CN100368168C - 一种提高木素纤维材料基底的强度和耐水性的方法以及由该方法制成的制品 - Google Patents

一种提高木素纤维材料基底的强度和耐水性的方法以及由该方法制成的制品 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高木素纤维材料基底的强度和耐水性的方法，其包括下述步骤：用异氰酸酯树脂材料浸渍木素纤维材料基底；通过用高速空气冲击浸渍的基底从浸渍的基底上除去多余的异氰酸酯树脂材料；通过在浸渍的基底上施加液体将树脂聚合，液体的温度是足以聚合的温度；和从聚合的树脂浸渍的基底上除去液体。本发明还涉及一种由该方法制成的具有光滑、低光泽表面的制品。

Description

一种提高木素纤维材料基底的强度和耐水性的方法以及由该方法制成的制品
技术领域
本发明涉及聚异氰酸酯浸渍的木素纤维基底及其生产方法和系统。更具体地说，本发明是用异氰酸酯树脂浸渍中和高密度纤维板，然后通过施加热量和/或液体催化剂将树脂聚合的一种方法，因此，这种聚合板能够防潮且耐菌和防蛀。这种聚合板可用于门、门部件等。
发明背景
空心门主要是内用。空心门可以是平面门，即，在两个主要表面上有或没有模制表面的平面或平板。用于平面门的表皮比较便宜，但是，它们有时候不能提供用户要求的美学特征和物理性能。由中和高密度纤维板表皮生产的空心门一般不能外用，因为会产生吸收水分及由此得来的纤维素纤维的溶胀问题。
许多空心门由用木材和/或复合材料形成的门表皮、横木和门边制成。这些木质复合材料可以包括刨花板、碎料板、刚板和中密度纤维板(“MDF”)。为了使木质纤维形成固体形式的复合材料，这些木质复合材料使用通常为热固性树脂的树脂粘结剂。因为这些木质复合材料透水，所以使用这些复合材料的门不适合外用。如果复合材料吸收水分，无论是液体或气体形式的水分，则门部件将溶胀，门将变形。玻璃纤维和钢门不具有这样的吸收水分的性质，因此它们更适合外用。
在木质复合材料中用脲甲醛或酚醛树脂作为粘结剂材料在本领域是公知的。这些浸渍的木质复合材料聚合后，这些树脂通过在木质纤维内及其周围形成三维交联结构而强化复合门材料。但是，它们不能对木素纤维素纤维的纤维素分子形成化学键，它们仅仅是将木质纤维包绕在交联树脂的物理网内。一般来说，物理键，如刚才描述的那些键比化学键弱得多。酚醛树脂粘合剂不能令人满意的另一个原因是其交联反应的速度较慢，并且要求350以上的温度。
树脂浸渍的基底已经公开，但是其生产方法不可取，因为它们需要使用溶剂或蒸汽回收系统，由于烘炉固化而导致长固化时间和较高的生产成本。这些涉及干法固化或不使用加热液体的固化的努力导致表面外观太光滑、有裂纹、有擦伤破损和/或不美观。首先，由于CO2通过形成在基底表面上的树脂膜逸出而在表面上形成小的和大的、破裂的和未破裂的气泡，从而形成粗糙的、有凹坑的和一般破损的外观。第二，固化树脂的表面膜固化后，成为高度抛光。第三，树脂膜在完全固化前可能沉淀和流动，这将在基底表面上形成条痕、细脉和滴痕。
从聚异氰酸酯浸渍的基底中清除高光泽的、粗糙的、有凹坑的和破损的表面膜的尝试一直没有成功，因为这些努力生成的是整体上不美观的粗糙、不光滑、高纹理的表面。另外，如果象模制门表皮那样在浸渍前模制基底或者设计成三维图案，则如果除去烘炉固化的表面膜，则固化的浸渍基底上的三维设计或图案将被破坏。这是因为当除去表面膜时，细节、线、曲面、脊及其它三维图案将被刮掉、磨掉、凿掉或者破坏和磨损。
本领域普通技术人员将认识到：目前需要一种具有适当强度和耐水性从而可以外用的聚异氰酸酯浸渍的木素纤维基底。本领域还需要一种生产这种聚异氰酸酯浸渍的木素纤维基底的方法，该方法不需要昂贵的烘炉固化和附加的表面加工工艺。本领域还需要一种生产这种聚异氰酸酯浸渍的木素纤维基底的系统。本发明能够满足本领域的这些需要及其它需要。
发明内容
本发明涉及一种新型的生产聚异氰酸酯浸渍的木素纤维基底的方法。该方法与现有技术中使用的生产聚异氰酸酯浸渍的木素纤维基底的方法相比更简单、更廉价、更快速、并且更环保。该方法具有这些优点是因为不需要使用溶剂、载体或蒸汽回收系统，也不需要使用用于固化的烘炉。这种新型方法在不使用固化剂或促进剂的情况下也能够快速固化。
