CN101553348A - 轻木基材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及轻木基材料，其基于所述木基材料包含：30－92.5重量％平均密度为0.4－0.85g/cm3的木材颗粒，2.5－20重量％聚苯乙烯和/或苯乙烯共聚物作为堆密度为10－100kg/m3的填料及5－50重量％的粘合剂，其中所述轻木基材料的平均密度小于或等于600kg/m3。

Description

轻木基材料
本发明涉及轻木基材料，其基于所述木基材料包含：30-95重量％平均密度为0.4-0.85g/cm3的木材颗粒，2.5-20重量％聚苯乙烯和/或苯乙烯共聚物作为堆密度为10-100kg/m3的填料及2.5-50重量％的粘合剂，其中所述轻木基材料的平均密度小于或等于600kg/m3。
木基材料构成经济且节约资源的实木替代物并且在家具制造、层压地板中及作为建筑材料尤为重要。不同厚度的木材颗粒如来自各种木料的木屑或木纤维用作原料。通常将这类木材颗粒与天然和/或合成粘合剂以及合适的话在其他添加剂加入下压制而得到板状或条状的木基材料。
近年来对轻木基材料的工业需求尤其因便携(take-away)家具(即最终消费者现金支付及自提家具)大受欢迎而稳步增加。此外，油价上涨例如导致运输费用一直增长，这使轻木基材料受到更大关注。
概括地说，轻木基材料因为下列原因而至关重要：
轻木基材料使最终消费者对产品的操作如在家具包装、运输、拆包或组装上更简单。轻木基材料使运输和包装成本更低；此外，可降低轻木基材料生产中的材料成本。轻木基材料例如在用于运输工具中时可使这些运输工具的能耗更低。此外，例如利用轻木基材料可更经济地提供当前流行的材料消耗性装饰部件如厨房中的较厚操作台和侧板。
现有技术包括许多降低木基材料密度的方案。
例如，作为轻(木基)材料，可提及空心碎料板和蜂窝板。空心碎料板因其特殊性能而在门的生产中主要用作内层。这些材料的缺点为握钉力不够，难以紧固配件及磨边困难。
此外，现有技术包括通过加入胶或木材颗粒来降低木基材料密度的方案。
CH 370229描述了由木屑或纤维、粘合剂和用作填料的多孔塑料组成的轻且同时抗压的压模材料。将木屑或纤维与粘合剂和可发泡或可部分发泡的塑料混合并在升高温度下模塑所获得的混合物来生产压模材料。可使用的粘合剂为适合于胶合木材的所有常规粘合剂如脲甲醛树脂。合适的填料为可发泡或已发泡塑料颗粒，优选可发性热塑性塑料如苯乙烯聚合物。在预发泡塑料的情况下，所用塑料的粒度通常为0.6-10mm。塑料用量基于木屑为0.5-5重量％。实施例中描述的板在18-21mm厚度下具有220-430kg/m3的密度和3.6-17.7N/mm2的平均弯曲强度。实施例中没有描述横向拉伸强度。
WO 02/38676描述了一种其中将5-40重量％粒度小于1mm的可发泡或已发泡聚苯乙烯、60-95重量％含木素纤维素材料及粘合剂混合并在升高温度和升高压力下模塑而得到成品来生产轻产品的方法，其中聚苯乙烯熔融并首先掺入含木素纤维素材料，然后通过迁移到产品表面而形成硬防水表皮。所用粘合剂可尤其为脲甲醛树脂或蜜胺-甲醛树脂。在实施例中描述了厚度为4.5mm及密度为1200kg/m3的产品。
US 2005/0019548描述了利用低密度填料的轻OSB板。所述粘合剂为聚合物粘合剂如二苯甲烷4，4-二异氰酸酯树脂。所述填料为玻璃、陶瓷、珍珠岩和聚合物材料。聚合物材料用量基于OSB板为0.8-20重量％。在实施例中，将由聚丙烯、聚偏二氯乙烯或聚丙烯腈组成的材料Dualite用作聚合物材料。描述了5％的重量降低。在实施例中描述了密度为607-677kg/m3及横向拉伸强度为0.31-0.59N/mm2的OSB板。
US 2003/24443公开了一种由木屑、粘合剂和填料组成的材料。所述填料尤其为基于苯乙烯的聚合物。木屑与粘合剂的体积比有利地为1∶1。此外，描述了其中粘合剂与木屑体积比为90∶10的来自现有技术的板。这些来自现有技术的板具有948kg/m3的密度。所述粘合剂尤其为热固性树脂。发明实施例描述了粘合剂与木屑体积比为45∶55及密度为887kg/m3的板。
