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La présente invention a pour objet un matériau en copeaux de bois agglomérés (panneaux), particulièrement léger et en même temps ré- sistant à la compression, dont la structure poreuse est remplie, et de ce fait consolidée, au moyen d'une matière plastique poreuse, résistant à la compression, ainsi qu'un procédé pour sa fabrication.
La matière plas- tique en question est utilisée exclusivement ou principalement pour rem- plir et consolider les cavités, le collage des copeaux, fibres ou autres produits obtenus par broyage de matières premières végétales soit entre eux, soit avec la matière plastique, étant effectué par un liant incorporé spécialement à cet effeto
L'importance qu'offre l'invention du point de vue technique et économique réside dans le fait qu'il est ainsi possible d'obtenir avec des copeaux de bois, des panneaux et des objets moulés, même d'une den- sité très faible, c'est-à-dire avec une faible consommation en matières premières-, présentant des propriétés de résistance qui les rendent utili- sables industriellement.
Jusqu'à présent l'emploi de matériaux en copeaux de bois agglomérés d'une faible densité, devait être écarté, en premier lieu, du fait de leur trop faible résistance à la compression, alors que leur résistance à la flexion aurait parfaitement suffi pour de nombreux usages.
Le procédé qui fait l'objet de la présente invention peut être mis en oeuvre de manière très simple de la façon suivante : les copeaux de bois sont mélangés de façon connue dans un mélangeur avec une substance agglomérante ou liante connue. L'incorporation de ce liant s'effectue de façon connue, par exemple par pulvérisation, au moyen d'une tuyère, d'une résine synthétique liquide, ou aussi en répartissant des quantités dosées de résines synthétiques sous forme de poudre. Avant, pendant ou après l'apport du liant, on ajoute une matière plastique susceptible de se trans- former en mousse, par exemple sous forme de petites perles, qui, au cours du pressage subséquent, se dilatent et comblent les cavités entre les co- peaux, en formant des alvéoles ou des ponts, tout en se collant aussi bien entre elles qu'avec le liant incorporé.
Suivant le rapport entre les quan- tités de copeaux et celles de matière plastique transformée en mousse, on obtient soit un corps pouvant être plutôt considéré comme un matériau de copeaux agglomérés, matériau dont les cavités sont remplies et consolidées par une substance mousse, soit une mousse de résine synthétique dans la- quelle sont logés des copeaux de bois, formant un squelette.
Dans un cas il se produit donc moins un collage des copeaux entre eux, qu'une soudure directe des perles de matière plastique qui se sont transformées en mousses et qu'un collage des copeaux avec cette mousse, un collage des copeaux entre eux pouvant même, dans des cas extrêmes, se trouver complètement supprimé; dans l'autre cas, on a, comme cas extrême, des agglomérés de copeaux de bois, dont la texture est conditionnée en premier lieu par le collage déjà connu des copeaux entre eux, au moyen du liant, alors que les perles de matière plastique transformées en mousse et qui remplissent les cavités, ne se soudent qu'en partie ou même pas du tout entre elles. Entre ces deux extrêmes, tous les cas intermédiaires imaginables peuvent se pro- duire.
Dans le cas des objets en copeaux de bois, le liant a une effi- cacité d'autant moins bonne que la densité de l'objet est plus faible, c'est-à-dire que sa texture est plus riche en pores. Le liant n'agit que là ou il se trouve entre les surfaces de contact de deux copeaux, tandis qu'il n'exerce aucun effet agglomérant aux parois des cavités, qu'il ne fait que plus ou moins revêtir. Or, si ces cavités sont remplies d'une matière plastique qui, lorsqu'elle se dilate en se transformant en mousse, vient se presser contre les parois, cette mousse se colle à ces endroits
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avec le liant, de sorte que la résistance de tout l'édifice est fortement améliorée.
Non seulement l'objet, qui se compose en réalité de trois con- stituants, forme alors un tout homogène, et ne nécessite par unité de vo- lume - calculé de façon absolue - qu'une moins forte quantité de matière plastique qu'un objet normal en copeaux agglomérés d'une même résistance, obtenu seulement avec deux constituants, les copeaux et le liant, mais il est en outre possible de réduire dans le mélange de liant et de copeaux le pourcentage de liant, en obtenant néanmoins des propriétés mécaniques très élevées.' Dans l'état actuel de la technique ce procédé à trois con- stituants offre en premier lieu de 1''intérêt dans le domaine des matériaux à base de copeaux de bois;
toutefois, d'une façon générale, il n'est pas limité aux matériaux à base de copeaux et de fibres, et peut aussi être mis en oeuvre, par analogie, avec d'autres substances minérales, par exem- ple fibres de verre, asbeste, laine de roche.
Dans la pratique, il est indiqué de procéder comme suit : comme copeaux de bois on peut utiliser des copeaux de n'importe'quelle essence, par exemple épicéa, bouleau, tilleul, peuplier, frêne, pin, châtaignier, okoumé ou limba. La longueur de ces copeaux peut-être de 4 à 18 mm, leur 'largeur de 1 à 20 mm et leur épaisseur de 0,1 à 1,2 mm, en particulier de 0,4 à 0,7 mm.
Comme liant on peut utiliser tous les liants habituellement utilisés pour le collage du bois, en premier lieu tous les produits de polycondensation, et parmi ces derniers, les résines carbamides, par exemple les résines urée-formaldéhyde. Ces résines sont obtenues de la façon habituelle en faisant réagir 1 mole d'urée avec environ 1,5 à 3 moles de formaldéhyde. On peut utiliser aussi bien les produits d'addi- tion primaires que les produits de condensation obtenus avec formation de ponts d'éther et, le cas échéant, de ponts de méthylène, à condition qu'ils soient en grande partie encore solubles dans l'eau. En général 1 partie du produit de condensation solide doit pouvoir être encore bien compatible avec 1 partie d'eau, et fournir une solution.
