CN114102780B - 一种黏合胶及其应用于制作木板的方法与制品 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种黏合胶及其应用于制作木板的方法及其制品，其中：该黏合胶基本包含有机、无机成分、硬化剂以及催化剂等成分；该黏合胶可直接黏合来自于回收木质原料，该木质原料不需去除其上塑料或化妆贴皮的前处理步骤，经破碎与调整含水率后与该黏合胶混合，即可热压成型为强度高与质量优良的木质产品，实现回收木材再利用的目的；该黏合胶所搭配的木板制造方法可改善既有水状剂型胶合剂所带来的问题，该木质原料破碎后不需要额外干燥去水，直接与粉状的该黏合胶混合后就能达到热压过程中适宜的含水率，能达到节省能源与加工时间的优异效果。

Description

一种黏合胶及其应用于制作木板的方法与制品

技术领域

本发明涉及一种黏合胶及其应用于制作木板的方法与制品，尤其涉及一种包含淀粉或实质以淀粉为基底的黏合胶，以及将该黏合胶以粉末剂型混合木屑或木质纤维颗粒所制成的木板或块状材料的制造方法与制品。

本发明更特别针对该黏合胶混合回收再制的木屑或木质纤维颗粒所制得的环保木板或块状材料与其制造方法。

背景技术

木质材料广泛应用于各式建筑材料、装潢用材或装饰性产品上，或作为建筑施工使用的模版材、踏板或临时性道路铺板等，依据用途的不同而采用不同种类或等级的木材来加工成型，但这也使得我们对木材的需求不减反增，不仅不利于树木的生长，也对环境永续发展百害而无一利，无法顺应现今环保意识高涨的潮流。木业的发展也当然较倾向于拥有大面积树林资源的国家，对于没有树木天然资源的国家则难以发展相关的经济产业。

对于木质产品的废弃问题也衍生出环境污染的难题，为了追求更高质量的商品，多种且复杂的添加制剂以及制造工序也直接导致了木质产品的难以回收性或不具备回收的价值，多数只能焚化销毁，不仅浪费资源也对环境空气的污染产生更深的负面影响。

再者，现在针对木板，特别是粒片板(又俗称刨花板,塑合板)的制程，通常使用水状剂型的热固胶合剂进行加工，其木质原料纤维在与胶合剂混合前需要额外去水干燥的制程，使得整体的含水率须降低到3％以下，相当耗费时间与能源成本，对于加工技术而言是一项沉重的负担。于回收再加工的技术层面中，由于回收的板材(粒片板)已使用一胶合剂加工黏合，且其表层也贴合了以塑料制成的板材或美耐皿板制成的化妆贴皮。导致一新木质原料中，最多只能添加30％的回收板材(粒片板)，并再制成新板材。使得现阶段回收板材(粒片板)的回收再制作技术受到极大的限制，于无法100％再利用。

有鉴于此，目前亟需一种可以改善前揭木质产品可能对环境、经济与回收产生影响的高质产品，不仅可以改善木质材料的生产制程的耗能与高成本，更能回收产品再利用，达到永续发展的目标。

发明内容

为了解决上述的问题，本发明的第一个概念是提供一种黏合胶，该黏合胶呈现粉末剂型状态，其包含：30％～80％w/w的一有机成分，该有机成分包含蛋白质及/或淀粉；10％～40％w/w的一无机成分，该无机成分包含IA族金属氧化物与碳酸盐类的混合物，或IIA族金属氧化物、氢氧化物以及碳酸盐类的混合物；5％～30％w/w的一硬化剂，该硬化剂包含一种或多种硼化合物；以及0％～3％w/w的一催化剂，该催化剂包含IA族金属氢氧化物。

