CN1123533A - 板及其制造方法 - Google Patents

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米卡尔森·阿龙
林德斯特伦·拉尔斯-奥克
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Abstract

本发明涉及含木质纤维素材料的板及其制造方法。将材料碎裂成颗粒或纤维，干燥、在干燥前或后进行粘结，形成坯板，以及通过热压最终干燥为成品板。根据本发明，在最终干燥前至少对颗粒或纤维的表面层中的木质素进行化学改性，从而通过导入亲水基团以增加其粘结反应性，并降低木质素的软化温度。由于板中木质纤维素材料部分磺化，使有机构结合的硫超过材料中原来硫含量，但低于0.4％。

Description

板及其制造方法
本发明涉及呈颗粒或纤维状的木质纤维素材料板，如，颗粒板或纤维板。本发明同时涉及制造这类板的方法。
此类板的制造是通过将含木质纤维素材料碎裂成颗粒或纤维。然后将碎裂的材料干燥、粘结和形成坯板。粘结可在干燥前或后完成。将坯板通过热压使粘胶硬化以形成成品板，然后通过最终干燥，制成该成品板。
该类型板的例子为颗粒板和MDF(中密度纤维板)。颗粒板是由碎裂成粗颗粒的材料组成，而纤维板是由通过脱纤维后碎裂的材料即，近乎裸露的纤维材料制成。
板的强度取决于颗粒或纤维彼此粘结的程度。干燥成型后胶合板的强度取决于粘胶的加入，硬化的粘胶将颗粒或纤维粘结在一起。
在制造胶合板时通常采用脲-甲醛粘胶作为粘接剂。粘胶混在碎裂的材料中。粘胶的用量可达6％或更多。该粘胶较贵。因而要求其加入量最小。然而，粘胶的加入量太少，会降低加工后板的强度。因而，粘胶的加入量必须优选。
本发明可改进上述类型板强度。换句话说，在保持板的强度同时可降低粘胶的加入量。
按照本发明至少对颗粒或纤维的表面层中的木质素在最终干燥前进行化学改性，通过导入亲水性基团达到粘结反应性的增加，并使木质素的软化温度降低。木质素的化学改性可通过化学反应例如，磺化或臭氧处理，或者其它方法实现。
本发明通过以下的具体实施方案作进一步的详细说明。
按照干燥方法制备纤维板时，用木片作为原料，将木片在脱纤维装置中经一步或多步碎裂脱纤。碎裂后，经粘结、干燥、成型和热压步骤。另一种方法，干燥也可在粘结前进行。对于脲-甲醛粘结系统热压时板的中心温度要求达到100—115℃。
此法在热压前把与木质素起反应的化学品加入材料中。该化学处理，例如磺化，使木质素化学改性，通过导入亲水基团得以增加粘结反应性。同时，木质素的软化温度也被降低。这类熟知的化学品的例子，可以提及Na2SO3和NaHSO3。该化学品可在该材料最终脱纤维后，或脱纤维期间或之前加入。把直接关系到脱纤维的化学品加入盘式精炼装置中可能是合适的，例如，加在该盘的进口、中央或者进一步的盘边缘向外开口。在二步或多步脱纤维时，该化学品应在第二次或最后一次脱纤维期间或脱纤前立即加入，而其它的化学品可在脱纤前干燥或预热时加在精炼装置后的喷管中。
在制造颗粒板时，呈木片状的原料碎裂成颗粒。将该颗粒干燥、胶合并形成坯料板，再将坯料板热压成成品板。在制造纤维板的情况下，通常采用脲-甲醛型的可硬化粘胶。此时在热压前增加了化学品与木质素的反应。该化学处理具有相同的目的，并和纤维板的制造大致相同。化学品可在材料最终碎裂后或碎裂过程或碎裂前加入，较佳地在碎裂前立即加入，从而使木质素中的化学反应在碎裂期间和其后的干燥期间发生。
如上所述，该化学处理，较佳地采用磺化反应，其目的至少在颗粒或纤维的表面层中使木质素化学改性，部分是通过导入亲水基团使木质素的粘结反应性提高，而部分是通过降低木质素的软化温度。化学改性表面层应具有约1μm的厚度，其软化温度至少降低10℃。
磺化时，应使磺化后木质素中的硫分布在所得的颗粒或纤维的整个横断面上，而其中的硫含量浓集在颗粒或纤维的表面。于是，在2μm厚表面层中，硫含量至少比留在颗粒或纤维中其余部分的平均硫含量高50％。另外，在1μm厚的表面层中的硫含量至少为留在颗粒或纤维中其余部分的平均硫含量的二倍。
在板进行最后压缩时，温度提高到粘胶的硬化温度以上，从而确保板的彻底硬化。于是，在热压时板中最低温度必须超过所需的硬化温度。