Mais d'autres résines carbamides également, notamment des produits obtenus par polycon- densation de composés renfermant au moins un groupe carbamide dans la molécule avec des aldéhydes, sont bien appropriées. Comme composés formapt des résines carbamides, on peut citer, par exemple, les urées-N substi- tuées, par exemple les urées N-alcoylées ou N-arylées, en particulier les résines N-méthylées, N-éthylées, N-propylées, N-butylées, N-phénylées, en outre la dicyanodiàmide, la guanidine ou les uréthanes.
On peut en outre utiliser, avec de très bons résultats, des produits obtenus par po- lycondensation avec des aldéhydes d'autres composés formant des résines aminoplastes, par exemple les aminotriazines, en particulier les triami- notriazines (mélamine), ou les triazines comportant moins de trois grou- pres amino, par exemple les diaminotriazines. Comme aldéhyde, on emploie en général le formaldéhyde ou ses polymères, comme par exemple le para- formaldéhyde; toutefois les aldéhydes à poids moléculaire élevé, par exemple l'acétalaldéhyde, le furfurol et, le cas échéant, aussi le pro- pionaldéhyde et le butyraldéhyde peuvent être utilisés de la façon connue pour la réaction formant les aminoplastes.
Ces produits, obtenus par poly- condensation de composés formant des aminoplastes avec des aldéhydes, sont en général additionnés de composés acides comme durcisseurs. Dans ce cas on peut utiliser des acides, en particulier des acides carboxyliques or- ganiques, ou bien aussi des acides inorganiques, par exemple l'acide maléique, l'acide lactique, l'acide phtalique, l'acide formique, l'acide acétique, l'acide phosphorique, l'acide sulfurique, l'acide chlorhydrique.
Comme durcisseurs particulièrement avantageux, on peut citer les sels d'acides inorganiques forts, en particulier leurs sels hydrosolubles, par
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exemple les sels d'alcali, et notamment les sels d'ammonium, par exemple ceux de l'acide sulfurique, de l'acide chlorhydrique, de l'acide nitrique ou de l'acide phosphorique. Ainsi qu'on opère habituellement pour les collages, on emploiera de préférence 0,3 à 5% environ d'un durcisseur acide, rapporté à la résine solide. En plus du durcisseur proprement dit, on pourra ajouter au durcisseur ou à la solution de colle, les substances qui règlent la vitesse du durcissement, én particulier des substances qui la ralentissent, telles que l'urée, l'ammoniaque, l'urotropine et la guai- dine.
Un autre groupe de produits de polycondensation convenant comme liants est formé par les résines phénoliques. On les obtient également de la façon habituelle à partir de phénol même ou de ses produits de substitution, ou aussi à partir de phénols polyvalents, avec des aldéhydes, en particulier le formaldéhyde, mais aussi avec des aldéhydes gras à poids moléculaire élevé, par exemple, à partir de crésol, de xylène ou de résor- cine. De même que les résines aminoplastes, les résines phénoliques peu- vent être obtenues à partir de mélanges de différents aminoplastes, ou de composés formant des phénoplastes, et différents aldéhydes. Les mélanges de différents produits de polycondensation sont aussi utilisables comme liants.
Les résines phénoliques peuvent être utilisées sans durcisseur; toutefois on peut aussi les durcir comme d'habitude avec des composés acides, neutres ou, le cas échéant, aussi alcalins. Comme exemple d'un durcisseur neutre, on peut citer le paraformaldéhyde. Entrent également en ligne de compte des sels inorganiques, par exemple le sulfate d'alumi- nium, ou aussi des acides organiques, par exemple l'acide Y -hydroxybuty- rique. Les lactones sont souvent très bien appropriées, par exemple la butyrolaotone. De même qu'avec les résines aminoplastes, on peut utiliser des mélanges de durcisseurs. D'une façon générale, on emploiera aussi bien les résines aminoplastes que les résines phénoliques en solutions aqueuses.
Toutefois on peut, d'une façon générale, aussi travailler avec des solvants organiques, par exemple avec des solutions alcooliques. A côté des pro- duits de polycondensation cités, on peut aussi utiliser des colles à base d'autres substances. A titre d'exemple, on peut mentionner les polyesters non saturés, c'est-à-dire des produits de condensation d'acides carboxyli- ques polyvalents comportant une liaison éthylénique, en particulier les acides Ó-ss -dicarboxyliques comportant une liaison éthylénique en a - (3, par exemple l'acide maléique et les alcools polyvalents, notamment les glycols. En outre, on peut utiliser les éthers polyglycidyliques, c'est- à-dire les résines éthoxylines qui sont durcies de la façon habituelle avec des polyamines ou des acides polycarboxyliques.
Pour remplir les cavités que présentent les panneaux de copeaux, on se sert , conformément à la présente invention, de matières plastiques poreuses, transformées en mousse. A cet effet on mélange les copeaux avec le liant et en outre avec de petites particules de matières plastiques non encore transformées en mousse, par conséquent compactes, non poreuses, ou bien aussi avec des particules de matières plastiques déjà transfor- mées en mousse. On peut toutefois aussi utiliser des particules de matière plastique qui se trouvent à n'importe quel degré intermédiaire de moussage.