其中，上述该淀粉包含天然或改质淀粉。而该天然淀粉可以包含玉米淀粉或木薯淀粉；该改质淀粉则可以包含氧化淀粉或酯化淀粉。

本发明进一步提供另外一种概念是利用上述的黏合胶制造木板的制造方法，其步骤包含：破碎一木质原料并去除其中杂质，得到一木质原料破碎物；将粉末态的上述黏合胶与该木质原料破碎物混合搅拌，得到一木质黏胶混合物；测量该木质黏胶混合物的含水量直至其整体含水量17％w/w以下，较佳低于15％w/w，更佳是介于12～15％w/w；以及将该木质黏胶混合物平铺后热压为一木质板、片或块材。

其中，上述的该木质原料可以使用原生木材及/或回收板材；或是，该木质原料包括稻草梗、米糠、竹子、棕榈或各种含有木质纤维的材料。

其中，破碎该木质原料时进一步包含磁选步骤以去除其中的金属杂质。

其中，制造木板的过程中测量该木质黏胶混合物的含水量低于12％w/w时，本发明可进一步加水使其含水率增加。

其中，将该木质板、片或块材可以依据产品需求砂光及/或裁切处理。

通过上述说明可知，本发明具有以下优点：

1.本发明所提供的该黏合胶可以直接黏合来自于回收料的木质原料，该木质原料不需要经过去除其上塑料或化妆贴皮的前处理步骤，直接经过破碎与调整含水率后与该黏合胶混合，就可以热压成型为强度高与质量优良的木质产品。由此本发明可实现回收木材再利用的目的，不需要大量砍乏树林，达到永续发展的效果，也可以使得林业不发达的国家导入相关木质产品的制造，促进此产业的发展。

2.本发明该黏合胶所搭配的木板制造方法可以改善既有技术使用的水状剂型的胶合剂所带来的问题，本发明的该木质原料破碎后不需要额外施予干燥加工制程，该木质原料可以在常温常压下的水分平衡的状态直接与粉状的该黏合胶混合后就能达到热压过程中适宜的含水率，本发明提供了一种能节省能源与加工时间的新颖制程与优异产品。

附图说明

图1为本发明制造方法第一较佳实施例的流程示意图。

图2为本发明制造方法第一实验分析图。

图3为本发明制造方法第二实验分析图。

具体实施方式

为了能更为详细了解本发明的技术特征及其实用功效，并可依照说明书的内容具以实施，进一步以如图式所示的较佳实施例，详细说明如下。

《黏合胶配方实施例一》

本发明首先提供一种黏合胶配方的第一较佳实施例，在本实施例中该黏合胶包含：

30％～80％w/w的一有机成分；

10％～40％w/w的一无机成分；

5％～30％w/w的一硬化剂(Curing agent)；以及

0％～3％w/w的一催化剂(Catalysts)；

在这个实施例中，上述该有机成分是本发明的主要成分，包含蛋白质及/或淀粉，该蛋白质可以是大豆蛋白(Soybean proteins)，该淀粉包含但不限于改质或未改质(天然)的淀粉或二者的混合物，例如玉米淀粉、木薯淀粉(Tapioca starch)、氧化淀粉(Oxidizedstarch)或酯化淀粉(Esterified starch)。该有机成分的添加，使得本发明可以展现强大的黏着力。当该有机成分与一水分接触并加热时，该有机成分会产生流动性，使得该黏合胶形成具展延性的一胶体，并展现与至少一被黏着界面接触、渗透以及黏合的特性。当该有机成分比例过少时，形成的该胶体不易扩散，使得一黏着效率降低；然而，当该有机成分比例过多时，使得有机成分无法有效的与该黏合胶中其他如该无机成分、该硬化剂以及该催化剂之间产生优化的交联反应，使得该胶体的该黏着效率降低。

上述的该无机成分则是较佳包含两种不同的组成，其中一种是由IA族金属氧化物与碳酸盐类组成的的一第一混合物，另一种则是由IIA族金属氧化物、氢氧化物以及碳酸盐类组成的的一第二混合物。更佳的，该第二混合物于该无机成分中的占比大于该第一混合物。该无机成分的添加，使得该胶体于形成时，配合微碱性的条件，该胶体可以经由糊化使得一动黏度降低，使得促该胶体的流动性以及展延性可以受到调控，也可以增加该胶体的物理特性。当该无机成分比例过少时，因无法有效的达到糊化的效果，易导致该胶体的流动性及延展性不佳；然而，当该无机成分比例过多时，不仅成本提升，该胶体于该被黏着界面干结后的结构也容易因为过度松散而物理强度降低。

