一冷压的温度为18～23℃，时间为18～24h，压力为1.4～1.5MPa。
在本发明的具体实施方式中，还包括步骤3：热处理及养护，其中，热处理的温度为60～70℃，优选为65～70℃；热处理的时间为24～48h，优选为24～36h；养护的温度为室温≥10℃，优选为18～23℃；养护的时间为5～7天。优选地，步骤3的具体步骤可以为：卸压后将压制成型的复合板置于60～70℃烘干房进行热处理24～48h，然后取出在室温条件下(≥10℃)养护5～7天，即得长效阻燃抗变形复合板材。
本发明提供的制备方法，胶合板基材采用的是单板与无机胶黏剂在常温冷压下制备，然后在胶合板表面施加生物质混料(生物质碎料与一定比例的氯化镁、氧化镁、水、碳量子点均匀拌合，形成生物质混料)，常温冷压、养护而成。冷压后形成的板材表面均匀平整，后续进行装饰贴面时无需砂光，节省了后续二次贴面加工效率；其次表层采用拌合碎料密度大、阻燃性能好，比传统采用聚碳量子点铵等有机阻燃剂更耐析出、不易受潮、阻燃性能长效保持。
在本发明的具体实施方式中，长效阻燃抗变形复合板材的制备方法具体步骤为：
步骤1a：利用辊胶设备对单板施加无机胶黏剂，组坯，进行第一冷压，无机胶黏剂为镁质胶黏剂、硅质胶黏剂、镁质-硅质混合胶黏剂的其中一种，涂胶量为单面200～300g/m2，室温冷压时间12～24h，冷压压力1.2～1.5MPa，胶黏剂无需完全固化，得到初级芯层胶合板；
步骤1b：将芯层胶合板上、下表面分别施加无机胶黏剂，涂胶量为单面150～220g/m2；
步骤1c：将秸秆、木刨花、芦苇等生物质碎料与一定比例的氯化镁、氧化镁、水、碳量子点均匀拌合，形成生物质混料；
步骤2：在施胶后的芯层无机胶合板上、下表面均匀铺装生物质混料，进行第二冷压，冷压12～24h；
步骤3：卸压后将压制成型的复合板置于60～70℃烘干房进行热处理24～48h，然后取出在室温条件下(≥10℃)养护5～7天，即得长效阻燃抗变形复合板材。
本发明所述的长效阻燃抗变形复合板材及其制备方法至少具有下列优点：
1、本发明所述的制备方法，胶合板基材采用的是单板与无机胶黏剂在常温冷压下制备，然后在胶合板表面施加生物质混料(生物质碎料与一定比例的氯化镁、氧化镁、水、碳量子点均匀拌合，形成生物质混料)，常温冷压、养护而成。冷压后形成的板材表面均匀平整，后续进行装饰贴面时无需砂光，节省了后续二次贴面加工效率；其次表层采用拌合碎料密度大、阻燃性能好，比传统采用聚碳量子点铵等有机阻燃剂更耐析出、不易受潮、阻燃性能长效保持；更重要的是，根据本发明的制备方法表层碎料密度为0.9～1.0g/cm3，传统单板密度一般为0.4～0.5g/cm3，已知传统有机胶的密度一般为0.6～0.8g/cm3，无机胶黏剂的密度为1.4～1.6g/cm3，因此采用无机胶获得的这种“高密-单板-无机高密-单板-高密”的多层结构，赋予板材更高的尺寸稳定性，在潮湿环境、电热地板环境下不易发生变形。
2、本发明所述的制备方法，以秸秆、木刨花、芦苇等生物质碎料为原料，以氯化镁、氧化镁、水、碳量子点均匀拌合，而不需要对碎料预处理。其中引入的碳量子点为生物质碎料与刻蚀助剂在水溶液下，经高温生成复合氨基、硫酸基的碳量子点，具有尺寸小(＜10nm)、表面功能基团丰富，环保性能更高，能够很好的诱导氯化镁、氧化镁在潮湿的氛围下与碎料形成强有力的锚钉效应，无需对碎料进行表面预处理，尤其是秸秆、芦苇这类富含蜡质、胶合难度高的生物质碎料，整体制备工艺简单，适合大规模工业化生产。