本发明的发明人出人意料地发现：如果固化是通过在浸渍的基底上施加加热液体进行，而不是在烘炉内固化浸渍的基底，则异氰酸酯树脂的固化，即，浸入木素纤维基底能够更快速、更廉价且更均匀地完成，同时还能够大幅降低废物的产生量。发明人还发现：如果树脂浸渍的基底通过空气刮刀系统，则异氰酸酯树脂材料可以更快速、更深入且更均匀地浸渍。空气刮刀系统的一个重要的优点是在成品中能够得到更光滑、光泽低的表面。更具体地说，可以用本发明的方法处理预先设计的门表皮、横木、门边和门芯，从而赋予它们适用于门的美学特征。
本发明还涉及其表面没有光泽、光滑和缎子状的聚异氰酸酯浸渍的木素纤维基底。这种新型物品的强度、耐水性、耐火性、防蛀性和抗菌性都得以提高。更具体地说，本发明的物品不需要再加工就具有其外观在美学上适用于门的表面，本发明的物品不具有用现有技术的方法生成的不适用的外观。
本发明还涉及实施本发明的方法所使用的新型系统。该系统比本领域传统使用的系统更简单、更廉价、更小，因为聚合是通过在树脂浸渍的基底上施加加热液体进行的，不需要使用昂贵且占空间的溶剂脱除部件和烘炉。
本申请中使用的术语“聚合”与“固化”同义，如本领域所理解的那样，包括用单体、二聚物或三聚物形成聚合物。
因此，本发明的首要目的是提供一种提高木素纤维材料基底的强度和耐水性的方法，其包括下述步骤：用异氰酸酯树脂材料浸渍木素纤维材料基底，通过用高速空气冲击浸渍的基底从浸渍的基底上除去多余的异氰酸酯树脂材料。通过在浸渍的基底上施加液体将树脂聚合，液体的温度是足以聚合的温度。然后从聚合的树脂浸渍的基底上除去多余的液体。
本发明的另一个主要目的是提供一种提高了强度和耐水性的物品，该物品包括用聚异氰酸酯材料浸渍的木素纤维材料基底。该物品具有光滑、低光泽的表面。该基底包括木素纤维材料。
本发明的再一个主要目的是提供一种形成聚异氰酸酯浸渍的基底的系统，该系统包括：用异氰酸酯树脂材料浸渍木素纤维材料基底的浸渍站，从基底上除去多余的异氰酸酯树脂材料的树脂清除站，聚合浸渍在基底中的异氰酸酯树脂材料的聚合站。浸渍站包括加热异氰酸酯树脂材料的设备和将加热的异氰酸酯树脂材料应用在浸渍的基底上的设备。应用加热的异氰酸酯树脂材料的设备是第一浸渍槽和多个喷嘴中的一个。树脂清除站包括空气刮刀站。聚合站包括加热液体的设备和将加热液体应用在浸渍的基底上的设备。应用加热液体的设备是第二浸渍槽和多个喷嘴之一。
本发明的再一个主要目的是提供一种提高了强度和耐水性的门。这种门包括具有上下横木部件和方向基本相互平行的第一和第二门边的门框及置于门框相对两侧上的两个门表皮。至少一个所述的门表皮包括用聚异氰酸酯材料浸渍的木素纤维材料基底。该至少一个门表皮具有光滑、无光泽的表面。
提供一种提高木素纤维材料基底的强度和耐水性的方法，其包括下述步骤：
用异氰酸酯树脂材料浸渍木素纤维材料基底；
通过在浸渍的基底上施加水将树脂聚合，水的温度是足以聚合的温度；和
从聚合的树脂浸渍的基底上除去水。
提供一种具有光滑、低光泽表面的制品，其通过如下获得：(1)用异氰酸酯树脂材料浸渍木素纤维材料；(2)通过用高流速气体冲击浸渍的木素纤维材料从浸渍的木素纤维材料中除去多余的异氰酸酯树脂；(3)通过向浸渍的木素纤维材料施加水聚合树脂，水的温度足以进行聚合；和(4)从聚合的树脂浸渍的木素纤维材料中除去水。
附图简述
图1是本发明的系统的示意图。
图2是去掉了一个门表皮的本发明的门的透视图。
具体实施方式
发明人发现：通过在异氰酸酯树脂浸渍的木素纤维基底上施加加热液体使其聚合，则得到的产品与现有技术相比，不仅提高了强度、耐水性、防霉性和耐白蚁性，而且还具有光滑、较低的光泽、缎子状抛光层。发明人还发现：如果异氰酸酯树脂浸渍的木素纤维基底通过空气刮刀系统，则树脂可以更深入且更均匀地浸渍到木素纤维基底中，同时还能除去基底表面上多余的树脂。
