CN1649706A - 用木质纤维素制备尺寸稳定的复合制品的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用木质纤维素制备尺寸稳定的重组木制品的方法，其包括用高压蒸汽降解和水解木质纤维素中的半纤维素、纤维素和木质素组分，用这些分解物作为粘合和填充介质，使得被处理的木质纤维素材料在高压模压过程中转变成板材或模压制品，由此获得的复合制品具有良好的物理和力学性能，由此方法制得的高密度纤维板和刨花板的厚度膨胀率、线性膨胀率等这类尺寸稳定性指标可降至非常低的水平。由此工艺所引发的热固型胶结，不仅强度高而且稳定，能经受沸水和酸分解，无甲醛污染，因此本方法所得的板材或模压制品适合于室外使用。由于没有使用昂贵的合成树脂，没有甲醛释放问题，所述方法所制得的重组木制品也非常适合于室内使用，其生产成本明显低于传统方法的生产成本。
Description
发明领域
本发明涉及不添加合成树脂用木质纤维素制备高尺寸稳定性复合制品的方法，由此方法所制得的产品与传统方法和高合成树脂所制成的产品具有类似的性能。
背景技术
木质人造板(Wood Based Panels)技术在近80年内无明显改进(如制造硬质纤维板的MASONITE湿法生产方法)。各种人造板制造技术基本上是将木材转变为纤维或碎料或大片刨花后与合成树脂混合，通过热压制成产品。毫无疑问，这类人造板的物理性能及使用范围大部分取决于起粘结作用的合成树脂的用量和性质。最早使用的合成树脂应是脲醛树脂(Urea resin，UF)和酚醛树脂(Phenol resin，PF)，脲醛树脂黏结的木质复合制品一般用于室内，而相对贵一些的醛醛树脂多用于黏结供室外使用的木质复合制品。改进树脂的配方、改进原料的制备方法、加不同的添加剂以改进原料性质、改进原料的排列方向和改进热压方法等一直都在进行，然而采用石油化工制成的合成树脂作为胶粘剂一直是主要的粘结方法。
与传统人造板制造技术明显区别的是用于生产硬质纤维板的MASONITE方法，此方法与传统制造技术的不同之处在于木素(又称木质素)这一木材成分被用作为黏结剂，且无合成树脂。然而，由于MASONITE方法是一种湿法生产方法，需要用大量的水来洗去各种影响胶合的木材原料中的水溶物。所以这一方法导致了约30％的原料损失，并且这种方法只允许生产厚度小于6毫米且背面带有网纹的产品。基于这些原因，目前世界上只有少数几家湿法硬质纤维板厂仍在生产。
木质纤维复合制品的主要缺点是它们的尺寸稳定性差，或者称之为高厚度膨胀率和高线性膨胀率。
就本质上讲，木材是亲水物。即在潮湿的环境中，木材将吸湿和膨胀。反过来说，在干燥的环境中，木材将脱水和收缩。基于这一原因，木材周围环境湿度的变化导致木材尺寸的变化，而直接与水接触将引起更大的木材尺寸变化。由吸湿性所致的木材尺寸不稳定对木质材料的应用是不利的，尤其对碎料板、纤维板、定向刨花板和高压强化木地板这类靠压缩而胶合成的木质纤维复合制品的应用不利。这类制品的尺寸不稳定性，不仅降低了其胶合强度，而且还影响这类制品的外观，导致了翘曲、环状变形、桶状变形、表面凸起、皱缩和裂纹等缺陷。
用传统方法能有效地改进木质复合制品的尺寸稳定性将要求多施胶、增加热压时间、提高热压温度、掺油或是在热压之前进行纤维改性等这类昂贵的措施。一般而言，由传统方法制得的高尺寸稳定性复合制品鲜有商业价值，除了一些特别的应用外。热固性树脂浸渍纸高压装饰层积板(HPL)制品就是上述特殊产品之一，该产品与低密度产品的明显区别在于其外观。在高密度制品表面，看不到纤维或刨花，整个制品的外观类似塑料，且展现出比低密度制品小得多的厚度膨胀率。一般而言，木质纤维制品的高密度是靠大量使用合成树脂，比如用占30％～60％质量百分比的合成树脂和热压固化而成，这类产品不仅密度高，而且非常坚硬耐水。然而由于使用酚醛树脂浸渍的牛皮纸，该产品生产成本相当高，故应用有限。