Ces dernières sont désignées ci-après comme matières plastiques prédila- tées. Parmi les matières plastiques appropriées, on compte en particulier les thermoplastes dilatables, et parmi ces derniers, en particulier, les polymères de styrène transformables en mousse, par exemple le polystyrène ou les copolymères, composés notamment de styrène et de faibles quantités d'un autre composé comportant une ou plusieurs liaisons éthyléniques, non saturé, copolymérisable avec du styrène, par exemple l'acrylonitrile, le chlorure de vinyle, le vinylcarbazole, le divinylbenzène ou 1'isobutylène.
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En général le polymère de styrène utilisé devra renfermer au moins 50 % et, de préférence, au moins 80% de styrène; toutefois on peut aussi uti- liser d'autres thermoplastes qui ne sont pas à base de styrène, par exem- ple du chlorure de polyvinyle, du polyvinylcarbazole ou du polyéthylène transformés en mousse.
@ Sont également bien appropriés des produits de polycondensation poreux et durcis, par exemple les résines poreuses obtenues à partir de composés formant des aminoplastes et d'aldéhydes, comme il en a déjà été question plus haut dans l'alinéa concernant les liants. Entrent aussi en ligne de compte, les résines phénoliques poreuses, ainsi que les masses poreuses, durcies, obtenues à partir d'éthers polyglycidyliques, et des durcisseurs dont il a déjà été question plus haut.
Les matières plastiques poreuses utilisées doivent pouvoir être collées avec le liant entre elles, ainsi qu'avec les copeaux de bois. El- les sont obtenues également de la façon habituelle déjà connue. C'est ainsi que, par exemple, lors de la polymérisation des composés monomères qui conduisent à la matière plastique employée, par exemple lors de 'la polymérisatiôn ou de la copolymérisation de styrène, on pourra utiliser conjointement des liquides organiques agissant comme agents de gonflement qui seront renfermés dans les petites boules de polymérisats qui se for- ment. Parmi ces derniers, il faut citer en particulier, les hydrocarbures aliphatiques saturés, par exemple le pentane,l'hexane,l'hetane,l'octane leurs mélanges (éther de pétrole) ou, dans le cas spécial du poiyethylene, l'acétone.
Ces agents gonflants peuvent toutefois aussi, après polymé- risation du composé monomère, être incorporés dans le polymérisat. D'au- tres agents de gonflement appropriés sont, par exemple, les composés or- ganiques gazeux, tels que les hydrocarbures aliphatiques à bas poids molé- culairè, en particulier le méthane, l'éthane, le propane ou le butane, Les gaz inorganiques complètement inertes conviennent aussi comme agents de gonflement, par exemple l'azote ou l'anhydride carbonique, de même les agents de gonflement qui peuvent être décomposés à des températures élevées, par exemple les bicarbonates, comme le bicarbonate de'soude, ou les com- posés d'azoïques se décomposant avec formation d'azote.
La grosseur des particules des matières plastiques poreuses qui sont utilisées ou qui sont susceptibles d'être transformées à l'état poreux, peut varier dans de larges limites. Si les particules de matières plasti- ques ont déjà été transformées en mousse, leur grosseur sera en général de 0,9 à 15 mm. Les particules seulement prédilatées, auront de préférence 0,6 à 10 mm, et celles qui n'ont pas encore été transformées en mousse environ 0,1 à 5 mm, La grosseur des particules utilisées varie suivant les dimensions des copeaux, de sorte que l'on n'est pas lié aux dimensions qui viennent d'être indiquées.
Les quantités employées sont environ les suivantes :
Pour 100 kg de copeaux de bois, on utilisera suivant la densité et le caractère du bois, ainsi que suivant la forme et la grosseur des copeaux, en général 5 à 20 kg, et en particulier, 7 à 15 kg de liant so- lide. Le liant employé renfermera, suivant sa constitution chimique et suivant la vitesse à laquelle on désire que s'effectue le durcissement, environ Ô,01 à 15 % de durcisseur solide (y compris les substances re- tardatrices) rapporté au poids de la résine solide. Il est avantageux d'employer le durcisseur sous forme dissoute, par exemple en solution de 5 à 40 %. On peut aussi l'ajouter à la solution de colle sous forme solide.
Les matières plastiques poreuses seront employées, de préférence, en quantités variant entre 0,5 et 5 % en poids, rapportées aux copeaux de bois. Toutefois, on n'est pas tenu d'cbserver ces proportions, car
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elles varient suivant la densité et la forme des copeaux, ainsi que sui- vant-ie poids des particules de matière plastique par unité de volume.
Les quantités de 0,5 à 5 % en poids se rapportent par exemple à l'emploi de particules de polymérisats de styrolène poreux pesant 5 à 40 g par litre.
Le mélange de copeaux, de particules de matière plastique et de liants est ensuite mis en forme, sous pression et avec apport de cha- leur, dans les presses ou machines habituellement utilisées pour la pro- duction de panneaux de copeaux. On peut aussi opérer en répartissant le liant et les matières plastiques moussables sur les fibres ou les co- peaux se trouvant en suspension dans de l'eau, ou sur un mélange d'eau et de fibres, après quoi on élimine l'eau du mélange et on effectue le mous- sage et le collage des trois constituants entre eux au cours du séchage qui suit. Lors de l'emploi de particules prédilatées, le pressage se fera de préférence à des températures comprises entre 70 à 150 C environ.
Dans le cas où les particules de matières plastiques n'auraient pas encore été transformées en mousse, le pressage se fera de préférence à des tem- pératures supérieures à 90 On devra veiller à ce que, lors de l'emploi de matières plastiques qui n'ont été que partiellement ou pas du tout transformées -en mousse, la température dans la presse soit suffisante pour que l'agent gonflant, qui se trouve dans la matière plastique, puisse développer son effet et pour que la matière plastique soit complètement dilatée sous forme de mousse.
