CN1829773A - 木制品和其方法 - Google Patents

Abstract

一种包括将木材性能增强物质悬浮液加入至木制品前体的方法。可以在生产最终木制品之前，在生产线中将悬浮液加入至木制品前体。可以在生产木制品前体的地点生产该悬浮液。可以由该木制品前体制成最终木制品。此外，本发明还公开了一种制品，其包括通过将木材性能增强物质悬浮液加入至木制品前体生产的最终木制品。

Description

木制品和其方法

发明领域

本发明一般地涉及木制品，特别地涉及例如通过加入悬浮液例如但是不限于蜡悬浮液至木制品的生产线，赋予木制品性能。

发明背景

木材和木材复合产品是已知的。木材复合物广泛用于家具和其它消费品。特定木材复合产品的某些实例是颗粒板、中密度纤维板(MDF)和定向刨花板(OSB)。

通过结合小木材薄片和粘合剂形成颗粒板，然后轧辊或模制处理后薄片的坯料或片材，以形成木板、木梁或其它产品形式。随机取向的颗粒板具有不同于普通锯过木材的机械性能。由于长木纤维沿着树干方向的天然排列，木材显示出定向的机械性能。例如，其拉伸强度和弹性模量在顺纹方向比斜纹方向大很多。相反，颗粒板和其它的木材复合产品中木材薄片随机排列导致机械性能基本上各相同性。但是各向同性的性能比得上横纹方向木材具有的相对较差机械性能。通常，与天然木材相比较，颗粒板显示出较差的保持弯曲载荷性能，因此作为结构梁很不能令人满意。

制备的中密度纤维板类似于颗粒板，除了薄片通常更小，并在形成片材之前进行精制以释放纤维。

已经开发出木材复合产品，其中木材薄片或刨花以单一方向取向，以提供更像天然木材的结构。一个实例是定向刨花板(OSB)。该产品在平行于排列方向的方向上具有相对改善的强度。

已经发展出更复杂的木材复合产品，其具有多个加强层，其中颗粒以不同的方向排列。例如，可以生产三层木梁或片材或其它复合产品，其中外层或面层的取向平行于复合物最长尺寸的方向，如常规的木材。内部层的纤维取向垂直于复合物的最长尺寸的方向。此外已知三层木板中大的薄片构成中心层，较小薄片构成外层。

可以用多种方法生产再造木材颗粒板。一个实例包括将木材颗粒、水、和不连续高强度、高模量纤维的浆液倾注到连续运动的筛上。在筛网上排水，留下湿木材颗粒团。然后烘干交错的木材颗粒团，产生连续纤维板片材。可以使用蒸汽射流增加材料的密度，以产生湿加工硬板。该方法可以用于生产硬板，和低、中和高密度纤维板。

另一种方法包括混合锯屑、刨花、废木或薄板与包含短纤维的粘合剂，并在加热压盘下压挤该混合物。在不同深度可使用不同形状的木材材料。例如，可以在木材薄片之间放置锯屑或小的废木材，并在加热下挤压。在整个厚度上进行叠层能够增加包括强度和刚性的机械性质。可使用模具用于产生复杂的形状。用该方法可以生产夹板、定向刨花板、压片木板、颗粒板、中等密度和高密度纤维板、和层压薄板木材。

另一种生产再造木材结构件的方法包括结合木材颗粒、线材、或具有混合了短纤维的粘合剂的胶合板，并在加热和加压下迫使组合物通过模具，以产生连续木板。可以将最终木板切割至特定长度，并可以用模具的横截面确定复杂的形状。该方法可以用于生产平行的条状木材、颗粒板和各种层压木板木材。

生产再造木材产品还可以通过结合木材片或其它类型的废木材与蜡或具有短纤维的其它类型的粘合剂，并在热压机上对组合物进行加热和加压。该干法处理木板类似于湿法处理木板，除了由于纤维连结减少，机械性能不如湿法加工的木板大。可以用该方法生产硬板；高密度硬板；纤维板；和低、中和高密度纤维板。

存在许多涉及木材和木材复合产品的不同问题。一个问题是生产后它们尺寸不稳定。即使具有以不同方向取向层的层叠木板将基本上根据环境的湿度和气候条件伸长或收缩。该性能限定了用于结构产品的木材复合物构件实际尺寸的值。