用于生产本发明的物品的木素纤维基底由木素纤维材料制成，木素纤维材料是既含有纤维素又含有木质素的材料。这样的木素纤维材料通常是纤维形式。合适的木素纤维材料包括刨木花、木纤维、秸秆、大麻、剑麻、棉杆、小麦、竹子、黄麻、海水芦苇、棕榈叶、亚麻、花生壳、硬木或软木、及纤维板，如高密度纤维板、中密度纤维板(MDF)、定向刨花板(oriented strand board)和刨花板。尽管小麦杆和其它一年生植物体含有一些木质素，但是有时候不把它们称为木素纤维材料。但是，为了达到本发明的目的，术语“木素纤维材料”也包括这些一年生植物。木素纤维基底优选是中密度或高密度纤维板。
木素纤维基底可以是模制的或非模制的，可以是条带、面板、块、薄板、胶合板(veneer)等形式。木素纤维基底优选适用于门或门部件，其包括表皮、芯、边、横木、模制品等。
最好如图1所示，木素纤维基底1在脱水站10内干燥。库存木素纤维基底的水分含量一般约为3-8wt％，但是，为了达到最大强度和异氰酸酯树脂材料的最大渗透量，更低的水分含量很重要。当用亚甲基二苯基二异氰酸酯(MDI)作为异氰酸酯树脂材料时，木素纤维材料中的水可能和MDI反应，形成脲键。这种脲键比异氰酸酯树脂材料聚合后得到的纤维素分子和聚异氰酸酯之间的脲烷键弱，因此，与用该方法处理的干燥基底1相比，成品的整体潜在强度降低。从木素纤维基底1中除去1克水，就会有大约1克异氰酸酯树脂在聚异氰酸酯浸渍的木素纤维基底1中将其取代。脱水步骤优选使木素纤维基底1的水分含量低于7wt％，更优选约为0.1-2.5wt％。
为了在木素纤维基底1中得到需要的水分含量，用输送系统2将基底1输送到脱水站10。来自温度设置为200-300的第一个鼓风机11和第一个加热器12的热空气将基底1干燥。从脱水站10出来的热空气进入第二个鼓风机51，用于在站50内进行后浸渍干燥。尽管在该实施方案中优选鼓风机和加热器的组合，但是也可以用催化红外线加热器干燥基底1，将催化红外线加热器设计为最高将木素纤维基底1的表面温度加热到350。
然后在浸渍站20内用异氰酸酯树脂材料浸渍干燥的木素纤维基底1。在浸渍站20内，用树脂加热器21加热异氰酸酯树脂材料，然后用泵22将树脂从第一个储槽23输送到一系列涂布器喷嘴24，树脂涂布和浸渍在干燥的基底1中。多余的树脂材料收集在涂布器喷嘴24下面的第一个储槽23内，然后将其再次利用。储槽和泵系统使异氰酸酯树脂材料连续重新涂布基底1，从而缩短浸渍时间，并且防止异氰酸酯树脂材料的浪费。异氰酸酯树脂材料和基底1的表面优选接触4-10分钟，更优选4分钟。
如果不使用涂布器喷嘴24，也可以通过将干燥的基底1浸泡在充满加热树脂材料的浸泡槽内进行浸泡。如果选择浸泡进行浸渍步骤，则为了保证异氰酸酯树脂的充分渗透，浸泡槽内的木素纤维基底1优选浸泡4-10分钟，但是，实际浸泡时间取决于基底1的厚度和密度。浸泡槽优选保持常压，但是为了缩短更厚或更密实的基底1的浸泡时间，可以使用加压浸泡槽。当浸泡槽不用时，为了延长树脂的有效时间，在预留空间中应用常压和室温的干燥惰性气体。
无论选择使用一系列喷嘴还是选择浸泡，都可以认为异氰酸酯树脂材料在木素纤维基底1中的浸渍度至少部分受控于异氰酸酯树脂材料的粘度和温度及树脂材料涂布在基底1上的时间和压力。例如，粘度较低的异氰酸酯树脂材料或保持较高温度的异氰酸酯树脂材料比粘度较高的异氰酸酯树脂材料或保持较低温度的异氰酸酯树脂材料能够更快速地浸入基底1。同样，较高的压力或较长的涂布时间比较低的压力或较短的涂布时间产生的浸渍度大。如果选择MDI作为异氰酸酯树脂材料，则不同温度下MDI产品的粘度(厘泊)可在表I中查找。
表I：不同温度下不同MDI产品的粘度(厘泊)
  MDI产品   25℃(77)   50℃(122)   60℃(140)
  Lupranate M-20S(BASF)   200   25
  Elastocast 7034U(BASF)   700   96   58
  WUC 3092T(BASF)   700   128
  Desmodur VKS-18(Bayer)   150-250
  E-743(Bayer)   1700-3300
