CN116533348A - 人造木产品和其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种压固的整料形式的人造木产品，包含通过在加工期间已经交联的交联热塑性粘合剂粘合在一起的多个天然木片，其中所述人造木产品在高温下保持其压固形状，且其中所述交联热塑性粘合剂具有等于或低于所述人造木产品的正常使用温度的玻璃化转变温度。

Description

人造木产品和其制备方法
本申请为2016年7月22日提交的申请号为201680043322.1且发明名称为“人造木产品和其制备方法”的专利申请的分案申请。
优先权文献
本申请要求2015年7月23日提交的标题为“MANUFACTURED WOOD PRODUCTS ANDMETHODS OF PRODUCTION”的澳大利亚临时专利申请No.2015902938的优先权，其内容以全文引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及人造木产品。在一个特定的形式中，本发明涉及人造木地板产品。
背景技术
多年来，天然木材一直用于结构和建筑物。然而，近年来，对木材(尤其是硬木和外来种类)的需求增加，这导致更广泛的森林砍伐和无限制伐木，从而减少了天然木材的供应，并对环境造成了不利影响。
由于这些原因，注意力已经转向使用回收的、便宜的和/或更容易获得的木材来制造的复合材料或人造木产品。许多这些较新的木产品当它们不可见(即“内表面”用途)时适用于建筑物和结构，例如建筑物中的结构板、横梁或面板。为外表面用途而设计的人造木产品(例如地板或墙板)的制备更困难，这是因为产品的物理性能(硬度、耐久性等)和美学外观必须适合于最终用途。在这些产品中，木纹的天然外观和纹理是木产品的主要吸引力。
在地板行业中，由于特定木材的天然硬度、密度和视觉吸引力，特定种类的硬木通常比其他种类更受欢迎和优选。对于地板而言，优选的硬木包含红柳桉木、红橡木、山毛榉木、蓝桉木等。遗憾的是，当将原木材加工成木地板产品时和从当前用于可持续木材的人造林中产生相当大数量的废木材。出于这个原因，注意力已经转向用于地板用途和相关应用的人造木产品上。最近，注意力已经转向使用较差的木材种类来形成美观的人造木产品，例如地板。例如，美国专利8,268,430公开了使用较差的或丢弃的天然木片制造具有天然木纹外观的人造木产品的方法。以这种方式形成的人造木产品可具有美学上令人愉悦的外观，但是在一些情况下，物理性能(诸如弹性模量(“MOE”)和断裂模量(“MOR”))会是不理想的。美国专利No.20100178451公开了使用竹子制备人造木产品的方法。这些产品被称为“木丝编织竹地板”，并具有许多理想的物理性能。例如，人造木产品比由其他木材种类制成的产品硬得多，这使得它们非常适合于地板应用。
从现有技术中可知，许多已知的人造木产品的物理性能受到所用木材类型的严重影响。
典型地通过以下来制备人造木产品：提供多个木条、木片、木纤维或木屑，用粘合剂覆盖或浸渍木条、木片、木纤维或木屑，任选地使粘合剂(取决于粘合剂)干燥，将木条、木片、木纤维或木屑布置在模具中或将其供给到连续系统中，施加压力并使树脂固化。在这个过程中通常使用的粘合剂是脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、亚甲基二苯基二异氰酸酯树脂和聚氨酯树脂。但是，这些树脂中的许多都存在困难。脲醛树脂、酚醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂的严重缺陷是用这些材料所形成的产品缓慢地将甲醛排放到周围环境中。这些排放物通常被称为挥发性有机化合物(VOC)。由于与来自木产品的甲醛排放物有关的环境问题、健康问题和监管问题，需要可选的树脂。最近的立法在一些国家或州已经禁止或严格限制使用甲醛。多年来酚醛树脂一直被用于制备人造木产品，并且已经显而易见的是，随着时间的推移树脂变黄并且这对产品的外观产生不利影响。此外，在实践中，使用这些树脂形成的产品的质量会受到产品制造期间单体不完全固化/转化的不利影响。脲醛树脂不是防水的，这在许多地板应用中会出现问题。亚甲基二苯基二异氰酸酯和聚氨酯树脂不含甲醛并且通常是防水的，但是它们使用起来相当昂贵，并且具有其它缺点：它们反应活性高，使得固化难以控制，并且使用这些树脂制成的人造木产品的物理性能高度依赖于所处理的木材的含水量。
美国专利No.20020074095公开了通过使用可交联粘合剂粘合木纤维来制备木质刨花板的方法。通过打碎木材颗粒制备木纤维，并将所得到的纤维与约15重量％的粘合剂混合并压实以形成刨花板产品。然而，所形成的刨花板产品是复合刨花板，并且不具有由其形成的木片的任何天然外观和纹理。此外，刨花板产品的物理性能是所用木纤维的物理性能与所用的粘合剂的物理性能的复合。换句话说，所使用的粘合剂对产品的物理性能和美学性能有显著贡献。
当前用于制备人造木产品的方法往往非常依赖于被加工的木材的含水量。初始木材的含水量的变化易于通过将木片干燥至低的预定含水量来解决。然而，这是能源和劳动密集型的方法，其对许多管辖区和许多潜在的理想木材种类提供了制造这些产品的商业可行性提供了根本的限制。在制备的各个阶段期间含水量的变化也会导致制备后产品的翘曲。因此，迄今为止已经探索的粘合剂的类型具有这些产品的可制造性的基本问题，并且迄今为止，这限制了对已知制造方法的更广泛的开发。
因此，需要新的方法来制造改善制造可行性的木产品。可选地或另外地，需要新的方法来制造在最终产品上赋予有利的物理性能的木产品。可选地或另外地，需要新的用于制造木产品的方法，其导致具有木纹的天然外观和纹理的人造木产品。可选地或另外地，需要新的用于制造木产品的方法，其比现有技术方法更环保或经济上可持续。可选地或另外地，需要提供用于制备人造木产品的树脂和/或方法，以克服与已知树脂相关的一个或多个困难。
发明内容
在第一方面中，本文公开了压固的整料形式的人造木产品，包含通过在加工期间已经交联的交联热塑性粘合剂粘合在一起的多个天然木片，其中所述人造木产品在高温下保持其压固形状，且其中所述交联热塑性粘合剂具有等于或低于所述人造木产品的正常使用温度的玻璃化转变温度。
在第二方面中，本文公开了压固的整料形式的人造木产品，包含通过在加工期间已经交联的交联热塑性粘合剂粘合在一起的多个天然木片，其中压缩后的每个装配木片的单板外形不同于压缩前的每个装配木片的单板外形。
在第三方面中，本发明公开了制备人造木产品的方法，包含：
-提供具有基本平衡的含水量的多个天然木片；
-将包含热塑性树脂和交联剂的热塑性粘合剂施加到所述木片上以形成涂覆有粘合剂的木片；
-任选地，加热所述涂覆有粘合剂的木片以形成加热的涂覆有粘合剂的木片；
-将所述涂覆有粘合剂的木片以所需的构造装配以形成装配的涂覆有粘合剂的木片；
-在压力下在压力机中压缩所述装配的涂覆有粘合剂的木片，并且持续足以压紧和压缩装配的木片的时间以迫使捕获的空气离开并使所述装配的涂覆有粘合剂的木片机械变形，使得相邻的木片彼此形状一致；
-在压缩步骤期间使所述热塑性粘合剂交联至至少临界交联量以形成至少部分固化的人造木产品，其中所述临界交联量足以使得至少部分固化的人造木产品基本保持其压缩形式，并且防止木片在压缩步骤中在压力释放时膨胀并返回到其初始状态；
-从所述压力机中移除所述至少部分固化的人造木产品；和
-任选地，进一步固化所述部分固化的人造木产品以提供具有基本平衡的含水量的人造木产品。
在第四方面中，本文公开的是由第三方面的方法形成的人造木产品。
在某些实施方案中，人造木产品选自由工程木板、含木复合板、纤维板、定向结构刨花板、刨花板和地板组成的组。
在某些实施方案中，人造木产品适合于外表面用途并且具有期望的适合最终用途的物理性能和美学外观。