一种制备7毫米厚的热固性树脂浸渍纸高压装饰层积板的方法包括组装44层合成树脂浸渍纸。在这44层纸中有一张三聚氰胺浸渍的耐磨层、一张三聚氰胺浸渍的装饰纸、41张酚醛树脂浸渍的牛皮纸和一张三聚氰胺或酚醛树脂浸渍的具有平衡作用的底板层，经过热压后的板材结构均匀，外观如同塑料。然而所得制品在变化的温湿度条件下有尺寸不稳定的缺点，特别是在层积板的宽度方向，这主要是由于牛皮纸中的纤维已被定向的缘故。
美国专利4503115公告了一种改进的制备高密度复合制品的方法，即将含有15～40％质量百分比的热固型合成树脂的木质纤维原料热压至900～1600公斤/米3的密度。因为木纤维比牛皮纸价格低，因此该方法降低了高密度复合制品的成本，同时由于没有使用纤维定向的牛皮纸，由该方法生产的制品线性膨胀率也降低了。但是由于使用了昂贵的合成树脂，该制品的生产成本高，限制了其使用。
强化木地板对产品的尺寸稳定性，特别是线性膨胀率要求特别高。强化木地板通常由两种方法制成，一种是最近推出的比较经济的直接层压方法(DPL)。它将耐磨层、三聚氰胺浸渍的装饰纸、纤维板或刨花板做成的芯板和三聚氰胺或者酚醛树脂浸渍的平衡底层一次热压成型。该地板材价格低廉很受市场欢迎。另一种方法是上面提及过的热固性树脂浸渍纸高压装饰层积板(HPL)，在此技术中耐磨纸、三聚氰胺浸渍的装饰纸和几层酚醛树脂的牛皮纸在组装后被用相对长的时间和相对高的温度压至约1400公斤/米3的密度。由此而制成的高压层积板的一面要砂光以便于与芯板的胶合。平衡底板也用类似方法制得，即将几张酚醛树脂浸渍的牛皮纸放入三聚氰胺或尿醛树脂浸渍的纸之间，平衡底层也要砂光一面以便于与芯板的胶合。按这种方法制得的强化木地板是由起装饰作用的高压层积板作面层板(一般0.6～0.8毫米厚)，高密度的纤维板或刨花板作芯板(密度在800～900公斤/米3)，平衡底层作背板(一般0.6～0.8毫米厚)。
一般认为，由高压装饰层积板(HPL)技术所制得的强化木地板的质量比直接层压方法(DPL)所得的强化木地板质量要高。然而，由于其成本高，高压装饰层积板(HPL)还不如直接层压板受欢迎。根据一欧洲消费者协会的报告，最好的高密度纤维板的厚度膨胀率是7％。
美国专利5017319，欧洲专利0492016和00161766，加拿大专利1338321，以及中国专利85105958.9和91100187.5公布了另一种用木质纤维素制备不添加合成树脂的复合制品和热固型胶黏剂，该工艺涉及用高压蒸汽降解和水解部分约占整个木质纤维素材料20～30％的半纤维素成为低分子量的水溶性物质，并利用这些水溶性物质在热压过程中原位与纤维素和木素胶合制得一种重组复合材料。由于半纤维素是木材中最亲水的成分，它对木材的尺寸变化影响最大，因此它的降解和转变导致重组复合制品的亲水性降低，尺寸稳定性提高。另外，上述几个专利也展示了多次热降解转变部分纤维素成为水溶性胶合物质用于制备重组复合制品的可行性。另外，由半纤维素降解而得的低分子量水溶性物质能渗透进纤维细胞壁组织并留驻在其空隙作为填充材料。在热压条件下。这些水溶性物质聚合热固化，变成非水溶性，这样就排除或减少了对水的吸收，此种填充效果也提高了重组木复合制品的尺寸稳定性，因此，由半纤维素降解而来的水溶性胶合物质，在热压复合制品中起到了胶合和填充两个作用，从而提高了产品的机械强度和尺寸稳定性。
在木质纤维材料中占质量20～25％的木素，虽然被高压蒸汽降解和水解，但仍是非水溶性的，且留在水解了的木质纤维材料中作为另一填充物。在木质纤维素中占质量40～50％的纤维素，在初次蒸汽处理时基本上不会降解，因此其性质不变，仍可作为重组复合制品的骨架材料。所以水溶性物质作为胶黏剂，在热压中原位胶合纤维素和木素可得重组复合制品。这种技术的新意就在于用半纤维素降解作为胶黏剂来增强所得产品的物理性能，不用合成树脂作胶黏剂是此技术较传统技术生产复合木质纤维素制品的一个突破和重大改进。
发明概述