Lors de l'emploi de polyvinylcarbazoles non encore transformés en mousse et renfermant un agent gonflant, comme ma- tière plastique pour remplir les cavités, on devra appliquer par exemple des températures de pressage plus élevées, comprises par exemple entre 170 à 190 Co Si l'on fait usage, de produits de condensation poreux et durcis, par exemple de résines urée-formaldéhyde, la température de pres- sage sera comprise entre 110 et 180 C environ.
Quelques exemples d'applications sont indiqués ci-après :
Les exemples 1 à 4 se rapportent à des panneaux d'une densité d'environ 0,25, les exemples 5 à 10 à des panneaux d'une densité d'envi- ron 0,4. Les copeaux utilisés pour les exemples 1 à 8, étaient des co- peaux d'épicéa qui ont été hachés ultérieurement en menus morceaux. Ces copeaux avaient une longueur de 4 à 18 mm, une largeur de 1 à 4 mm et une épaisseur de 0,4 à 0,7 mm. Pour les exemples 8 à 9, on a utilisé des copeaux plats, non réduits ultérieurement, de 13 à 20 mm de longueur, 1 à 20 mm de largeur et 0,4 à 0,7 mm d'épaisseur.
Les exemples 2, 3, 4, 6, 7 et 9 se rapportent à la fabrication de panneaux de copeaux d'après le procédé proposêm Les propriétés des panneaux de copeaux usuels, obte- nus sans addition de matières plastiques moussantes, sont indiquées aux exemples 1, 5 et 8.
EXEMPLE 1
4000 g de copeaux plats d'épicéa, réduits en menus morceaux, avec une humidité du bois de 4 %, sont enduits au moyen d'une tuyère avec 615 g d'une solution à 50 % d'un produit de condensation urée - formaldéhyde, additionné d'une quantité correspondante de durcisseur. L'enduction s'ef- fectue dans un mélangeur avec arbre horizontal, pourvu de goujons. Lors de la rotation de l'arbre, ces goujons produisent un tourbillon de copeaux, dans lequel on pulvérise au moyen d'air comprimé, d'après le principe d'un pistolet pour vernis, la quantité de colle indiquée ci-dessus, sous forme d'un brouillard. On verse à la main 1860 g de copeaux ainsi englués dans un cadre dont les dimensions intérieures sont de 60 x 60 cm, puis'on éga- lise. Au fond du cadre on pose une tôle froide en métal léger.
Après avoir
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égalisé le gâteau, on le recouvre d'une autre tôle de métal léger. Ces tôles ont pour but de donner une certaine tenue au gâteau de copeaux ain- si formé lors des opérations de pressage qui suivent.
Le gâteau qui se trouve dans la forme est d'abord précomprimé dans une presse à froid, principalement en vue de réduire son volume et en vue d'obtenir un bon maintien des bords lorsqu'on enlève le cadre.
Les plaques ainsi préformées sont ensuite comprimées, pendant 10 minutes, avec les tôles, dans une presse hydraulique à chaud, dont les plaques ont une température de 140 C. Les presses ont maintenues sous une pression maximum jusqu'à ce que les gâteaux soient comprimés de façon telle que les plaques de chauffage tombent sur les barres d'écartement qui déter- minent l'épaisseur et ainsi la densité des panneaux. On laisse ensuite tomber la pression jusqu'à la fin du pressage à environ 8 kg par cm2 de panneau. Lorsque le pressage est terminé, la plaque est retirée de la pres- se avec les tôles qui, après refroidissement, peuvent de nouveau être utilisées pour recouvrir d'autres gâteaux de copeaux. Les panneaux ainsi comprimés ont un poids spécifique de 0,27 avec une épaisseur de 18 mm.
La résistance en flexion est en moyenne de 12 kg par cm2.
EXEMPLE 2
1600 g de copeaux plats d'épicéa réduits ultérieurement en me- nus morceaux sont mélangés avec 400 g d'une mousse de carbamide, ayant acquis par prédilatation un volume de 20 000 cm3, après quoi ils sont enduits au moyen d'une tuyère de 260 g d'une solution à 50 % d'un produit de condensation urée-formaldéhyde, additionné d'une quantité correspon- dante de durcisseur. On introduit 1860 g de ce mélange dans la forme. La compression s'effectue comme indiqué à l'exemple 1.
Les panneaux ainsi obtenus ont un poids spécifique de 0,27 et une épaisseur de 17,8 mm ; résistance à la flexion est en moyenne 20 kg par cm2.
EXEMPLE 3
On mélange, suivant le procédé décrit dans l'exemple 1,1600 g de copeaux de même genre, avec 260 g d'une mousse de polystyrène portée par prédilatation à 200000 cm3; on enduit à l'aide d'une tuyère avec une solution à 50 % d'un produit de condensation urée-formaldéhyde addition- né d'une quantité correspondante de durcisseur. 1. 860 g de ce mélange de mousse plastique et de copeaux sont mis dans la forme et comprimés comme indiqué à l'exemple 1, pendant 10 minutes à 1400 C. Les panneaux obtenus ont une densité de 0,22 mm et une épaisseur de 21 mm ; leurrésistance à la flexion est de 37 kg par cm2 en moyenne.
EXEMPLE 4
Suivant le procédé décrit à l'exemple 1, on fabrique des pan- neaux de copeaux pour lesquels on emploie pour les couches extérieures 500 g de copeaux de bois d'épicéa réduits en menus morceaux, sans addi- tion de mousse plastique. Pour la couche médiane, on ajoute 240 g de mousse de polystyrène portée par prédilatation à un volume de 20.000 cm3, que l'on mélange avec 860 g de copeaux d'épicéa.