在某些实施方案中，人造木产品中的交联热塑性粘合剂具有小于约70摄氏度、小于约50摄氏度、小于约40摄氏度、小于约30摄氏度或小于约20摄氏度的玻璃化转变温度。在某些具体实施方案中，所述人造木产品中的交联热塑性粘合剂具有约-30摄氏度至约25摄氏度的玻璃化转变温度。在某些具体实施方案中，人造木产品中的交联热塑性粘合剂具有低于室温的玻璃化转变温度。
在某些实施方案中，人造木产品包含小于15％(重量/重量)的粘合剂、小于10％(重量/重量)的粘合剂或小于6％(重量/重量)的粘合剂。
在某些实施方案中，木片的厚度小于临界厚度，在该厚度处，当使木片膨胀时其自身的机械性能不能克服木材与粘合剂之间的粘合力和/或粘合剂的内聚强度并导致结构分层。
在某些实施方案中，木片具有约0.1mm至约10mm的最大厚度。例如，木片可具有约10mm、约8mm、约6mm、约5mm、约4mm、约3mm、约2mm、约1mm、约0.5mm、约0.3mm或约0.1mm的最大厚度。在某些实施方案中，木片具有约2mm至约10mm的最大厚度。
在某些实施方案中，用于所述天然木片的木材选自由桉木、松木、红枫木、白枫木、昆士兰枫木、白蜡木、山杨木、胡桃木、橡木、红木、桦木、桃花心木、乌木、樱桃木、俄勒冈木、白杨木和草木组成的组，所述草木例如是竹木。用于天然木片的木材可以是这些种类中的两种或更多种的组合。
在某些实施方案中，木材是松木。
在某些实施方案中，木材是桉木。
在某些实施方案中，木片来自低价值木材。
在某些实施方案中，对于松木，多个天然木片的平衡含水量为约5％至约15％(重量/重量)。
在某些实施方案中，对于硬木种类，多个天然木片的平衡含水量为约8％至约12％。
在某些实施方案中，热塑性树脂是聚乙烯酯。
在某些实施方案中，热塑性树脂是聚乙酸乙烯酯或其共聚物或其水解形式。
在某些实施方案中，交联剂是选自由N-羟甲基丙烯酰胺、硼砂、碳酸铝锆、氯化铝、氯化镁、对甲苯磺酸、乙醛、甲醛、脲醛、三聚氰胺甲醛、三羟甲基三聚氰胺、铜铵络合物、铬络合物、有机钛酸酯、重铬酸盐、聚醛、丁醛、氯甲酸酯、脲、异氰酸酯和碳酸锆铵组成的组的催化剂或反应剂。任选地，热塑性粘合剂通过乙氧基化、丙氧基化、氰乙基化、暴露于γ射线或电子束交联而交联。
在某些具体实施方案中，交联剂是氯化铝。在其他具体实施方案中，交联剂是对甲苯磺酸。
在某些实施方案中，包含热塑性树脂和交联剂的热塑性粘合剂是水基乳液。
在某些实施方案中，热塑性粘合剂通过手工、刷子、喷雾、辊子、机器、浸渍和/或幕帘/挤出涂覆机被施加到木片上。
热塑性树脂和交联剂可以一起(即同时)或单独地施加到木片上。
在某些实施方案中，粘合剂包含选自由膨胀控制剂、杀菌剂、杀虫剂、着色剂、UV稳定剂、填料、增量剂、耐火剂、阻燃剂、纤维等组成的组中的一种或多种添加剂。
在某些实施方案中，可以在施加粘合剂之前处理木材以获得不同的性能。例如，木材的颜色可以通过热处理、染色剂或染料来改变，和/或在施加粘合剂之前可以将选自由膨胀控制剂、杀菌剂、杀虫剂、着色剂、UV稳定剂、填料、增量剂、耐火剂、阻燃剂、纤维等组成的组中的添加剂施加到木材上。
在某些实施方案中，涂覆有粘合剂的木片被加热以使粘合剂干燥，并在涂覆有粘合剂的木片中保持基本平衡的含水量。
在某些实施方案中，涂覆有粘合剂的木片在将它们以期望的构造装配并压缩之前进行预热。
在某些实施方案中，将所述涂覆有粘合剂的木片加热至约50℃至约200℃的温度。
在某些实施方案中，将所述涂覆有粘合剂的木片加热至约1分钟至约40分钟的时段。
在某些实施例中，干燥的涂覆有粘合剂的木片装配在模具中。
在某些实施方案中，在压缩步骤期间装配的木片经受约4至20MPa的压力。
在某些实施方案中，在压缩步骤期间将装配的木片加热至约70℃至约150℃的温度或维持在约70℃至约150℃的温度。
在某些实施方案中，压缩步骤花费约5分钟至约90分钟。
在其中压缩步骤中装配的木片被加热的某些实施方案中，至少部分固化的人造木产品在仍然温热时从所述模具中释放。
在某些实施方案中，多个天然木片在加工期间进行机械变形，使得相邻的木片彼此形状一致。
在某些实施方案中，压缩后的每个装配的木片的单板外形与压缩之前每个装配的木片的单板外形不同。
在某些实施方案中，部分固化的人造木产品经受另外的固化步骤以提供人造木产品。
附图说明
参考附图将讨论本发明的实施方案，其中：
图1示出在模具中使用木片的不同定向获得的视觉结果；
图2示出人造木产品的块的尺寸标注；
图3示出过夜干燥的Aquadhere薄膜和Aquadhere+乙二醛薄膜的储能模量的DMA测量曲线。该图示出，一旦Aquadhere通过玻璃化转变点就软化，表明它没有交联，并且一旦温度高于50℃就可以容易地流动，并且添加交联剂(乙二醛)增加了高于Tg温度下的储能模量，因此表明它有交联；
图4示出TB3薄膜的储能模量的DMA测量曲线。该图示出具有乙二醛的TB3粘合剂(TB3GX)在50℃以上交联(在第二次温度扫描期间储能模量增加)，因此在随后的温度扫描中，在高于玻璃化转变温度(20℃)的温度下刚度更高；
图5示出与图4(具有乙二醛的TB3(TB3GX))所示的曲线相比，TB3薄膜的储能模量的DMA测量曲线。该图示出在50℃以上时，TB3GX的储能模量有更大的增加(在温度扫描期间储能模量增加)，因此TB3GX中的交联量更高；
图6示出TB3薄膜，TB3与戊二醛(TB3GA)的薄膜和TB3与乙二醛(TB3GX)的薄膜的储能模量的DMA测量曲线，并且是图4和图5的比较。该图示出，三种不同组合物中的每一种都具有在不同温度下发生的固化方法，其由温度增加时的储能模量的增加指出；
图7示出实施例中所使用的模具中的木片的不同定向；和
图8示出使用各种加工条件制造的松木块的密度和硬度的曲线，其示出可以实现的物理性能的范围。
具体实施方式
本发明是发明人研究适合用于制备人造木产品的树脂的研究结果，并提供了克服与现有方法相关的问题的新方法。特别地，本发明人已经发现，某些热塑性粘合剂在施加到木材的木丝或单板上时可以在压力下变形并且随后在压力下交联超过临界交联量，以及任选地，加热以产生具有类似于原木性能的性能的产品。在这些条件下，可以制备与原木具有基本上相似或更大的密度并且(i)压力释放或加热后释放以及(ii)在蒸煮三个小时时基本上可以保持其完整性的人造木产品。未交联超过临界水平的热塑性粘合剂(i)不保持其压缩形式，和(ii)不能通过这样的蒸煮测试，并且作为蒸煮测试的结果典型地导致类似于初始木片的膨胀结构。
本文的粘合剂的使用使得能够将木片压缩成在经济的时间范围内具有物理完整性的致密整料。换句话说，整料可以在经济的时间范围内压缩并固化成其最终形状，并且当仍然热(如果加热)时，理想地可以从压缩中释放而不损失其结构形式。输入材料、粘合剂、含水量、热量和压力的该组合是该产品可以被制造的原因。
这些发现提供了将木丝、木单板、木颗粒、木条、木屑、木纤维或木片(在此统称为“木片”)经济加工成重新压固的木产品的新方法。特别地，在加工期间交联超过临界水平的热塑性粘合剂允许：
·在压力下将木片压固成一块涂覆有粘合剂的木片，并且任选地，加热直到实现至少临界量的交联，此时该压力可以释放并该块可冷却或继续加热没有另外时段的压力以及没有明显变形的块，或在压力施加之前木片膨胀并返回到其初始状态；和
·将粘合剂与木片的复合物连续挤出到模具中以提供期望的由热塑性粘合剂保持的形状，该热塑性粘合剂随后在压力下交联超过临界水平以在压力去除后保持形状。
特别地，发明人已经发现，交联的热塑性树脂赋予产品理想的物理性能，例如机械稳定性、高密度水平和高硬度水平。此外，树脂的性能或制造方法可以进行调整以改变人造木产品的物理性能，从而通过调节树脂和/或加工参数来获得一些最终性能。此外，所使用的粘合剂可以是透明的，这意味着人造木产品中的纹理颜色是初始木片的木材颜色，从而产生更真实或天然外观的人造木产品。
因此，本发明提供了克服与现有技术方法相关的基本问题的新方法。
本文公开了制备人造木产品的方法，包含：
-提供具有基本平衡的含水量的多个天然木片；
-将包含热塑性树脂和交联剂的热塑性粘合剂施加到所述木片上以形成涂覆有粘合剂的木片；
-任选地，加热所述涂覆有粘合剂的木片以形成加热的涂覆有粘合剂的木片；
