CN105108868B - 利用废旧室内用热处理木材制备刨花板的方法及刨花板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用废旧室内用热处理木材制备刨花板的方法，其制备的刨花板内结合强度高，吸湿性小，尺寸稳定，耐久性好；该方法是把废旧室内用热处理木材粉碎成刨花后干燥，施胶搅拌铺装成板坯，热压成型。本发明还提供了一种制备刨花板的方法，其制备的刨花板综合力学性能优良，吸湿性小，尺寸稳定，耐久性好；该方法是把废旧室内用热处理木材及常规木材粉碎成刨花后干燥，施胶搅拌铺装成板坯，热压成型；废旧室内用热处理木材刨花铺装在表层，常规木材刨花铺装在芯层。上述两方法，刨花干燥至含水率2‑4%；热压压力2.0‑3.2Mpa，热压时间为0.3‑0.5 min/mm；若胶粘剂为脲醛树脂胶粘剂时，热压温度110‑160℃；若胶粘剂为酚醛树脂胶粘剂或异氰酸酯胶粘剂，热压温度150‑200℃。
Description
技术领域
本发明涉及一种刨花板，具体地说，是一种利用废旧热处理木材制备的刨花板。
背景技术
木材热处理技术(炭化木技术)是二十年前出现的木材加工领域的新兴技术之一，其步骤一般包括从室温逐渐升高到140℃的干燥过程、从140℃逐渐升高到热处理所需温度水平（≤250℃）的升温过程、保温过程、降温过程。由于半纤维素等木材组分在热处理过程中发生不同程度的热解等化学反应，引起热处理木材的一些物理、化学性质较素材发生了永久的改变。其中，经过热处理的木材材色加深、并与某些名贵硬阔叶材材色接近，平衡含水率降低、由湿度不同而导致的干缩和湿胀减小，耐久性提高。加之木材热处理工艺过程中不需要添加任何化学试剂，较其他木材化学改性方法而言，不存在随时间推移，药剂流失所带来的环境影响及改性效果降低的问题。正因如此，热处理木材自问世以来，以其良好的尺寸稳定性、生物耐久性，以及安全、环保等一系列突出的优点，正日益广泛的应用于室内外建筑装饰装修领域。
国际热处理木材协会（International ThermoWood Association）所发布的热处理材技术手册中，根据热处理工艺对木材材性的改良程度，将热处理材分为ThermoS、ThermoD两类。其中，ThermoS类热处理材的处理温度一般不高于200℃，主要侧重改善产品的尺寸稳定性，该类产品主要应用于室内装饰装修领域。而对于主要应用于室外园林景观领域的ThermoD类热处理材，由于其使用时受到微生物侵袭可能性大，故对产品自身的耐腐性能要求较高，所以室外用热处理材的热处理工艺条件较为剧烈，即通过更加显著的对糖类物质的热降解，降低微生物寄生、侵袭危害的可能性。而随之而来的是，室外用热处理材的热处理工艺对木材力学性能的不利影响也要显著大于室内用热处理材。
热处理木材已投入商业应用近二十年，市场面临大量的第一代产品报废及如何回收利用的问题。以往在常温环境下测试所得到的研究结论是热处理木材表面润湿性差，不利于胶合和涂饰。因此木材专业人员一般不考虑对热处理木材的胶合，故通过对废旧热处理木材胶合再利用未被人公开。
发明内容
本发明提供了一种利用废旧室内用热处理木材（处理温度一般在140-200℃，最高温阶段保持时间0.5-8小时，下同）制备刨花板的方法，以该方法制备的刨花板，内结合强度高，吸湿性小，尺寸稳定，耐久性好。