Le corps moulé composé de mousse plastique et de copeaux ainsi obtenu renferme 260 g d'une solu- tion à 50 % d'un produit de condensation urée-formaldéhyde auquel il a été ajouté une quantité correspondante de durcisseuro De tels panneaux agglomérés à trois couches ont une densité de 0,26 et une épaisseur de 18,8 mm; leur résistance à la flexion est de 40 kg/cm2 environo
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EXEMPLE 5
On enduit à la tuyère 2.600 g de copeaux plats d'épicéa, ré- duits ultérieurement en menus morceaux avec 416 g d'une solution à 50 % d'un produit de condensation renfermant une quantité correspondante de durcisseur.
On met dans la forme 2.800 kg de ces copeaux ainsi enduits, et on presse suivant l'exemple 1 pour obtenir des panneaux aggloméréso La durée du pressage est seulement portée de 10 à 15 minutes. Les plaques ainsi obtenues ont une épaisseur de 18 mm et une densité de 0,41; la ré- sistance à la flexion est de 65 kg par cm2 en moyenne.
EXEMPLE 6
On mélange suivant le procédé décrit dans l'exemple 1, 2. 600 g de copeaux de bois plats d'épicéa qui ont été réduits en menus morceaux, avec 36 g de polystyrène portés par prémoussage à un volume de 3000 cm3, puis on imprègne à la tuyère avec 416 g d'une solution à 50 % d'un pro- duit de condensation urée-formaldéhyde, renfermant une quantité corres- pondante de durcisseur, après quoi on met sous presse pour la production de panneaux de copeaux. Après une durée de pressage de 15 minutes à 140 C, ces panneaux ont une densité de 0,41 et une résistance à la flexion de 72 kg par cm2.
EXEMPLE 7
3.000 g de copeaux plats d'épicéa réduits en menus morceaux sont mélangés avec 50 g d'un polystyrène mousse non prédilaté, après quoi on imprègne à la tuyère avec 600 g d'une solution à 50 % d'un pro- duit de condensation urée-formaldéhyde renfermant une quantité correspon- dante de durcisseur. On met 2. 960 g de ce mélange dans des formes, puis on comprime pendant 18 minutes à 145 C pour la production de panneaux comme indiqué dans l'exemple 1. De tels panneaux ont une épaisseur de 18 mm, une densité de 0,43 et une résistance à la flexion de 89 kg par cm2 environ.
EXEMPLE 8
On imprègne à la tuyère 3. 000 g de copeaux plats d'épicéa non réduits en petits morceaux, avec 475 g d'une solution à 50 % d'un produit de condensation urée-formaldéhyde additionné d'une quantité correspondan- te de durcisseur. On introduit dans une forme 20850 g de ce mélange, puis on comprime comme indiqué dans l'exemple 1, en portant seulement la durée du pressage dans la presse à chaud à 15 minuteso On obtient de la sorte des panneaux agglomérés d'une épaisseur de 17,5 mm, qui ont une densité de 0,43, la résistance en flexion étant de 130 kg par cm2 environ.
EXEMPLE 9
On mélange intimement dans un mélangeur 3.000 g de copeaux plats d'épicéa, non réduits en petits morceaux, avec 36 g d'un polystyrène- mousse que l'on a porté par prédilatation à 3.000 cm3. On enduit ensuite le tout au moyen d'une tuyère, d'une solution à 50 % d'un produit de con- densation urée-formol additionné d'une quantité correspondante de durcis- seur. Les panneaux sont obtenus comme indiqué dans l'exemple 1, la durée du pressage étant seulement portée à 15 minutes. De tels panneaux agglomé- rés ont une épaisseur de 18,5 mm et une densité de 0,43, leur résistance à la flexion étant de 180 kg par cm2.
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The present invention relates to a material of agglomerated wood chips (panels), particularly light and at the same time resistant to compression, the porous structure of which is filled, and therefore consolidated, by means of a plastic material. porous, resistant to compression, as well as a process for its manufacture.
The plastic material in question is used exclusively or mainly to fill and consolidate the cavities, the bonding of chips, fibers or other products obtained by grinding vegetable raw materials either with each other or with the plastic, being carried out by a binder incorporated specially for this purpose
The importance of the invention from a technical and economic point of view lies in the fact that it is thus possible to obtain with wood chips, panels and molded objects, even of very high density. low, that is to say with low consumption of raw materials, exhibiting resistance properties which make them usable industrially.
Until now, the use of materials in agglomerated wood chips of a low density, had to be ruled out, in the first place, because of their too low resistance to compression, whereas their resistance to bending would have been perfectly sufficient for many uses.
The process which is the subject of the present invention can be implemented very simply as follows: the wood chips are mixed in a known manner in a mixer with a known agglomerating or binding substance. The incorporation of this binder is carried out in a known manner, for example by spraying, by means of a nozzle, with a liquid synthetic resin, or also by distributing metered quantities of synthetic resins in powder form. Before, during or after the addition of the binder, a plastic material is added which can be transformed into foam, for example in the form of small beads, which, during the subsequent pressing, expand and fill the cavities between the coils. - skins, by forming cells or bridges, while sticking to each other as well as to the incorporated binder.
Depending on the ratio between the quantities of chips and those of plastic material transformed into foam, one obtains either a body which can be rather considered as a material of agglomerated chips, a material whose cavities are filled and consolidated by a foam substance, or a synthetic resin foam in which wood chips are housed, forming a skeleton.