3、根据最新的产品标准T/CNFPIA3031-2023《细刨花复合胶合板》进行检测，本发明的板材表面胶合强度达到规定指标要求(≥0.8MPa)，24h吸收厚度膨胀率仅为2.3～4.5％，明显低于标准要求(≤8.0％)，18mm板材在长度方向的静曲强度可达44.8MPa，远高于标准要求(20.0MPa)的2倍。此外，本发明的复合板材具有优异的阻燃性能，表层拌合碎料中含有的镁质起到了很好的抑制引燃作用，胶合板基材采用无机胶层层叠合，为材料在火灾环境下设置了重重难燃“关卡”，达到长效阻燃的效果。因此本发明的复合板材可直接用于室内家装、浴室、厨房等对抗变形、阻燃功能有高要求的领域。
4、本发明提供的板材，具有表面平整度高、尺寸稳定性好、表面耐龟裂优、环保性能高、阻燃性能强、生产性价比高等多功能长效特性。
第三方面，本发明提供一种长效阻燃抗变形复合板材的应用，用于建筑墙板、橱柜板、衣柜门板、室内装饰装修挂板等领域。
下面来具体描述本发明的优选实施例阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
如无特别说明，本发明所使用的试剂为市售产品。
其中，层状纳米偏高岭土的尺寸的粒径为200～500nm，长宽比为(4～6)：1，厚度为10～100nm。
实施例1
本实施例所使用的碳量子点的制备方法为：秸秆、水、硫酸铵刻蚀助剂经180℃高温水热碳化1.5h制备而成，按照质量比5：100:0.5置于密闭的水热反应釜，经高温水热反应后对反应体系进行固液分离，其上清液为碳量子点。
本实施例所使用的含碳量子点的镁质胶黏剂的制备方法为：0.75kg氯化镁与0.45kg水混合后加入0.025kg碳量子点，搅拌后加入1.25kg氧化镁和0.025kg层状纳米偏高岭土。
复合板材的制备方法如下：
步骤1a：无机胶合板基材制备：单板经辊涂本实施例制备的镁质无机胶黏剂，单面涂胶量300g/m2，室温冷压24h，冷压压力1.5MPa，形成厚度为16mm厚的芯层胶合板3，
步骤1b：随后对芯层胶合板3进行上、下两面辊涂本实施例制备的镁质无机胶黏剂，单面涂胶量为300g/m2。
步骤1c：碎料拌合：秸秆32目碎料2.5kg，依次加入0.75kg氯化镁，0.45kg水，0.025kg碳量子点，1.25kg氧化镁和0.025kg层状纳米偏高岭土，充分混合均匀，形成生物质混料。
步骤2：复合板材制备：预先铺装1mm厚的生物质混料，将涂胶后的芯层胶合板3通过吸盘放置在生物质混料的表面，然后再铺装1mm厚的生物质混料，在常温23℃条件下冷压12h，冷压压力1.5MPa，
步骤3：成型后将复合板材放置在70℃烘房处理24h，随后置于23℃常温条件下养护5天至板材含水率为12％左右。
实施例2
本实施例所使用的碳量子点的制备方法为：秸秆、水、硫酸铵刻蚀助剂经180℃高温水热碳化1.5h制备而成，按照质量比5：100:0.5置于密闭的水热反应釜，经高温水热反应后对反应体系进行固液分离，其上清液为碳量子点。
本实施例所使用的含碳量子点的镁质胶黏剂的制备方法为：0.75kg氯化镁与0.45kg水混合后加入0.025kg碳量子点，搅拌后加入1.25kg氧化镁和0.025kg层状纳米偏高岭土。
复合板材的制备方法如下：
步骤1a：无机胶合板基材制备：单板经辊涂本实施例制备的镁质无机胶黏剂，单面涂胶量300g/m2，室温冷压24h，冷压压力1.5MPa，形成厚度为16mm厚的芯层胶合板3，
步骤1b：随后对芯层胶合板3进行上、下两面辊涂本实施例制备的镁质无机胶黏剂，单面涂胶量为300g/m2。
步骤1c：碎料拌合：木刨花10目碎料2.5kg，依次加入0.75kg氯化镁，0.45kg水，0.025kg碳量子点，1.25kg氧化镁和0.025kg层状纳米偏高岭土，充分混合均匀，形成生物质混料。
步骤2：复合板材制备：预先铺装1mm厚的生物质混料，将涂胶后的芯层胶合板3通过吸盘放置在生物质混料的表面，然后再铺装1mm厚的生物质混料，在常温23℃条件下冷压12h，冷压压力1.5MPa，
步骤3：成型后将复合板材放置在70℃烘房处理24h，随后置于23℃常温条件下养护5天至板材含水率为12％左右。