本发明的利用废旧室内用热处理木材制备刨花板的方法，是把废旧室内用热处理木材粉碎成刨花，并干燥至含水率2-4%，然后施胶搅拌，铺装成板坯，热压成型即可；施胶时胶粘剂为脲醛树脂胶粘剂、酚醛树脂胶粘剂或者异氰酸酯胶粘剂；热压时热压压力为2.0-3.2Mpa，热压时间为0.3-0.5 min/mm，若胶粘剂为脲醛树脂胶粘剂时，热压温度110-160℃；若胶粘剂为酚醛树脂胶粘剂或异氰酸酯胶粘剂，热压温度150-200℃。
上述的利用废旧室内用热处理木材制备刨花板的方法，从废旧热处理木材刨花中分选出粒径尺寸0.1-0.2cm的细刨花和粒径尺寸0.5-1.0cm的粗刨花；铺装时，把粗刨花和细刨花铺装在板坯的表层，把粗刨花铺装在板坯的芯层。细刨花（颗粒）填充在表层粗刨花之间的空隙内，外表面致密性更好，防腐性更好。
上述的利用废旧室内用热处理木材制备刨花板的方法，若胶粘剂为酚醛树脂胶粘剂时，其固含量在35-45%之间，施胶量为6-9%；若胶粘剂为脲醛树脂胶粘剂，其固含量在55-65%之间，施胶量为6-10%；若胶粘剂为异氰酸酯胶粘剂，施胶量为3-5%。
本发明同时提供一种内结合强度高，吸湿性小，尺寸稳定，耐久性好的刨花板，其是按照权利要求上述的方法制备的。
本发明还提供了一种利用废旧室内用热处理木材与常规木材（未经过热处理等改性方法处理，下同）制备刨花板的方法，以该方法制备的刨花板，综合力学性能优良，吸湿性小，尺寸稳定，耐久性好。
本发明所述的利用废旧室内用热处理木材与常规木材制备刨花板的方法，分别把废旧室内用热处理木材及常规木材粉碎成刨花，并将两种刨花干燥至含水率2-4%，然后施胶搅拌；铺装成板坯，热压成型即可；铺装时，把废旧室内用热处理木材刨花铺装在板坯的表层，把常规木材刨花铺装在芯层；施胶时胶粘剂为脲醛树脂胶粘剂、酚醛树脂胶粘剂或者异氰酸酯胶粘剂；热压时热压压力为2.0-3.2Mpa，热压时间为0.3-0.5 min/mm，若胶粘剂为脲醛树脂胶粘剂时，热压温度110-160℃；若胶粘剂为酚醛树脂胶粘剂或异氰酸酯胶粘剂，热压温度150-200℃。
上述的利用废旧室内用热处理木材与常规木材制备刨花板的方法，从废旧室内用热处理木材刨花中分选出粒径尺寸0.1-0.2cm的细刨花和粒径尺寸0.5-1.0cm的粗刨花，从常规木材刨花中分选出粒径尺寸0.5-1.0cm的粗刨花；铺装时，把热处理木材粗刨花和热处理木材细刨花铺装在板坯的表层，把常规木材粗刨花铺装在板坯的芯层，把热处理木材粗刨花铺装在表层与芯层之间形成中间层。热处理木材细刨花（颗粒）填充在表层热处理木材粗刨花之间的空隙内，外表面致密性更好，防腐性更好。
上述的利用废旧室内用热处理木材与常规木材制备刨花板的方法，若胶粘剂为酚醛树脂胶粘剂时，其固含量在35-45%之间，施胶量为6-9%；若胶粘剂为脲醛树脂胶粘剂，其固含量在55-65%之间，施胶量为6-10%；若胶粘剂为异氰酸酯胶粘剂，施胶量为3-5%。
上述的利用废旧室内用热处理木材与常规木材制备刨花板的方法，上下表层与中间层的厚度和均不小于3mm。
本发明同时提供了一种综合力学性能优良，吸湿性小，尺寸稳定，耐久性好的刨花板，其是按照上述的方法制备的。
