CN101462289B - 一种木材无胶胶合的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于木材加工领域，涉及一种木材无胶胶合的方法。该方法是在待联接木材的界面施加活化剂，然后热压使木材联接。该方法实现木材之间的无胶胶合，既省却了联接件及胶粘剂，又简化了工艺和生产线，且可用于不同材种木材之间的联接。
Description
技术领域
本发明属于木材加工领域，涉及一种木材无胶胶合的方法。
背景技术
随着世界森林绿地的萎缩，木材尤其是珍贵的大径级木材资源迅速减少，难以满足人类生活和工业生产对大幅面、高厚度板材的需求。为了生产超长、超宽和(或)超厚的板材(或制品)，必须采取联接措施。
木材联接技术分为两大类，即：采用特制构件的联接件联接和采用胶粘剂的胶接：
(1)联接件联接：采用特制的木质、金属、塑料等联接件，将两块乃至多块木材构件机械联接，一般应用于大尺寸木材(木方或圆木)之间的联接，例如：檩、梁等交叉处的联接，对木材径级要求高，因此，该类技术随着大径级木材资源在世界范围的枯竭而逐渐淡化。
(2)胶粘剂胶接：采用木材胶粘剂，将两块或多块木材构件化学联接。可采用极性胶粘剂(如：脲醛树脂、酚醛树脂等人工合成树脂；淀粉、骨胶等天然胶粘剂)或非极性胶粘剂乃至无机胶粘剂(例如：石膏、水泥)，分别对木材构件实现化学联接或机械目前。
目前，胶粘剂胶接方法在世界范围内得到了广泛工业化应用。但是，采用该种方法，具有显著的缺点：
(1)经济性能。目前，木材工业(家具制造、人造板、木制品等)中，用于木材胶合时大量使用脲醛树脂(UF)、酚醛树脂(PF)和聚醋酸乙烯酯乳液(乳胶，PVAc)三种胶粘剂，尤其以UF和PVAc为主(占95％以上)。这些合成树脂价格昂贵，而且随着全世界石油价格的攀升而不断上扬，严重制约了木材胶合相关产业的发展。
(2)胶合性能。胶粘剂仅仅是被胶合构件之间的“桥梁”，而非木材本身。研究和试验表明，胶合失效主要发生于胶合界面，即使对于亲和性强的合成树脂(如：脲醛树脂)，木材本身破坏也很少(当胶合界面的强度大于木材本身的强度时，胶层将不会破坏，而是木材本身被破坏)；至于亲和性差的合成树脂或无机胶粘剂(例如：淀粉、石膏、水泥)，胶合失效100％发生于胶粘剂。如果处于潮湿环境或受到液态水侵蚀，上述所有胶粘剂(包括强亲和性合成树脂)的胶合性能都将显著衰减。
(3)环境性能。木材制品主要用于室内，环境性能要求高。然而，多数胶粘剂在木材产品的使用过程中，会发生不同程度的降解，释放出诸如有机挥发物(VOCs)等有害物质，对人体健康造成不同程度的伤害。
基于上述背景，世界各国都积极寻求一种接合强度高、耗费成本低、环境冲突小的木材联接方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种木材无胶胶合的方法。
本发明通过施加界面活化剂，使待结合的木材界面粘稠化，缩短了界面木材分子链之间的接触距离，为氢键力、分子间作用力(范德华力)的产生创造了条件，从而使两块木材紧密结合成整体，实现了木材自身的结合。
本发明的目的是通过下列技术措施来实现：
一种木材无胶胶合的方法，该方法是在待联接木材的界面施加活化剂，然后热压使木材联接。
活化剂成分包括主剂、催化剂和助剂，主剂为苯酚或多元醇(二元醇或三元醇)，催化剂为浓硫酸(浓度98％)或浓盐酸(浓度35～37％)等强酸，为主剂的活化起催化作用；助剂为甲醛水溶液(商品名：“福尔马林”，浓度：35～40％)。加入助剂旨在清除未参加活化反应的残余苯酚，避免造成游离酚污染，故采用多元醇为主剂时，毋需助剂。具体地说，活化剂由以下质量比的组分构成：
苯酚∶强酸∶甲醛水溶液＝10～20∶1∶2～5，或者
多元醇∶强酸＝10～20∶1；
其中，强酸为浓硫酸或浓盐酸，甲醛水溶液的浓度为35～40％，多元醇为二元醇或三元醇，优选为丙三醇。
所述的木材无胶胶合的方法，其中活化剂在木材界面的施加量为50～200g/m2，一般取100～150g/m2。
所述的木材无胶胶合的方法，其中热压控制参数为：温度为105～180℃，时间为5～30min，压力为0.5～1.0MPa。
所述的木材无胶胶合的方法，其中热压控制参数优选为：温度为120～150℃，时间为10～15min，压力为0.8MPa。
木材加热，可以预先在干燥窑进行，也可以在加压时采用高频加热或常规接触式加热方式进行。
本发明所述的二元醇是指含有二个羟基的烷烃或烯烃，优选为烷烃，其碳原子数一般为2～8，优选为2～4，如乙二醇、丙二醇、丁二醇等。
本发明所述的三元醇是指含有三个羟基的烷烃或烯烃，优选为烷烃，其碳原子数一般为3～8，优选为3～4，如丙三醇、丁三醇等。
本发明有益效果：