-将所述涂覆有粘合剂的木片以所需的构造装配以形成装配的涂覆有粘合剂的木片；
-在压力下在压力机中压缩所述装配的涂覆有粘合剂的木片，并且持续足以压紧和压缩装配的木片的时间以迫使捕获的空气离开并使所述装配的涂覆有粘合剂的木片机械变形，使得相邻的木片彼此形状一致；
-在压缩步骤期间使所述热塑性粘合剂交联至至少临界交联量以形成至少部分固化的人造木产品，其中所述临界交联量足以使得至少部分固化的人造木产品基本保持其压缩形式，并且防止木片在压缩步骤中在释放压力时膨胀并返回到其初始状态；
-从所述压力机中移除所述至少部分固化的人造木产品；和
-任选地，进一步固化所述部分固化的人造木产品以提供具有基本平衡的含水量的人造木产品。
所公开的方法提供了对已知方法的替选方案。典型地，已知的人造木产品，例如刨花板，MDF等使用依赖于液体反应物的交联反应的热固性粘合剂。在这些产品中，将液体单体加入到木材或竹木丝中，并在一定条件下压缩和加热以使单体聚合并将液体单体转化为固体热固性粘合剂。为了实现这一点，必须进行大量的化学反应，这些化学反应需要高温、长时段、并且避免副反应以实现可预期的或期望的最终产物。相反，本文描述的方法使用热塑性粘合剂，其已经是聚合物，然后在该方法期间交联以形成三维网络。这个方法需要较少的化学反应，因此提供了一个更稳健的处理窗口。它还具有能够使用水基乳液聚合物体系的优点，其易于处理、具有长的贮存期、低毒性和低VOC，并且可以在交联之前粘附木片。在此方法期间的进一步交联赋予了粘合剂更多的压缩变形，使得人造木产品能够从热模具中释放，并且还使得人造木产品在进一步加工和使用期间具有更大的热稳定性。
可交联热塑性粘合剂的使用允许通过在压缩步骤期间使粘合剂交联而快速实现期望的性能。由于达到凝胶点所需的较低转化率，热塑性粘合剂也具有速度优势，交联密度相对较低，因此需要较少的交联剂，从而保护木材，需要较低的能量，提供较好的反应控制，较宽的工艺窗口和更快的处理时间。此外，已知的甲醛型树脂在温度下快速反应一次，但具有复杂的化学过程，并且如果不能正确加热(例如由于待加热的产品的厚度)，将不能有效地固化。待处理的木片中不同的含水量也会导致块内和块与块间的不同性能。本方法使这些问题最小化。通过在加工期间使用较低的温度，木材中存在的水的问题不大，并且这使得在该方法期间可在木材中保持更多的水。在本文的方法中，在整个方法中在木材中保持接近(即“基本”)平衡湿度的水平。例如，对于松木而言，多个天然木片的平衡含水量可以是约5％至约15％(重量/重量)，或者对于硬木种类而言，多个天然木片的平衡含水量可以是约8％至约10％。因此，多个天然木片的平衡含水量可以是5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％或15％(重量/重量)。现有技术的方法要求人造木产品在制造之后干燥或在制造后以其他方式稳定在平衡含水量，否则在切割时产品成为杯状、翘曲或扭曲。这往往是能量或时间密集的步骤。然而，在本文的方法中，在整个方法中通常保持木片的含水量，因此在产品可以被切割之前在该方法结束时的等待时间较少。因此，将木材的含水量匹配到最终的应用环境，减少了扭曲和翘曲，并减少了老化以使所制造的产品在进一步加工之前进行稳定的需要。由于使用较少的能量，较低的干燥要求使其运行更便宜。
如本文所用的，术语“约”当结合数值使用时表示实际值可以在±20％、±19％、±18％、±17％、±16％、±15％、±14％、±13％、±12％、±11％、±10％、±9％、±8％、±7％、±6％、±5％、±4％、±3％、±2％或±1％。
如本文所使用的，术语“人造木产品”旨在表示人造的或机器造的木产品，例如，工程木板、含木复合板、纤维板、定向结构刨花板、或任何其他类似的含有木质物质的工件。本文描述的材料和方法特别适合用作住宅建筑或商业建筑的地板，并且本文的进一步讨论会涉及地板和其制造方法。然而，将理解的是，任何这样的讨论不用于将本发明的范围限制为该特定用途，并且还可以构思用于人造木产品的多种替选用途，例如，在家具、墙板、结构部件、铁路枕木、桥面板、柱和栏杆或其中木产品的物理性能和/或美学性能是重要的任何用途。在某些实施方案中，人造木产品适合于外表面用途并且具有期望的适合于最终用途的物理性能和美学外观。
在某些实施方案中，人造木产品包含已经通过交联热塑性粘合剂压缩并粘合在一起的多个天然木片。在这些实施方案中，人造木产品是基本上整料结构。
多个天然木片在加工期间进行机械变形，使得相邻的木片彼此形状一致。此外，每个装配木片在压缩之后的单板外形不同于每个装配木片在压缩之前的单板外形。单板外形可以通过检查人造木产品的块的“端面纹理(end grain)”来确定。因此，本文提供了以压固的整料形式的人造木产品，其包含通过在加工期间已经交联的交联热塑性粘合剂粘合在一起的多个天然木片，其中每个装配的木片在压缩之后的单板外形不同于每个装配的木片在压缩之前的单板外形。
如本文所用的，术语“木片”包含木丝、木单板、木颗粒、木条、木屑、木纤维或木片。本发明人已经发现，木片必须小于临界厚度，因为以厚的层压构造的用相同粘合剂处理的厚木片不能通过例如蒸煮测试的测试。不受理论的限制，建议如果木片太厚，则它们自身的机械性能会破坏木材和粘合剂之间的粘合力和/或粘合剂的内聚强度，并且当使木片膨胀(例如在暴露于水分/湿气中)时导致结构分层。
木片可具有厚度，该厚度的最小值是约0.1mm、约0.3mm、约0.5mm、约1mm、约2mm或约3mm，且该厚度的最大值是约10mm、约8mm、约6mm、约5mm、约4mm、约3mm或约2mm。木片在平面图中可以具有任何合适的尺寸。在某些实施方案中，木片在纤维方向上的长度是产品长度，优选基本上与纤维方向对齐，并且横向方向是便于进一步加工成板或用于特定应用的可制造性的任何尺寸。换句话说，人造木产品可以是其中纤维/木丝长度是产品长度的木丝编织产品，并且横向方向可以是以各种方式装配到模具中的连续片材，或者它可以是切片，或者它可以是被切割或压碎的木丝。
用于天然木片的木材没有特别的限制，例如可以是任何硬木、软木或“草木”，如竹木或棕榈木。因此，如本文所用的，术语“天然木片”意图在其范围内包括草木，例如，竹木和棕榈木，其对于在人造木产品的制备中的用途是已知的。适宜的木材包含但不限于桉木、松木、红枫木、白枫木、昆士兰枫木、白蜡木、山杨木、胡桃木、橡木、红木、桦木、桃花心木、乌木、樱桃木、俄勒冈木、白杨木等。也可以使用例如竹木和棕榈木的草木。在某些具体实施方案中，木材是松木，如辐射松、大叶南洋杉(bunya pine)、加勒比松(南方松)、科西嘉松、桧木大果柏(蒙特雷松)、肯宁南洋杉、贝壳杉、火炬松(南方松)、南欧海松、西黄松、湿地松(南方松)。在其他某些具体实施方案中，木材是桉木，例如赤桉木、蓝桉木、黑基木、蓝叶长喙桉(blue leaved stringybark)、棕槌桉(brown mallet)、Dunns白桉木、野桉木(floodedgum)、金皮斜叶桉木(Gympie messmate)、红柳桉木、考里木、斜叶桉木、河红桉木、银顶长喙桉(silver topped stringybark)、斑点桉木、和小帽桉木(tallowwood)。在某些实施方案中，木材选自由松木、红枫木、红橡木、白蜡木、山杨木、或蓝桉木构成的组。最终的人造木产品可以包含一种以上的木材种类或类型。
有利地，木片可以来源于低价值木材，例如锯木厂废料、滚动球磨机废料，包含首次疏伐的种植废料等。然而，也可以理解的是，木片也可以来源于高价值木材(如果需要的话)。
用于形成木片的木材的尺寸和质量可能显著不同。如果需要，则可以使用任何合适的设备将木材破碎以形成所需尺寸的木片。在某些实施方案中，木片通过卷起连续的单板片材然后将其压碎而形成。在其他示例中，木片可以是切割条，多个较小的单板卷或压碎的木丝。
有利的是，天然木片具有天然的木材外观，并且人造木产品适用于木产品的纹理被展示并且在美学上令人愉悦的应用。