本发明的有益效果：本发明改变了传统认为热处理木材不易胶合再利用的观点，采用粉碎、涂胶、铺装、热压等步骤得到了刨花板。申请人通过在人造板常用胶粘剂（如脲醛树脂、酚醛树脂）的固化温度区间，即110-150℃高温状态下对热处理木材的表面自由能（可以间接表征表界面润湿性能）的测试，得到了与传统常温状态下测试材料表面润湿性不一致的结果，即热处理木材的润湿性要优于未处理材。出现上述结果的原因是：随着木材化学成分纤维素、半纤维素、木素含量在热处理结束后发生改变，其中软化温度较高的半纤维素含量下降，而软化温度较低的木素含量上升，因此热处理木材在高温下将比常规未处理材较早的出现表面微软化（半软化）状态，更易吸附气相或液相分子，即表面自由能增加。基于该新发现，本发明以资源的循环、高效可持续利用为切入点，针对热处理木材已投入商业应用近二十年，市场将逐步面临大量的第一代产品报废及如何回收利用的问题这样一个应用背景，将废旧热处理木材制品打碎制成刨花，并通过施胶热压等常规人造板生产工序，制备刨花板，从而可以充分发挥热处理木材刨花的吸湿性小、尺寸稳定，耐久性好的特点，降低刨花板的吸水厚度膨胀变形以及提高板材的耐久性。此外，所制备的板材由于热处理木材刨花的软化温度较低，因此在热压制板过程中所产生的内应力将会减小，故而其尺寸的变化亦较小。同时，热处理木材刨花的软化温度较低、润湿性较好，意味着在相同施胶、热压温度和压力等工艺条件下，热处理木材刨花与胶的结合将更为牢靠。
本发明的另一个技术方案是通过组坯成表层热处理木材刨花、芯层常规木材刨花的三明治结构来制造刨花板，这样来进行布置，一方面可以充分发挥上述热处理木材刨花的吸湿性小、尺寸稳定，耐久性好的特点，使其在刨花板的表层布置（与外界微生物和湿气环境直接接触），提高整个刨花板的尺寸稳定性和耐久性,从而不必像常规刨花板生产时在胶粘剂中添加石蜡或\和防腐剂，以提高板材的耐久性、降低其吸水厚度变化率，从而可以降低工艺的复杂程度和生产成本。另一方面，芯层依然使用常规木材的刨花，既可以解决现阶段废旧热处理木材制品还不是很多的原料来源问题，同时由于常规木材刨花的力学性能要优于热处理刨花，采用多层复合结构，表层虽然使用力学性能稍差的热处理木材刨花原料，但由于是在表层布置，其在热压时密实程度较芯层大，同时表层刨花更易受到胶粘剂热压固化时对其力学性能的增强作用，因此可以起到部分弥补热处理木材刨花力学性能稍差这个缺点的作用，而芯层使用的是性能较好的常规木材刨花，虽然其易吸湿进而导致力学性能下降（木质材料大多数力学性能与含水率负相关），但由于是在内部布置，可以受到外层热处理木材刨花的隔离保护作用，因此不易受外界环境湿度变化的影响，含水率可以维持在较低的水平，因此采用这种多层结构进行铺装，可以增加刨花板的整体综合力学性能。
另外，本发明制备的上述两种类型的刨花板表面质量好。一般而言，木材中半纤维素属于聚合度很低的单糖类物质，在热压时受热易焦化，使板材发生粘板现象，从而降低其板面质量；而木素耐水、耐热性好，可塑性高，其在热压时能对板坯起到类似胶粘剂的粘合作用。正如前述已分析阐明的，由于本发明中是在110-200℃高温下对热处理木材进行热压胶合，此时热处理木材的半纤维素含量降低、木素含量上升，因此以热处理木材为原料生产的刨花板在胶合和成板表面质量上均优于采用常规木材刨花生产的板材。
本发明采用处理温度一般在140-200℃的室内用热处理木材，而不采用处理温度在200-250℃的室外用热处理木材，是因为虽然室内用热处理木材的力学强度较未处理素材稍差，但远好于室外用热处理木材，而且放置在表层的室内用热处理木材刨花更易受到胶粘剂热压固化时对其力学性能的增强作用，因此可以在降低刨花板吸湿性、提高耐久性的同时，达到较好的力学强度。