现在我们发现包裹在纤维外的低分子量的木素(即木质素)和木素降解产物在高压或模压高密度复合制品时，可以作为胶黏剂，据信在高温高压下低分子木素和木素分解物将塑化、溶化和流展。这连同由半纤维素降解而来的水溶性物质一起形成胶结，这样进一步加强了产品的物理性能。
另外，在高压下引起的密实化，与降解的半纤维素的填充效果一起消除了木质纤维材料中的空隙，进一步增强了产品的防水性。另一种可能是降解的木素经历了一个自缩合过程，在这一过程中，降解的木素支链上的官能团，苯环上的羟基和芳香环上的活性碳原子一起反应形成胶合。由此而制得的复合材料尽管没有施加合成树脂，仍质地优良，特别是尺寸稳定性优于用传统方法压制成的有高含量合成树脂的高密度产品。从经济角度而言，不加合成树脂的高密度复合制品的生产成本比传统方法低50～60％，如果生产原料采用非木质剩余物，如农业剩余物，其生产成本将进一步降低。
本发明提供了一种木质纤维素制备尺寸稳定的复合制品的方法。其包括：
a.把木质纤维素材料用高压蒸汽处理，且蒸汽温度高得足以分解和水解半纤维素和木素，而又不碳化木质纤维物质。
b.木质纤维素在高压蒸汽下保持一段时间，至足够分解和水解半纤维素和木素成低分子量的水溶性胶合原料，而又不降解纤维素，这些胶合原料包括五碳糖和六碳糖、糖聚合物、糠醛制品、脱水碳水化合物、有机酸和低分子量的木素及其它木素分解物。
c.干燥水解过的木质纤维素。
d.将纤维或碎料状的木质纤维材料组坯成型。
e.热压上述板坯至足够时间，以聚合、交联和热固化上述水溶性胶合物质，原位胶合该板坯成坚实的重组复合制品。
由本发明所得的水解木质纤维素材料可以破碎成纤维或碎料的形式(例如在干燥前或干燥后)，或者根据步骤a)和b)由爆破法制得。
本发明还提供一种由木质纤维素制备尺寸稳定的复合制品的方法。其包括：
a.把木质纤维素材料用高压蒸汽处理，且蒸汽温度高得足以分解和水解半纤维素和木素，而又不碳化木质纤维物质。
b.木质纤维素在高压蒸汽下保持一段时间，至足够分解和水解半纤维素和木素成低分子量的水溶性胶合原料，而又不降解纤维素，这些胶合原料包括五碳糖和六碳糖、糖聚合物、糠醛制品、脱水碳水化合物、有机酸和低分子量的木素及其它木素分解物。
c.干燥水解过的木质纤维素。
d.将剩余的纤维和碎料状的木质纤维原料与低分子量、水溶性胶合物质组坯成型。这些低分子量、水溶性胶合物质包括五碳糖和六碳糖、糖聚合物、糠醛制品、脱水碳水化合物以及由一种或多种半纤维素和纤维素分解或水解的物质。原料PH值可在步骤e)中热固化前调节。
在本发明第一个实施方法中，在步骤d)和e)中的水溶性胶合原料至少有部分是于步骤b)中的水溶性胶合原料，且板坯中包括由步骤b)形成的低分子量木素和其它木素分解物。
这些木素分解也对在步骤e)中形成的胶合有贡献，在这一实施方法中，通常不需要调节PH。
在本发明的第二个实施方法中，在步骤b)之后与步骤c)之前还包括：
i.将由半纤维素水解而来的水溶性胶合原料与纤维素分开，经蒸发作用，浓缩已分离的水溶性胶合物质成为适合做热固型防水胶黏剂。
ii.将已分离水解过的木质纤维素材料再次由高压蒸汽处理直至大部分纤维素水解和分解成为五碳糖和六碳糖、糖聚合物、糠醛、脱水碳水化合物、有机酸和其它分解物质。
iii.干燥残留下的水解木质纤维素材料，该残留物主要由纤维素水解而来的水溶性原料，低分子量木素和其它木素分解物，还有残留的纤维组成。
在步骤d)和e)中的水溶性胶合物质是通过步骤ii制得，在步骤b)形成的低分子量木素降解构成板坯的一部分，也对胶合有帮助。
酸或酸性催化剂可在步骤ii之前加入，用于调节先前水解了的、且由半纤维而来的水溶性胶合物质已被抽提过的水解木质纤维素原料。
故本发明涉及用木质纤维素制备尺寸稳定的重组木制品的方法。其包括用高压蒸汽降解和水解木质纤维素中的半纤维素、纤维素和木素组分，用这些分解物作为黏合和填充介质，使得被处理的木质纤维素材料在高压或模压过程中转变成板材或模压制品，由此获得的复合制品具有良好的物理和力学性能，特别由此方法制得的高密度纤维板和刨花板的厚度膨胀率及线性膨胀率这类尺寸稳定性指标可降至非常低的水平，由此方法所得的半纤维素、纤维素和木素分解物的热固型胶结强度高而且稳定，能经受沸水和酸分解，无甲醛污染。因此本方法制得的板材或模压制品适合于室外使用。由于没有使用昂贵的合成树脂，没有甲醛释放问题，以上所述方法所制得的重组木质品也非常适合于室内使用，其生产成本明显低于传统方法的生产成本。