实施例3
碳量子点的制备方法为：秸秆、水、硫酸铵刻蚀助剂经180℃高温水热碳化1.5h制备而成，按照质量比5：100:0.5置于密闭的水热反应釜，经高温水热反应后对反应体系进行固液分离，其上清液为碳量子点。
本实施例所使用的含碳量子点的镁质胶黏剂的制备方法为：0.75kg氯化镁与0.45kg水混合后加入0.025kg碳量子点，搅拌后加入1.25kg氧化镁和0.025kg层状纳米偏高岭土。
复合板材的制备方法如下：
步骤1a：无机胶合板基材制备：单板经辊涂本实施例制备的镁质无机胶黏剂，单面涂胶量300g/m2，室温冷压24h，冷压压力1.5MPa，形成厚度为14mm厚的芯层胶合板3，
步骤1b：随后对芯层胶合板3进行上、下两面辊涂本实施例制备的镁质无机胶黏剂，单面涂胶量为300g/m2。
步骤1c：碎料拌合：秸秆32目碎料2.5kg，依次加入0.75kg氯化镁，0.45kg水，0.025kg碳量子点，1.25kg氧化镁和0.025kg层状纳米偏高岭土，充分混合均匀，形成生物质混料。
步骤2：复合板材制备：预先铺装1mm厚的生物质混料，将涂胶后的芯层胶合板3通过吸盘放置在碎料表面，然后再铺装1mm厚的拌合碎料，在常温23℃条件下冷压12h，冷压压力1.5MPa，
步骤3：成型后将复合板材放置在70℃烘房处理24h，随后置于23℃常温条件下养护5天至板材含水率为12％左右。
实施例4
本实施例与实施例3基本相同，不同之处在于，步骤2中铺装的生物质混料的厚度均为2mm。
实施例5
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，含碳量子点的镁质胶黏剂的制备过程中以及步骤1c形成生物质混料的过程中，胶黏剂各组分的用量为：氯化镁0.75kg、水0.45kg、碳量子点0.035kg、氧化镁1.25kg、层状纳米偏高岭土0.015kg。
实施例6
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，含碳量子点的镁质胶黏剂的制备过程中以及步骤1c形成生物质混料的过程中，胶黏剂各组分的用量为：氯化镁0.75kg，水0.45kg，碳量子点0.015kg，氧化镁1.25kg，层状纳米偏高岭土0.035kg。
实施例7
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，碎集料层中，秸秆32目碎料的用量为3.75kg。
实施例8
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，碎集料层中，秸秆的粒径为20目。
对比例1
选用常见的有机类聚氨酯胶黏剂(万华公司，固含量100％)进行对比。
复合板材的制备方法如下：
步骤1a：有机胶合板基材制备：单板经辊涂聚氨酯胶黏剂，单面涂胶量300g/m2，室温冷压24h，冷压压力1.5MPa，形成厚度为16mm厚的芯层胶合板3，
步骤1b：随后对芯层胶合板3进行上、下两面辊涂有机胶黏剂，单面涂胶量为300g/m2。
步骤1c：碎料拌合：秸秆32目碎料2.5kg，依次加入0.75kg氯化镁，0.45kg水，0.025kg碳量子点(制备方法同实施例1)，1.25kg氧化镁和0.025kg层状纳米偏高岭土，充分混合均匀，形成生物质混料。
步骤2：复合板材制备：预先铺装1mm厚的拌合碎料，将涂胶后的芯层胶合板3通过吸盘放置在碎料表面，然后再铺装1mm厚的拌合碎料，在常温23℃条件下冷压12h，冷压压力1.5MPa，
步骤3：成型后将复合板材放置在70℃烘房处理24h，随后置于23℃常温条件下养护5天至板材含水率为12％左右。
对比例2
碳量子点的制备方法同实施例1。