如前文所讨论的，通过使用交联热塑性粘合剂，木片的含水量不需要精确地控制或控制到非常低的水平，并且可以使用一定范围的值，与可以采用湿敏粘合剂(例如，基于异氰酸酯的材料)的相比，该值能够实现较宽的工艺窗口。取决于所使用的木材种类，木片的含水量可以为约5％至约20％。例如，硬木可具有6-7％的初始含水量。松木片可具有10-12％的初始含水量。典型地，初始木片具有设定的含水量(例如12％)。木片的最佳含水量可以是最终产品、使用的木材种类和/或使用的粘合剂中的所需含水量的函数，并且可以凭经验确定。如果木片的含水量太低，则木片会从粘合剂中吸收过多的水分并损害产品的物理性能。相反，如果木片的含水量太高，则粘合剂不会有效。任选地，可以在施加粘合剂之前将初始木片干燥至期望的含水量。例如，干燥可以通过风干或通过使用合适的加热设备(例如红外线加热器或供应热空气的烤箱)加热来进行。本发明人已经发现，使用交联热塑性粘合剂的方法可以比其他可能的粘合剂具有更高的含水量，并且这可以有利地促进在压固阶段期间木片的变形，以制备优良的人造木整料。
热塑性粘合剂可以通过手工、刷子、喷雾、辊子、浸渍、机器、和/或幕帘涂覆机被施加到木片上。可以使用已知的喷涂方法、浸涂方法和旋涂方法。在某些实施方案中，热塑性粘合剂被喷涂到木片上。热塑性粘合剂可以作为水性乳液、在溶剂中或通过热熔体的挤出来递送。热塑性树脂和交联剂可以一起(即同时)或单独地施加到木片上。
粘合剂是可以交联的热塑性树脂。如本文所用的，术语“热塑性”用来表示在其玻璃化转变温度(Tg)以上变得柔软或可塑或可流动且在其Tg以下变成固体的聚合物。
因此，本文还提供了以压固的整料形式的人造木产品，其包含通过在加工期间已经交联的交联热塑性粘合剂粘合在一起多个天然木片，其中所述人造木产品在高温下保持其压固形状，且其中所述交联热塑性粘合剂具有等于或低于所述人造木产品的正常使用温度的玻璃化转变温度。
大量的热塑性树脂是已知的，并且可以构思使用任何一种或多种已知的热塑性树脂，条件是粘合剂可以在加工期间交联，并且人造木产品中的粘合剂的Tg等于或小于人造木产品的正常使用温度，例如低于室温。粘合剂的物理性能可以预先选择为具有低于70摄氏度、50摄氏度、40摄氏度、30摄氏度或20摄氏度的Tg。在某些实施方案中，粘合剂具有-30摄氏度至约25摄氏度的Tg，使得粘合剂在室温下是“橡胶状”。粘合剂在室温下具有橡胶状的优点在于其能够在低温下进行后固化(即，在产品已经从压力机中移除并冷却之后的固化)。相反，具有较高Tg的粘合剂在室温下是玻璃状的，并且会需要热后固化步骤，从而增加了该方法的成本和复杂性。橡胶状的粘合剂也比在室温下为玻璃状的粘合剂更容易接受添加剂(如染色剂)。出乎意料的是，本发明人已经发现Tg低于木产品的正常使用温度(因此是橡胶状的)的热塑性塑料是非常有效的并且在最终产品中提供了明显的优点，这与通常持有的以下观点是相反的：粘合剂在正常操作温度下应该为玻璃状，对于中密度纤维板(MDF)、高密度纤维板HDF、胶合板、单板层积材(LVL)、刨花板等产品是这样的情况。
在某些实施方案中，热塑性树脂是聚乙烯酯。聚乙烯酯由乙酸乙烯酯及其共聚物形成。例如，发明人已经发现聚乙酸乙烯酯(“PVA”)是合适的。如本文所用的，术语“聚乙酸乙烯酯”和“PVA”用于在其范围内包含PVA的水解形式，其包含具有各种水平的水解形式以形成聚(乙烯醇)共聚物。可以使用的其它基于乙酸乙烯酯的聚合物包含聚(乙酸乙烯酯)-共-马来酸丁酯-共-丙烯酸异冰片酯，聚(乙酸乙烯酯)氰基甲基二苯基二硫代氨基甲酸酯，聚(肉桂酸乙烯酯)，聚(乙烯乙酸乙烯酯)和聚(硬脂酸乙烯酯)以及它们的共聚物或三元共聚物(包含由丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯制成的聚合物)。
市售粘合剂 III(Franklin International，Columbus，Ohio，美国)和来自Sika、Selleys和Bostik的类似粘合剂是合适的热塑性粘合剂。
如上所讨论的，热塑性树脂在加工期间(包含压固阶段以及压固后期)是交联的。具体地，使用合适的反应性交联剂将热塑性树脂材料(如PVA)交联。本发明人发现，相对于使用与交联剂组合的热塑性粘合剂所形成的人造木产品，使用未交联热塑性粘合剂所形成的人造木产品表现出较差的物理性能。例如，由低于临界厚度的木片、使用PVA粘合剂且不含交联剂所形成的人造木产品在3小时蒸煮测试中不合格，而使用PVA和交联剂所形成的那些人造木产品在相同测试中表现的很好。具有未充分固化或交联的交联剂的PVA粘合剂在3小时蒸煮测试中也不合格。因此，高于临界水平的热塑性塑料的交联对人造木产品赋予所需的物理性能。
在某些实施方案中，交联剂是选自由N-羟甲基丙烯酰胺、碳酸铝锆、氯化铝、硼砂、氯化镁、对甲苯磺酸、乙醛、甲醛、脲醛、三聚氰胺甲醛、三羟甲基三聚氰胺、铜铵络合物、铬络合物、有机钛酸酯、重铬酸盐、聚醛、丁醛、氯甲酸酯、脲、异氰酸酯和碳酸锆铵组成的组的催化剂或反应剂。热塑性粘合剂也可以通过乙氧基化、丙氧基化、氰乙基化、暴露于γ射线或电子束交联而交联。如果需要，可以制造热塑性树脂以与特定的交联剂反应。如本文所用的，术语“交联”广泛地用于包含共价交联键以及离子交联键(即络合)。
在某些具体实施方案中，交联剂是氯化铝。在其他具体实施方案中，交联剂是对甲苯磺酸。
可以使用的其他交联剂是二醛。二醛可具有通式OHC-R-CHO，其中R为键或二价有机基团(如脂肪族基团、脂环族基团、芳族基团或杂环基团)。在某些实施方案中，R是具有1至12个碳原子的二价脂肪族烃基。乙二醛(R＝键)，丙二醛(R＝CH2)，琥珀醛(R＝CH2CH2)和戊二醛(即R＝CH2CH2CH2)是合适的二醛。在某些实施方案中，交联剂是乙二醛。在其他某些实施方案中，交联剂是戊二醛。
交联剂可以以0.1至20重量％的量使用。
如前文所讨论的，热塑性粘合剂以超过临界交联量交联。当产品在高温下保持其压固形状时，实现“临界交联量”。换句话说，并且不受理论的限制，人造木产品中的木片易于膨胀到它们的初始形状，但交联对粘合剂提供足够的机械增强，使其能够承受由木片产生的内部应力。
热塑性粘合剂可以在人造木产品的形成期间在任何合适的阶段下交联(或“固化”)。合适地，当在人造木产品的形成期间，在压缩步骤中压缩木片时，发生至少一些交联。如后面更详细地描述的，涂覆有粘合剂的木片典型地在模具中在至少部分地固化热塑性粘合剂的条件下压缩并形成部分固化的人造木产品，然后可以进一步固化以提供人造木产品。虽然可以在制造方法的任何阶段加入交联剂，但是在将木材木片与热塑性粘合剂和交联剂装配在模具中之前将其接触会是有益的，以确保交联的量相对均匀地分布在最终产品中。
可以预先选择粘合剂的物理性能以具有低于室温的Tg，使其在产品的正常使用温度下为“橡胶状”。
交联热塑性粘合剂中可以包含添加剂以赋予人造木产品有利的性能。合适的添加剂包含但不限于膨胀控制剂、杀菌剂、杀虫剂、着色剂、UV稳定剂、填料、增量剂、耐火剂、阻燃剂、纤维等。添加剂可以在施加到木片之前加入热塑性粘合剂中。这导致了将添加剂引入人造木产品的简单制造方法。添加剂可以任选地设计成在加工期间从粘合剂迁移到木片中。
添加剂也可以在用粘合剂涂覆之前直接加入到木片中，以允许它们渗入木片中，从而在整个单板以及最终整个产品中提供保护。这可具有能够使用比现在木产品中可能的试剂相比更低水平的一些试剂的益处。
添加剂也可以在木片被涂覆有粘合剂之后施加，由此将添加剂包含在粘合剂中，但是在涂覆木片之前不影响粘合剂的稳定性、贮存期或性能(如粘度)。
合适的添加剂包含木质素和单宁酸。实际上，发明人已经发现，与二醛交联剂一起添加作为添加剂的木质素和/或单宁酸导致人造木产品的膨胀降低(相对于没有添加木质素和/或单宁酸的产品)，并且更耐户外风化。