附图说明
图1为板子密度与内胶合强度的关系示意图。
具体实施方式
为使本发明之上述和其他目的、特征、和优点能更明了易懂，下面特举几个较佳实施例，作详细说明。
实施例1
此例描述了用高压蒸汽水解木质纤维的过程和热压密实化水解过的木质纤维素制品的方法。
将等量干净新制备的含水率约为22％的云杉和硬枫木刨花松散装入一个压力容器内，待容器关闭后引入3.08MPa(240℃)的蒸汽，保压90秒后，将容器排料阀迅速打开，让原料爆破而出，将处理后的木质纤维原料通过旋风分离器收集在一个容器内。这时水解过的片状刨花已变成松散的纤维和细小碎料，其颜色为深褐色，含水率比较高，由半纤维素水解而来的水溶性胶合物质含有18％的糖，其PH值是3.7，类似地木素也被分解成低分子物，但仍是非水溶性，且包裹在纤维和碎料的表面。将水解木质纤维素材料干燥至3％的含水率，用这些干燥后的原料按定好的尺寸和重量组坯后，热压成8毫米厚均匀结构的板材。热压温度为200℃，热压时间为20分钟，其中包括5分钟的冷却时间，根据不同密度要求，压力可以在2.07至7.24MPa范围内变化。在此例中，总共制得和测试了5种不同密度、尺寸为400×400×8毫米的板子，板子的力学物理性能是按美国标准ASTM-1307测试的，板子在经2小时沸水煮沸后的湿强度是按加拿大标准CAN0188.0M78，即室外等级的木质品标准测试的，这些板子的甲醛释放量是按气体分析法(PN-D-970131-1999)测试，其结果是0.1mg/h·m2。
由此结果，这些板子可归入为E0级，E0级是欧洲最严格的甲醛释放标准，它的意思是“F-零”或无甲醛释放。
测试结果列于表1。另外图1明显表明高密度板的内胶合强度随密度的增加呈指数增加。板子的颜色呈深褐色，其结构如同塑料，非常类似于商业化的热固性树脂浸渍纸高压装饰层积板。木素是木质纤维素材料中的天然黏合剂，木素是一种天然酚类物质，因此，当低分子量木素和分解过的木素在高温和压力下，热固后产生一种类似酚醛树脂的胶合是完全可能的。
表1 8毫米厚云杉和枫木板的物理力学性能
| 板子号码 | 密度(kg/m3) | 静曲强度(MPa) | 静曲强度(MPa)水煮2小时 | 弹性模量(MPa) | 内胶合强度(MPa) | 24小时冷水浸泡厚度膨胀率(％) | 线性膨胀率(％) |
| A | 760 | 13.5 | 3.2 | 1400 | 0.35 | 15.6 | 0.19 |
| B | 920 | 26.7 | 12.6 | 3050 | 0.87 | 7.8 | 0.20 |
| C | 1060 | 45.3 | 21.7 | 4930 | 1.36 | 3.6 | 0.17 |
| D | 1210 | 60.2 | 32.3 | 7120 | 2.16 | 2.7 | 0.17 |
| E | 1380 | 82.6 | 44.3 | 9540 | 2.30 | ＜1.0 | 0.16 |
实施例2
此例描述了用提高热压温度和/或延长热压时间来增加木质纤维板的尺寸稳定性，特别是降低厚度膨胀的方法。
将干净新制含水率约为57％的枫木片用198℃的高压蒸汽处理约8分钟，再将处理后的枫木片送入磨浆机在0.6MPa的蒸汽压力下热磨成纤维，由热空气将所得纤维干燥至3～5％的含水率后，将干纤维组成400×400毫米的板坯。将8块用同样方法获得的板坯热压，其热压温度在160℃至220℃，热压时间在2至4分钟，板的目标厚度(target thickness)为8毫米，目标密度是1050kg/m3，板子测试结果列于表2，数据表明热压温度和热压时间对板的力学性能无明显影响，但板的尺寸稳定性，即厚度膨胀率和线性膨胀率明显随热压温度增高和热压时间延长而降低。