JP 06031708描述了用于三层碎料板中间层的轻木基材料-100重量份木材颗粒与5-30重量份合成树脂泡沫颗粒的混合物，其中这些树脂颗粒具有不大于0.3g/cm3的密度和至少30kg/cm2的压缩强度。此外，说明了木材颗粒的比重不应超过0.5g/cm3的值。
在实施例中，利用源于日本扁柏(Japanese cedar)的密度为0.35g/cm3的木材颗粒，所产生的木基材料获得4.7-4.9kg/cm3的机械强度。利用平均密度为0.6g/cm3的柳桉和冰片香木(kapur)木材颗粒，所产生的木基材料可获得仅3.7kg/cm3的机械强度。
概括地说，现有技术的缺点首先为所述轻(木基)材料在家具生产中机械强度不够，例如握钉力不够。其次，现有技术中描述的木基材料仍具有超过600kg/m3的高密度。此外，将对于欧洲市场非常轻且密度小于0.5g/cm3的木料用于现有技术中来生产轻木基材料。
机械强度不够例如可导致组分断裂或撕裂。此外，这些组分在钻孔或锯时倾向于额外从其他木材上剥落。在这些材料的情况下，紧固配件更困难。
因此，本发明目的为提供密度比市购木基材料低5-40％并且良好的机械强度不变的轻木基材料。机械强度例如可通过测量横向拉伸强度来测定。此外，轻木基材料应能够使用欧洲本土的木料生产。因此，利用密度大于或等于0.5g/cm3的重木料的轻木基材料在每种情况下具有与根据JP06031708使用轻木料生产的木基材料相似的低密度和高机械强度。此外，降低密度不应对轻木基材料的溶胀值和吸水率有不利影响。
该目的通过基于木基材料包含下列组分的轻木基材料实现：30-95重量％平均密度为0.4-0.85g/cm3的木材颗粒，2.5-20重量％聚苯乙烯和/或苯乙烯共聚物作为堆密度为10-100kg/m3的填料及2.5-50重量％的粘合剂，其中所述轻木基材料的平均密度小于或等于600kg/m3。
粘合剂的所示重量基于粘合剂的固体含量。木材颗粒的平均密度基于12％的木材水分含量。此外，木基材料的平均密度基于所用全部木材颗粒的平均密度。
本发明木基材料有利地具有200-600kg/m3，优选200-575kg/m3，特别优选250-550kg/m3，尤其是300-500kg/m3的平均密度。
本发明木基材料的横向拉伸强度有利地大于0.3N/mm2，优选大于0.4N/mm2，特别优选大于0.5N/mm2，尤其是大于0.6N/mm2。横向拉伸强度根据DIN EN 319测定。
合适的木基材料为所有由平均密度为0.4-0.85g/cm3的木材单板生产的材料如夹板或胶合板、由平均密度为0.4-0.85g/cm3的木屑生产的木基材料如碎料板或OSB板及木纤维材料如LDF、MDF和HDF板。优选碎料板和纤维板，尤其是碎料板。
木材颗粒的平均密度有利地为0.4-0.8g/cm3，优选0.4-0.75g/cm3，尤其是0.4-0.6g/cm3。
例如将云杉、山毛榉、松木、落叶松或冷杉木，优选云杉木和/或山毛榉木，尤其是云杉木用于生产木材颗粒。
填料聚苯乙烯和/或苯乙烯共聚物可通过本领域熟练技术人员已知的所有聚合工艺制备[例如参见Ullmann’s Encyclopedia(Ullmann百科全书)，第六版，2000电子版]。制备例如通过悬浮聚合或借助挤出工艺以本身已知的方式进行。
在悬浮聚合中，使苯乙烯(合适的话，加入其他共聚单体)借助形成自由基的催化剂在常规悬浮稳定剂存在下在含水悬浮液中聚合。可将发泡剂以及合适的话其他添加剂在开始一起供入聚合中或在聚合过程中或在聚合结束之后加入批料中。在聚合结束之后从水相中分离出所得珠粒状苯乙烯聚合物(合适的话为可发性的)，洗涤，干燥并过筛。
在挤出工艺中，将发泡剂混入聚合物中(例如经由挤出机)，输送通过模板并粉碎而得到颗粒或条状物。