合适的杀菌剂包含将杀死、破坏、抑制或灭活真菌以防止生长的任何化学物质。杀菌剂可以是合成的或生物合成的，并且可以包含有机和无机化合物。杀菌剂可以是固体(例如粉末)、液体或其组合。参见例如Concise Chemical and Technical Dictionary，FourthEnlarged edition，Bennett，Chemical Publishing Company，NY，N.Y.(1986)；和McGraw-Hill Concise Encyclopedia of Science&Technology，第四版，Parker，McGraw-Hill，NY，N.Y.，(1998)。合适的杀菌剂的示例包含甲酸、乙酸、丙酸、壬酸、癸酸、乙酸铜铵(CAA)、环烷酸铜及其组合。
杀虫剂可以是任何化学品，但优选是已经由相关的控制政府机构批准的化学品。合适的杀虫剂的示例包含含铜农药，如碳酸铜铵。在某些实施方案中，杀虫剂可用于白蚁的缓解、控制或消除。
合适的UV稳定剂包含二苯甲酮、三唑、水杨酸盐、甲酰胺和苯甲酸盐，它们是已知的紫外线稳定剂。以下材料是适用的：Sanduvor VSU：2-乙基-2-乙氧基苯胺(Sandoz公司的商标)，Tinuvin 144和770：受阻胺光稳定剂(Ciba Geigy的商标为HALS)，Irgastab 2002：磷酸镍(Ciba-Geigy的商标)，2,2'-二羟基二苯甲酮，2,2,4,4'-四羟基二苯甲酮，2,2'-二羟基-4,4'-二甲氧基二苯甲酮，2,2'-二羟基-4,4'-二乙氧基二苯甲酮，2,2'-二羟基-4,4'-二丙氧基二苯甲酮，2,2'-二羟基-4,4'-二丁氧基二苯甲酮，2,2'-二羟基-4-甲氧基-4'-乙氧基二苯甲酮，2,2'-二羟基-4-甲氧基-4'-丙氧基二苯甲酮，2-羟基-4,4',5'-三甲氧基二苯甲酮，2-羟基-4-乙氧基-4'-甲基二苯甲酮，2-羟基-4-乙氧基-4'-乙基二苯甲酮，2-羟基-4-乙氧基-4'-丙基二苯甲酮，2-羟基-4-乙氧基-4'-甲氧基二苯甲酮，2-羟基-4,4-二乙氧基二苯甲酮，2-羟基-4-乙氧基-4'-丙氧基二苯甲酮，2-羟基-4-乙氧基-4'-丁氧基二苯甲酮，2-羟基-4-乙氧基-4'-氯二苯甲酮，2-羟基-4-乙氧基-4-溴二苯甲酮，2-(2'-羟基-5'-甲基苯基)苯并三唑，2-(2'-羟基-5'-叔丁基苯基)苯并三唑，2-(2'-羟基-3'-甲基-5'-叔丁基苯基)苯并三唑，2-(2'-羟基-5'-环己基苯基)苯并三唑，2-(2'-羟基-3',5'-二甲基苯基)苯并三唑，2-(2'-羟基-5'-叔丁基苯基)-5-氯苯并三唑和2-(2'-羟基-3'-二叔丁基苯基)苯并三唑，2,2'-二羟基-4-甲氧基-4'-丁氧基二苯甲酮，2,2'-二羟基-4-乙氧基-4'-丙氧基二苯甲酮，2,3'-二羟基-4,4'-二甲氧基二苯甲酮，2,3'-二羟基-4-甲氧基-4'-丁氧基二苯甲酮，2,3'-二羟基-4,4,5'-三甲氧基二苯甲酮，2-羟基-4,4,5'-三甲氧基二苯甲酮，2-羟基-4,4,6'-三丁氧基二苯甲酮，2-羟基-4-乙氧基-2,4'-二丁基二苯甲酮，2-羟基-4-丙氧基-4,6'-二氯二苯甲酮，2-羟基-4-丙氧基-4',6'-二溴二苯甲酮，2,4-二羟基二苯甲酮，2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮，2-羟基-4-乙氧基二苯甲酮，2-羟基-4-丙氧基二苯甲酮，2-羟基-4-丁氧基二苯甲酮，2-羟基-4-甲氧基-4'-甲基二苯甲酮，2-羟基-4-甲氧基-4'-丙基二苯甲酮，2-羟基-4-甲氧基-4'-丁基二苯甲酮，2-羟基-4-甲氧基-4'-叔丁基二苯甲酮，2-羟基-4-甲氧基-4'-氯二苯甲酮，2-羟基-4-甲氧基-2'-氯二苯甲酮，2-羟基-4-甲氧基-4'-溴二苯甲酮，2-羟基-4,4'-二甲氧基二苯甲酮，2-羟基-4,4'-二甲氧基-3-甲基二苯甲酮，2-羟基-4,4'-二甲氧基-3-甲基二苯甲酮，2-羟基-4,4'-2'-乙基二苯甲酮和2-羟基-苯乙酮。
纳米颗粒(如ZnO)也可用作粘合剂中的UV吸收剂和保护剂。不受理论束缚，这些纳米颗粒提供了能够吸收可能破坏紫外光但对光谱的可见光区域保持透明的优点，从而不影响人造木产品的颜色或外观。其他纳米颗粒包含但不限于TiO2。
合适的填料包含添加到粘合剂中以改善其工作性能、强度或其他品质的物质。例如，填料可以是纤维，以提高粘合剂的压缩强度和/或粘合强度，并因此改善最终的人造木产品的压缩强度和/或粘合强度。纤维可以是玻璃纤维、碳纤维、纤维素纤维、纤维素纳米管、碳微纤维、碳纳米纤维、碳微管、碳纳米管等。
可以将膨胀型陶瓷颗粒添加到粘合剂中，以对人造木产品赋予阻燃性能。水合金属硅酸盐、硼砂、硼酸钙、硼酸镁和硼酸锌是出于该目的的合适材料。
加热释放水的金属水合物、卤化阻燃剂、成炭添加剂和低熔点玻璃可以被添加到粘合剂以便对人造木产品赋予耐火性能。
然后将涂覆有粘合剂的木片返回到大约其平衡含水量。如果需要，则可以使用任何合适的方法(包含空气干燥或通过加热)来干燥涂覆有粘合剂的木片。加热可以通过热空气方法、微波方法、射频方法或红外线方法来提供，这些方法影响加热所需的时间，然后将水分或溶剂去除到所需的水平。
涂覆有粘合剂的木片可以在将它们以所需构造装配之前被加热，或者可选地，在压缩步骤期间不需要加热来引发热塑性粘合剂的交联。在某些实施方案中，涂覆有粘合剂的木片在被布置在模具中之前被加热到成型所需的温度，从而消除了在成型期间需要加热并且通过制造的整料限制了导热性。有利地，除了加速固化工艺之外，在成型期间消除对额外加热的需要加速了该工艺，因为热量有助于模具中的木片的一致，并且这具有减少压力机中的处理时间的额外优点，因为木材的低导热率不限制整个块的加热。涂覆有粘合剂的木片被加热的温度理想地足够低以防止或最小化在压缩之前粘合剂的交联。在某些实施方案中，涂覆有粘合剂的木片被加热至约50℃至约200℃，例如约50℃至约100℃的温度。在某些具体实施方案中，涂覆有粘合剂的木片被加热到约75℃的温度。该步骤导致至少部分干燥的粘合剂并加热单独的涂覆有粘合剂的木片。通过在将涂覆有粘合剂的木片装配到模具中之前加热涂覆有粘合剂的木片，压缩步骤中所需的热量不是单独通过模具提供的。以这种方式，模具中装配的木片的厚度不像在压缩阶段期间由外部热源提供唯一的热源时那样重要。这意味着压缩阶段可以更快速地进行，并且需要更少的时间来加热模具中的最内部的木片至所需的温度。
可将涂覆有粘合剂的木片加热约1分钟至约40分钟的时段，例如5分钟、6分钟、7分钟、8分钟、9分钟、10分钟、11分钟、12分钟、13分钟、14分钟、15分钟、16分钟、17分钟、18分钟、19分钟、20分钟、21分钟、22分钟、23分钟、24分钟、25分钟、26分钟、27分钟、28分钟、29分钟、30分钟、31分钟、32分钟、33分钟、34分钟、35分钟、36分钟、37分钟、38分钟、39分钟或40分钟。在某些实施方案中，涂覆有粘合剂的木片可以被加热约10分钟至约12分钟的时段。
然后在压缩之前装配覆盖有粘合剂的木片。覆盖有粘合剂的木片可以在模具中装配到压力机的台板上或塑料剥离板上。在某些实施方案中，木片被装配在模具中。木片通常在模具内对齐。模具可以是任何合适的形状，例如正方形或矩形，平坦或稍微弯曲以提供预成形的整料。本文描述的方法的益处是模具可以被成形(例如弯曲)以提供成形的人造木产品。例如，薄的人造木产品可用于家具或机动车辆上的装饰用途，并且模具可以适当地成形并且可以包含可以转移到人造木产品的表面特征(例如凹痕，棘爪等)。
装配的木片的高度可以小于、大于或基本上与模具的高度相同。通常，压制步骤将装配的木片压实和压缩在一起，使得所得到的材料将比未压制的装配的木片具有更小的横截面。
木片通常在模具内对齐。在某些实施方案中，木片沿纤维方向的长度与模具的长度基本相同。木片相对于模具底部的定向可用于在最终人造木产品中产生不同的视觉效果，如图1所示。例如，被定位成平行于模具底部的木片将产生具有最上面木片外观的人造木产品。通常垂直于模具底部定位的木片会产生具有条纹外观的人造木产品。相对于模具底部成角度定位的木片将产生具有更多木纹外观的人造木产品。也可以使用不同木材种类或不同颜色的木片以在人造木产品中提供所需的效果。有利地，在本文的方法中可以容许宽范围的不同定向的木片，而实质上不影响人造木产品的物理性能。