  X0672(Bayer)   300-800
在浸渍步骤中，异氰酸酯树脂材料和木质纤维素反应。可以认为：异氰酸酯在木质纤维素的羟基间形成化学键，从而形成脲烷键。还可以认为：这种化学键有助于改善成品强度。还可以认为：异氰酸酯树脂分子无论与纤维素分子键联与否，都不会在浸渍步骤中有很大程度的聚合。
异氰酸酯树脂材料优选是MDI材料。下面的式I示出MDI的结构。异氰酸酯树脂材料更优选含有亚甲基二苯基-4，4’-二异氰酸酯，其中，Ph是苯基。
O＝C＝N-Ph-CH2-Ph-N＝C＝O
式I
异氰酸酯树脂材料的商业制剂一般不仅含有亚甲基二苯基-4，4’-二异氰酸酯，还含有已知为聚合MDI(或PMDI)的聚(亚甲基二苯基二异氰酸酯)、混合亚甲基二苯基二异氰酸酯异构体和亚甲基二苯基-2，4’-二异氰酸酯。如果选择亚甲基二苯基二异氰酸酯树脂材料作为异氰酸酯树脂材料，则其优选含有约33％至约49％的亚甲基二苯基-4，4’-二异氰酸酯、低于约70％的聚(亚甲基二苯基二异氰酸酯)、低于约10％的混合亚甲基二苯基二异氰酸酯异构体和低于约8％的亚甲基二苯基-2，4’-二异氰酸酯。本发明中使用的MDI最优选含有约45％的亚甲基二苯基二异氰酸酯，余量是聚(亚甲基二苯基二异氰酸酯)。
MDI材料应当有高的-N＝C＝O含量，-N＝C＝O含量优选大于33wt％，更优选1-33wt％，甚至更优选10-33wt％，最优选23-32wt％。MDI材料优选有很高的-N＝C＝O官能度，更优选2-3，最优选更接近3，而不是更接近2。MDI材料的粘度(25℃)优选是50-300厘泊，更优选更接近50，而不是更接近300。如果需要，MDI材料可以和非极性溶剂结合使用，其比例是10-100wt％的MDI比0-90wt％的非极性溶剂。
异氰酸酯树脂材料还可以包括防腐剂，如杀菌剂、杀真菌剂或杀虫剂等，防腐剂的含量优选是树脂材料的0.25wt％-10wt％。这些杀生物剂的例子是硼、莠去津、噻唑和氨基甲酸盐的络合物。异氰酸酯树脂材料还可以包括其它添加剂如灭火剂或阻燃剂化学物质，其包括但不限定为磷酸三(1，3-二氯异丙酯)或甲基磷酸二甲酯。这些灭火剂或阻燃剂的含量可以是树脂材料的0.25wt％-5.00wt％。
然后在树脂清除站30内从浸渍的基底1的表面上除去多余的树脂，升温使异氰酸酯和纤维素分子之间的化学反应加速。在站30内除了清除树脂外，还要将浸渍的树脂加热到240-300，并迫使树脂向基底1的中间渗透。异氰酸酯树脂和纤维素分子之间的化学反应在低至212的温度下即开始进行。在树脂清除站30内，浸渍的基底1经过第一个空气刮刀组32。在空气刮刀组32处，来自加热器31的热空气由鼓风机33导向基底1的表面上。空气刮刀组32本身是一对长管，每一个管都有一个长缝，用于将高压热空气排放到浸渍的基底1的表面上。虽然通过空气刮刀组32的空气流量、速度和温度可以改变，但是空气流量、速度和温度优选分别保持为800ft3/min、约15000-35000ft/min和约240-300。当来自空气刮刀的热空气冲击浸渍的基底1的表面时，没有充分浸入基底1的一些多余树脂将受压，然后浸入基底1，而剩余的树脂则被吹走，从而可以防止在基底1的表面上形成树脂材料的膜或表皮。
然后在聚合站40内通过将其温度足以聚合异氰酸酯材料的液体应用于浸渍的基底1而使浸渍的异氰酸酯树脂材料聚合。液体盛放在第二个储槽41内，用加热器42加热，用泵43泵送，用涂布器喷嘴44涂布浸渍的基底1。如果加热的液体没有覆盖浸渍的基底1的表面，则浸渍的基底1的表面将固化成更深色的外观，因此优选用加热的液体完全覆盖所有表面。通过喷嘴44的液体流量优选保持为约5-10gpm，其压力为5-6psi。加热的液体从浸渍的基底1的表面流下后被收集在第二个储槽41内，可以再次利用。
