CN1094090C - 使用了禾本科植物木质素的板及其制作方法 - Google Patents

使用了禾本科植物木质素的板及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及对木质素纤维素物质加热加压，不使用粘合剂而形成的板。为了获得不会产生甲醛等有害物质，具有良好的力学强度和耐水性的板，对应于该木质素纤维素物质的干燥重量，在其中添加了0.2～30重量%的禾本科植物木质素。此外，在形成该板时，为使木质素的热固化反应有效进行，将加热加压成型温度设定在180～250℃。

Description

使用了禾本科植物木质素的板及其制作方法
技术领域
本发明涉及以木材、草本类等木质素纤维素物质为基材的层压板、纤维板等板及其制作方法。
背景技术
以往以木质素纤维素物质为基材的板由于使用了合成树脂粘合剂，所以，存在不会在自然界中分解，燃烧时会产生有害气体的问题。除去部分特殊种类的板，一般认为使用脲醛树脂、三聚氰胺树脂、酚醛树脂等以甲醛为原料的粘合剂对人体有害。
针对上述情况，人们尝试了在以木质素纤维素物质为基材的板中，不使用合成树脂粘合剂，而是用植物类组分来代替的方法。
例如，日本专利公开平3-31565号揭示了添加糖或淀粉，进行水蒸汽处理的板的制作方法。此外，日本专利公开公报昭60-30309号揭示了以含有大量游离糖类的木质素纤维素物质为原料的板的制作方法。日本专利公开公报昭59-14338号揭示了用经过粉碎的植物叶片来代替粘合剂的板的制作方法。前述日本专利公报平3-31565号揭示了使用木质素作为植物类组分的方法。该方法中不可缺少的条件是添加糖或淀粉。
但是，这些用植物类组分代替合成树脂粘合剂的板与使用了合成树脂粘合剂的板相比，不具备足够的强度和耐水性。
本发明者们最先使用锦葵科韧皮纤维植物，获得了不使用粘合剂而具有优异强度的板(参见国际公开号为WO96/19328的公报)。但是，这种板的耐水性很差，而且，比重不足0.65g/cm3，是一种很轻的板，不能够获得令人满意的强度。
本发明的目的是提供用植物类组分代替粘合剂的未使用合成树脂粘合剂的板，该板具备良好的强度和耐水性。
发明的揭示
本发明者发现，禾本科植物木质素对木质素纤维素物质间的粘合相当有效。工业上，木质素可从纸浆废液中提取，由于日本和西欧各国的纸浆生产事实上都只是木材纸浆，所以，以往对木质素的利用研究仅限于木材木质素。
本发明者为解决前述各问题进行了反复认真研究的结果是，有效地使用禾本科植物木质素，能够获得具备良好强度和耐水性的板。
即，本发明的板是对木质素纤维素物质加热加压而形成的板，其特征是，未添加粘合剂，且对应于该木质素纤维素物质干燥后的重量，添加了0.2-30重量％的禾本科植物木质素。
用于本发明的板的禾本科植物木质素包括稻、麦、竹、甘蔗、芦苇、高粱等所有禾本科植物的木质素。
上述禾本科植物木质素如果是直接从禾本科植物中提取的，当然很好，但工业上，最好是从纸浆废液中提取木质素。使用从纸浆废液中提取的木质素的情况下，蒸煮法的种类包括接枝法、亚硫酸法、苏打法等所谓的化学纸浆化法，半化学纸浆化法，热机械纸浆化法，有机溶剂法等，虽然可使用其中的任何一种，但最好是使用接枝法和苏打法。禾本科植物木质素的使用形态可以是固体或液体，最好以粉末状混合在作为基材的木质素纤维素物质中。
对应于作为基材的木质素纤维素物质的干燥重量，禾本科植物木质素的用量一般为0.2～30重量％，更好为2～15重量％。
作为本发明的板的基材的木质素纤维素物质可以是草本类、木材等以纤维素、半纤维素、木质素为主成分的所有物质。其中，最好使用洋麻和亚麻的木质部，特别好的是使用洋麻的木质部。使用了洋麻木质部的板不仅耐水性良好，而且，即使比重为0.2～0.65g/cm3，比较轻，也能具备良好的强度。
上述木质素纤维素物质的形状包括针尖状、薄片状、纤维状、粉末状等小片，但不仅限于此。
在上述木质素纤维素物质中混合入上述禾本科植物木质素，加热加压成型后就可制得本发明的使用了禾本科植物木质素的板。本发明的板的比重根据用途有所不同，基材为洋麻的情况下，其比重一般为0.15～0.8g/cm3，较好为0.2～0.7g/cm3，更好为0.4～0.65g/cm3。以洋麻以外的木质素纤维素物质为基材的情况下，一般为0.5～1.0g/cm3，最好为0.65～0.85g/cm3。
本发明的板的加热加压成型一般使用热压法，但并不仅限于此。例如还可使用蒸汽喷压法和高频压法等。
上述加热加压成型温度一般为180～250℃，较好为210～240℃。成型温度如果在180℃以下，则木质素的热固化反应不够充分，所以不好。如果成型温度超过250℃，则会引起木质素纤维素物质的恶化，这样也不好。
成型时间根据成型温度和热压种类有所不同，一般与板的厚度成比例，板厚为1mm时，较好为40～120秒，更好为60～100秒。
成型压力主要根据板的比重和厚度有所不同，一般为15～60kgf/cm2。
本发明中，成型时木质素纤维素物质的含水率较好为8～40％，更好为10～30％。特别是位于板两面的表层部分的干燥后重量占整块板的50重量％的木质素纤维素物质的含水率最好在15～50％的范围内。含水率在上述范围内时，禾本科植物木质素的热固化反应能够有效地进行。另外，本发明的含水率是指对应于木质素纤维素物质的干燥重量，包含在木质素纤维素物质中的水的重量％。
本发明的板中未使用任何合成树脂粘合剂，但对应于作为基材的木质素纤维素物质，也可并用1～20重量％的糖或淀粉。特别是作为基材的木质素纤维素物质为木材时，通过并用糖或淀粉能够提高强度。作为淀粉也可使用小麦粉等以淀粉为主成分的植物粉末。