一旦覆盖有粘合剂的木片被装配，施加压力以压缩组装的木片以压固它们。可以使用合适的压力机来施加压缩。可以使用任何合适的压力装置和/或器件来向装配的覆盖有粘合剂的木片施加压力。压力迫使捕获的空气从装配的覆盖有粘合剂的木片中离开，在木材表面之间产生分子接触，并迫使粘合剂渗透到木结构中用以更有效的机械粘合。换句话说，粘合剂在压缩步骤中与其本身和木片发生反应。此外，木片在压缩步骤中进行机械变形，结果，相邻的木片相互形状一致，并且至少在一定程度上彼此互锁，由此增加产品的硬度和耐久性。装配的覆盖有粘合剂的木片可以承受约0-100MPa的压力。在某些实施方案中，装配的覆盖有粘合剂的木片受到约4至20MPa，例如约6-10MPa的压力。
如前文所讨论的，涂覆有粘合剂的木片可以在装配之前加热，并且由于在装配之前加热它们而具有某些加工优点。然而，也可以构思，可选地或另外地，在压缩步骤期间，木片可被加热。例如，可以使用加热的模具。
热塑性粘合剂被交联以形成至少部分固化的人造木产品。交联可以通过在压缩步骤期间加热来引发，或者可以在压缩步骤期间在室温下引发，这取决于所使用的热塑性树脂和交联剂。在此阶段，装配好的覆盖有粘合剂的木片可以保持在约70℃至约150℃的温度下。这种导热传递有利于粘合剂的有效固化。压缩步骤会花费约5分钟至约90分钟。在某些实施方案中，压缩步骤进行约20分钟。
交联和压缩步骤可以提供完全固化或部分固化的人造木产品。术语“至少部分固化的人造木产品”在其范围内包含部分固化的产品和完全固化的产品。
如果在压缩步骤之前或期间加热涂覆有粘合剂的木片，则至少部分固化的人造木产品可以在释放之前冷却，或者在其仍然是温热的时候释放。在后一种情况下，加工优点可以通过在部分固化的人造木产品仍然温热的情况下将其移除而得到。具体地，对于使用酚醛树脂制成的产品，产品必须在从模具中释放之前进行冷却，因为树脂是由单体/预聚物形成的，这意味着固化时间较长，并且如果它们从模具热释放，则产品容易分裂。如果部分固化的人造木产品在仍然温热时可以从模具中移除，则需要更少的能量和时间。
在某些实施方案中，部分固化的人造木产品可以经受另外的固化步骤以提供人造木产品。另外的固化可以根据需要在高达140℃的温度下进行长达4小时。
在加工之后，人造木产品是整料的，且在产品内基本没有空隙或间隙。根据加工条件和木材种类，密度可以是0.6到1.2，并且相应的硬度是0.4至3.0(使用具有5mm球的修正的Janka硬度测试；参见图8)。块或从块切割的一部分(其中在单板内的木纤维具有与测试样品相同的长度)的弹性模量(MOE)和断裂模量(MOR)类似于相同木种类的常规片(见表1)。重要地，人造木产品具有与用于制造它们的木材相似的机械性能和视觉吸引力，并且与现有技术人造木产品非常不同。
表1-弹性模量(MOE)和断裂模量(MOR)
样品 密度(g/cm3) 硬度(Janka,5mm) MOE(MPa) MOR(MPa)
刨花板(粒片板) 0.54 0.67 2,500 18
中密度纤维板(MDF) 0.71 0.94 2,400 27
胶合板 0.65 0.77 6350 66
悉尼蓝桉木(季节性木材) 0.85-1.15 1.7-2.0 18,000 140
悉尼蓝桉木块 0.85-1.1 1.5-1.9 14,500 158
黑基木(季节性木材) 0.9-1.2 1.7-2.0 19,000 144
黑基木块 0.85-1.2 1.6–2.0 14,000 196
松木(季节性木材) 0.5-0.75 0.6-0.8 13,000 90
松木块 0.75-1.2 0.7-2.2 8,500 90
红柳桉季节性木材 0.985 1.99
在某些实施方案中，人造木产品包含小于约15％(重量/重量)的粘合剂，如小于约10％(重量/重量)或小于约6％(重量/重量)的粘合剂。
本文还提供了通过如本文的方法所形成的人造木产品。
实施例
测试-所制造的木块在沸水中的膨胀
蒸煮测试是用来筛选粘合剂耐久性的苛刻测试。蒸煮试验在100-105℃(轻微蒸煮)的自来水中进行3小时。然后，在进行测量之前将块在室温下干燥2-3天。
通过对块的x、z和y维度(图2)进行初始测量和最终测量并使用以下等式来计算膨胀百分数来分析结果：
由此计算出每个方向的膨胀百分比，但是由于单板的方向，y和z维度的膨胀是仅有的显示出显著变化的结果。
测试-修正的Janka硬度测试
使用具有5mm球的Janka硬度测试方法(基于ASTMD1037)测量硬度，从块的最大面取5个测量值的平均值。显然，硬度与块的密度有关。
测试-动态机械分析(DMA)
使用TA Instruments Q800 DM以拉伸模式在3℃/分钟的加热速率下在干燥的粘合剂的薄膜上测试粘合剂的热机械性能。
测试-弹性模量(MOE)和断裂模量(MOR)
根据ASTM D1037-06a，使用Instron拉伸试验机以三点弯曲模式测试MOE和MOR，跨度典型地为90mm。
除非另有说明，所有样品测试的结果都示出在表2中。
实施例1-用悉尼蓝桉木和交联粘合剂进行人造木产品的制备
具有基本上平衡含水量的厚度在2mm和3mm之间的悉尼蓝桉木单板的片被切割成适合模具的单独片，并且具有通过刷涂施加的热塑性粘合剂乳液(Franklin Titebond 3以及添加的10-15％(重量/重量)的水，以下简称“TB3”)。此时也可以通过滚涂、喷涂或浸涂来施加粘合剂。然后干燥片，直到粘合剂变得基本上透明，然后装入金属模具并压缩。粘合剂在80-100℃下在8-12T载荷下固化大约30分钟。在成型时间之后，将模具和制造的木块从压力下移除并使其冷却至环境温度。从模具中移除时，块没有改变形状或变形。
将块切成用于测试的片，其中一片在水中蒸煮3小时。使用5mm钢压痕球，使用修正的Janka硬度测试对另一片测试硬度。测试结果如表2所示。
实施例2-用非交联粘合剂进行人造木产品的尝试性制备
使用实施例1中的方法制备人造木产品的块，但使用Selleys Aquadhere作为粘合剂，该粘合剂是非交联的PVA粘合剂。
该实施例示出使用未交联的粘合剂不能充分地粘合单板片，并且在测试时导致块失效(图3)。
实施例3至5-用低水平的交联粘合剂进行人造木产品的尝试性制备
使用实施例1中的方法制备人造木制品的块，但使用Selleys Aquadhere+作为粘合剂(实施例3)，Bostik AVXL+作为粘合剂(实施例4)和Henkel F8作为粘合剂(实施例5)，这些都是低水平的交联PVA粘合剂。
这些实施例表明低水平交联的粘合剂不产生期望的结果。
实施例6至8-用其他交联粘合剂进行人造木产品的制备
使用实施例1中的方法制备人造木产品的块，但使用Henkel DLAU7(是交联PVA粘合剂)作为粘合剂(实施例6)，Henkel KL325(是交联PVA粘合剂)作为粘合剂(实施例7)以及Henkel UK5400(交联聚氨酯乳液粘合剂)(实施例8)。
这些实施例表明，示出足够水平的粘合和交联的粘合剂确实产生了通过蒸煮测试的人造木产品的块。
实施例9-用另外的交联添加剂(乙二醛)进行人造木产品的制备
使用实施例1中的方法制造人造木产品的块，但向TB3粘合剂中加入2.5％乙二醛作为另外的交联剂。压制时间延长到40分钟，以确保完成任何反应的发生。
该实施例表明，将交联添加剂用于商业粘合剂产生了令人满意的人造木产品的块，并且膨胀性能(蒸煮测试后)得到改善(图4-6)。
实施例10-用另外的交联添加剂(戊二醛)进行人造木产品的制备
使用实施例1中的方法制造人造木产品的块，但是向TB3粘合剂中添加2.5％的戊二醛作为另外的交联剂。压制时间延长到40分钟，以确保完成任何反应的发生。
该实施例表明，将交联添加剂用于商业粘合剂产生了令人满意的人造木产品的块，并且膨胀性能(蒸煮测试后)得到改善(图6)。