合适的液体包括在异氰酸酯树脂材料的聚合温度下以液体形式存在(常压下)且基本上不会抑制聚合反应的那些材料。液体优选对异氰酸酯树脂材料有反应性，从而能够在基底1的表面处形成反应产品。选择液体时，应当使其与树脂的反应产品比基底1的表面处的聚合异氰酸酯树脂更容易从基底1的表面上除去。例如，如果选择水和MDI作为液体和异氰酸酯树脂，则它们反应形成含脲键的水溶性材料。因为基底1的表面处形成的反应产品溶于液体，所以基底1的处理表面得到的外观是光滑、缎子状且较低光泽的板。液体优选是水。液体温度可保持为等于或大于180，优选180-212，最优选约180。液体在浸渍的基底1上的涂布时间可以是8-10分钟，但是可以根据木素纤维基底1的厚度选择更短或更长的时间。
反应产品可以源自加热的液体和异氰酸酯树脂材料之间的反应，并且和来自木素纤维基底1的纤维一起逐步集聚在第二个储槽41内。随着反应产品的集聚，可以通过在第二个储槽41内过滤液体将其除去。热液体补充源45向第二个储槽41供应新鲜液体，弥补蒸发和过滤掉的液体。
一种替代方案是，将浸渍的基底1浸泡在加热的液体中，将浸渍基底1中的树脂聚合，浸泡槽内安装有循环泵和加热器。
然后在液体清除站50内从聚异氰酸酯浸渍的基底1上除去多余的液体。用第二个空气刮刀组52(也包括加热器53和鼓风机51)完成这一工序，其空气流量和温度保持与第一个空气刮刀组32中的相同。当来自空气刮刀的热空气冲击基底1的表面时，多余的液体和基底1的表面处形成的所有树脂-液体反应产品都从基底1上被吹走。
一种替代方案是，仅仅通过将聚异氰酸酯浸渍的基底1从液体中移开然后排出液体的方法进行液体清除步骤。
还可以在温度设置为200-300的烘炉中将聚异氰酸酯浸渍的基底1干燥约10分钟。
在任何情况下都优选水分含量低于10％。
如图2所示，本发明的门有上横木61、下横木62和形成门框的两个门边63及置于门框相对两侧上的两个门表皮64(为了清楚地演示门结构，已除去了一个门表皮)。应当理解，门表皮不一定是平面，可以形成任何三维模制形状。
可以认为本发明的物品的强度的提高是因为一些或全部的下述因素：a)木素纤维素纤维的纤维素分子上的-OH基团和异氰酸酯树脂上的-N＝C＝O之间的脲烷键，b)木素纤维素纤维中的结合水和多余的异氰酸酯树脂上的-N＝C＝O反应形成的脲键，c)异氰酸酯树脂聚合形成的聚脲烷链，d)结合水和多余的异氰酸酯树脂的反应产品聚合形成的聚脲链，e)被上述聚脲链包覆的木素纤维素纤维，f)被异氰酸酯树脂聚合形成的聚脲烷链包覆的木素纤维素纤维，g)聚异氰酸酯链的交联。
本发明的聚异氰酸酯浸渍的基底一般含有0.5-20wt％，优选2.0-15wt％，更优选5.0-10wt％，最优选7.0-8.0wt％的聚异氰酸酯。
实施例
通过用PMDI处理门表皮和门横木/门边比较六种不同PMDI式的性能。这些PMDI式的商标如下：1)Lupranate M20S(BASF)；2)Elastocast7034U(BASF)；3)WUC 3092 T(BASF)；4)Desmodur VKS-18(Bayer)；5)E-743(Bayer)；6)X0672(Bayer)。
每一个式都是下述成分的混合物：33-49％的亚甲基二苯基-4，4’-二异氰酸酯、＜70％的聚合MDI、＜10％的混合MDI异构体和＜8％的亚甲基二苯基-2，4’-二异氰酸酯。这些式子具有下述性能：比重为1.08-1.24g/cm3(25℃)，密度为9.0-10.3lbs/gal，粘度为200-3300厘泊(25℃)，NCO含量为23-31.5wt％，官能度为2.7。
按下述方法处理门表皮和门横木/门边材料。
门横木/门边材料是Temple生产的1英寸厚、44磅的中密度纤维板。标注为“B”的实验样品切割成6英寸长、1又1/2英寸宽的片。将标注为“A”的实验样品加工成适用于金属门的形状，然后将其切割成6英寸长。样品“A”的横截面是7/8英寸×1又5/8英寸。通过每一片门横木/门边材料钻一个直径为0.120英寸的导孔。门横木/门边材料不可能100％浸渍。预钻的导孔使PMDI处理伸入到门边的螺栓固定区域。预钻的导孔的优点示于表II。
门表皮材料是智利的Fibramold生产的高密度纤维板。门表皮材料标注为样品“C”和“D”。门表皮材料厚0.125英寸，将其切割成3又3/4英寸×5又3/4英寸的样品。