可以通过增加产品的粘合剂含量解决尺寸不稳定的问题，但是成本明显更大，因为粘合剂成分昂贵。另一个现有技术已知改善产物木板尺寸湿度稳定性的方法是在粘合剂搅拌器位置或制造过程中的别处，以乳液或熔融形式施加合适的蜡至木材颗粒混合物。

另一个问题是耐环境因素保存性，环境因素例如但不限于白蚁、蚂蚁(例如木工蚁)和其它木材破坏昆虫或真菌、黑霉病和霉菌。木腐真菌和黑霉病和霉菌的实例是：密粘褶菌，白腐真菌，耳状网褶菌，Condrostereum purpurescens，Heterobasidium annosum，Bispora effusa，葡萄穗霉、球毛壳霉、绿色木霉、黑曲霉、结实串孢霉和匐柄霉。使用已知或被认为抗一种或多种这些生物的有效量的木材防腐剂化合物来保护木制品。

本领域另一个问题是如何在木材复合制品中有效地并入水载性木材防腐剂，使得防腐化合物到达产品内部，此外不在产品中引入大量额外的水。必须使用额外的能量、时间、装备、工厂空间以及因而增加花费来干燥除去任何过量的引入水。本领域中另一个问题是如何将水载性防腐剂体系并入木材复合制品，并且不对嵌板结构性能产生负面影响。

Lund等人的美国专利4,241,133公开了一种木材复合物，包含约5至12％重量的粘合剂和任选的添加剂，例如用于防水的蜡，和用于抗真菌和昆虫破坏的防腐剂。根据Lund，将干燥分选的颗粒引入常规的搅拌器，在其中将预定量的粘合剂和任选的蜡、防腐剂和其它添加剂随着在搅拌器中翻转或搅拌而施加于颗粒。

Preston等人的美国专利6,569,540公开了一种木材复合物，其包含木材颗粒、粘合剂、至少一种木材稳定剂和任选的其它成分。木材稳定剂以将木材复合物的膨胀值降低至小于不用木材稳定剂处理的类似木材复合物的膨胀值的有效量存在。可以生产木材复合物，通过将木材稳定剂施加至生木材颗粒，优选不插入干燥步骤。施加稳定剂的同时或之后，将防水材料(例如乳化蜡)施加于木材颗粒。然后将处理的木材颗粒形成木材复合物。

发明概述

本发明设法提供一种改进的木制品和其方法，通过在制造过程的某些点将悬浮液例如但不限于蜡悬浮液加入至木制品，其中悬浮液用来代替乳液。

重要的是清楚地限定乳液和悬浮液之间的差别。乳液定义为一种液体在第二种不混溶液体中的分散体。一种已知的乳液实例是牛奶；另一种是某些种类的涂料。另一方面，悬浮液定义为细小固体或液体颗粒在流体(液体或气体)中的分散体，颗粒由浮力支撑。

用悬浮液代替乳液加入至木制品可以提供几个优点。乳液必须储存在生产木制品的地方，并具有有限的储存期限。生产乳液使用很多能量，并且是相对昂贵的。相比而言，生产悬浮液的原料便宜许多，并且更加稳定。生产某些疏水的悬浮液需要加热。可以在生产木制品的地点生产该悬浮液。木材生产过程的余热可以用于部分生产悬浮液过程。热源通常可以是生产线的余热、或特别是干燥过程的过量蒸汽。在生产木制品的地点生产悬浮液，并将悬浮液在线引入木制品，可以明显节省能量、储存、人力等。

由于其在线生产，悬浮液对储存和/或储藏条件不敏感，储存和/或储藏条件例如是但不限于过量的机械剪切力、泵抽、过低或过高的环境温度、储存搅拌、形成硬壳、颗粒聚集等。

悬浮液可以用于赋予木制品多种特性，例如但不限于防水性或抗水性、吸水控制、尺寸控制、尺寸稳定性、厚度膨胀控制、封边、密度控制、机械强度控制和木材防腐。″防腐″包括任何使用防腐剂的处理，与缺乏防腐剂的类似木材变质的速度相比，其降低木材的变质速度。