本发明提出一种木材无胶胶合的新技术，通过木材界面的活化，实现木材之间的无胶胶合。该项技术不同于传统的“联接件联接”之处在于省却了联接件，区别于“胶粘剂胶接”之处在于脱离了胶粘剂。该项技术的发明，可替代胶粘剂，解决木材的拼宽、接长、加厚问题，既省却了胶粘剂，又简化了工艺和生产线。由于所有木材都由纤维素、半纤维素和木质素三大组分有机构成，因此，本发明的活化方法适用于所有材种，可以实现不同材种的木材之间的无胶胶合，突破了传统胶粘剂胶接时对材种的苛刻要求。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不限制本发明。
木材厚度小于10mm的木材结合可采用加热、加压一步法工艺。热压前，在待胶合的木材表面施加活化剂，毋需陈放，直接送入热压机。热压板温度可调，满足活化加热的温度要求；热压板可在液压推动下对木材实施加压。活化导致木材界面粘稠化，进行分子重组，产生氢键作用力和分子间作用力，使两块木材牢牢结合成整体。热压板的热源，可为高频加热或常规接触式加热。如果木材已经在干燥窑中预热，则热压机加热时间可缩短。木材厚度大于10mm时，宜采用“干燥窑预热-热压机热压”的两步法工艺，避免热压周期过长。
实施例1：
采用“苯酚-浓硫酸-甲醛”复合活化剂，单板树种：杨木与杨木
将苯酚加热熔解形成液态(常温下苯酚为固态)，按照质量比例15∶1∶2先后加入浓硫酸(浓度为98％)和甲醛水溶液(浓度为35％)，充分搅拌均匀，形成复合活化剂，备用。取杨木单板(厚度：2mm)，刷涂复合活化剂150g/m2，毋需预热，直接送入热压机进行无胶胶合。温度120～150℃，时间10～15min，压力0.8MPa。取出后，参照中华人民共和国胶合板国家标准(GB/T9846-2004)，测试干状胶合强度(剪切强度)。结果表明，利用本发明，杨木胶合强度达到0.73～1.11MPa，达到或超过标准的最低限值0.70Mpa(针对脲醛树脂、酚醛树脂等常用木材工业用合成树脂的胶合强度)。
实施例2：
采用“丙三醇-浓硫酸”复合活化剂，单板树种：杨木与杨木
按照质量比例15∶1称取丙三醇和浓硫酸(浓度为98％)，混合、搅拌均匀，形成复合活化剂，备用。取杨木单板(厚度：2mm)，刷涂活化剂100～150g/m2，毋需预热，直接送入热压机进行无胶胶合。温度120～150℃，时间10～15min，压力0.8MPa。取出后，参照中华人民共和国胶合板国家标准(GB/T9846-2004)，测试干状胶合强度(剪切强度)。结果表明，利用本发明，胶合强度达到0.81～1.13MPa，超过标准的最低限值0.70Mpa(针对脲醛树脂、酚醛树脂等常用木材工业用合成树脂的胶合强度)。
实施例3：
采用“丙三醇-浓盐酸”复合活化剂，单板树种：杨木与马尾松
按照质量比例10∶1称取丙三醇和浓盐酸(浓度为37％)，混合、搅拌均匀，形成复合活化剂，备用。分别取杨木单板和马尾松(厚度：2mm)，刷涂活化剂100～150g/m2，毋需预热，直接送入热压机进行无胶胶合。温度150℃，时间12min，压力1.0MPa。取出后，参照中华人民共和国胶合板国家标准(GB/T9846-2004)，测试干状胶合强度(剪切强度)。结果表明，利用本发明，胶合强度达到0.87～1.07MPa，超过标准的最低限值0.70Mpa(针对脲醛树脂、酚醛树脂等常用木材工业用合成树脂的胶合强度)。
实施例4：
采用“丙三醇-浓硫酸”复合活化剂，厚板树种：杨木与杨木
按照质量比例15∶1称取丙三醇和浓硫酸(浓度为98％)，混合、搅拌均匀，形成复合活化剂，备用。取杨木板材(厚度：12mm)，在干燥窑中预先加热至100℃，迅速刷涂活化剂150g/m2，再送入热压机进行无胶胶合。温度150℃，时间12min，压力1.0MPa。取出后，参照中华人民共和国胶合板国家标准(GB/T9846-2004)制取试件，测试干状胶合强度(剪切强度)。结果表明，利用本发明，胶合强度达到0.77～0.92MPa，超过标准的最低限值0.70Mpa(针对脲醛树脂、酚醛树脂等常用木材工业用合成树脂的胶合强度)。
Claims (5)
1.一种木材无胶胶合的方法，其特征在于在待联接木材的界面施加活化剂，然后热压使木材联接；
活化剂由以下质量比的组分构成：
苯酚∶强酸∶甲醛水溶液＝10～20∶1∶2～5，或者
多元醇∶强酸＝10～20∶1；
其中，强酸为浓硫酸或浓盐酸，甲醛水溶液的浓度为35～40％，多元醇为二元醇或三元醇；热压控制参数为：温度为105～180℃，时间为5～30min，压力为0.5～1.0MPa。
2.根据权利要求1所述的木材无胶胶合的方法，其特征在于多元醇为丙三醇。
3.根据权利要求1所述的木材无胶胶合的方法，其特征在于所述的活化剂在木材界面的施加量为50～200g/m2。
4.根据权利要求3所述的木材无胶胶合的方法，其特征在于所述的活化剂在木材界面的施加量为100～150g/m2。
5.根据权利要求1所述的木材无胶胶合的方法，其特征在于热压控制参数为：温度为120～150℃，时间为10～15min，压力为0.8MPa。
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