用每一个PMDI式浸渍一对门表皮片和一对门横木/门边片。在PMDI式保持150的温度时将这些片浸泡10分钟。浸渍后，将这些片在200的烘炉中加热10分钟，除去多余的PMDI。然后将这些片在室温下储存18小时。储存后，将这些片再次称重，然后通过将其在180的水中浸泡10分钟将其固化。在200的烘炉中将这些片干燥10分钟后(将水分含量降至低于10wt％)，将其再次称重。
用下述方法得到MDI吸收值(g/g)：将浸入实验样品中的MDI重量除以未处理的实验样品重量，然后乘以100％。结果示于表II。
然后测定本发明的物品和对比实施例样品CE1固定木螺栓的能力。对比实施例样品CE1是商标为Medite FR的中密度纤维板(Medex生产)。Medite FR是Medex广告的“世界上最好的外用级无甲醛MDF”的耐火纤维板。
然后将一对3/4英寸的8号木螺栓旋入门横木/门边材料实验样品(1A、1B、2A、2B等)中。一个木螺栓旋入导孔，另一个木螺栓旋入非多孔区域。一个3/4英寸的8号木螺栓插入对比实施例样品CE1中。
还要测定实验样品1B(用Lupranate M-20S浸渍的门横木/门边材料)和对比样品CE1由于吸收水分而导致的空间膨胀度。因此要记录实验样品1B和对比样品CE1的最初尺寸(宽度、长度和厚度)及CE1的重量。
然后将对比样品CE1和所有的门横木/门边材料实验样品(1A、1B、2A、2B等)在沸水中放置1小时，并且记录其重量。
用下述方法计算每一个实验样品和对比样品CE1的增水百分率(g)：将由于蒸煮而使样品获得的水分重量除以蒸煮前的样品重量，然后乘以100％。结果示于表II。
然后将所有实验样品和对比样品CE1在200的烘炉中干燥18小时。再次记录实验样品1B和对比样品CE1的尺寸。取出每一个木螺栓，记录取出木螺栓需要的拉拔力(p.s.i.)。结果示于表II。
用下述方法计算每一个长度、宽度和厚度的膨胀百分率：各个尺寸的变化量(蒸煮后的变化或蒸煮和干燥后的变化)除以最初的尺寸，然后乘以100％。结果示于表III和IV。
表II：增水百分率、螺栓拉拔力和PMDI吸收值
  异氰酸酯树脂式   样品号   增水百分率   螺栓拉拔力，预钻孔(p.s.i.)   螺栓拉拔力，没有预钻孔(p.s.i.)   PMDI吸收值(g/g)
  Lupranate   1A   3.01   507.0   310.1   .169
  1B   1.58   689.5   324.5   .138
  1D   .155
  Elastocast   2A   2.6   567.8   331.2   .169
  2B   1.7   703.0   351.5   .146
  2C   .134
  WUC 3092T   3A   4.45   527.3   358.3   .148
  3B   2.76   594.9   338.0   .111
  3C   .133
  Desmodur   4A   3.41   561.1   358.3   .161
  4B   2.12   500.2   365.1   .135
  4C   .149
  E-743   5A   4.15   405.6   324.5   .108
  5B   3.07   432.6   311.0   .072
  5C   .090
  X0672   6A   3.06   419.1   324.5   .126
  6B   2.29   554.3   297.4   .090
  6C   .130
  MedexMedite FR   CE1   32.57   338.0
表III：实验样品1B*的空间膨胀率
  初始值   蒸煮1小时的值   蒸煮后的变化率(％)   干燥后的值   蒸煮和干燥后的变化率(％)
  长度(英寸)   5.987   5.998   +1.10   5.980   -0.12