In one case, therefore, there is less sticking of the chips together, than a direct welding of the plastic beads which have turned into foams and than a sticking of the chips with this foam, a sticking of the chips between them which can even , in extreme cases, be completely suppressed; in the other case, we have, as an extreme case, agglomerates of wood chips, the texture of which is conditioned in the first place by the already known gluing of the chips to each other, by means of the binder, while the plastic beads transformed into foam and which fill the cavities, weld only partially or not even at all between them. Between these two extremes, all imaginable intermediate cases can occur.
In the case of objects made of wood chips, the binder is less effective as the density of the object is lower, ie its texture is richer in pores. The binder only acts where it is between the contact surfaces of two chips, while it exerts no agglomerating effect on the walls of the cavities, which it only covers more or less. However, if these cavities are filled with a plastic material which, when it expands while transforming into foam, presses against the walls, this foam sticks to these places.
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with the binder, so that the strength of the whole building is greatly improved.
Not only the object, which in reality consists of three constituents, then forms a homogeneous whole, and requires per unit of volume - calculated absolutely - a smaller quantity of plastic than a normal object in agglomerated chips of the same strength, obtained only with two constituents, the chips and the binder, but it is also possible to reduce the percentage of binder in the mixture of binder and chips, while still obtaining mechanical properties very high. ' In the present state of the art, this three-component process is primarily of interest in the field of materials based on wood chips;
however, in general, it is not limited to materials based on chips and fibers, and can also be used, by analogy, with other mineral substances, for example glass fibers, asbestos, rock wool.
In practice, it is advisable to proceed as follows: as wood chips it is possible to use chips of any species, for example spruce, birch, lime, poplar, ash, pine, chestnut, okoume or limba. The length of these chips may be from 4 to 18 mm, their width from 1 to 20 mm and their thickness from 0.1 to 1.2 mm, in particular from 0.4 to 0.7 mm.
As binder, it is possible to use all the binders usually used for bonding wood, in the first place all the polycondensation products, and among the latter, carbamide resins, for example urea-formaldehyde resins. These resins are obtained in the usual way by reacting 1 mole of urea with about 1.5 to 3 moles of formaldehyde. Both the primary adducts and the condensation products obtained with the formation of ether bridges and, where appropriate, methylene bridges can be used, provided that they are still largely soluble in the water. 'water. In general, 1 part of the solid condensation product should be able to still be well compatible with 1 part of water, and provide a solution.
However, other carbamide resins as well, in particular products obtained by the polycondensation of compounds containing at least one carbamide group in the molecule with aldehydes, are very suitable. As formapt compounds of carbamide resins, there may be mentioned, for example, N-substituted ureas, for example N-alkylated or N-arylated ureas, in particular N-methylated, N-ethylated, N-propylated resins, N-butylated, N-phenylated, in addition dicyanodiamide, guanidine or urethanes.
It is also possible to use, with very good results, products obtained by polycondensation with aldehydes of other compounds forming aminoplast resins, for example aminotriazines, in particular triaminotriazines (melamine), or triazines comprising less than three amino groups, for example diaminotriazines. As aldehyde, formaldehyde or its polymers, such as, for example, para-formaldehyde, are generally employed; however high molecular weight aldehydes, for example acetalaldehyde, furfurol and optionally also propionaldehyde and butyraldehyde can be used in the known manner for the reaction forming aminoplasts.
These products, obtained by polycondensation of compounds forming aminoplasts with aldehydes, are generally added with acidic compounds as hardeners. In this case it is possible to use acids, in particular organic carboxylic acids, or also inorganic acids, for example maleic acid, lactic acid, phthalic acid, formic acid, acid. acetic, phosphoric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid.
As particularly advantageous hardeners, mention may be made of the salts of strong inorganic acids, in particular their water-soluble salts, for example
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example alkali salts, and in particular ammonium salts, for example those of sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid or phosphoric acid. As is customary for bonding, approximately 0.3 to 5% of an acid hardener, based on the solid resin, will be employed. In addition to the hardener itself, it is possible to add to the hardener or to the glue solution, substances which regulate the rate of hardening, in particular substances which slow it down, such as urea, ammonia, urotropin and guai- dine.
Another group of polycondensation products suitable as binders are phenolic resins. They are also obtained in the usual way from the phenol itself or its substitution products, or also from polyvalent phenols, with aldehydes, in particular formaldehyde, but also with fatty aldehydes of high molecular weight, for example. , from cresol, xylene or resorcin. Like aminoplast resins, phenolic resins can be obtained from mixtures of different aminoplasts, or compounds forming phenoplasts, and different aldehydes. Mixtures of different polycondensation products can also be used as binders.
Phenolic resins can be used without a hardener; however, they can also be hardened as usual with acidic, neutral or, where appropriate, also alkaline compounds. As an example of a neutral hardener, there may be mentioned paraformaldehyde. Also relevant are inorganic salts, for example aluminum sulphate, or also organic acids, for example Y-hydroxybutyric acid. Lactones are often very suitable, for example butyrolaotone. As with aminoplast resins, mixtures of hardeners can be used. In general, both aminoplast resins and phenolic resins in aqueous solutions will be used.
In general, however, it is also possible to work with organic solvents, for example with alcoholic solutions. In addition to the polycondensation products mentioned above, it is also possible to use glues based on other substances. By way of example, there may be mentioned unsaturated polyesters, i.e. condensation products of polyvalent carboxylic acids having an ethylenic bond, in particular Ó-ss -dicarboxylic acids having an ethylenic bond. in a - (3, for example maleic acid and polyvalent alcohols, especially glycols. In addition, polyglycidyl ethers can be used, ie ethoxylin resins which are cured in the usual way with polyamines or polycarboxylic acids.
