專(zhuān)利名稱(chēng)：含有竹和殺菌劑的板的制作方法
含有竹和殺菌劑的板發(fā)明背景竹由于它的高強(qiáng)度、耐久性和極佳的尺寸穩(wěn)定性，以及隨時(shí)供應(yīng)和快速補(bǔ)充一竹子生長(zhǎng)非?？?，2-6年內(nèi)即可完全成熟，而甚至是最快生長(zhǎng)的木材樹(shù)種也要花費(fèi)長(zhǎng) 達(dá)15-30年才能生長(zhǎng)到完全成熟，因此是一種在全亞洲廣泛用作建筑材料的木材。竹由于它的高強(qiáng)度、耐久性和極佳的尺寸穩(wěn)定性，以及隨時(shí)供應(yīng)和快速補(bǔ)充一 竹子生長(zhǎng)非?？?，2-6年內(nèi)即可完全成熟，而甚至是最快生長(zhǎng)的木材樹(shù)種也要花費(fèi)長(zhǎng) 達(dá)15-30年才能生長(zhǎng)到完全成熟，因此是一種在全亞洲廣泛用作建筑材料的木質(zhì)纖 維素材料。然而，盡管竹有這些優(yōu)點(diǎn)，它還具有其它木質(zhì)纖維素和木材產(chǎn)品的一些缺點(diǎn)。 值得注意的是竹特別容易受到真菌的侵襲主要有兩方面原因。第一，竹的生長(zhǎng)期非 常短，完全集中在持續(xù)30-90天的單個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)。由于需要這樣大量的快速生長(zhǎng)， 竹比常規(guī)軟木或硬木樹(shù)種在其組織中儲(chǔ)藏了多得多的淀粉。所述高淀粉含量使竹特 別容易受真菌侵襲。此外，還因?yàn)橐阎駴](méi)有代謝物淀積(例如淀積于硬木和軟木中 的多酚)，因此就象大多數(shù)的樹(shù)木一樣，該材料的抗真菌侵襲性不會(huì)隨使用期限而增 加，也使它易受真菌侵襲。真菌的最公知例子是能夠利用天然木材組分如碳源和能源有效分解木質(zhì)纖維素 材料的褐腐菌。eo; / j^/JMZ7 ta/ e"/z )禾口白腐菌(^ra/z ete51 Ke_r5"icaZc j")。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了各種技術(shù)來(lái)解決木質(zhì)纖維素材料的真菌和腐爛問(wèn)題。例如，可以熏 制竹來(lái)預(yù)防這類(lèi)破壞，但該方法費(fèi)力而且不一定獲得成功。另一種可能的技術(shù)是用 含砷化合物、硼酸鹽和鹵代化合物進(jìn)行壓力處理，其獲得相當(dāng)有限的成功。然而， 最近，由于認(rèn)為許多最有效的壓力處理化學(xué)制品有可能危害環(huán)境而將它們清出了市 場(chǎng)。不幸的是，那些被認(rèn)為安全的壓力處理化學(xué)制品抵抗有害物的效力顯著較低。這些壓力處理化學(xué)制品的替代品是硼砂溶液。硼砂溶液具有經(jīng)證實(shí)的能有效抵 抗有害物又不太費(fèi)力的優(yōu)點(diǎn)。但由于硼砂的水溶性和當(dāng)剛切開(kāi)的莖插入硼砂溶液時(shí) 硼砂會(huì)容易地被吸進(jìn)竹材料中的事實(shí)，使得利用硼砂變得復(fù)雜。然而，這同樣的溶 解性也存在某些困難，例如事實(shí)上，當(dāng)竹與水接觸時(shí)，硼砂溶液會(huì)從竹中溶解出來(lái)。在上述背景技術(shù)的情況下，本領(lǐng)域存在對(duì)含有水不溶性殺菌劑，不利用有毒或 可能有害的化學(xué)制品而能抵抗昆蟲(chóng)和真菌侵襲的竹復(fù)合板的需求。 發(fā)明概述 發(fā)明詳述
除非另外規(guī)定，本文采用的所有份、百分比和比率均以重量表示。本文引用的 所有文件均以其全文納入本文作參考。
本文采用的"木質(zhì)纖維素材料"是指一種細(xì)胞結(jié)構(gòu)，具有通過(guò)木質(zhì)素聚合物結(jié) 合到一起的纖維素和半纖維素纖維組成的細(xì)胞壁。木材是一種木質(zhì)纖維素材料。
"木材復(fù)合材料"或"木材復(fù)合部件"指一種含有木質(zhì)纖維素材料和一種或多 種其它添加劑，如粘合劑或蠟的復(fù)合材料。木材復(fù)合材料的非限制性例子包括結(jié)構(gòu)