具体实施方式
选用未经过改性处理的杨木作为常规木材备用。
从市场回收废旧室内用热处理杨木木材制品，或利用室内用热处理杨木木材制品的加工剩余物。室内用热处理杨木木材的制备过程包括但不限于类似发明专利ZL2007100689245所述的内容。
实施例1：以室内用热处理杨木为原料制备刨花板
制备刨花板的工艺过程：粉碎、干燥、施胶、铺装、热压、和后处理（裁边、砂光）工序等。
具体地说，将室内用热处理杨木经过机械粉碎的方式制备成粒径为0.5-1.0cm的粗刨花，同时为了提高板材产品的表面质量，从粉碎产生的碎料中取适当的尺寸在0.1-0.2cm粒径的颗粒作为板坯外层（上下表层）铺装时填充粗刨花之间空隙（表面细化处理）所用的细刨花。经过气流通道式干燥机使上述粗刨花、细刨花含水率降至2-4%。然后应用拌胶机施胶，胶粘剂可选酚醛树脂胶粘剂、脲醛树脂胶粘剂以及异氰酸酯胶粘剂，具体可根据板材的最终用途和使用环境的湿度高低确定。若选酚醛树脂胶粘剂时，其固含量控制在35-45%之间，施胶量为6-9%；选脲醛树脂胶粘剂，其固含量控制在55-65%之间，施胶量为6-10%；选异氰酸酯胶粘剂，施胶量为3-5%。再用气流式铺装机按上下表层由细刨花和粗刨花共同组成、芯层为粗刨花的方式把上述施胶后的原料铺装成板坯；热压阶段的热压温度根据胶种不同分别是：脲醛树脂胶粘剂时选用110-160℃、酚醛树脂胶粘剂或异氰酸酯胶粘剂时选用150-200℃，热压压力为2.0-3.2Mpa，热压时间为0.3-0.5 min/mm。此后经过冷却、裁边和砂光等后处理工序最终制得刨花板。
本例的具体工艺参数为：该刨花板是以热处理杨木为刨花原料制备得到的10mm厚单一结构的刨花板。热处理杨木的处理温度为185℃，处理时间3小时；选用脲醛树脂胶粘剂，固含量为60%，施胶量为8%；热压温度125℃，热压压力2.2 Mpa，热压时间4.5min。根据“GB/T17657-2013 人造板及饰面人造板理化性能试验方法”对压制的刨花板性能进行测试，结果如下：密度为0.547 g/cm3，含水率为3.4%，静曲强度为17.3 MPa，弯曲模量为2370MPa，板面握螺钉力为1550N，内结合强度为0.65 MPa，24h吸水厚度膨胀率为2.8%。
实施例2：以室内用热处理杨木和常规杨木为原料制备刨花板
制备刨花板的工艺过程：粉碎、干燥、施胶、铺装、热压、和后处理（裁边、砂光）工序等。
具体地说，将室内用热处理杨木、常规杨木经过机械粉碎的方式制备成粒径为0.5-1.0cm的粗刨花，同时为了提高板材产品的表面质量，从粉碎室内用热处理杨木产生的碎料中取尺寸在0.1-0.2cm粒径的颗粒作为板坯外层（上下表层）铺装时填充粗刨花之间空隙（表面细化处理）所用的细刨花。经过气流通道式干燥机使粗刨花、细刨花含水率降至2-4%。然后应用拌胶机施胶，胶粘剂可选酚醛树脂胶粘剂、脲醛树脂胶粘剂以及异氰酸酯胶粘剂，具体可根据板材的最终用途和使用环境的湿度高低确定。若选酚醛树脂胶粘剂时，其固含量控制在35-45%之间，施胶量为6-9%；选脲醛树脂胶粘剂，其固含量控制在55-65%之间，施胶量为6-10%；选异氰酸酯胶粘剂，施胶量为3-5%。