为了缩短本发明的板的成型时间，还可在作为基材的木质素纤维素物质中添加0.1～5重量％的酸。酸的种类包括硫酸、盐酸、磷酸等无机酸，乙酸、草酸等有机酸，氯化铵等酸式盐中的任一种。其中特别好的是氯化胺。使用酸后，能够将板的成型时间缩短到未使用酸时的30～70％。
一般认为，本发明的板之所以能够发挥良好性能的理由是禾本科植物木质素所具备的特殊结构。
木材等禾本科植物以外的木质素在酚骨架的邻位上具有甲氧基，而禾本科植物的木质素中不存在甲氧基。酚反应论中提到，酚类物质在邻位或对位上具有反应活性，可以认为具有邻位上不存在甲氧基的酚骨架的禾本科植物木质素具备良好的反应性。
此外，使用洋麻木质部作为木质素纤维素物质时能够获得性能更佳的板，这是因为所述禾本科植物木质素与包含在洋麻木质部中的特殊成分发生共聚反应的缘故。
实施发明的最佳状态
以下，根据实施例对本发明进行更为详细的说明，但本发明并不仅限于此。
本实施例和比较例中，制作了层压板作为板。所用的作为基材的木质素纤维素物质小片是使用切片机(Pallman)，加工成0.6mm的薄片。
实施例中使用的禾本科植物木质素是利用苏打蒸煮法从麦杆纸浆废液中提取的木质素粉末。比较例1和3中所用的木材木质素是利用接枝蒸煮法从针叶树纸浆废液中提取的木质素粉末。
实施例和比较例中，为了确认板的强度，对弯曲强度进行了测定；为了确认耐水性，对在沸水中浸泡2小时后的弯曲强度(以下称为湿润时的弯曲强度)及吸水后的厚度膨胀率进行了测定。弯曲强度和湿润时的弯曲强度分别以JIS A 59085.5及JIS A 5908 5.9.2为基准进行测定，求出3块裁成尺寸为50×200mm的试验片的测定平均值。吸水后的厚度膨胀率以JIS A 5908 5.10为基准进行测定，求出3块尺寸为50×50mm的试验片的测定平均值。
以下的实施例1和比较例1及2都是所用基材为洋麻木质部、比重为0.5g/cm3的轻量板的例子。
实施例1
向干燥重量为220g的洋麻木质部小片喷水，使其含水率达到25％后，添加混合入22g禾本科植物木质素。用手将上述试样撒入220mm见方的成型箱中进行底部成型后，使用50cm见方的用于成型的附有电热加热器的油压机，利用10mm的隔板，在温度为220℃、压力为50kgf/cm2的条件下，进行15分钟的加热加压，制得本发明的板。
该板的比重为0.49g/cm3，弯曲强度为19.6N/mm2，湿润时的弯曲强度为11.2N/mm2，吸水后的厚度膨胀率为6％。
比较例1
除了用木材木质素代替禾本科植物木质素之外，其他操作与实施例1相同，制得层压板。
该板的比重为0.50g/cm3，弯曲强度为14.2N/mm2，湿润时的弯曲强度为4.3N/mm2，吸水后的厚度膨胀率为23％。
比较例2
除了洋麻木质部的干燥重量为240g、未使用木质素之外，其他操作与实施例1相同，制得层压板。
该板的比重为0.49g/cm3，弯曲强度为8.7N/mm2，湿润时的弯曲强度为0N/mm2，吸水后的厚度膨胀率为42％。
以下的实施例2和比较例3及4是所用基材为亚麻木质部的板的例子。
实施例2
除了所用木质素纤维素物质为亚麻木质部，其干燥重量为340g，亚麻木质部含水率为22％，所用禾本科植物木质素的重量为17g之外，其他操作与实施例1相同，制得层压板。
该板的比重为0.75g/cm3，弯曲强度为22.4N/mm2，湿润时的弯曲强度为10.7N/mm2，吸水后的厚度膨胀率为9％。
实施例3
除了亚麻木质部中，位于板两面的表层部分的干燥后重量占整块板的50重量％的亚麻木质部的含水率为30％，位于板内层的干燥后重量占整块板的50重量％的亚麻木质部的含水率为6％之外，其他操作与实施例2相同，制得层压板。
该板的比重为0.74g/cm3，弯曲强度为25.8N/mm2，湿润时的弯曲强度为12.1N/mm2，吸水后的厚度膨胀率为7％。
比较例3
除了用木材木质素代替禾本科植物木质素之外，其他操作与实施例2相同，制得层压板。
该板的比重为0.75g/cm3，弯曲强度为14.9N/mm2，湿润时的弯曲强度为4.3N/mm2，吸水后的厚度膨胀率为19％。
比较例4
除了亚麻木质部的含水率为6％、用浓度为60重量％的28.3g脲醛树脂粘合剂(固形组分为17.0g)代替禾本科植物木质素、用浓度为10重量％的2.8g氯化铵作为固化剂、加压温度为200℃、加压时间为5分钟之外，其他操作与实施例2相同，制得层压板。
该板的比重为0.74g/cm3，弯曲强度为15.2N/mm2，湿润时的弯曲强度为0N/mm2，吸水后的厚度膨胀率为39％。
实施例4
实施例4是所用基材为木材、并用禾本科植物木质素和淀粉而制得的板。
除了所用木质素纤维素物质为杉木，其干燥重量为340g，含水率为18％，并添加混合入17g禾本科植物木质素和17g淀粉之外，其他操作与实施例1相同，制得层压板。
该板的比重为0.79g/cm3，弯曲强度为17.2N/mm2，湿润时的弯曲强度为8.6N/mm2，吸水后的厚度膨胀率为8％。
产业上利用的可能性
以下是本发明的效果。
(1)本发明的板中未使用合成树脂粘合剂，不会产生有害物质；
(2)不会产生甲醛；
(3)在自然界中容易分解；
(4)本发明的板具有良好的力学强度；
(5)本发明的板具有良好的耐水性；
(6)本发明的板中所用的基材为洋麻，其重量较轻，且具有良好的强度和耐水性；
(7)本发明的板使用了从纸浆废液中提取的禾本科植物木质素，所以，可解决因纸浆废液引起的环境污染问题。