In order to fill the cavities in the chipboards, use is made, in accordance with the present invention, of porous plastics, transformed into foam. For this purpose, the chips are mixed with the binder and also with small particles of plastics not yet transformed into foam, therefore compact, non-porous, or also with particles of plastics which have already been transformed into foam. However, it is also possible to use plastic particles which are in any intermediate degree of foaming.
These are hereinafter referred to as preferred plastics. Among the suitable plastics, there are in particular the expandable thermoplasts, and among the latter, in particular, the polymers of styrene convertible into foam, for example polystyrene or the copolymers, composed in particular of styrene and small quantities of another. compound having one or more ethylenic bonds, unsaturated, copolymerizable with styrene, for example acrylonitrile, vinyl chloride, vinylcarbazole, divinylbenzene or isobutylene.
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In general, the styrene polymer used should contain at least 50% and, preferably, at least 80% of styrene; however, other thermoplasts which are not based on styrene can also be used, for example polyvinyl chloride, polyvinylcarbazole or foamed polyethylene.
Also well suited are porous and cured polycondensation products, for example porous resins obtained from aminoplast-forming compounds and aldehydes, as already discussed above in the section on binders. Also taken into account are porous phenolic resins, as well as porous, hardened masses obtained from polyglycidyl ethers, and hardeners which have already been discussed above.
The porous plastics used must be able to be bonded with the binder between them, as well as with the wood chips. They are also obtained in the usual way already known. Thus, for example, during the polymerization of the monomeric compounds which lead to the plastic material used, for example during the polymerization or the copolymerization of styrene, it is possible to jointly use organic liquids acting as swelling agents. which will be enclosed in the small balls of polymerizates which form. Among the latter, mention should be made in particular of saturated aliphatic hydrocarbons, for example pentane, hexane, hetane, octane their mixtures (petroleum ether) or, in the special case of polyethylene, acetone .
These swelling agents can, however, also, after polymerization of the monomeric compound, be incorporated into the polymerizate. Other suitable swelling agents are, for example, gaseous organic compounds, such as low molecular weight aliphatic hydrocarbons, in particular methane, ethane, propane or butane. Completely inert inorganic agents are also suitable as swelling agents, for example nitrogen or carbon dioxide, as are swelling agents which can be decomposed at high temperatures, for example bicarbonates, such as sodium bicarbonate, or azo compounds decomposing with formation of nitrogen.
The particle size of the porous plastics which are used or which are capable of being processed into the porous state can vary within wide limits. If the plastic particles have already been foamed, their size will generally be 0.9 to 15 mm. The particles only predilated, will preferably have 0.6 to 10 mm, and those which have not yet been foamed about 0.1 to 5 mm. The size of the particles used varies according to the size of the chips, so that one is not bound by the dimensions which have just been indicated.
The quantities used are approximately as follows:
For 100 kg of wood chips, depending on the density and character of the wood, as well as the shape and size of the chips, in general 5 to 20 kg, and in particular 7 to 15 kg of solid binder, will be used. . The binder employed will contain, depending on its chemical constitution and depending on the speed at which it is desired that the hardening take place, about 0.01 to 15% of solid hardener (including retarding substances) relative to the weight of the solid resin . It is advantageous to use the hardener in dissolved form, for example in a 5 to 40% solution. It can also be added to the glue solution in solid form.
The porous plastics will preferably be used in amounts varying between 0.5 and 5% by weight, relative to the wood chips. However, one is not required to observe these proportions, because
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they vary according to the density and shape of the chips, as well as the weight of the plastic particles per unit volume.
The amounts of 0.5 to 5% by weight relate, for example, to the use of particles of porous styrene polymerizates weighing 5 to 40 g per liter.
The mixture of chips, plastic particles and binders is then shaped, under pressure and with the addition of heat, in the presses or machines usually used for the production of chipboards. It is also possible to operate by distributing the binder and the foamable plastics on the fibers or the skins in suspension in water, or on a mixture of water and fibers, after which the water is removed from the water. mixing and foaming and bonding of the three components to one another during the drying which follows. When using predilated particles, the pressing will preferably take place at temperatures of between 70 to 150 ° C. approximately.
If the plastic particles have not yet been transformed into foam, pressing should preferably be carried out at temperatures above 90. Care must be taken to ensure that when using plastics which do not 'were only partially or not at all transformed into foam, the temperature in the press is sufficient for the blowing agent, which is in the plastic material, to develop its effect and for the plastic material to be fully expanded under foam form.
When using polyvinylcarbazoles which have not yet been foamed and which contain a blowing agent, as a plastics material for filling the cavities, higher pressing temperatures should be applied, for example, for example between 170 and 190 Co Si l Porous and hardened condensation products are used, for example urea-formaldehyde resins, the pressing temperature will be between 110 and 180 ° C. approximately.
Some examples of applications are shown below:
Examples 1 to 4 relate to panels with a density of about 0.25, Examples 5 to 10 to panels of a density of about 0.4. The chips used for Examples 1 to 8 were spruce chunks which were subsequently chopped into small pieces. These chips had a length of 4 to 18 mm, a width of 1 to 4 mm and a thickness of 0.4 to 0.7 mm. For Examples 8 to 9, flat chips, not subsequently reduced, 13 to 20 mm in length, 1 to 20 mm in width and 0.4 to 0.7 mm in thickness were used.
Examples 2, 3, 4, 6, 7 and 9 relate to the manufacture of strand board according to the proposed process. The properties of the usual strand board, obtained without the addition of foaming plastics, are given in the examples. 1, 5 and 8.
