纤维板、刨花板等人造板具有良好的物理力学性能和加工性能,被广泛用于家具、室内装饰装修、包装等领域。但是,纤维板、刨花板等一旦吸湿、吸水,就会引起膨胀、变形,进而力学强度降低,影响其使用性能。因此,降低纤维板和刨花板的吸湿、吸水性,研究不同类型防水剂在生产中的具体应用及影响,一直是人造板生产领域的重要研究内容。

目前,纤维板和刨花板使用的防水材料主要是熔融石蜡和石蜡乳液。其中,熔融石蜡施加量大,成本高,不仅需要加热融化,能耗高,而且还容易堵塞管道。传统的石蜡乳液,由于具有生产工艺复杂,施加量大、干燥能耗高,稳定性差,贮存期短,其制备的人造板产品瞬时防水效果差等缺点,使用存在局限性。因此,研发高效、低成本、防潮性能优异的防水材料及智能化的自动生产及施加装置备受行业关注。

笔者所在企业,基于之前人造板用微胶囊石蜡防水剂的开发与应用研究成果,研制了一种人造板生产用石蜡在线分散及自动施加装置,该装置可将熔融石蜡用水在线分散后进行自动施加,提高人造板产品防水性能,有效降低石蜡用量20%~40%。现从装置组成特点及实际应用效果等方面进行介绍,以期为人造板行业生产和研发提供参考。

1 装置的原理与组成

石蜡在线分散及自动施加装置(见图1和图2),包括石蜡分散液生产制备系统、储存罐存储系统、精准计量施加系统、电气PLC上位机控制系统和自动分区清洗系统等5大系统,采用PLC编程技术和传感器技术,可实现自动化精准控制,能够精确控制石蜡、分散剂、水的加入重量和比例,可在线控制不同分散剂配方、石蜡分散剂液精准施加、设备分区清洗以及记录生产数据和历史数据查询等。

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石蜡在线分散及自动施加装置,主要由熔融石蜡箱、分散剂配制箱、预混合配制罐等组成,各部分的功用主要如下:

1)热水箱,制备和存储热水,供应系统中生产用水和清洗用水;

2)熔融石蜡箱,将石蜡融化并加热到工艺要求温度;

3)分散剂配制箱,根据工艺要求配制分散剂水溶液并将溶液加热到工艺要求温度;

4)预混合配制罐,将达到工艺要求温度的熔融石蜡与分散剂水溶液在罐体内瞬间混合,通过高速剪切和高速搅拌混合均匀,实现初步的预分散; 

5)分散液制备主机,利用设备专有的喷射撞击和微缝挤出装置将强大的机械外力作用于混合液,进行微球化分散处理,形成均匀的乳浊液;

6)成品存储罐,主要是短暂存储制备好的石蜡分散液,以供生产线连续使用,存储罐直接连接施加系统;

7)施加泵及前端配置的流量计和压力传感器,可通过采集生产原料及胶黏剂消耗量,精准控制石蜡分散液的输出量,并将石蜡分散液均匀、稳定地施加到生产系统中;

8)电表、蒸汽流量表、水表、压缩空气流量表、流量计等成本消耗计量设备。

此外,还配有远程操作与监控系统,操作系统界面如图3所示,可实现远程在线监控。

石蜡在线分散及自动施加装置还具有如下优势:

1)装置架设在生产现场,实现全自动在线生产,随做随用;

2)智能化全自动PLC上位机控制,节省人工,降低工人劳动强度;

3)具有自动分区清洗生产装置的功能,清洗水收集回收利用,生产过程更加清洁环保;

4)装置与生产线熔融石蜡系统并联,双系统保障减少停机停产机率;

5)无传统乳化工艺中的成品降温冷却环节,采用不降温工艺,80 ℃石蜡分散液直接使用,节约能耗。

2 装置应用实践

该装置分别在年产30万m3的9英尺连续压机纤维板生产线和年产15万m3的8英尺连续压机地板基材用纤维板生产线进行了应用,除防水材料及添加量不一样以外,采用与传统熔融石蜡相同的生产工艺,对比分析使用石蜡分散液和熔融石蜡制备的纤维板性能,结果见表1和表2。表1和表2中,所有试验样的石蜡分散液中石蜡用量为传统熔融石蜡工艺对照样固体石蜡量的70%。

表1中,4组板材的24 h吸水厚度膨胀率、内结合强度、表面结合强度和静曲强度测试方法均按照GB/T 11718—2009《中密度纤维板》中潮湿状态下家具型中密度纤维板的要求进行测试,表2中3种地板基材用纤维板物理力学性能测定按LY/T 1611—2011《地板基材用纤维板》的规定进行,表1和表2中甲醛释放量测定按照GB/T 17657—2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》中穿孔萃取法进行。


从表1和表2可知,采用石蜡分散液及在线分散和施加装置制备的纤维板产品性能均能达到相应国家和行业标准的要求,24 h吸水厚度膨胀率、内结合强度、表面结合强度、静曲强度性能与传统熔融石蜡工艺相当,对板材的甲醛释放量也没有影响。

综合成本方面,以年产量30万m3纤维板生产线为例,每年使用1 200 t石蜡,在石蜡售价7 500元/t时,按节约比例30%测算,使用石蜡分散液替代熔融石蜡工艺生产,全年可节约270万元。

在能源消耗方面,石蜡分散液制备过程可使用纤维热磨剩余蒸汽,制备完成后热液在线直接施加,无需传统石蜡乳液的降温冷却工序,可实现热能综合利用。

环保方面,生产过程全部管道密封连接,制备过程无废水、废气、废料排放,设备清洗水可自动返回主反应釜供再生产使用,不会对环境和水体产生污染。

3 结语

研发的石蜡在线分散及自动施加装置,在年产30万m3和年产15万m3的纤维板连续压机应用结果表明,该装置运行正常,运行过程安全环保,无污染无排放。使用研制的石蜡分散剂制备的纤维板产品性能优于相应国家和行业标准的要求,与传统熔融石蜡工艺性能相当,且石蜡用量可节约30%,生产成本大幅降低。