復(fù)合木材("SCL")、華夫刨花板(waferboard)、刨花板(particle board)、碎木膠 合板(chipboard)、中密度纖維板、膠合板和為條和層片單板復(fù)合物的板。認(rèn)為本文 釆用的"片"、"條(strand)"和"華夫刨花"彼此等同和可以互換使用。木材復(fù) 合材料的非排它性描述可以參見(jiàn)《可克歐詩(shī)瑪化學(xué)技術(shù)百科全書(shū)(Kirk-0thmer Encyclopedia of Chemical Technology)》的增補(bǔ)巻，第765-810，第6版，以其全 文納入本文作參考。
以下描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，提供了一種含有竹的復(fù)合板。通過(guò)在摻混 和混合過(guò)程(以下更詳細(xì)描述)中加入硼酸鋅殺菌劑使其完全滲透進(jìn)條中來(lái)制備所述 竹復(fù)合板。據(jù)顯示，硼酸鋅本身不僅能抵抗像白腐菌和褐腐菌的真菌，而且能抵抗 像白蟻的昆蟲(chóng)。此外，硼酸鋅是水不溶性的，這不僅意味著當(dāng)竹與水接觸時(shí)它不會(huì) 從竹中滲出，還意味著所述硼酸鋅與水不溶性殺菌劑相比，可以與更多種樹(shù)脂(如下 所述)相容。
本發(fā)明釆用的所述硼酸鋅是一種微粒狀硼化合物。這些微粒優(yōu)選小到足以通過(guò) 30號(hào)的網(wǎng)篩。除了硼酸鋅，還可以采用更通用的無(wú)水硼砂化合物。所用的硼酸鋅的 濃度優(yōu)選為0. 25-1. 25重量％。
像其它木材一樣，竹的基本組成部分是通過(guò)木質(zhì)素聚合物結(jié)合到一起的纖維素 纖維，但竹的組成細(xì)胞的構(gòu)造和形態(tài)與其它木材不同。通常，竹的大部分強(qiáng)度特性(拉 伸強(qiáng)度、撓曲強(qiáng)度和剛性)在竹和竹纖維縱向最大。這是由于纖維素纖維在縱向的微 纖絲角度相對(duì)較小。竹莖本身的硬度取決于竹纖維束的密度和它們的分離方式。在 竹莖縱向或竹莖橫截面中的纖維百分比不一致。在縱向，纖維密度從莖底到莖頂增加，而竹莖橫截面中的纖維密度在接近外表面處最高，隨著深入該材料的芯而減小。 而且，由于存在用覆蓋莖外部表面的蠟包覆的二氧化硅沉積的角質(zhì)化層，竹莖外部 的強(qiáng)度和硬度進(jìn)一步增加。因此，莖外表面上或附近的竹具有優(yōu)良的強(qiáng)度特性，但 在大多數(shù)利用竹纖維的方法中，因?yàn)闀?huì)剝?nèi)デo的外部而沒(méi)有利用到這些增強(qiáng)的強(qiáng)度 特性。與之前剝?nèi)ソ琴|(zhì)化層，從而拋棄了莖的強(qiáng)度最大部分的利用竹木技術(shù)不同， 本發(fā)明中利用了角質(zhì)化層，從而保留了竹的高強(qiáng)度特性。
因此，適當(dāng)利用時(shí)，竹中的纖維素纖維比大部分木類(lèi)纖維更堅(jiān)硬和更強(qiáng)，因此， 含有竹的板具有比由其它類(lèi)型木纖維制成的板高得多的強(qiáng)度與重量之比。
本發(fā)明中將所述竹莖條根據(jù)它們?cè)谥袂o外部中的位置分類(lèi)成來(lái)自(a)竹莖的外 部的1/3， (b)優(yōu)選離竹莖外徑2mm內(nèi)的竹莖部分的條。為了改進(jìn)常規(guī)木條的相容性 和粘合性，優(yōu)選將竹條切割成厚度小于約0. 2英寸，如小于0. 15英寸，如約0. 01-0. 15 英寸；和切割成寬度優(yōu)選大于約0. 1英寸，如大于約0. 15英寸，如大于約0. 5英寸。 可手工或用機(jī)械剪切設(shè)備完成該切割。為了改進(jìn)強(qiáng)度，應(yīng)該沿縱軸將所述竹條切割 成優(yōu)選約比2英寸長(zhǎng)，如約3英寸，如約5英寸的條。盡管不想受理論的限制，不 過(guò)認(rèn)為當(dāng)用圓盤(pán)條取向器對(duì)條進(jìn)行取向時(shí)，較長(zhǎng)的條長(zhǎng)度將使條排列更緊密，并且 不受理論的限制，認(rèn)為更緊密排列的條將產(chǎn)生沿縱軸彈性系數(shù)更佳的最終木材復(fù)合 板產(chǎn)品。