因此，在颗粒或纤维表面层中木质素的软化温度将降至低于热压时板中的最低温度。由于降低了软化温度，在与相邻颗粒或纤维的接触处压制出颗粒或纤维表面中的软木质素层，从而使接触表面增加，更有效地利用了粘胶，并改进了强度性能，尤其是，板的横向强度。
通过导入亲水性基团进一步增加了木质素的粘结反应性，使木质素更易形成氢键。于是，单位表面的粘结力增加，同时提高了板的强度。
为了保持它们的尺寸稳定性，应避免颗粒或纤维内部木质素的化学改性。因此，使用少量的亚硫酸盐是有益的。少量亚硫酸盐基本上使纤维第一层薄壁和第二层薄壁发生磺化。如亚硫酸盐用量增加，硫的分布使薄壁与单元薄壁中木质素的分布有关。鉴于此情，磺化时每吨含木质素的材料应加入的硫量最大值为13公斤，较佳的最大值为6公斤。
为了使颗粒或纤维表面层中木质素达到所需的化学改性，化学品应在该材料碎裂时或碎裂后加入。加入的化学品量、反应温度和时间条件必需精确控制。通过在颗粒或纤维表面中木质素的选择性磺化，使木质素在硫的用量较低时达到所需的木质素改性，而内部的颗粒或纤维大部分不受磺化影响，该部分仍保持刚性和尺寸稳定性，这对板的强度是有利的。因此将以颗粒或纤维状的木质纤维素材料部分磺化，使有机结合的硫超过木质纤维素中原来硫含量，但低于0.4％。较佳的结合硫含量为0.4％—0.2％。该硫基本上以磺酸基团的形式与木质纤维素材料中的木质素结合。
实施例1
将呈木片状的欧洲山毛榉原料预热至175℃，并加入Na2SO3溶液。然后，将此材料在脱纤维设备中碎裂。亚硫酸盐(Na2SO3)的用量相当于10公斤/吨木片(2.5公斤硫/吨木片)。同时也制备没有化学品加入的参照例。
参照例中木质素的软化温度约为125℃，而用化学品处理过的木质素的软化温度在纤维材料的表面层中降低至约100℃。
将脲-甲醛粘胶(UF-粘胶)加在脱纤维设备后的吹管中，经亚硫酸钠处理过的材料相，加入量在用亚硫酸盐处理材料时，相应为8％UF-粘胶，(以干纤维材料计)，而对于参照例材料，其用量为13％UF粘胶(以干纤维材料计)。然后，将二种处理过的材料干燥至干物质含量约为90％，并将其形成干的坯材。这些纤维坯材用1.5MPa压力预压，并在170℃时热压6分钟成板材。在热压端处测得板中央的温度在115℃和120℃之间，即，低于参照例中木质素的软化温度，但高于用亚硫酸盐处理过的木质素的软化温度。
测试由此制得的板材强度，所得结果如下：
性能           参照例         亚硫酸盐处理
                              过的实施例弯曲强度MPa         39.5            39.0内部粘接强度MPa     1.8             1.9UF-粘胶含量％       13.0％          8.0％
该结果显示尽管由于木质素的软化温度较低而随之板中粘胶的含量较低，但是所得到板的强度两者相等，它证实了上述的技术效果。
实施例2
将呈木片状的云杉原料预热至170℃，并加入Na2SO3溶液。然后，将该材料在脱纤维设备中脱纤。亚硫酸盐的用量分别为15公斤/吨木片和22公斤/吨木片(分别为3.8和5.6公斤硫/吨木片)。同时也制备没有化学品加入的参照例。
参照例中木质素的软化温度约为125℃而用化学品处理过的木质素的软化温度在纤维材料的表面层中降至约100℃。
将脱纤后的纤维材料干燥至干物质含量约为90％，并成形成干的坯材。将坯材用1.5MPa压力预压，并在170℃时热压6分钟后成板材。在热压端处测得板中央的温度在115℃和120℃之间，即低于参照例中木质素的软化温度，但高于用亚硫酸盐处理过的木质素的软化温度。
测试由此制得的板材强度，所得结果如下：
性能    参照例    用15公斤亚硫    22公斤亚硫酸盐
                   酸盐/吨木片    亚硫酸盐/吨木片
                  处理过的实施例  处理过的实施例弯曲强度    5.8          9.0            12.6模塑强度    785          1599           1796
该结果显示用化学品处理过的实施例和参照例面板材性能的木质差异。该强度显示本发明的各种技术效果，包括粘结反应性的提交和粘结区域的增加的效果。
本发明并不受所述的具体实施例的限制，而在本发明的范围内可以有各种不同的变化。