表2 8毫米厚枫木板的物理学性能
| 热压温度(℃) | 热压时间(min) | 密度(kg/m3) | 静曲强度(MPa) | 弹药性模量(MPa) | 内胶合强度(MPa) | 24小时冷水浸泡厚度膨胀率(％) | 2小时沸水煮厚度膨胀率(％) | 线性膨胀率(％) |
| 160 | 2 | 1030 | 48.6 | 5460 | 1.7 | 9.6 | 20.2 | 0.19 |
| 160 | 4 | 1050 | 52.2 | 5840 | 1.9 | 7.4 | 16.6 | 0.18 |
| 180 | 2 | 1040 | 48.6 | 5570 | 1.9 | 8.5 | 15.2 | 0.19 |
| 180 | 4 | 1070 | 53.6 | 6020 | 2.1 | 8.0 | 10.7 | 0.17 |
| 200 | 2 | 1060 | 54.3 | 6330 | 2.4 | 6.3 | 13.5 | 0.17 |
| 200 | 4 | 1070 | 54.8 | 6480 | 2.6 | 5.5 | 10.2 | 0.16 |
| 220 | 2 | 1050 | 54.6 | 6350 | 2.6 | 4.2 | 10.8 | 0.15 |
| 220 | 4 | 1070 | 56.2 | 6320 | 2.7 | 2.7 | 9.2 | 0.14 |
实施例3
此例显示了本发明用于制备部分固化、半刚性(semi-rigid)的板材的灵活性。该板材厚度范围在6至12毫米，密度在550至900kg/m3，可用于进一步加工成高密度的复合板。该预制的板材能经济而有效地在连续压机上生产，半刚性预制板材能方便后续工序将其加工成最终产品，方便运输，很容易包装和贮存，这与传统方法生产的软而脆的板坯成明显对比。
将混合体积比为65∶35的山毛榉和松木木片连续地加入一中密度纤维板厂的蒸煮器内，在1.2MPa蒸煮压力下蒸煮混合木片约10分钟后，连续挤压其通过磨盘反向旋转的热磨机，使得木片变成纤维和纤维束。用管状闪击式干燥机干燥所得纤维至5％的含水率，输送干燥后的纤维至成型机制得连续的纤维板坯，经预压排出多余的空气后，由温度为180℃的连续压机将柔软的板坯压成厚度和密度为预定的半刚性的板材，板材的厚度范围为6至12毫米，密度范围为520至900kg/m3。预制板材的密实化是由于蒸汽处理的木片中的半纤维素水溶性分解产物的胶结作用，这些预制的板材可以制成各种尺寸用于二次加工成最终产品，也可包装待运或贮存。
实施例4
此例显示了将预制板材压制成高密度复合板的方法。此例将预制的坚实的10毫米厚，密度为700公斤/米3且含水率小于2％的中密度纤维板经过二次加工，热压成高密度纤维板。将两张预制的中密度板装入一单层压机中，在7.58MPa压力下以165℃的温度热压25分钟，随后将热压温度在3分钟内降至70℃，同时降压开机，所得的10毫米厚高密度纤维板平均密度为1370kg/m3，其静曲强度为87.5MPa，静曲弹性模量9740MPa，内胶合强度大于3.5MPa，24小时冷水浸泡厚度膨胀率为1～2％，2小时沸水煮厚度膨胀率4～6％，长度方向线性膨胀率0.17％，宽度方向线性膨胀率0.16％。
实施例5
此例显示用商业制造设备将预制的中密度纤维板制成高密度强化木地板的方法。按如下方法，自上至下的组坯含有预制6毫米厚、密度为680kg/m3的板材：
1)一张三聚氰胺浸渍的耐磨贴面纸
2)一张三聚氰胺浸渍的装饰纸
3)两张预制的中密度纤维板
4)一张三聚氰胺浸渍的平衡底层纸