填料聚苯乙烯或苯乙烯共聚物特别优选为可发性的。
可使用的发泡剂为本领域熟练技术人员已知的所有发泡剂，例如C3-C6烃如丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷、新戊烷和/或己烷，醇，酮，醚或卤代烃。优选使用市购戊烷异构体混合物。
此外，可将添加剂，成核剂，增塑剂，耐火剂，可溶性及不溶性无机和/或有机染料及颜料，例如IR吸收剂如碳黑、石墨或铝粉作为添加剂一起或空间分开加入苯乙烯聚合物中。
合适的话，也可以使用苯乙烯共聚物；这些苯乙烯共聚物包含至少50重量％，优选至少80重量％以聚合单元形式掺入的聚苯乙烯。合适的共聚单体例如为α-甲基苯乙烯、核上卤代的苯乙烯、丙烯腈，丙烯酸或甲基丙烯酸与具有1-8个碳原子的醇的酯、N-乙烯基咔唑、马来酸(酐)、(甲基)丙烯酰胺和/或乙酸乙烯酯。
聚苯乙烯和/或苯乙烯共聚物可有利地包含少量以聚合单元形式掺入的链支化剂，即具有一个以上，优选两个双键的化合物如二乙烯基苯、丁二烯和/或丁二醇二丙烯酸酯。支化剂的常用量基于苯乙烯为0.005-0.05摩尔％。
有利地使用具有EP-B 106 129和DE-A 39 21 148中所述分子量和分子量分布的苯乙烯(共)聚合物。优选使用分子量为190 000-400 000g/mol的苯乙烯(共)聚合物。
还可以使用不同苯乙烯(共)聚合物的混合物。
优选使用的苯乙烯聚合物为透明聚苯乙烯(GPPS)、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、阴离子聚合的聚苯乙烯或耐冲击聚苯乙烯(A-IPS)、苯乙烯-α-甲基苯乙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物(ASA)、丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)、甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(MABS)或其混合物或与聚苯醚(PPE)的混合物。
特别优选将购于BASF Aktiengesellschaft的
Figure A20078004285400071
和/或
Figure A20078004285400072
用作聚苯乙烯。
有利地使用预发泡聚苯乙烯和/或苯乙烯共聚物。预发泡聚苯乙烯通常可通过本领域熟练技术人员已知的所有方法(例如DE 845 264)制备。为了制备预发泡聚苯乙烯和/或苯乙烯共聚物，例如通过用热空气或优选蒸汽将可发性苯乙烯聚合物加热到超过其软化点的温度而使其以已知方式膨胀。
预发泡聚苯乙烯或苯乙烯共聚物有利地具有10-100kg/m3，优选15-80kg/m3，特别优选20-70kg/m3，尤其是30-60kg/m3的堆密度。
预发泡聚苯乙烯或苯乙烯共聚物有利地以平均直径有利地为0.25-10mm，优选0.5-5mm，尤其是0.75-3mm的球或珠粒形式使用。
预发泡聚苯乙烯球或苯乙烯共聚物球例如以球形或椭圆形颗粒的形式而有利地具有小的比表面积。
预发泡聚苯乙烯球或苯乙烯共聚物球有利地具有闭孔。根据DIN-ISO4590的开孔比例小于30％。
(预发泡)聚苯乙烯或苯乙烯共聚物特别优选具有抗静电涂层。
可将工业上普通的常用物质用作抗静电剂。实例为N，N-二(2-羟乙基)-C12-C18烷基胺、脂肪酸二乙醇酰胺、脂肪酸的氯化胆碱酯、C12-C20烷基磺酸盐及铵盐。
合适的铵盐在氮上除了烷基外还包含1-3个含羟基的有机基团。
合适的季铵盐例如为包含与氮阳离子连接的1-3个，优选2个相同或不同的具有1-12个，优选1-10个碳原子的烷基和1-3个，优选2个相同或不同的羟烷基或羟烷基聚氧化烯基团并具有任何所需阴离子如氯离子、溴离子、醋酸根、甲基硫酸根或对甲苯磺酸根的那些。
羟烷基和羟烷基聚氧化烯基团为通过氮连接的氢原子烷氧基化形成并由1-10个氧化烯基团，尤其是氧化乙烯和氧化丙烯基团产生的那些。