Claims (17)

1.含有呈颗粒或纤维状的木质纤维素材料的干成形热压板，其特征在于将木质纤维素部分磺化，使木质纤维素材料中有机结合的硫超过原来硫的含量，但低于0.4％。
2.如权利要求1所述的板，其特征在于有机结合的硫含量为0.04—0.2％。
3.如权利要求1或2所述的板，其特征在于所述的硫基本上是以磺酸基团形式与木质纤维素材料中的木质素结合。
4.如权利要求1至3任一项所述的板，其特征在于该结合的硫浓集于颗粒或纤维的表面层，从而使2μm厚表面层中的硫含量明显地可高于在颗粒或纤维中其余部分的平均硫含量，较佳地至少高50％。
5.如权利要求4所述的板，其特征在于在1μm厚表面层中的硫含量至少二倍于在颗粒或纤维中其余部分的平均硫含量。
6.一种制造木质纤维素材料板的方法，包括该材料碎裂成颗粒或纤维，干燥、在干燥前或后粘结，形成坯板，以及通过热压最终干燥为成品板，其特征在于在最终干燥前至少对颗粒或纤维表面层中的木质素进行化学改性，从而通过导入亲水性基团以提高粘结反应性，并使木质素的软化温度降低。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于木质素的软化温度降低至热压时使板中粘胶硬化所需的最低温度以下。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于所述的木质素通过加入与木质素反应的化学品进行化学改性。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于木质素通过磺化进行化学改性。
10.如权利要求6—9任一项所述的方法，其特征在于在颗粒或纤维约1μm厚度的表面层中木质素的软化温度至少降低10℃。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于木质素经磺化，从而使硫分布在颗粒和纤维的整个横截面上。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于木质素磺化，从而使2μm厚和表面层中硫含量至少比颗粒或纤维的其余部分中平均硫含量高50％。
13.如权利要求9—12中任一项所述的方法，其特征在于木质素的磺化是通过以每吨含木质素纤维材料计加入含硫化学品量的最大值为13公斤，较佳的最大值为6公斤。
14.如权利要求8所述的方法，其特征在于木质素通过臭氧处理进行化学改性。
15.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述的材料最终碎裂后加入化学品。
16.如权利要求8所述的方法，其特征在于碎裂前或碎裂期间加入化学品。
17.如权利要求6—16中任一项所述的方法，其特征在于所述的碎裂包括一步或多步的材料脱纤维。
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