将组坯好的板坯放在两不锈钢垫板之间进行热压，热压方法如例4，但为提高产品的尺寸稳定性，热压时间增至35分钟，将热压后冷却的板材锯制成195×1305毫米的尺寸，在开槽接榫后，可用做强化木地板。5.9毫米厚的强化木地板的密度为1410kg/m3，静曲强度(MOR)为102MPa，静曲弹性模量为12470MPa，内胶合强度大于3.5MPa，表面结合强度大于3.5MPa，24小时冷水浸泡厚度膨胀率(在试件中部)为0.0％，边缘厚度膨胀率为2.8％，长度方向线性膨胀率为0.15％，宽度方向线性膨胀率为0.14％。目前市场上最好的强化木地板板材其24小时冷水浸泡厚度膨胀率为7.0％。
实施例6
此例显示了制备超级强化木地板的方法，它可保证板子在24小时冷水浸泡厚度膨胀率为0.0％。
原材料制备和生产预制的中密度纤维板材方法如实施例2，但此例中的中密度板材为12毫米，密度为800kg/m3，按如下方式，自上至下组坯含有预制的中密度纤维板。
1)一张三聚氰胺浸渍的耐磨贴面纸
2)一张三聚氰胺浸渍的装饰纸
3)一张预制的中密度纤维板
4)一张三聚氰胺浸渍的平衡底层纸
将一有木纹的不锈钢垫板放在组好的板坯上面，一光洁平滑的垫板放在板坯下面，将其放入单层压机在7.58Mpa或8Mpa的压力和165℃的温度下热压20分钟，随后在3分钟内降温至65℃，与此同时开机减压。冷却固化后的板子厚度为6.9毫米，密度为1410kg/m3，被锯制成195×1305毫米，开槽接榫后可用作强化木地板。6.9毫米强化木地板的力学和物理性能是按欧洲标准EN43329，德国标准DIN EN311，319，310，DIN EN438-2.18和国际标准ISO2813测试，结果列于表3。
表3 6.9毫米厚强化木地板的物理力学性能
| 测试项目 | 标准 | 单位 | 结果 |
| 厚度 | EN 13329 | mm | 6.9 |
| 表面平整 | WerkstandardPV054 | 级 | 5 |
| 硬度 | WerkstandardPV054 | 级 | 1 |
| 冲击强度(小球) | EN 133229 | N | 12 |
| 冲击强度(大球) | EN 133229 | mm | 1900 |
| 耐磨性 | EN 133229 | 4000 | |
| 边缘膨胀率 | EN 133229 | ％ | 1.89 |
| 干燥后的边缘膨胀率 | EN 133229 | ％ | 0.06 |
| 长度方向线性膨胀率 | EN 133229 | ％ | 0.15 |
| 宽度方向线性膨胀率 | EN 133229 | ％ | 0.14 |
| 长度方向线性收缩率 | EN 133229 | ％ | -0.04 |
| 宽度方向线性收缩率 | EN 133229 | ％ | -0.06 |
| 表面结合强度 | DIN EN311 | MPa | ＞4 |
| 内胶合强度 | DIN EN311 | MPa | ＞4 |
| 静曲强度 | DIN EN311 | MPa | 91.35 |
| 弹性模量 | DIN EN311 | MPa | 12000 |
| 度(60°) | ISO 2813 | 19.8 |
实施例7
此例显示了按本发明预制的低密度纤维板(LDF)用分离的方法生产三维门皮的优点。
预制的低密度纤维板是按第三实施例在一纤维板厂制备，其密度为550公斤/米3，厚度为6.3毫米，含水率为2～3％，低密度纤维板在这家纤维板厂制成并包装后送至门皮制造厂热压成三维结构的门皮。这些半刚性的预制板材按30克水/米2的比例两面洒水，然后此预制板材被直接送入模压机密实和热固制成坚硬的门皮。模压温度为185℃，压力为3.45MPa，即34.5公斤/厘米2，热压时间为75秒。模压门皮厚3.2毫米，密度1040kg/m3，静曲强度为47MPa，静曲弹性模量6500MPa，内胶合强度1.58MPa，24小时冷水浸泡厚度膨胀率为14.3％，门皮表面光滑平整，沿门皮的轮廓和凹凸纵深断面没有出现任何应力变形或薄弱环节，这表明了预制板材在高温和高压下具有良好模压性和流展性，这是由于分解的木素在预制的低密度纤维板中起润滑作用，改善和促进了预制板材的模压性。
实施例8