该硬化剂包含一种或多种硼化合物，硼化合物做用于黏合胶时，不仅可以展现良好的络合效果，有助于该胶体可以实现良好的黏合强度，更可以作为防腐剂使用，延长该黏合胶的使用寿命。该催化剂包含IA族金属氢氧化物，该催化剂的添加可以有助于该胶体在碱性条件下的糊化特性，促使胶体产生足够流动性和展延性。该硬化剂以及该催化剂的添加，使得本发明所提供的黏合胶可以依据所需展现多样的物理以及化学特征。

《制作木板的方法实施例一》

本发明上述黏合胶特别适用于制作木板，包含密集板或相类似的木质(木质纤维)板、片或块材的制作。本发明适用的木板基本上是利用破碎的木质原料颗粒、粉末或木质纤维混合胶黏剂后所成型的板、片或块材，可以是单层或多层板，于此不限定。其中，该木质纤维还可以包括稻草梗、米糠、竹子或是棕榈。

请搭配参考图1，其第一较佳实施例步骤包含：

S1)破碎一木质原料并去除其中杂质，得到一木质原料破碎物；

S2)将粉末态的上述黏合胶与该木质原料破碎物混合搅拌，得到一木质黏胶混合物；

S3)测量该木质黏胶混合物的含水量直至其整体含水量低于17％w/w(质量的百分浓度)，较佳低于15％w/w，更佳是介于12～15％w/w；

S4)(可选)若上述步骤3的含水量小于12％w/w时，可额外加水搅拌；

S5)将该木质黏胶混合物平铺后热压为一木质板、片或块材。

S6)(可选)进一步地，可以依据产品的需求将该木质板、片或块材抛光(砂光)及/或裁切。

该黏合胶可以使破碎后的该木质原料粉末、颗粒或纤维间产生良好的黏合或结合性，不易分层或断裂，且后续成品可以直接投入本发明所提供的制程加以破碎后再使用，不需要额外去除其上的该黏合胶。较佳的，该木质原料与该黏合胶的混合比例为1：0.1～0.25。利用的该所述第一较佳实施例所制成的木质板、片或块材，由于该木质原料的原生木纤维很完整，且原生木纤维之间的毛细孔干净没有填入其他杂质。使得该黏合胶可以很均匀的分散于原生木纤维之间，并达成原生木纤维之间界面的黏结。

另一方面，本发明在制程中对于混合物含水率的调控也至关重要，含水率直接反应后续热压成型的效果以及产品最终强度，也就是该木质原料粉末、颗粒或纤维间的结合强度。一般而言该木质原料取得时含水率大约是10～11％w/w，对于制作木板时，此含水率过高，因此既有的技术需要在添加水状剂型的黏合剂前额外的加热干燥步骤，以确保添加黏合剂(或胶水)后的混合物拥有适宜的含水率约9～12％w/w。然而，本发明所提供的该黏合胶是以粉状型态与该木质原料粉末、颗粒或纤维混合，且该黏合胶是以蛋白质或淀粉等本身即含水，在未混合前该黏合胶本身大约含水量为8～9.5％w/w，因此可以直接与破碎后的该木质原料混合，该木质原料不需要额外施作加热干燥的制程，对于加工技术而言可省下相当可观的能源、成本与时间。同时的，本发明利用一A&D MX-50水分分析仪，以确保该混合物的含水率有符合预设范围。