切割后，使所述竹條干燥(如下所述)和涂覆上異氰酸酯聚合樹(shù)脂。以竹的干重 為基準(zhǔn)計(jì)，所述異氰酸酯樹(shù)脂粘合劑的含量?jī)?yōu)選約為2-12重量％?？梢圆捎靡环N或 多種異氰酸酯粘合劑樹(shù)脂，優(yōu)選所述異氰酸酯選自二苯甲烷-對(duì)，對(duì)'-二異氰酸酯類(lèi) 的聚合物，所述聚合物具有能與其它有機(jī)基團(tuán)反應(yīng)形成聚合物基團(tuán)如聚脲，-NC0N-， 和聚氨酯，-NCOON-的NCO-官能團(tuán)；優(yōu)選含有約50重量％的4，4-二苯甲垸二異氰酸 酯("MDI")的粘合劑或有其它異氰酸酯低聚物("pMDI")的混合物。合適的工業(yè)pMDI 產(chǎn)品是購(gòu)自猶他州鹽湖城的獵人公司(Huntsman)的Rubinate 1840和賓夕法尼亞州 匹茲堡市白勺北美拜耳公司(Bayer Corporation, North America )的Mondur 541。苯 酚-甲醛("PF")、三聚氰胺-甲醛、三聚氰胺-脲-甲醛("MUF")和其共聚物也適用。 合適的工業(yè)MUF粘合劑是黛尼公司(Dynea corporation)的LS 2358和LS 2250產(chǎn)品。
通常采用蠟添加劑增強(qiáng)竹條的抗?jié)B水性。優(yōu)選的蠟是疏松石蠟或乳液蠟。所述 蠟固體的加入量?jī)?yōu)選約為0. 1-3. 0重量％(以竹的重量為基準(zhǔn))。
用于本發(fā)明時(shí)，要將所述竹制成條復(fù)合木材板，優(yōu)選0SB板。所述板可以完全 由竹條制成，或者，可以將所述竹條與純或混合的自然形成的硬或軟木混合，無(wú)論這類(lèi)木材是干燥(含水量為2-12重量%)或綠色的(含水量為30-200重量%)。 一般， 將所述新的或回收的原木原料切割成本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的所需大小和形狀的 條、華夫刨花或片。當(dāng)由所述竹條和自然形成的硬或軟木的組合制造所述板時(shí)，可 以分別干燥和用聚合物樹(shù)脂粘合劑涂覆這兩組分開(kāi)的木材，然后在分別涂覆步驟后， 將所述涂覆的硬/軟木條與涂覆的竹條混合到一起。
對(duì)條進(jìn)行切割后使它們?cè)跔t中干燥，然后涂上由異氰酸酯聚合粘合劑樹(shù)脂、蠟、 硼化合物殺菌劑(特別優(yōu)選硼酸鋅)，和可能的其它添加劑制成的特殊制劑。所述粘 合劑樹(shù)脂和其它用于木材的各種添加劑在本文中稱(chēng)為涂料，即使所述粘合劑和添加 劑是小顆粒的形式，如不會(huì)在木材上形成連續(xù)涂層的霧化顆?；蚬腆w顆粒。通常， 通過(guò)一種或多種噴霧、摻混或混合技術(shù)將所述粘合劑、蠟、殺菌劑，和任何其它添 加劑施涂于木材，優(yōu)選技術(shù)是當(dāng)木條在鼓式摻混器中翻滾時(shí)將蠟、樹(shù)脂和其它添加 劑噴射到木條上。
用所需涂料和處理化學(xué)品涂布和處理后，這些涂覆條可用來(lái)形成多層墊，優(yōu)選 然后被壓制成復(fù)合木材部件的3層墊。用以下方式完成所述成層。將涂覆片在傳送 帶上鋪開(kāi)形成片的取向基本上與傳送帶呈一直線(xiàn)或與之平行的第一片或?qū)?，然后?第二片置于第一片上，第二片層的片的取向基本上與傳送帶垂直。最后，將第三片 置于第二片上，第三片層的片的取向與第一片類(lèi)似，基本上與傳送帶呈一直線(xiàn)，使 得以這種方式堆疊的片層的各片的取向通常與鄰片層垂直。或者，但較不優(yōu)選，所 有片層的各條取向?yàn)槿我夥较?。可以采用公知多通道技術(shù)和條取向器設(shè)備放置多個(gè) 片或?qū)?。?片或3層墊的情況下，第一和第三片是表面層，而第二片是芯層。所 述各表面層具有外表面。