特别优选使用的抗静电剂为季铵盐或C12-C20链烷磺酸碱金属盐，尤其是钠盐如购于Bayer AG的乳化剂K30或其混合物。通常可将抗静电剂作为纯物质和以水溶液形式加入。
在聚苯乙烯或苯乙烯共聚物制备方法中，可将抗静电剂类似于常规添加剂加入或在聚苯乙烯颗粒制备之后作为涂层施加。
抗静电剂的用量基于聚苯乙烯或苯乙烯共聚物有利地为0.05-6重量％，优选0.1-4重量％。
填料聚苯乙烯和/或苯乙烯共聚物有利地均匀分布于本发明木基材料中。
填料球甚至在木基材料模塑之后有利地以非熔融状态存在。然而，合适的话，在木基材料表面存在的填料球可发生熔融。
可将木基材料生产中对本领域熟练技术人员已知的所有粘合剂用作粘合剂。有利地将含甲醛的粘合剂如脲甲醛树脂或含蜜胺的脲甲醛树脂用作粘合剂。优选使用脲甲醛树脂。例如将购于BASF Aktiengesellschaft的
Figure A20078004285400081
胶用作粘合剂。
粘合剂的固体含量通常为25-100重量％，尤其是50-70重量％。
本发明轻木基材料基于所述木基材料有利地包含：55-92.5重量％，优选60-90重量％，尤其是70-85重量％平均密度为0.4-0.85g/cm3，优选0.4-0.75g/cm3，尤其是0.4-0.6g/cm3的木材颗粒，5-15重量％，优选8-12重量％堆密度为10-100kg/m3，优选20-80kg/m3，尤其是30-60kg/m3的聚苯乙烯和/或苯乙烯共聚物填料及2.5-40重量％，优选5-25重量％，尤其是5-15重量％的粘合剂，其中所述轻木基材料的平均密度小于或等于600kg/m3，优选小于或等于575kg/m3，尤其是小于或等于550kg/m3。
所有所示重量均基于干物质。
合适的话，市购及本领域熟练技术人员已知的其他添加剂可在本发明木基材料中存在。
木基材料的厚度随使用领域而变并且通常为0.5-50mm。
密度为200-650kg/m3的本发明轻木基材料的横向拉伸强度有利地大于(0.002×D-0.55)N/mm2，优选大于(0.002×D-0.45)N/mm2，尤其是大于(0.0022×D-0.45)N/mm2。
溶胀值比不含填料的密度相同的板的溶胀值有利地小10％，优选小20％，尤其是小30％。
此外，本发明涉及一种包含至少三层的材料，其中至少中间层基于所述木基材料包含：30-95重量％平均密度为0.4-0.85g/cm3的木材颗粒，2.5-20重量％聚苯乙烯和/或苯乙烯共聚物作为堆密度为10-100kg/m3的填料及2.5-50重量％的粘合剂，其中所述轻木基材料的平均密度小于或等于600kg/m3。
外层有利地不含填料。
所述材料有利地包含三层，其中外层一共占复合材料总厚度的5-50％，优选15-45％，尤其是30-40％，而中间层有利地占复合材料总厚度的50-95％，优选55-85％，尤其是60-70％。
此外，本发明涉及一种生产轻木基材料的方法，其中将堆密度为10-100kg/m3的预发泡聚苯乙烯和/或苯乙烯共聚物、粘合剂与密度为0.4-0.85g/cm3的木材颗粒混合，然后在升高温度和升高压力下模塑而得到木基材料。
优选(预发泡)聚苯乙烯和/或苯乙烯共聚物在与粘合剂和/或木材颗粒混合之前具有抗静电涂层。
合适的话，在模塑之前将木材颗粒饼在室温下预压缩。模塑可通过本领域熟练技术人员已知的所有方法进行。通常将木材颗粒饼在150-230℃的压制温度下压成所需厚度。压制时间通常为3-15秒/mm板厚度。
此外，本发明涉及本发明木基材料在家具、包装材料生产中，在房屋建筑或室内装修中的用途。
本发明优点为本发明木基材料的低密度与良好的机械稳定性相结合。此外，本发明木基材料可容易地生产；无需变换用于生产本发明木基材料的现有设备。
实施例
A)制备填料
A1.1)制备具有抗静电剂的可发泡聚苯乙烯
使用归纳于表1中的市购可发泡聚苯乙烯。
A1.2)制备不含抗静电剂的可发泡聚苯乙烯