《制作木板的方法实施例二》

本发明使用该黏合胶制作木板的第二较佳实施例基本步骤与上述第一实施例所提供的方法步骤相同，但差异在于该木质原料可以包含回收木质产品，或是由原生木材与回收的木质产品组合而来，更佳的，该木质原料还可以是百分之百的回收木质产品。而此时由于回收的木质产品通常其上会包含一非木质原料如塑料材料、色料、化妆贴皮、功能添加剂或是金属配件等，使得该非木质原料于该木质原料破碎物中的占比大约会介于10％～20％之间。

进一步地，该非木质原料可能会包含所述的金属配件，因此在破碎的过程中依据需求可以搭配磁选的制程，以确保金属配件能够被筛选去除。上述第一实施例所提供的方法步骤而制作完成的该木板，因再加上了本发明所提供的该黏合胶，使得该木板中该非木质原料的占比大约介于30％～60％之间。本发明的特点在于使用上述本发明提供的该黏合胶，不仅可以回收的木质产品百分之百的做为该木质原料的来源，还不需要特别去除回收的木质产品上所包含其他塑料材料、色料、化妆贴皮、功能添加剂等成分，在去除掉金属后，该回收的木质产品可以直接投入本发明的制程中，该黏合胶可以很好的使该回收木质产品的粉末、颗粒或纤维间相互结合或黏合，得到具有优异强度的产品。

上述所谓回收木质产品可例如回收的粒片板，一般回收粒片板除了可能的金属配件需要去除外，其包含的木料(木质纤维)、水剂型的热固型黏合剂(或是热固塑料)或是面料化妆贴皮等。较佳的，该回收木质原料与该黏合胶的混合比例为1：0.13～0.25。由于回收木质产品的部分木纤维之间所形成的毛细孔有些已经在先前的制程中被填满，要达到有效的黏结再制作便需要提升该黏合胶比例。使得该木质原料中该木纤维与该木纤维之间、该木纤维与杂质(如：硬化的胶水，塑料，贴皮等)之间和该杂质和该杂质之间可以达到最佳的黏结效果。在使用本发明所提供的该黏合胶与制程下，不需要额外去除即可以直接导入制程加工中，达到木制产品能回收再利用的优势。

请配合参考表一至表三，为了得到该黏合胶的最佳比例，本发明利用不同配方的该黏合胶并配合上述的步骤制成一木板，并分别根据CNS2215-2017以及CNS2215-2017条件进行一抗弯强度以及一木螺钉保持力的测试，其中，该抗弯强度测验所使用的平均变形速度为10毫米/分钟(mm/min)，且各该木板的体积条件为长度320毫米(mm)、宽度50毫米以及厚度18毫米，依据实际的规范标准以及需求，该木板的较佳的抗弯强度需大于8N/mm²；而该木螺钉保持力测验所使用的拉伸载重速度则为2毫米/分钟(mm/min)，依据实际的规范标准以及需求，该木板的较佳的该木螺钉保持力需大于300N。

更佳的，本发明还使用了一丁烷瓦斯喷灯，在火焰温度1200度，以及距离该木板5公分的的条件下燃烧2分钟，进行一防焰测试。该防焰测试的条件在于，该丁烷瓦斯喷灯移开后该木板后，如果该木板上的火焰在2秒内熄灭，便可判定该木板通过该防焰测试。然而，在此先说明，于现行市面上所贩卖的该粒片板，其多是利用表面添加有色料、化妆贴皮或是功能添加剂等手段而达成防焰的效果，因此对于现行相关产业的要求下，并没有严格要求该粒片板需要达到要一防焰等级。

于表一中，本发明比较了利用该黏合胶的该有机成分分别在含有20％w/w(配方1以及配方2)、30％w/w(配方3以及配方4)以及50％w/w(配方5以及配方6)的条件下所制成的该木板，对于该抗弯强度、该木螺钉保持力以及该防焰程度的测试结果。很明显的，通过配方1以及配方2所制成的该木板皆无法符合预期的抗弯强度以及木螺钉保持力，而配方5以及配方6所制成的该木板则稳定的展现了良好的抗弯强度以及木螺钉保持力。特别的是，虽配方3同样的是含有30％w/w的该有机成分，相较之下其该硬化剂的成分多于该配方4，因此推估，该配方3由于该硬化剂所占的比例过高(如同配方1以及配方2也有相同状况)，导致该黏合胶无法该有机成分有效的展现黏合效果，以致于抗弯强度以及木螺钉保持力皆无法如同配方4达到标准。由表一中，可以初步判定该有机成分的比例较佳的可以介于30％w/w以上。