实施例11-使用替选木材种类(松木)进行人造木产品的制备
使用实施例1中的方法制造人造木产品的块，但使用Radiata松木单板。
该实施例表明，可以使用替选木材种类(在这种情况下是软木)来制备令人满意的人造木产品。
实施例12-使用具有非交联粘合剂的替选木材种类(松木)进行人造木产品的制备
使用实施例2中的方法制造人造木产品的块，但使用Radiata松木单板。
该实施例表明，使用未交联的粘合剂不能充分地粘合单板片，并且在测试时引起块的失效。
实施例13-使用具有交联粘合剂的替选木材种类(松木)进行人造木产品的制备
使用实施例7中的方法制造人造木产品的块，但使用Radiata松木单板。
该实施例示出，当使用基于交联PVA的粘合剂时，可以使用替选木材种类(在这种情况下是软木)来制造令人满意的人造木产品的块。
实施例14-使用具有交联添加剂的替选木材种类(蓝桉木)进行人造木产品的制备
使用实施例11中的方法制备人造木产品的块，但使用粘合剂Henkel KL442。块中的片没有粘附，块在从模具中移除时分裂。
该实施例表明，并非所有的粘合剂都可以用来形成保持其压固形状的整料。
实施例15-使用具有交联添加剂的替选木材种类(松木)进行人造木产品的制备
使用实施例11中的方法制造人造木产品的块，但是向粘合剂中加入5重量％的乙二醛以及具有20分钟的压制时间。
该实施例表明，将交联添加剂(乙二醛)用于市售的1包粘合剂产生了令人满意的人造木产品的块，并且膨胀性能(蒸煮测试后)得到改善。
实施例16-使用具有交联添加剂的替选木材种类(松木)和更长的加压时间进行人造木产品的制备
使用实施例15中的方法制造人造木产品的块，但在压力机中使用更长的(40分钟)固化时间。
该实施例表明，将交联添加剂(乙二醛)用于市售的1包粘合剂产生了令人满意的人造木产品的块，并且膨胀性能(蒸煮测试后)得到改善。
实施例17-使用具有交联添加剂的替选木材种类(松木)、更长的加压时间和后热处理进行人造木产品的制备
使用实施例16中的方法制造人造木产品的块，但在烘箱中在120℃下后加热2小时。
该实施例表明，使用该方法制备的人造木产品块在高温下是稳定的。
实施例18-使用替选木材种类(竹木)进行人造木产品的制备
使用实施例1中的方法制造人造木产品的块，但是使用竹丝而不是木单板。
实施例19-23-使用替选木种类进行人造木产品的制备
使用实施例5中的方法制造人造木产品的块，但是使用黑基木的木丝(实施例19)，红枫木(实施例20)，塔斯马尼亚橡木(实施例21)，巨桉木(实施例22)和山杨(例23)木单板。
实施例18至23表明，该方法可以利用各种木材种类来制造人造木产品的块，其在成型之后和3小时的水蒸煮测试之后保持其形状。这些块具有类似于典型硬木的机械性能。
实施例24-具有太厚的单板的人造木产品的尝试性制备
使用实施例1中的方法制造人造木产品的块，但是从板材上切下约10mm厚度的黑基木的厚片。得到的人造木产品的块质量差，间隙多，因此不形成整料结构。
实施例25-在压制阶段期间没有进行加热的人造木产品的制备
使用实施例1中的方法制造人造木产品的块，但压力机未加热。
这表明，通过在环境温度下固化含有室温固化粘合剂的木块可以制造人造木产品的块。
实施例26和27-用从压力机冷释放进行人造木产品的制备
根据实施例1中的方法，使用蓝桉木单板(实施例26)或巨桉木(实施例27)制造人造木产品的块。在这些实施例中，通过使用在热压力机中的水冷却系统将块在模具中冷却到<40℃。
这些实施例表明，通过改变工艺条件可以实现更高的密度和硬度。另外，对于松木单板制成的块，通过改变工艺条件可以实现的密度和硬度性能的范围的说明在图8中示出。
实施例28-具有高含水量的单板的人造木产品的尝试性制备
根据实施例11中的方法制造块，但是在成型之前不干燥来自单板片的多余水分。在从模具中移除时，块仍然是潮湿且柔软的，并且单板的片彼此不粘结。
该实施例示出非常高的含水量是不期望的。
实施例29-在热释放后用后热处理进行人造木产品的制备
使用实施例1中的方法制造块，但使用巨桉木，然后在140℃的烘箱中后加热2小时。该块保留其整料形状。
实施例30-35-使用单板的不同定向进行人造木产品的制备
如图7所示，在模具中可以以不同方式定向单板。使用实施例1中的方法，在模具中使用各种定向的单板制造块。实施例1如图7C进行定向，实施例30和31如图7A进行定向，实施例32和34如图7E进行定向，实施例33如图7D进行定向，实施例35如图7F进行定向。
这些实施例表明，虽然在平坦的上表面或沿着块的长度的切割表面上的视觉外观是强烈受影响的，但是机械性能(密度和硬度)基本上不受单板的定向的影响(表3)。
表2-根据实施例(Ex#表示实施例编号)制备的人造木产品的块的物理性能和机械性能
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注意：“保持形状”是指在从模具移除之后保持整料压缩形状；“蒸煮试验”是指在3小时水蒸煮期间基本保持形状，不会明显分解或开裂；MOE是弹性模量，MOR是断裂模量。
表3-模具中木单板的定向变化对硬度和密度的影响(Ex#是指实施例编号)
在整个说明书和随后的权利要求书中，除非上下文另有要求，否则词语“包含”和“包括”以及诸如“包含”和“包括”的变化将被理解为包含整数或整数组，但不排除任何其他整数或整数组。
本说明书中对任何现有技术的引用不是，也不应被视为承认这种现有技术形成公共常识的一部分的任何形式的暗示。
本领域技术人员将会理解，本发明的使用不限于所描述的特定应用。本发明在其优选实施例中也不限于在此描述或叙述的特定元件和/或特征。可以理解的是，本发明并不限于所公开的实施方案，而是在不脱离由所附权利要求所阐述和限定的本发明的范围的情况下，能够进行许多重新布置、修改和替换。

Claims (61)

1.一种压固的整料形式的人造木产品，包含通过在加工期间已经交联的交联热塑性粘合剂粘合在一起的多个天然木片，其中所述人造木产品在高温下保持其压固形状，且其中所述交联热塑性粘合剂具有等于或低于所述人造木产品的正常使用温度的玻璃化转变温度。
2.根据权利要求1所述的人造木产品，其中所述人造木产品中的所述交联热塑性粘合剂具有小于约70摄氏度的玻璃化转变温度。
3.根据权利要求1所述的人造木产品，其中所述人造木产品中的所述交联热塑性粘合剂具有小于约50摄氏度的玻璃化转变温度。
4.根据权利要求1所述的人造木产品，其中所述人造木产品中的所述交联热塑性粘合剂具有小于约30摄氏度的玻璃化转变温度。
5.根据权利要求1所述的人造木产品，其中所述人造木产品中的所述交联热塑性粘合剂具有小于约20摄氏度的玻璃化转变温度。
6.根据权利要求1所述的人造木产品，其中所述交联热塑性粘合剂具有低于室温的玻璃化转变温度。
7.根据权利要求1所述的人造木产品，其中所述人造木产品中的所述交联热塑性粘合剂具有约-30摄氏度至约25摄氏度的玻璃化转变温度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的人造木产品，其中所述多个天然木片在加工期间进行机械变形，使得相邻的木片彼此形状一致。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的人造木产品，其中所述人造木产品包含小于15％(重量/重量)的粘合剂。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的人造木产品，其中所述人造木产品包含小于10％(重量/重量)的粘合剂。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的人造木产品，其中所述人造木产品包含小于6％(重量/重量)的粘合剂。
12.一种压固的整料形式的人造木产品，包含通过在加工期间已经交联的交联热塑性粘合剂粘合在一起的多个天然木片，其中压缩后的每个装配木片的单板外形不同于压缩前的每个装配木片的单板外形。