可发泡聚苯乙烯的制备例如如EP 981 574中所述。在制备过程中或制备之后无需添加抗静电剂。
A2)制备预发泡聚苯乙烯
在连续预发泡机中用蒸汽处理根据实施例A1获得的聚苯乙烯颗粒。通过改变蒸汽压和蒸汽处理时间来调节预发泡聚苯乙烯球的堆密度。制备列于表1中的如下预发泡聚苯乙烯颗粒。
表1：预发泡聚苯乙烯颗粒
Figure A20078004285400101
A3)制备磨碎的聚苯乙烯
A3.1)挤出聚苯乙烯泡沫(填料6)
在Pallmann冲击磨机类型PP中，将以购于BASF的挤出PS泡沫(堆密度为约30kg/m3)磨成0.2-2mm的平均粒径。
A3.2)聚氨酯泡沫(填料7)
在Retsch SM2000切磨机中，将尺寸为9cm×40cm×70cm及密度为33kg/m3的用于隔绝的再循环市购聚氨酯泡沫磨成0.2-2mm的平均粒径。
B)生产木基材料
B1)根据US 2005/0019548的木基材料
在US 2005/0019548中公开的性能归纳于表2中(实施例1-3)。
B2)根据JP 06031708的木基材料
在JP 06031708中公开的性能归纳于表2中(实施例4和5)。
B3)含有及不含填料的木基材料
B3.1)混合原料
将表2的450g木片或纤维以及合适的话表2的填料在混合器中混合。然后施加58.8g包含100份胶340、4份52％的硝酸铵水溶液和10份水的胶液。
B3.2)模塑胶处理的木片或纤维
将胶处理的木片或纤维在室温下在30×30cm模具中预压缩。然后在热压机中进行压制(压制温度190℃，压制时间210秒)。在每种情况下板的规定厚度为16mm。
C)木基材料的研究
C1)密度
密度在生产后24小时根据EN1058测定。
C2)横向拉伸强度
横向拉伸强度根据EN 319测定。
C3)溶胀值和吸水率
溶胀值和吸水率根据DIN EN 317测定。
表2：轻木基材料
Figure A20078004285400112
Figure A20078004285400121
＊＝根据本发明
1＝所示重量基于木材颗粒。

Claims (10)

1.一种轻木基材料，其基于所述木基材料包含：30-92.5重量％平均密度为0.4-0.85g/cm3的木材颗粒，2.5-20重量％聚苯乙烯和/或苯乙烯共聚物作为堆密度为10-100kg/m3的填料及5-50重量％的粘合剂，其中所述轻木基材料的平均密度小于或等于600kg/m3。
2.根据权利要求1的轻木基材料，其中将直径为0.25-10mm的预发泡填料珠粒或球用作填料。
3.根据权利要求1或2的轻木基材料，其中所述填料珠粒或球具有抗静电涂层。
4.根据权利要求1-3中任一项的轻木基材料，其中所述木材颗粒具有0.4-0.75g/cm3的平均密度。
5.根据权利要求1-4中任一项的轻木基材料，其中所述木基材料的横向拉伸强度大于0.4N/mm2。
6.根据权利要求1-5中任一项的轻木基材料，其中所述木基材料的密度为250-550kg/m3。
7.根据权利要求1-5中任一项的轻木基材料，其基于所述木基材料包含：55-92.5重量％平均密度为0.4-0.6g/cm3的木材颗粒，5-15重量％聚苯乙烯和/或苯乙烯共聚物作为堆密度为15-80kg/m3的填料及2.5-40重量％的粘合剂，其中所述轻木基材料的平均密度小于或等于550kg/m3。
8.一种包含至少三个木基材料层的复合材料，其中中间层包含根据权利要求1-7中任一项的木基材料并且外层不含填料。
9.一种生产轻木基材料的方法，其中将堆密度为10-100kg/m3的预发泡聚苯乙烯和/或苯乙烯共聚物、粘合剂与平均密度为0.4-0.85g/cm3的木材颗粒混合，然后在升高温度和升高压力下模塑而得到木基材料。
10.根据权利要求1-7中任一项的轻木基材料或根据权利要求8的复合材料在家具、包装材料生产中，在房屋建筑或室内装修中的用途。
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