  预干燥的宽度(英寸)   1.505   1.505   0.00   1.505   0.00
  湿宽度(英寸)   1.505   1.514   +0.60   1.505   0.00
  预干燥的厚度(英寸)   1.005   1.014   +.90   0.995   -0.40
  湿厚度(英寸)   1.010   1.072   +6.14   1.025   +1.49
  直观评价   优秀，没有变形
*实验样品1B是用Lupranate M20S浸渍的中密度纤维板
表IV：对比样品CE1*的空间膨胀率
  初始值   蒸煮1小时的值   蒸煮后的变化率(％)   干燥后的值   蒸煮和干燥后的变化率(％)
  长度(英寸)   5.976   6.015   +0.65   5.960   -0.27
  预干燥的宽度(英寸)   1.523   1.535   0.79   1.520   -0.20
  湿宽度(英寸)   1.529   1.550   +1.37   1.527   -0.13
  预干燥的厚度(英寸)   .765   0.880   +15.03   0.807   +5.49
  湿厚度(英寸)   .757   .950   +25.50   0.874   +15.46
  直观评价   差，边缘溶胀，中心凹陷   差，裂纹和凹陷
*对比样品CE1是Medex Medite FR纤维板
还对本发明(实验样品7)和两个对比样品CE2和CE3的水分吸收性能进行了评价。
实验样品7用中密度纤维板作为基底材料。Masonite纤维板用于对比样品CE2，而Medex Medite FR纤维板用于对比样品CE3。
按照前面实验样品1A-6D所述用PMDI浸渍实验样品7、干燥、储存、固化、再次干燥。记录实验样品7和对比样品CE2和CE3的重量、长度和厚度。然后将实验样品7和对比样品CE2和CE3在水中浸泡24小时，再次记录浸泡后的重量、长度和厚度。
用由于24小时的浸泡导致的重量变化除以初始重量计算水分吸收百分率。同样，用由于24小时的浸泡导致的厚度变化除以初始厚度计算厚度溶胀百分率。用由于24小时的浸泡导致的长度变化除以初始长度计算线性膨胀百分率。水分吸收百分率、厚度溶胀百分率和线性膨胀百分率的计算结果示于表V。
还进行热分解实验。和水分吸收实验一样，实验样品8用中密度纤维板，对比样品CE4是Masonite纤维板，而对比样品CE5用Medex MediteFR纤维板。实验样品7B和对比样品CE4和CE5暴露在950的温度下，在3.5分钟、15分钟和30分钟时进行观察。结果示于表VI。
表V：水分吸收百分率、厚度溶胀百分率和线性膨胀百分率
 CE2(Masonite)   CE3(MedexMedite FR)   实验样品7(用PMDI处理的MDF)
  水分吸收百分率  15   52   12
  厚度溶胀百分率  15   20   11
  线性膨胀百分率  1.4   0.8   0.2
表VI：热分解实验
CE4(Masonite)   CE5(MedexMedite FR)  实验样品8(用PMDI处理的MDF)
  3.5分钟后的外观  -   +  +
  15分钟后的外观   -  +
  30分钟后的外观  ＝
+表示在边缘处没有可视红色灰烬并且没有分层
＝表示在边缘处有可视红色灰烬但没有分层
-表示在边缘处有可视红色灰烬或者有分层，表面层破裂成小弯曲片段。
还对本发明进行了防蛀和抗菌实验。用PMDI处理中密度纤维板的一部分，产生实验样品9和10。实验样品9和白松木的对比样品CE6及未处理MDF的对比样品CE7一起暴露于地下白蚁和粉末后甲虫中。实验样品10和白松木的对比样品CE8及未处理MDF的对比样品CE9一起暴露于褐色腐土和白色腐土中。在所有情况下，实验样品9和10的性能都与白松木和未处理MDF一样好，或者更好。
