CN101506418A - 含有竹和杀菌剂的板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含有从竹茎外部切割的竹条的板。

Description

含有竹和杀菌剂的板

发明背景

竹由于它的高强度、耐久性和极佳的尺寸稳定性，以及随时供应和快速补充—竹子生长非常快，2-6年内即可完全成熟，而甚至是最快生长的木材树种也要花费长达15-30年才能生长到完全成熟，因此是一种在全亚洲广泛用作建筑材料的木材。

竹由于它的高强度、耐久性和极佳的尺寸稳定性，以及随时供应和快速补充—竹子生长非常快，2-6年内即可完全成熟，而甚至是最快生长的木材树种也要花费长达15-30年才能生长到完全成熟，因此是一种在全亚洲广泛用作建筑材料的木质纤维素材料。

然而，尽管竹有这些优点，它还具有其它木质纤维素和木材产品的一些缺点。值得注意的是竹特别容易受到真菌的侵袭主要有两方面原因。第一，竹的生长期非常短，完全集中在持续30-90天的单个生长季节。由于需要这样大量的快速生长，竹比常规软木或硬木树种在其组织中储藏了多得多的淀粉。所述高淀粉含量使竹特别容易受真菌侵袭。此外，还因为已知竹没有代谢物淀积(例如淀积于硬木和软木中的多酚)，因此就象大多数的树木一样，该材料的抗真菌侵袭性不会随使用期限而增加，也使它易受真菌侵袭。

真菌的最公知例子是能够利用天然木材组分如碳源和能源有效分解木质纤维素材料的褐腐菌(gloeophyllum trabeum)和白腐菌(trametes versicolor)。

已经开发了各种技术来解决木质纤维素材料的真菌和腐烂问题。例如，可以熏制竹来预防这类破坏，但该方法费力而且不一定获得成功。另一种可能的技术是用含砷化合物、硼酸盐和卤代化合物进行压力处理，其获得相当有限的成功。然而，最近，由于认为许多最有效的压力处理化学制品有可能危害环境而将它们清出了市场。不幸的是，那些被认为安全的压力处理化学制品抵抗有害物的效力显著较低。

这些压力处理化学制品的替代品是硼砂溶液。硼砂溶液具有经证实的能有效抵抗有害物又不太费力的优点。但由于硼砂的水溶性和当刚切开的茎插入硼砂溶液时硼砂会容易地被吸进竹材料中的事实，使得利用硼砂变得复杂。然而，这同样的溶解性也存在某些困难，例如事实上，当竹与水接触时，硼砂溶液会从竹中溶解出来。

在上述背景技术的情况下，本领域存在对含有水不溶性杀菌剂，不利用有毒或可能有害的化学制品而能抵抗昆虫和真菌侵袭的竹复合板的需求。

发明概述

[占位]

发明详述

除非另外规定，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纳入本文作参考。

本文采用的“木质纤维素材料”是指一种细胞结构，具有通过木质素聚合物结合到一起的纤维素和半纤维素纤维组成的细胞壁。木材是一种木质纤维素材料。

“木材复合材料”或“木材复合部件”指一种含有木质纤维素材料和一种或多种其它添加剂，如粘合剂或蜡的复合材料。木材复合材料的非限制性例子包括结构复合木材(“SCL”)、华夫刨花板(waferboard)、刨花板(particle board)、碎木胶合板(chipboard)、中密度纤维板、胶合板和为条和层片单板复合物的板。认为本文采用的“片“、“条(strand)”和“华夫刨花”彼此等同和可以互换使用。木材复合材料的非排它性描述可以参见《可克欧诗玛化学技术百科全书(Kirk-OthmerEncyclopedia of Chemical Technology)》的增补卷，第765-810，第6版，以其全文纳入本文作参考。

以下描述了本发明的优选实施方式，提供了一种含有竹的复合板。通过在掺混和混合过程(以下更详细描述)中加入硼酸锌杀菌剂使其完全渗透进条中来制备所述竹复合板。据显示，硼酸锌本身不仅能抵抗像白腐菌和褐腐菌的真菌，而且能抵抗像白蚁的昆虫。此外，硼酸锌是水不溶性的，这不仅意味着当竹与水接触时它不会从竹中渗出，还意味着所述硼酸锌与水不溶性杀菌剂相比，可以与更多种树脂(如下所述)相容。

本发明采用的所述硼酸锌是一种微粒状硼化合物。这些微粒优选小到足以通过30号的网筛。除了硼酸锌，还可以采用更通用的无水硼砂化合物。所用的硼酸锌的浓度优选为0.25-1.25重量％。