再用气流式铺装机按上下表层由热处理杨木细刨花和热处理杨木粗刨花共同组成、芯层为常规杨木粗刨花、上下表层与芯层之间的中间层为热处理杨木粗刨花的方式把上述施胶后的原料铺装成板坯，其中，为了达到提高板材产品有效阻隔外界环境湿度变化及微生物侵袭等不利影响的目的，热处理木材刨花的投放量应保证在热压完成后产品的上下表层和中间层的厚度和均不小于3mm；热压阶段的热压温度根据胶种不同分别是：脲醛树脂胶粘剂时选用110-160℃、酚醛树脂胶粘剂或异氰酸酯胶粘剂时选用150-200℃，热压压力为2.0-3.2Mpa，热压时间为0.3-0.5 min/mm。此后经过冷却、裁边和砂光等后处理工序最终制得刨花板。
本例的具体工艺参数为：该刨花板是以热处理杨木为表层、中间层刨花原料，以常规杨木为芯层刨花原料，制备得到的25mm厚（其中芯层的厚度约为17mm，上表层和中间层厚度和约4mm、下表层和中间层厚度和约4mm）多层结构的刨花板。热处理杨木的处理温度为185℃，处理时间3小时；选用酚醛树脂胶粘剂，固含量为40%，热处理木材刨花和常规木材刨花分开施胶，施胶量分别为6%、8%；热压温度170℃，热压压力2.5 Mpa，热压时间9min。根据“GB/T17657-2013 人造板及饰面人造板理化性能试验方法”对压制的刨花板的性能进行测试，结果如下：密度为0.563 g/cm3，含水率为4.2%，静曲强度为18.5 MPa，弯曲模量为2490MPa，板面握螺钉力为1820N，内结合强度为0.53 MPa，24h吸水厚度膨胀率为3.6%。
Claims (4)
1.利用废旧室内用热处理木材与常规木材制备刨花板的方法，所述废旧室内用热处理木材的热处理温度在140-200℃，并在最高温阶段保持0.5-8小时，其特征是：分别把废旧室内用热处理木材及常规木材粉碎成刨花，从废旧室内用热处理木材刨花中分选出粒径尺寸0.1-0.2cm的细刨花和粒径尺寸0.5-1.0cm的粗刨花，从常规木材刨花中分选出粒径尺寸0.5-1.0cm的粗刨花；并将热处理木材粗刨花、热处理木材细刨花、常规木材粗刨花三种刨花干燥至含水率2-4%，然后施胶搅拌；铺装成板坯，热压成型即可；
铺装时，把热处理木材粗刨花和热处理木材细刨花铺装在板坯的表层，把常规木材粗刨花铺装在板坯的芯层，把热处理木材粗刨花铺装在表层与芯层之间形成中间层；热处理木材细刨花填充在表层热处理木材粗刨花之间的空隙内，外表面致密性更好；施胶时胶粘剂为脲醛树脂胶粘剂、酚醛树脂胶粘剂或者异氰酸酯胶粘剂；热压时热压压力为2.0-3.2MPa，热压时间为0.3-0.5 min/mm，若胶粘剂为脲醛树脂胶粘剂时，热压温度为110-160℃；若胶粘剂为酚醛树脂胶粘剂或异氰酸酯胶粘剂，热压温度为150-200℃。
2.如权利要求1所述的利用废旧室内用热处理木材与常规木材制备刨花板的方法，其特征是：若胶粘剂为酚醛树脂胶粘剂时，其固含量在35-45%之间，施胶量为6-9%；若胶粘剂为脲醛树脂胶粘剂，其固含量在55-65%之间，施胶量为6-10%；若胶粘剂为异氰酸酯胶粘剂，施胶量为3-5%。
3.如权利要求1所述的利用废旧室内用热处理木材与常规木材制备刨花板的方法，其特征是：上表层与位于上表层与芯层之间的中间层的厚度和不小于3mm，下表层与位于下表层与芯层之间的中间层的厚度和不小于3mm。
4.一种按照权利要求1-3任一所述的方法制备的刨花板。
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