虽然已经用优选实施方案描述了本发明，但是应当理解：在本发明的通用原则下可以对其进行进一步的变化、应用和/或改动，从本发明所属的技术领域出发，根据已知的常规经验可以知道，这些变动符合本发明的基本精神，在附加的权利要求书所限定的本发明的保护范围内。

Claims (25)

1.一种提高木素纤维材料基底的强度和耐水性的方法，其包括下述步骤：
用异氰酸酯树脂材料浸渍木素纤维材料基底；
通过在浸渍的基底上施加水将树脂聚合，水的温度是足以聚合的温度；和
从聚合的树脂浸渍的基底上除去水。
2.权利要求1的方法，其还包括在浸渍基底之后和聚合树脂之前通过用高速空气冲击浸渍的基底从浸渍的基底上除去多余的异氰酸酯树脂材料。
3.根据权利要求1的方法，其包括选择空气刮刀系统以在浸渍的基底上提供高速冲击空气的步骤。
4.根据权利要求1的方法，其包括选择基底的步骤，其中所述基底包含木素纤维素纤维和粘结剂。
5.根据权利要求4的方法，其中所述粘结剂包含脲甲醛树脂或酚醛树脂。
6.根据权利要求1的方法，其包括使用于聚合树脂的水的温度保持大于或等于约180的步骤。
7.根据权利要求1的方法，其包括使用于聚合树脂的水的温度保持在约180至约212的步骤。
8.根据权利要求1的方法，其包括使用于聚合树脂的水的温度保持在约180的步骤。
9.根据权利要求1的方法，其包括在浸渍前在烘炉内将基底脱水至水分含量低于约7wt％的步骤。
10.根据权利要求1的方法，其中，所说的施加是通过在木素纤维材料基底上施加多个水流进行的。
11.根据权利要求1的方法，其包括将异氰酸酯树脂材料浸渍压力保持约1大气压的步骤。
12.根据权利要求1的方法，其包括使异氰酸酯树脂材料温度保持在约150的步骤。
13.根据权利要求1的方法，其包括从亚甲基二苯基二异氰酸酯树脂材料中选择异氰酸酯树脂材料的步骤。
14.根据权利要求1的方法，其包括从亚甲基二苯基二异氰酸酯树脂材料中选择异氰酸酯树脂材料的步骤，所说的亚甲基二苯基二异氰酸酯树脂材料含有约33％至约49％的亚甲基二苯基-4，4’-二异氰酸酯、低于约70％的聚亚甲基二苯基二异氰酸酯、低于约10％的混合亚甲基二苯基二异氰酸酯异构体和低于约8％的亚甲基二苯基-2，4’-二异氰酸酯。
15.根据权利要求1的方法，其还包括从-N＝C＝O含量是异氰酸酯树脂材料的约1wt％至约33wt％的那些材料中选择异氰酸酯树脂材料的步骤。
16.根据权利要求1的方法，其还包括从-N＝C＝O含量是异氰酸酯树脂材料的约10wt％至约33wt％的那些材料中选择异氰酸酯树脂材料的步骤。
17.根据权利要求1的方法，其还包括从-N＝C＝O含量是异氰酸酯树脂材料的约23wt％至约32wt％的那些材料中选择异氰酸酯树脂材料的步骤。
18.根据权利要求1的方法，其还包括从-N＝C＝O官能度是约2至约3的那些材料中选择异氰酸酯树脂材料的步骤。
19.根据权利要求1的方法，其还包括从25℃时的粘度是约50至约300厘泊的那些材料中选择异氰酸酯树脂材料的步骤。
20.根据权利要求1的方法，其还包括从高密度纤维板、中密度纤维板、定向刨花板、刨花板、大麻、剑麻、棉杆、小麦、秸秆、竹子、黄麻、海水芦苇、棕榈叶、亚麻、花生壳、硬木或软木中选择木素纤维材料的步骤。
21.根据权利要求1的方法，其还包括从中密度纤维板中选择木素纤维材料的步骤。
22.一种具有光滑、低光泽表面的制品，其通过如下获得：(1)用异氰酸酯树脂材料浸渍木素纤维材料；(2)通过用高流速气体冲击浸渍的木素纤维材料从浸渍的木素纤维材料中除去多余的异氰酸酯树脂；(3)通过向浸渍的木素纤维材料施加水聚合树脂，水的温度足以进行聚合；和(4)从聚合的树脂浸渍的木素纤维材料中除去水。
23.根据权利要求22的制品，其中所述的木素纤维材料包括选自中密度纤维板、高密度纤维板、定向刨花板、刨花板、大麻、剑麻、棉杆、小麦、秸秆、竹子、黄麻、海水芦苇、棕榈叶、亚麻、花生壳、硬木或软木的材料。
24.根据权利要求22的制品，其中所述的制品包括胶合板、薄板或平面板。
25.根据权利要求22的制品，其中所述的制品包括门部件。
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