在本发明的一个实施方式中，生产木制品通过将疏水性(即防水性或抗水性，这两个术语可交换使用)物质的悬浮液加入至木制品，该物质例如为但是不限于石蜡、蜡等。术语″加入″包括混合、涂布、溶解、倾注或任何使悬浮液成为最终木制品部分的操作。

可以将悬浮液加入至任何木材或加工木制品。术语″木材″包括但不局限于木材、HW(硬木)、CW(压缩木材)、夹板、PB(颗粒板)、FB(纤维板)、LDF、MDF、HDF(低、中、高密度纤维板)、OSB(定向刨花板)、PSL(平行的线状木材)、WB(压片板)、HB(硬板)、DPH(干法硬板)、WPH(湿法硬板)、和IB(绝缘板)和任何其它工程木材、木材复合物、木材颗粒、再造木材产品或木材型产品。术语″木材颗粒″包括但不局限于线状木材、木片、薄片、精制木片或薄片、纤维、通过扭转或压碎木材坯料形成的碎木材卷或其它形式的木材颗粒。

可以多种方式将悬浮液加入至木材。例如，可以将悬浮液加入至包含木制品的浆液，或可以加入至供应木制品浆液的液体原料流。悬浮液可作为生产木制品期间或之后的润湿剂加入。作为另一个实例，可以加入悬浮液用于表面处理以制备最终木制品。

悬浮液可以用作单一添加剂，与其它添加剂结合，或作为其它添加剂的载体。

因此根据本发明的实施方式，提供了一种方法，包括将木材性能增强物质的悬浮液，例如但不限于蜡悬浮液加入至木制品前体。可以在生产最终木制品之前，在生产线中将悬浮液加入至木制品前体。可以在生产木制品前体的地点生产该悬浮液。可以由该木制品前体制成最终木制品。

根据本发明的实施方式，生产木制品前体的余热用于生产悬浮液的部分。

此外根据本发明的实施方式，该方法包括在第一储存器中储存木材性能增强物质，在第二储存器中储存液体，并通过在混合装置内的液体中分散木材性能增强物质形成悬浮液。悬浮液可以直接从混合装置加入到木制品前体。替代地，可以从混合装置将悬浮液送进辅助混合装置，并从辅助混合装置将悬浮液加入到木制品前体。

此外，根据本发明的实施方式，该方法包括使用控制进料器阀门控制悬浮液至木制品前体的料流。

根据本发明的实施方式，该方法包括在生产线中生产并加入悬浮液至木制品前体，其中在精密控制回路中操作生产线和控制进料器阀门。

此外，根据本发明的实施方式，木材性能增强物质的悬浮液增强下列性能中的至少一种：防水性、抗水性、吸水控制、尺寸控制、尺寸稳定性、厚度膨胀控制、封边、密度控制、机械强度控制和木材防腐。

根据本发明的实施方式，还提供了一种制品，其包含通过将木材性能增强物质的悬浮液加入至木制品前体的最终木制品。

附图简要说明

参考附图从下列详细说明将更彻底地了解和理解本发明：其中图1是根据本发明实施方式，生产木制品的方法和系统的简化框图。

优选实施方式的详细说明

现在参考图1，其图解了根据本发明实施方式生产木制品的方法和系统。

可以在储存器12中储存木材性能增强物质10，例如但是不限于粘合剂、防腐剂、树脂、疏水物质等或其任何组合物。根据本发明的一个实施方式，木材性能增强物质10可以包括蜡，例如但不限于石蜡烃、石蜡、褐煤蜡、小烛树蜡、巴西棕榈蜡、蜂蜡、聚乙烯蜡、顺丁烯二酸化的烃类等。″木材性能增强物质″包括与没有该木材性能增强物质的类似木材性能相比，其能增强木材的机械、生物、物理、化学、电性能或其它性能。术语″增强″是指木材性能获得所需的改进，取决于应用和所需的最终结果，包括性能量值的增加和降低。

木材性能增强物质10可以是任何尺寸的液体、颗粒、薄片、颗粒状物和其它形式。储存器12可以包括混合器14。可以将分散助剂(没有显示)加入至储存器12中的木材性能增强物质10中。混合器14可以用于将木材性能增强物质10减少至任何所需尺寸的颗粒。采取措施以便于控制储存器12内容物的温度至例如但不限于60-98℃。