值得注意的是，经由本发明配方1至配方2所制成的该木板节可以展现优异的防焰表现，使得本发明所制成的该木板不仅可以具备优异的抗弯强度以及木螺钉保持力，无须于表面特殊处理，便可以展现良好的防焰效果。

表一

于表二中，本发明比较了利用该黏合胶的该有机成分分别在含有50％w/w(配方1至配方2)、70％w/w(配方3至配方5)、80％w/w(配方6至配方8)以及85％w/w(配方9以及配方10)的条件下所制成的该木板，对于该抗弯强度、该木螺钉保持力以及该防焰程度的测试结果。可以看到，经由配方1至配方7所制成的该木板展现了良好的抗弯强度以及该木螺钉保持力，而同样是含有80％w/w该有机成分的配方8，其抗弯强度以及该木螺钉保持力却不如预期，于此推估，该配方8由于缺乏该硬化剂的调和，导致该黏合胶无法展现良好的络合效果，进而无法发挥强大的黏合效用。

于配方6以及配方7中，虽该黏合胶中该有机成分的比例于80％w/w时，因有机成分所占的比例较多，使得其并无法达到防焰测试，然其抗弯强度以及该木螺钉保持力仍达到了可以实际应用的规定，与应映上述所提及现行相关产业并没有严格要求该粒片板的防焰等级，可以判定该有机成分可以应用的更佳比例可以介于30％w/w至80％w/w之间。

表二

进一步地参考表三，接着，本发明比较了利用该黏合胶在该有机成份分别在含有30％w/w(配方1至配方3)、50％w/w(配方4至配方8)、70％w/w(配方9以及配方10)以及80％w/w(配方11至配方12)的条件下，该无机成分最佳的添加比例范围。同样的将各配方所制成的该木板进行该抗弯强度、该木螺钉保持力以及该防焰程度的测试。如配方2、配方3以及配方8的结果中可以看到，当该无机成分大于40％w/w以上时，其抗弯强度明显的降低，尤其是配方2以及配方3的木螺钉保持力更无法达到要求。而于配方9以及配方11的结果中可以看到，该有机成分为相同的条件下而该无机成分为5％w/w所制成的该木板，虽该抗弯强度符合预设的要求，但木螺钉保持力并无法达到标准。由表三中可以知道，该无机成分的较佳比例可以介于10％w/w至40％w/w之间。

表三

接着配合参考表四以及图2，为了使本发明该黏合胶可以达到更佳的黏合能力，进一步的分析该催化剂于本发明中最合适的配方比例。首先，配合上述的步骤以及配方，先以未加入该催化剂的该黏合胶制成该木板，并且在制作的过程中，分别给予该木板四个不同的一热压时间(7分钟、8分钟、9分钟以及10分钟)作为一对照组。并在实验组1至实验组8中至0.5％w/w按比例的逐量增加该催化剂至比例为4％w/w。探讨不同含量的该催化剂对于该木板的制程时间以及该抗弯强度是否影响。

结果显示，该催化剂的增加，实验组1至8中的各该木板在热压7分钟后，相对该对照组地皆可以达到良好的该抗弯强度，且随着该催化剂的比例的上升，实验组1至8中的各该木板经由各热压时间处理后的抗弯强度也相对增加。使得该木板有该催化剂添加的状况下，可以在较短的时间内达到需要的抗弯强度。举例而言，该木板经由无添加该催化剂的该黏合胶制作时，需要热压10分钟才能达到数值为8.6N/mm²的抗弯强度,而该木板经由添加3％w/w该催化剂的该黏合胶制作时，在8分钟便达到相似甚至更好的抗弯强度。而在工业上可以有效的增加长期的产能效率。