Claims (12)

1.一种板，其特征在于，在木质素纤维素物质加热加压形成的板中未添加粘合剂，且对应于木质素纤维素物质的干燥重量，添加了0.2～30重量％的禾本科植物木质素。
2.如权利要求1所述的板，其特征还在于，上述禾本科植物木质素是从纸浆废液中提取的。
3.如权利要求1或2所述的板，其特征还在于，上述木质素纤维素物质为洋麻木质部。
4.如权利要求3所述的板，其特征还在于，板的比重为0.15～0.65g/cm3。
5.如权利要求1或2所述的板，其特征还在于，上述木质素纤维素物质为亚麻木质部。
6.一种板的制作方法，其特征在于，对应于上述木质素纤维素物质的干燥重量，在上述木质素纤维素物质中添加混合入0.2～30重量％的禾本科植物木质素，在180～250℃的温度下加热加压成板。
7.如权利要求6所述的板的制作方法，其特征还在于，上述木质素纤维素物质在成板时的含水率为8～40％。
8.如权利要求6或7所述的板的制作方法，其特征还在于，位于板两面的表层部分的干燥重量占整块板的50重量％的木质素纤维素物质的含水率为15～50％。
9.如权利要求6～8的任一项所述的板的制作方法，其特征还在于，上述禾本科植物木质素是从纸浆废液中提取的。
10.如权利要求6～9的任一项所述的板的制作方法，其特征还在于，上述木质素纤维素物质为洋麻木质部。
11.如权利要求10所述的板的制作方法，其特征还在于，板的比重为0.15～0.65g/cm3。
12.如权利要求6～9的任一项所述的板的制作方法，其特征还在于，上述木质素纤维素物质为亚麻木质部。
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