此例显示了农业剩余物如谷壳和蔗渣制备高密度板材的例子。将含水率为8～9％的谷壳与含水率为40～50％的蔗渣按烘干质量等量地混合，然后用3.28Mpa或240℃的蒸汽处理1分钟。将处理后的混合物迅速排出反应器，产生的爆破处理效果将该混合料转变成粉状碎料，干燥这些粉状碎料至2％的含水率后，组成400×400毫米的板坯，该板坯被热压成厚度为8毫米，密度为1460kg/m3的板材，其热压条件为压力8.27Mpa或83公斤/厘米2，温度165℃，时间25分钟，其中包括5分钟的冷却时间。所得制品的性能如下：
静曲强度52.2MPa，静曲弹性模量6300MPa，内胶合强度大于3.5MPa，硬度大于404牛顿，厚度膨胀率小于1.0％，在板子两个方向的线性膨胀率分别为0.18％和0.19％。线性膨胀率测定结果表明板子的均向性，线性膨胀率是按加拿大标准CAN3.0188.0-82测试的，它先测板子在2小时炉干后的尺寸，再测板子在24小时冷水浸泡后的尺寸。
实施例9
此例显示了将木质纤维材料中的纤维素转变为水溶性胶合物质用于制备重组复合木制品的方法。
按第三实施例将混合的山毛榉和松木木片用1.2MPa的蒸汽处理后，用热水抽提出大部分水溶性胶合原料。接着将0.8％的质量百分比的稀硫酸撒在该蒸汽处理的木片上。将硫酸处理后的木片再用1.5MPa的蒸汽处理12分钟，以转变大部分纤维素成水溶性胶合物质。在蒸汽处理结束后，突然打开排料阀，产生的爆破效果将木片转变为细小的碎料，该水解原料是湿的，灰色，如同陶土，该原料含木素分解物、水溶性胶合物质和剩余纤维。在干燥前，将苛性钠的水溶液加入该水解原料以调节其PH值至3.5，干燥后该水解物含水率为3～5％，可用于制备重组复合木制品的原料。按第六实施例，用上述原料制得6.9毫米厚的强化木地板材，其物理性能与用只经一次蒸汽处理的山毛榉和松木片而制得的强化木地板材性能类似。只不过前者的24小时冷水浸泡厚度膨胀率是1.3％，而后者是1.9％，这说明用水解的纤维素和高含量木素分解物制板可改进强化木地板的尺寸稳定性。
以上所述，仅为本发明中较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围，即凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆为本发明专利范围所涵盖。
Claims (14)
1.一种用木质纤维素制备尺寸稳定的复合制品的方法，包括：
a)将木质纤维素材料用高压蒸汽处理，且蒸汽温度高到足以水解和分解该木质纤维素材料中的半纤维素和木质素而不使木质纤维素碳化；
b)木质纤维素材料在高压蒸汽下保持一段时间，至足够水解和分解半纤维素和木质素成低分子量的水溶性胶合物质，含有五碳糖和六碳糖、糖聚合物、糠醛、脱水碳水化合物、有机酸，以及低分子量的木质素和木质素的分解物，且纤维素并未被降解；
c)干燥水解过的该木质纤维素材料；
d)将干燥后呈细粒或纤维状态的该木质纤维材料、其中含有来自步骤b)的低分子量木质素和木质素分解物与一次或多次由半纤维素和纤维素水解所得的低分子量水溶性胶合物质组成板坯，该低分子量水溶性胶合物质其包括五碳糖和六碳糖、糖聚合物、糠醛、脱水碳水化合物、有机酸等共合一起组成板坯；
e)以足够温度、压力和时间热压该板坯，使水溶性胶合物质、低分子量木质素和木质素分解物产生聚合、交联和热固化，并在“原位”进行胶合将板坯压成坚实的重组复合木制品。
2.如申请专利范围第1项所述之用木质纤维素制备尺寸稳定的复合制品的方法，其中在步骤d)和e)中至少部分该水溶性胶合物质是来自步骤b)所产生的水溶性胶合物质。
3.如申请专利范围第1项所述之用木质纤维素制备尺寸稳定的复合制品的方法，其中在步骤b〕之后与步骤c)之前还包括：
i)将由半纤维素水解所得的水溶性胶合物质与木质纤维素分离，予以蒸发和浓缩制成热固型防水胶黏剂；
ii)将先前水解过及水溶性胶合物质分离后的残留木质纤维素材料再次以高压蒸汽处理，将一部分纤维素水解与分解成为低分子量的水溶性胶合物质，含有五碳糖和六碳糖、糠醛、糖聚合物、脱水碳水化合物、有机酸，和其他水解及降解物质；