然而，该催化剂若添加过多也会有减弱该木板该抗弯强度的趋势。如图2显示，如实验组7中该催化剂添加比例于3.5％w/w时，相较于实验组6所制成的该木板该抗弯强度并没有明显增强的趋势，且在实验组8得结果中，该抗弯强度甚至降低。推估的可能性为，过多的催化剂容易使得该黏合胶在该被黏着界面中干结成型后过度松散而导致不好的黏合效果。因此，该催化剂较佳比例可以介于0％w/w至3％w/w之间。

表四

请配合参考表五以及图3，本发明利用添加不同比例的该黏合胶制成该木板，并分别根据CNS2215-2017测试条件进行抗弯强度的测试。于表一中的各实验数据显示该黏合胶所添加的比例越多，该抗弯强度则增加越多，黏合胶的添加比例和该木板的强度成正比。依据实际的规范标准以及需求，该木板的抗弯强度的最低限度为8N/mm²，并配合经济成本上的考虑，该木质原料与该黏合胶的混合比例为1：0.15时，可以达到符合规范并且最具经济效益的生产成本。

表五

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种黏合胶，呈粉末状态，其特征在于，包含：

30% ~80% w/w 的一有机成分，该有机成分包含蛋白质及/或淀粉；

10% ~40% w/w的一无机成分，该无机成分包含IA族金属氧化物与碳酸盐类的混合物，或IIA族金属氧化物、氢氧化物以及碳酸盐类的混合物；

5% ~30% w/w的一硬化剂，该硬化剂包含一种或多种硼化合物；以及

0% ~3% w/w的一催化剂，该催化剂包含IA族金属氢氧化物。

2.如权利要求1所述的黏合胶，其特征在于：该蛋白质包含大豆蛋白；该淀粉包含天然或改质淀粉。

3.如权利要求2所述的黏合胶，其特征在于，该天然淀粉包含玉米淀粉或木薯淀粉；该改质淀粉包含氧化淀粉或酯化淀粉。

4.一种黏合胶应用于木板制造的方法，该黏合胶包含权利要求1～3任一项所述的黏合胶，其特征在于，其步骤包含：

破碎一木质原料并去除其中杂质，得到一木质原料破碎物；

将粉末态的所述黏合胶与该木质原料破碎物混合搅拌，得到一木质黏胶混合物；

测量该木质黏胶混合物的含水量直至其整体含水量介于12~17% w/w；以及

将该木质黏胶混合物平铺后热压为一木质板、片或块材。

5.如权利要求4所述的黏合胶应用于木板制造的方法，其特征在于：该木质原料包含原生木材及/或回收木材及/或稻草梗、 米糠、 竹子、 棕榈或各种含有木质纤维的材料。

6.如权利要求4或5所述的黏合胶应用于木板制造的方法，其特征在于：破碎该木质原料时进一步包含磁选步骤。

7.如申权利要求4或5所述的黏合胶应用于木板制造的方法，其特征在于：测量该木质黏胶混合物的含水量直至其整体含水量低于15% w/w，或是测量该木质黏胶混合物的含水量直至其整体含水量介于12～15% w/w。

8.如权利要求7所述的黏合胶应用于木板制造的方法，其特征在于：测量该木质黏胶混合物的含水量低于12% w/w时，进一步加水使其含水率增加。

9.一种木板，其特征在于，包含：

一木质原料破碎物，该木质原料破碎物来自于回收粒片板，该回收粒片板包含木质颗粒、纤维以及一非木质原料；以及

一黏合胶，该黏合胶包含权利要求1～3任一项所述的黏合胶。

10.如权利要求9所述的木板，其特征在于：

该非木质原料包含塑料材料、色料、化妆贴皮或是功能添加剂；以及

该非木质原料于该木质原料破碎物中的占比介于30％～60％之间。

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