像其它木材一样，竹的基本组成部分是通过木质素聚合物结合到一起的纤维素纤维，但竹的组成细胞的构造和形态与其它木材不同。通常，竹的大部分强度特性(拉伸强度、挠曲强度和刚性)在竹和竹纤维纵向最大。这是由于纤维素纤维在纵向的微纤丝角度相对较小。竹茎本身的硬度取决于竹纤维束的密度和它们的分离方式。在竹茎纵向或竹茎横截面中的纤维百分比不一致。在纵向，纤维密度从茎底到茎顶增加，而竹茎横截面中的纤维密度在接近外表面处最高，随着深入该材料的芯而减小。而且，由于存在用覆盖茎外部表面的蜡包覆的二氧化硅沉积的角质化层，竹茎外部的强度和硬度进一步增加。因此，茎外表面上或附近的竹具有优良的强度特性，但在大多数利用竹纤维的方法中，因为会剥去茎的外部而没有利用到这些增强的强度特性。与之前剥去角质化层，从而抛弃了茎的强度最大部分的利用竹木技术不同，本发明中利用了角质化层，从而保留了竹的高强度特性。

因此，适当利用时，竹中的纤维素纤维比大部分木类纤维更坚硬和更强，因此，含有竹的板具有比由其它类型木纤维制成的板高得多的强度与重量之比。

本发明中将所述竹茎条根据它们在竹茎外部中的位置分类成来自：(a)竹茎的外部的1/3，(b)优选离竹茎外径2mm内的竹茎部分的条。为了改进常规木条的相容性和粘合性，优选将竹条切割成厚度小于约0.2英寸，如小于0.15英寸，如约0.01-0.15英寸；和切割成宽度优选大于约0.1英寸，如大于约0.15英寸，如大于约0.5英寸。可手工或用机械剪切设备完成该切割。为了改进强度，应该沿纵轴将所述竹条切割成优选约比2英寸长，如约3英寸，如约5英寸的条。尽管不想受理论的限制，不过认为当用圆盘条取向器对条进行取向时，较长的条长度将使条排列更紧密，并且不受理论的限制，认为更紧密排列的条将产生沿纵轴弹性系数更佳的最终木材复合板产品。

切割后，使所述竹条干燥(如下所述)和涂覆上异氰酸酯聚合树脂。以竹的干重为基准计，所述异氰酸酯树脂粘合剂的含量优选约为2-12重量％。可以采用一种或多种异氰酸酯粘合剂树脂，优选所述异氰酸酯选自二苯甲烷-对，对’-二异氰酸酯类的聚合物，所述聚合物具有能与其它有机基团反应形成聚合物基团如聚脲，-NCON-，和聚氨酯，-NCOON-的NCO-官能团；优选含有约50重量％的4，4-二苯甲烷二异氰酸酯(“MDI”)的粘合剂或有其它异氰酸酯低聚物(“pMDI”)的混合物。合适的工业pMDI产品是购自犹他州盐湖城的猎人公司(Huntsman)的Rubinate 1840和宾夕法尼亚州匹兹堡市的北美拜耳公司(Bayer Corporation，North America)的Mondur541。苯酚-甲醛(“PF”)、三聚氰胺-甲醛、三聚氰胺-脲-甲醛(“MUF”)和其共聚物也适用。合适的工业MUF粘合剂是黛尼公司(Dynea corporation)的LS 2358和LS 2250产品。

通常采用蜡添加剂增强竹条的抗渗水性。优选的蜡是疏松石蜡或乳液蜡。所述蜡固体的加入量优选约为0.1-3.0重量％(以竹的重量为基准)。

用于本发明时，要将所述竹制成条复合木材板，优选OSB板。所述板可以完全由竹条制成，或者，可以将所述竹条与纯或混合的自然形成的硬或软木混合，无论这类木材是干燥(含水量为2-12重量％)或绿色的(含水量为30-200重量％)。一般，将所述新的或回收的原木原料切割成本领域普通技术人员熟知的所需大小和形状的条、华夫刨花或片。当由所述竹条和自然形成的硬或软木的组合制造所述板时，可以分别干燥和用聚合物树脂粘合剂涂覆这两组分开的木材，然后在分别涂覆步骤后，将所述涂覆的硬/软木条与涂覆的竹条混合到一起。