還可以在不同的相對(duì)方向上完成上述實(shí)例，從而第一片層的片的取向基本上與 傳送帶垂直，然后，第二片置于第一片上，第二片層的片的取向基本上與傳送帶平 行。本發(fā)明中，形成與傳送帶平行的板的縱向邊，從而基本上與傳送帶平行取向的 片將基本上與傳送帶平行取向和排列，最終基本上與最終木板產(chǎn)品的縱向邊平行。 最后，將片的取向與第一片類(lèi)似，基本上與傳送帶垂直的第三片置于第二片上。
如上所述，本發(fā)明一個(gè)重要部分是對(duì)竹條使用異氰酸酯粘合劑樹(shù)脂。然而，對(duì) 常規(guī)的松木、白楊等木條，可以采用木材復(fù)合物常用的常規(guī)聚合物粘合劑樹(shù)脂。這 些樹(shù)脂包括脲-甲醛、聚乙酸乙烯酯("PVA")、苯酚-甲醛、三聚氰胺-甲醛、三聚 氰胺-脲-甲醛("MUF")、上述異氰酸酯和其共聚物。
根據(jù)上述方法形成多層墊后，在熱壓機(jī)下將它們壓制，使木材、粘合劑和其添加劑熔合和粘合到一起形成各種厚度和尺寸的壓實(shí)OSB板。高溫還會(huì)使粘合劑材
料固化。優(yōu)選將本發(fā)明的板在約175-24(TC的溫度下壓制2-15分鐘。0SB板的厚度 約為0. 6cra(約1/4英寸)-5cm(約2英寸)，如約1. 25-6cm,如約2. 8-3. 8cm。 實(shí)施例
用濃度為2.5重量％(以木片重量為基準(zhǔn))的Mondur G541 pMDI樹(shù)脂制備目標(biāo)厚 度為7/16英寸和目標(biāo)密度為46磅/立方英尺的0SB板，在摻混時(shí)加入濃度為0. 0重 量％、 0. 25重量％、 0. 5重量％、 1重量％和1. 25重量％(再以木片重量為基準(zhǔn))的硼酸鋅。
然后從這些板上切割下幾個(gè)立方體，根據(jù)WDMA/NWWDA TM1試驗(yàn)方法檢測(cè)其抗真 菌性。該試驗(yàn)中，使所述0SB樣品接觸褐腐菌(^oeop力/7J, ^a^M7)和白腐菌 Ura/; efes i/ersi'c^or)。檢測(cè)前，將一些立方體進(jìn)行"風(fēng)化"，而其它不進(jìn)行。在 理想生長(zhǎng)條件接觸每種真菌， 一定時(shí)間后取出樣品，稱(chēng)重來(lái)確定腐爛所致的重量損 失百分比。重量損失量如下表所示。
如表所示，隨著硼酸鋅濃度的增加，腐爛所致的木材損失量顯著減少。
本領(lǐng)域那些技術(shù)人員將意識(shí)到，在不脫離本發(fā)明主要發(fā)明原理的情況下，可以 對(duì)上述實(shí)施方式作出改變。因此，應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于所公開(kāi)的具體實(shí)施方式
， 而其意圖是包括所附權(quán)利要求書(shū)所限定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的各種修改。
權(quán)利要求
1. 一種含有竹條和硼化合物殺菌劑的板。
2. 如權(quán)利要求1所述的板，其特征在于，所述硼化合物殺菌劑是硼酸鋅。
3. 如權(quán)利要求1所述的板，其特征在于，所述硼化合物殺菌劑以0. 25-1. 25重 量％的濃度存在。
4. 如權(quán)利要求1所述的板，其特征在于，所述板還含有異氰酸酯粘合劑樹(shù)脂。
5. 如權(quán)利要求1所述的板，其特征在于，所述條的厚度小于0.2英寸，例如 0.01-0. 15英寸。
6. 如權(quán)利要求1所述的板，其特征在于，所述條的寬度大于0.1英寸。
7. 如權(quán)利要求4所述的板，其特征在于，所述異氰酸酯粘合劑樹(shù)脂是MDI。
8. —種含有竹條、約0.25-1.25重量％的硼酸鋅、和異氰酸酯粘合劑樹(shù)脂的板。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種含有從竹莖外部切割的竹條的板。
文檔編號(hào)C08G18/00GK101506418SQ200680036343
公開(kāi)日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2006年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者E·N·勞森 申請(qǐng)人:邱博工程木材有限公司