iii)干燥已水解过的残留木质纤维素材料，该木质纤维素材料主要由纤维素水解而来的水溶性胶合物质，低分子量木质素和其他木质素分解物，及残留的纤维组成，其中在步骤d)和e)中的水溶性胶合物质是在步骤ii)制得，在步骤b)形成的低分子量木质素和其他木质素降解物亦是构成板坯的一部分，对胶合有帮助。
4.如申请专利范围第1项或第3项所述之用木质纤维素制备尺寸稳定的复合制品的方法，其中在步骤a)和b)中用以水解该木质纤维素材料之半纤维素和木质素蒸汽温度在120～280℃。
5.如申请专利范围第1项所述之用木质纤维素制备尺寸稳定的复合制品的方法，其中在步骤e〕热压以固化水溶性胶合物质形成胶合所需温度在120～250℃。
6.如申请专利范围第1项、第2项、第3项、第4项及第5项所述之用木质纤维素制备尺寸稳定的复合制品的方法，其中在步骤d〕之模压所需温度及压力仅使水溶性胶合物质在板坯中达到部分固化，制取相当坚实的预制板或板材，进而以步骤e)再度热压制取重组复合制品。
7.如申请专利范围第6项所述之用木质纤维素制备尺寸稳定的复合制品的方法，其中在生产该预制板或板材所需热压温度在120～250℃，而其制取的该预制板或板材的密度在1400公斤/米3以下。
8.如申请专利范围第6项或第7项所述之用木质纤维素制备尺寸稳定的复合制品的方法，其中在步骤e〕包括有：
e1)将预制板或板材放置热压机中以提供压力，其成型温度在120℃以上；
e2)关闭该压力，并维持达到所需密度至足够压力一段时间，使水溶性胶合物质热固化进行胶合；
e3)卸放压力；及
e4)开启压机，提取压缩成型的板材，即为坚固的重组复合物。
9.如申请专利范围第8项所述之用木质纤维素制备尺寸稳定的复合制品的方法，其中在步骤e2)后与步骤e3)卸压前成型温度降低至90℃以下。
10.如申请专利范围第8项或第9项所述之用木质纤维素制备尺寸稳定的复合制品的方法，其中压缩成型的板材密度在1500公斤/米3以下。
11.如申请专利范围第6项、第7项、第8项、第9项和第10项所述之用木质纤维素制备尺寸稳定的复合制品的方法，其中步骤e)系层积多个预制板或板材进行热压而制取重组复合物。
12.如申请专利范围第6项、第7项、第8项、第9项、第10项和第11项所述之用木质纤维素制备尺寸稳定的复合制品的方法，其中该预制板或板材，同时在层积板材上下表面各添加一张三聚氰胺树脂浸渍纸，再经步骤e)，热压而生产重组复合物。
13.如申请专利范围上列各项所述之用木质纤维素制备尺寸稳定的复合制品的方法，其中制备的重组复合物全能达到欧洲木材复合物甲醛释放量标准EO级，即0％释放或无甲醛释放。
14.一种用木质纤维素制备尺寸稳定的复合制品的方法，包括：
a)将木质纤维素材料用高压蒸汽处理，且蒸汽温度高到足以水解和分解半纤维素和木质素而不使该木质纤维材料碳化；
b)该木质纤维素材料在高压蒸汽下保持至足够时间以便分解半纤维素和木质素成为低分子量的水溶性胶合物质，其含有五碳糖和六碳糖、糖聚合物、糠醛、脱水碳化合物、有机酸、及低分子量的木质素和木质素的分解物，但纤维素并未被分解；
c)干燥水解过的该木质纤维素材料；
d)将干燥后呈细粒或纤维状态的该木质纤维材料，含有来自步骤b)的低分子量木质素和木质素分解物，与低分子量的水溶性胶合物质组成一板坯，低分子量的水溶性胶合物质其包括五碳糖和六碳糖、糖聚合物、糠醛、脱水碳化合物、有机酸类和一种或多种半纤维素和纤维素分解和水解所得的物质；及
e)以足够温度、压力和时间热压成型该板坯，使水溶性胶合物质产生聚合、交联和热固化，并在原位进行胶合，将该板坯压成重组复合物，而低分子量木质素和木质素分解物并未形成胶合，但经再度热压，给予足够温度、压力和时间，仍能起到聚合、交联和热固化而制成该重组复合物。
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