对条进行切割后使它们在炉中干燥，然后涂上由异氰酸酯聚合粘合剂树脂、蜡、硼化合物杀菌剂(特别优选硼酸锌)，和可能的其它添加剂制成的特殊制剂。所述粘合剂树脂和其它用于木材的各种添加剂在本文中称为涂料，即使所述粘合剂和添加剂是小颗粒的形式，如不会在木材上形成连续涂层的雾化颗粒或固体颗粒。通常，通过一种或多种喷雾、掺混或混合技术将所述粘合剂、蜡、杀菌剂，和任何其它添加剂施涂于木材，优选技术是当木条在鼓式掺混器中翻滚时将蜡、树脂和其它添加剂喷射到木条上。

用所需涂料和处理化学品涂布和处理后，这些涂覆条可用来形成多层垫，优选然后被压制成复合木材部件的3层垫。用以下方式完成所述成层。将涂覆片在传送带上铺开形成片的取向基本上与传送带呈一直线或与之平行的第一片或层，然后将第二片置于第一片上，第二片层的片的取向基本上与传送带垂直。最后，将第三片置于第二片上，第三片层的片的取向与第一片类似，基本上与传送带呈一直线，使得以这种方式堆叠的片层的各片的取向通常与邻片层垂直。或者，但较不优选，所有片层的各条取向为任意方向。可以采用公知多通道技术和条取向器设备放置多个片或层。在3片或3层垫的情况下，第一和第三片是表面层，而第二片是芯层。所述各表面层具有外表面。

还可以在不同的相对方向上完成上述实例，从而第一片层的片的取向基本上与传送带垂直，然后，第二片置于第一片上，第二片层的片的取向基本上与传送带平行。本发明中，形成与传送带平行的板的纵向边，从而基本上与传送带平行取向的片将基本上与传送带平行取向和排列，最终基本上与最终木板产品的纵向边平行。最后，将片的取向与第一片类似，基本上与传送带垂直的第三片置于第二片上。

如上所述，本发明一个重要部分是对竹条使用异氰酸酯粘合剂树脂。然而，对常规的松木、白杨等木条，可以采用木材复合物常用的常规聚合物粘合剂树脂。这些树脂包括脲-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”)、上述异氰酸酯和其共聚物。

根据上述方法形成多层垫后，在热压机下将它们压制，使木材、粘合剂和其它添加剂熔合和粘合到一起形成各种厚度和尺寸的压实OSB板。高温还会使粘合剂材料固化。优选将本发明的板在约175-240℃的温度下压制2-15分钟。OSB板的厚度约为0.6cm(约1/4英寸)-5cm(约2英寸)，如约1.25-6cm，如约2.8-3.8cm。

实施例

用浓度为2.5重量％(以木片重量为基准)的Mondur G541 pMDI树脂制备目标厚度为7/16英寸和目标密度为46磅/立方英尺的OSB板，在掺混时加入浓度为0.0重量％、0.25重量％、0.5重量％、1重量％和1.25重量％(再以木片重量为基准)的硼酸锌。

然后从这些板上切割下几个立方体，根据WDMA/NWWDA TM1试验方法检测其抗真菌性。该试验中，使所述OSB样品接触褐腐菌(gloeophyllum trabeaum)和白腐菌(trametes versicolor)。检测前，将一些立方体进行“风化”，而其它不进行。在理想生长条件接触每种真菌，一定时间后取出样品，称重来确定腐烂所致的重量损失百分比。重量损失量如下表所示。

如表所示，随着硼酸锌浓度的增加，腐烂所致的木材损失量显著减少。

本领域那些技术人员将意识到，在不脱离本发明主要发明原理的情况下，可以对上述实施方式作出改变。因此，应该理解，本发明不限于所公开的具体实施方式，而其意图是包括所附权利要求书所限定的本发明精神和范围内的各种修改。

Claims (8)

1.一种含有竹条和硼化合物杀菌剂的板。

2.如权利要求1所述的板，其特征在于，所述硼化合物杀菌剂是硼酸锌。

3.如权利要求1所述的板，其特征在于，所述硼化合物杀菌剂以0.25-1.25重量％的浓度存在。

4.如权利要求1所述的板，其特征在于，所述板还含有异氰酸酯粘合剂树脂。

5.如权利要求1所述的板，其特征在于，所述条的厚度小于0.2英寸，例如0.01-0.15英寸。

6.如权利要求1所述的板，其特征在于，所述条的宽度大于0.1英寸。

7.如权利要求4所述的板，其特征在于，所述异氰酸酯粘合剂树脂是MDI。

8.一种含有竹条、约0.25-1.25重量％的硼酸锌、和异氰酸酯粘合剂树脂的板。