配置镁质胶黏剂：0.75kg氯化镁与0.45kg水混合后加入0.025kg碳量子点，搅拌后加入1.25kg氧化镁和0.025kg层状纳米偏高岭土。
复合板材的制备方法如下：
步骤1a：无机胶合板基材制备：单板经辊涂镁质无机胶黏剂，单面涂胶量300g/m2，室温冷压24h，冷压压力1.5MPa，形成厚度为16mm厚的芯层胶合板3，
步骤1b：随后对芯层胶合板3进行上、下两面辊涂无机胶黏剂，单面涂胶量为300g/m2。
步骤1c：碎料拌合：秸秆32目碎料2.5kg，聚氨酯胶黏剂0.25kg(满足胶黏剂在秸秆碎料的分布)，充分混合均匀。选用常见的有机类聚氨酯胶黏剂(万华公司，固含量100％)进行对比，进行表层碎料拌合，形成生物质混料。
步骤2：复合板材制备：预先铺装1mm厚的拌合生物质混料，将涂胶后的芯层胶合板3通过吸盘放置在碎料表面，然后再铺装1mm厚的拌合碎料，在常温23℃条件下冷压12h，冷压压力1.5MPa，
步骤3：成型后将复合板材放置在70℃烘房处理24h，随后置于23℃常温条件下养护5天至板材含水率为12％左右。
对比例3
本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于，碎集料层1替换为现有技术中通常使用的浸泡法阻燃胶合板(有机类胶黏剂)层。
对比例4
本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于，含碳量子点的镁质胶黏剂的制备过程中以及步骤1c形成生物质混料的过程中，将镁质胶黏剂中的碳量子点替换为石墨粉(粒径为10nm)。
对比例5
本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于，含碳量子点的镁质胶黏剂的制备过程中以及步骤1c形成生物质混料的过程中，将层状纳米偏高岭土替换为颗粒状纳米偏高岭土(颗粒粒径为200～500nm)。
测试例
参照T/CNFPIA 3031-2023《细刨花复合胶合板》规范进行复合板材的理化性能测试，参考GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》进行阻燃性能测试。实施例与对比例的测试结果列于表1中。
表1实施例与对比例的性能参数
对比例1中，选用常见的有机类聚氨酯胶黏剂制备胶合板基材，与碎料形成的复合板材24h吸收厚度膨胀率偏高、静曲强度偏低，主要是由于传统的有机胶黏剂在冷压工艺下并未形成很好的胶合，导致碎料与胶合板基材之间没有形成紧密的结合，此外复合板材的氧指数偏低，并未达到难燃(B1)级对平板材料要求氧指数≥30％的要求。
对比例2中，当采用传统的有机类聚氨酯胶黏剂用于表层碎料的拌合时，采用本发明的制备方法，复合板材表面胶合强度非常低，主要是由于冷压条件下表层碎料并未形成很好的胶合，24h吸收厚度膨胀率未达标，主要是由于传统的聚氨酯胶黏剂需要在热作用下形成固化，而冷压条件下的表层碎料未形成很好的胶合，导致在遇水时产品尺寸稳定性差、静曲强度低；此外由于表层采用有机胶黏剂与碎料都属于易燃可燃材料，因此复合板材的氧指数偏低，在引燃时表面很容易发生燃烧，导致阻燃性能不高的缺陷。
对比例3中，采用现有技术中通常使用的浸泡法阻燃胶合板(有机类胶黏剂)层代替本发明的碎集料层1，表面胶合强度明显降低，并且24h吸收厚度膨胀率增加，静曲强度降低，属于易燃可燃材料，综合性能明显变差。
对比例4中，复合板材中的胶黏剂中的碳量子点替换为石墨粉，表面胶合强度明显降低，24h吸水厚度膨胀率明显增加，静曲强度及氧含量明显降低，综合性能明显变差。
对比例5中，复合板材中的胶黏剂中的层状纳米偏高岭土替换为非层状的颗粒纳米偏高岭土，表面胶合强度明显降低，24h吸水厚度膨胀率明显增加，静曲强度及氧含量明显降低，综合性能明显变差。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (10)