EXAMPLE 1
4000 g of flat spruce chips, reduced to small pieces, with a wood humidity of 4%, are coated by means of a nozzle with 615 g of a 50% solution of a urea-formaldehyde condensation product , plus a corresponding amount of hardener. The coating is carried out in a mixer with horizontal shaft, provided with studs. During the rotation of the shaft, these studs produce a swirl of chips, in which is sprayed by means of compressed air, according to the principle of a varnish gun, the quantity of glue indicated above, under form of a fog. 1860 g of shavings thus glued are poured by hand into a frame the interior dimensions of which are 60 x 60 cm, then equalized. At the bottom of the frame is placed a cold sheet of light metal.
After having
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equalized the cake, it is covered with another sheet of light metal. The purpose of these sheets is to give a certain strength to the cake of chips thus formed during the pressing operations which follow.
The cake which is in the form is first precompressed in a cold press, mainly in order to reduce its volume and in order to obtain good edge retention when the frame is removed.
The plates thus preformed are then compressed, for 10 minutes, with the sheets, in a hot hydraulic press, the plates of which have a temperature of 140 C. The presses are maintained under maximum pressure until the cakes are compressed. so that the heating plates fall on the spacer bars which determine the thickness and thus the density of the panels. The pressure is then dropped until the end of the pressing to about 8 kg per cm 2 of panel. When the pressing is finished, the plate is removed from the press together with the plates which, after cooling, can again be used to cover other chip cakes. The panels thus compressed have a specific weight of 0.27 with a thickness of 18 mm.
The flexural strength is on average 12 kg per cm2.
EXAMPLE 2
1600 g of flat spruce chips reduced subsequently into small pieces are mixed with 400 g of a carbamide foam, having acquired by predilation a volume of 20 000 cm3, after which they are coated by means of a nozzle of 260 g of a 50% solution of a urea-formaldehyde condensation product, plus a corresponding amount of hardener. 1860 g of this mixture are introduced into the form. The compression is carried out as indicated in Example 1.
The panels thus obtained have a specific weight of 0.27 and a thickness of 17.8 mm; flexural strength is on average 20 kg per cm2.
EXAMPLE 3
1.1600 g of shavings of the same type are mixed, according to the method described in Example, with 260 g of a polystyrene foam brought by predilation to 200000 cm3; it is coated using a nozzle with a 50% solution of a urea-formaldehyde condensation product plus a corresponding amount of hardener. 1.860 g of this mixture of plastic foam and chips are shaped and compressed as indicated in Example 1, for 10 minutes at 1400 C. The panels obtained have a density of 0.22 mm and a thickness of 21 mm; their flexural strength is 37 kg per cm2 on average.
EXAMPLE 4
According to the process described in Example 1, chipboards are produced for which 500 g of spruce wood chips reduced into small pieces are used for the outer layers, without the addition of plastic foam. For the middle layer, 240 g of polystyrene foam brought by predilation to a volume of 20,000 cm3 are added, which is mixed with 860 g of spruce chips.
The molded body composed of plastic foam and chips thus obtained contains 260 g of a 50% solution of a urea-formaldehyde condensation product to which a corresponding amount of hardener has been added. Such three-layer chipboards have a density of 0.26 and a thickness of 18.8 mm; their flexural strength is approximately 40 kg / cm2
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EXAMPLE 5
2.600 g of flat spruce chips, subsequently reduced into small pieces, are sprayed with 416 g of a 50% solution of a condensation product containing a corresponding amount of hardener.
2.800 kg of these shavings thus coated are put in the form, and one presses according to Example 1 to obtain chipboard panels. The pressing time is only increased from 10 to 15 minutes. The plates thus obtained have a thickness of 18 mm and a density of 0.41; the flexural strength is 65 kg per cm2 on average.
EXAMPLE 6
2. 600 g of flat spruce wood shavings which have been reduced into small pieces are mixed according to the process described in Example 1, with 36 g of polystyrene brought by pre-foaming to a volume of 3000 cm3, then impregnated. to the nozzle with 416 g of a 50% solution of a urea-formaldehyde condensate, containing a corresponding amount of hardener, after which it is pressed for the production of chipboard. After a pressing time of 15 minutes at 140 C, these panels have a density of 0.41 and a flexural strength of 72 kg per cm2.
EXAMPLE 7
3.000 g of flat spruce chippings reduced into small pieces are mixed with 50 g of a non-predilated foam polystyrene, after which it is impregnated with the nozzle with 600 g of a 50% solution of a condensate product. urea-formaldehyde containing a corresponding amount of hardener. 2. 960 g of this mixture are put into shapes, then compressed for 18 minutes at 145 C for the production of panels as indicated in Example 1. Such panels have a thickness of 18 mm, a density of 0, 43 and a flexural strength of about 89 kg per cm2.
EXAMPLE 8
3.000 g of flat spruce shavings not reduced into small pieces are impregnated with a nozzle, with 475 g of a 50% solution of a urea-formaldehyde condensation product to which a corresponding quantity of hardener has been added. . 20,850 g of this mixture are introduced into one form, then compressed as indicated in Example 1, bringing only the duration of pressing in the hot press to 15 minutes. In this way, chipboard panels with a thickness of 17.5 mm, which has a density of 0.43, the flexural strength being about 130 kg per cm2.
EXAMPLE 9
3.000 g of flat spruce shavings, not reduced into small pieces, are intimately mixed in a mixer with 36 g of a polystyrene-foam which has been brought by predilation to 3000 cm3. The whole is then coated by means of a nozzle with a 50% solution of a urea-formaldehyde condensate product with the addition of a corresponding quantity of hardener. The panels are obtained as indicated in Example 1, the pressing time being only increased to 15 minutes. Such chipboard panels have a thickness of 18.5 mm and a density of 0.43, their flexural strength being 180 kg per cm 2.