13.根据权利要求12所述的人造木产品，其中所述交联热塑性粘合剂具有等于或低于所述人造木产品的正常使用温度的玻璃化转变温度。
14.根据权利要求12所述的人造木产品，其中所述人造木产品中的所述交联热塑性粘合剂具有小于约70摄氏度的玻璃化转变温度。
15.根据权利要求12所述的人造木产品，其中所述人造木产品中的所述交联热塑性粘合剂具有小于约50摄氏度的玻璃化转变温度。
16.根据权利要求12所述的人造木产品，其中所述人造木产品中的所述交联热塑性粘合剂具有小于约30摄氏度的玻璃化转变温度。
17.根据权利要求12所述的人造木产品，其中所述人造木产品中的所述交联热塑性粘合剂具有小于约20摄氏度的玻璃化转变温度。
18.根据权利要求12所述的人造木产品，其中所述交联热塑性粘合剂具有低于室温的玻璃化转变温度。
19.根据权利要求12所述的人造木产品，其中所述人造木产品中的所述交联热塑性粘合剂具有约-30摄氏度至约25摄氏度的玻璃化转变温度。
20.根据权利要求12至19中任一项所述的人造木产品，其中所述多个天然木片在加工期间进行机械变形，使得相邻的木片彼此形状一致。
21.根据权利要求12至20中任一项所述的人造木产品，其中所述人造木产品包含小于15％(重量/重量)的粘合剂。
22.根据权利要求12至20中任一项所述的人造木产品，其中所述人造木产品包含小于10％(重量/重量)的粘合剂。
23.根据权利要求12至20中任一项所述的人造木产品，其中所述人造木产品包含小于6％(重量/重量)的粘合剂。
24.一种制备人造木产品的方法，包含：
-提供具有基本平衡的含水量的多个天然木片；
-将包含热塑性树脂和交联剂的热塑性粘合剂施加到所述木片上以形成涂覆有粘合剂的木片；
-任选地，加热所述涂覆有粘合剂的木片以形成加热的涂覆有粘合剂的木片；
-将所述涂覆有粘合剂的木片以所需的构造装配以形成装配的涂覆有粘合剂的木片；
-在压力下在压力机中压缩所述装配的涂覆有粘合剂的木片，并且持续足以压紧和压缩装配的木片的时间以迫使捕获的空气离开并使所述装配的涂覆有粘合剂的木片机械变形，使得相邻的木片彼此形状一致；
-在压缩步骤期间使所述热塑性粘合剂交联至至少临界交联量以形成至少部分固化的人造木产品，其中所述临界交联量足以使得至少部分固化的人造木产品基本保持其压缩形式，并且防止木片在压缩步骤中在释放压力下膨胀并返回到其初始状态；
-从所述压力机中移除所述至少部分固化的人造木产品；和
-任选地，进一步固化所述部分固化的人造木产品以提供具有基本平衡的含水量的人造木产品。
25.根据权利要求24所述的方法，其中将所述涂覆有粘合剂的木片加热以干燥所述粘合剂并在所述涂覆有粘合剂的木片中保持基本平衡的含水量。
26.根据权利要求24至25中任一项所述的方法，其中所述涂覆有粘合剂的木片在将它们以期望的构造装配并压缩之前进行预热。
27.根据权利要求25至26中任一项所述的方法，其中将所述涂覆有粘合剂的木片加热至约50℃至约200℃的温度。
28.根据权利要求25至27中任一项所述的方法，其中将所述涂覆有粘合剂的木片加热约1分钟至约40分钟的时段。
29.根据权利要求24至28中任一项所述的方法，其中所述人造木产品中的所述交联热塑性粘合剂具有等于或低于所述人造木产品的正常使用温度的玻璃化转变温度。
30.根据权利要求24至28中任一项所述的方法，其中所述人造木产品中的所述交联热塑性粘合剂具有小于约70摄氏度的玻璃化转变温度。
31.根据权利要求24至28中任一项所述的方法，其中所述人造木产品中的所述交联热塑性粘合剂具有小于约50摄氏度的玻璃化转变温度。
32.根据权利要求24至28中任一项所述的方法，其中所述人造木产品中的所述交联热塑性粘合剂具有小于约30摄氏度的玻璃化转变温度。
33.根据权利要求24至28中任一项所述的方法，其中所述人造木产品中的所述交联热塑性粘合剂具有小于约20摄氏度的玻璃化转变温度。
34.根据权利要求24至28中任一项所述的方法，其中所述交联热塑性粘合剂具有低于室温的玻璃化转变温度。
35.根据权利要求24至28中任一项所述的方法，其中所述人造木产品中的所述交联热塑性粘合剂具有约-30摄氏度至约25摄氏度的玻璃化转变温度。
36.根据权利要求24至35中任一项所述的方法，其中所述多个天然木片在所述压缩步骤期间进行机械变形，使得相邻的木片彼此形状一致。
37.根据权利要求24至36中任一项所述的方法，其中压缩后的每个装配木片的单板外形不同于压缩前的每个装配木片的单板外形。
38.根据权利要求24至39中任一项所述的方法，其中所述热塑性树脂是聚乙烯酯。
39.根据权利要求38所述的方法，其中所述热塑性树脂是聚乙酸乙烯酯或其水解形式。
40.根据权利要求24至39中任一项所述的方法，其中包含所述热塑性树脂和所述交联剂的所述热塑性粘合剂是水基乳液。
41.根据权利要求24至40中任一项所述的方法，其中所述交联剂是选自由N-羟甲基丙烯酰胺、硼砂、碳酸铝锆、氯化铝、氯化镁、对甲苯磺酸、乙醛、甲醛、脲醛、三聚氰胺甲醛、三羟甲基三聚氰胺、铜铵络合物、铬络合物、有机钛酸酯、重铬酸盐、聚醛、丁醛、氯甲酸酯、脲、异氰酸酯和碳酸锆铵组成的组的催化剂或反应剂。
42.根据权利要求41所述的方法，其中所述交联剂是氯化铝。
43.根据权利要求41所述的方法，其中所述交联剂是对甲苯磺酸。
44.根据权利要求24至43中任一项所述的方法，其中所述涂覆有粘合剂的木片以所需的构造装配在模具中。
45.根据权利要求24至44中任一项所述的方法，其中在约4至20MPa的压力下压缩所述装配的木片。
46.根据权利要求24至45中任一项所述的方法，其中在所述压缩步骤期间通过加热来引发所述交联。
47.根据权利要求46所述的方法，其中，在所述压缩步骤期间，在约70℃至约150℃的温度下保持所述装配的木片。
48.根据权利要求24至47中任一项所述的方法，其中所述压缩步骤花费约5分钟至约90分钟。
49.根据权利要求24至48中任一项所述的方法，其中，至少部分固化的人造木产品在仍然温热时从所述模具中释放。
50.根据权利要求24至49中任一项所述的方法，其中所述部分固化的人造木产品经受另外的固化步骤以提供所述人造木产品。
51.根据权利要求24至50中任一项所述的方法，其中所述人造木产品包含小于15％(重量/重量)的粘合剂。
52.根据权利要求24至50中任一项所述的方法，其中所述人造木产品包含小于10％(重量/重量)的粘合剂。
53.根据权利要求24至50中任一项所述的方法，其中所述人造木产品包含小于6％(重量/重量)的粘合剂。
54.根据权利要求24至53中任一项所述的方法，其中所述天然木片具有约0.1mm至约10mm的最大厚度。
55.根据权利要求24至54中任一项所述的方法，其中用于所述天然木片的木材选自由桉木、松木、红枫木、昆士兰枫木、白蜡木、山杨木、胡桃木、橡木、红木、桦木、桃花心木、乌木、樱桃木、俄勒冈木、白杨木和草木组成的组，所述草木例如是竹木。
56.根据权利要求24至55中任一项所述的方法，其中所述木材是松木。
57.根据权利要求24至55中任一项所述的方法，其中所述木材是桉木。
58.根据权利要求24至57中任一项所述的方法，包含将所述涂覆有粘合剂的木片或干燥的涂覆有粘合剂的木片以一构造装配，使得所述木片在纤维方向上的长度与所述人造木产品长度相同以形成装配的木片。
59.根据权利要求24至58中任一项所述的方法，其中所述人造木产品适用于外表面用途，并且具有期望的适合于最终用途的物理性能和美学外观。
60.根据权利要求24至59中任一项所述的方法，其中所述粘合剂包含选自由膨胀控制剂、杀菌剂、杀虫剂、着色剂、UV稳定剂、填料、增量剂、耐火剂、阻燃剂和纤维组成的组中的一种或多种添加剂。
61.一种由根据权利要求24至60中任一项所述的方法所形成的人造木产品。
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