1.一种长效阻燃抗变形复合板材，其特征在于，包括碎集料层(1)、桥联层(2)和芯层胶合板(3)，所述碎集料层(1)通过桥联层(2)胶合于所述芯层胶合板(3)的上表面及下表面；所述碎集料层(1)包括生物质碎料以及含碳量子点的镁质胶黏剂；所述桥联层(2)包括含碳量子点的镁质胶黏剂，其中，
以所述含碳量子点的镁质胶黏剂的总重计，含碳量子点的镁质胶黏剂包括：氯化镁25wt.％-35wt.％、水18wt.％-20wt.％、碳量子点0.5wt.％-2wt.％、氧化镁45wt.％-55wt.％、层状纳米偏高岭土0.5wt.％-3wt.％。
2.根据权利要求1所述的复合板材，其特征在于，所述碎集料层(1)中，所述生物质碎料与所述含碳量子点的镁质胶黏剂的质量比为(0.5-2.0)：1；
和/或，所述生物质碎料包括秸秆、木刨花、芦苇中的至少一种；
和/或，所述生物质碎料的粒径为10-32目。
3.根据权利要求1所述的复合板材，其特征在于，所述含碳量子点的镁质胶黏剂中，所述碳量子点的表面具有表面功能基团，所述表面功能基团包括磷酸基、氨基、硫酸基中的至少一种；
和/或，所述层状纳米偏高岭土的粒径为200～500nm，长宽比为(4～6)：1。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的复合板材，其特征在于，所述碎集料层(1)的厚度为1-2mm；
和/或，所述芯层胶合板(3)的厚度为14-16mm；
和/或，所述芯层胶合板(3)由若干层单板通过无机胶黏剂进行层叠胶合而成；
优选地，所述单板为桉木单板；
优选地，所述芯层胶合板(3)中的单板的层数为7-9。
5.根据权利要求4所述的复合板材，其特征在于，所述无机胶黏剂包括镁质胶黏剂、硅质胶黏剂、镁质-硅质混合胶黏剂中的至少一种；
优选地，所述无机胶黏剂为所述含碳量子点的镁质胶黏剂。
6.一种权利要求1-5中任一项所述的复合板材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在芯层胶合板(3)的上下表面涂覆桥联层(2)；
步骤2：在桥联层(2)的表面铺设包含生物质碎料与含碳量子点的镁质胶黏剂的生物质混料，进行第二冷压，得到所述复合板材。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，第二冷压的时间为12～24h，优选为18～24h，
和/或，第二冷压的温度为18～23℃，
和/或，第二冷压的压力为1.4～1.5MPa。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述芯层胶合板(3)的制备方法包括：
对单板涂覆无机胶黏剂，组坯，进行第一冷压，得到所述芯层胶合板(3)。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，第一冷压的温度为18～23℃，
和/或，第一冷压的时间12～24h，优选为18～24h，
和/或，第一冷压的压力1.2～1.5MPa，优选为1.4～1.5MPa。
10.一种权利要求1-5中任一项所述的复合板材的应用，其特征在于，用于建筑墙板、橱柜板、衣柜门板、室内装饰装修挂板中的至少一种。
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CN120840171A (zh) * 2025-08-25 2025-10-28 江苏慧阳新型材料有限公司 一种无机复合环保阻燃板及其制备方法

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