可以提供另一个储存用储存器16，其中的液体18，例如但不限于水，用于分散木材性能增强物质10形成悬浮液。储存器16还可以包括混合器20。可以将分散助剂(没有显示)加入至容器16内的液体18中。采取措施以便于控制储存器16的内容物温度至例如，但是不限于60-98℃。

可以分别通过导管22和24，将储存器12和16的内容物或其任何部分送进间歇混合设备26，在其中将木材性能增强物质10分散在液体18中，以形成悬浮液27。分别控制阀28和30以控制材料从储存器12和16到间歇混合设备26的料流。间歇混合设备26可以包括混合器32，其可以是任何合适的分散混合器，例如但是不限于推进器、搅拌器、或以任何合适的速度移动的溶解器，以形成或保持悬浮液27。可以提供控制间歇混合设备26操作的控制单元34，例如但不限于控制混合物质的重量或体积、粒径、间歇混合设备26的压力或温度、和混合的持续时间。可以将分散助剂(没有显示)加入至储存器26内的悬浮液中。

如果需要，可以将悬浮液27从间歇混合设备26直接加入至生产线上的木制品前体42，用于生产最终的木制品44。木制品前体42可以包括但不限于浆液(例如用于生产再造木材产品)、木材颗粒或木板(例如，可以加入悬浮液27表面处理木板，以生产最终木制品44)。术语″木制品前体″包括任何形式的木制品，在木制品44的最终形式之前，准备向其中加入木材性能增强物质10。最终的木制品44可以包含但不限于片材、板、木梁或其它任何产品形式。

替代地，悬浮液27可以从间歇混合设备26流向混合器41，在其中进一步混合悬浮液27与其它添加剂，以产生悬浮液40。混合器41可以包括任何合适的分散混合器，例如但是不限于推进器、搅拌器、或以任何合适的速度移动的溶解器，以形成或保持悬浮液40。控制过程进料器阀门50可以控制悬浮液27到混合器41的流量。

作为另一种替换，悬浮液27可以首先从间歇混合设备26经过导管48流向辅助混合设备46。控制间歇进料器阀门50可以控制材料从间歇混合设备26到辅助混合设备46的料流。辅助混合设备46还可以包括混合器52，其可以是任何合适的分散混合器，例如但是不限于推进器、搅拌器、或以任何合适的速度移动的溶解器，以形成或保持悬浮液27。可以提供控制辅助混合设备46操作的控制单元54，例如但不限于控制混合物质的重量或体积、辅助混合设备46的压力或温度、和混合的持续时间。控制过程进料器阀门56可以控制悬浮液27经过导管58到混合器41的料流。可以在精密控制回路中操作生产线和控制过程进料器阀门50和56，其中生产线的速度自动控制生产和悬浮液27到混合器41的进料。

通常，可以单独地将包含木材性能增强物质10的悬浮液加入木制品前体42，或可以在其加入木制品前体42之前将其它物质加入到悬浮液，或可以在加入到木制品前体42之前将悬浮液27加入到其它成分。

请注意任何混合设备(例如″间歇″或″辅助″)可以包括混合不连续的批料或连续混合物质的措施。此外请注意用于上述方法的设备和装置仅是示范性的，本发明不局限于这些设备或装置。

加入悬浮液27或40可以增强最终木制品44的性能。可以用悬浮液27或40中木材性能增强物质10增强的性能实例包括但不局限于防水性或抗水性、吸水控制、尺寸控制、尺寸稳定性、厚度膨胀控制、封边、密度控制、机械强度控制、和木材防腐和其任何组合物。

所属领域的技术人员能够理解本发明不限于在上文具体显示和叙述的内容。相反地，本发明范围包括上文叙述特征的结合和次组合，而且本领域技术人员阅读上述说明书时能够预见到不在现有技术内的改进和变化。

Claims (20)

1.一种方法，包括：将木材性能增强物质的悬浮液加入至木制品前体，所述木材性能增强物质包含蜡。

2.权利要求1的方法，其中在生产最终的木制品之前，在生产线上将所述悬浮液加入到所述木制品前体。

3.权利要求1的方法，其中在生产木制品前体的地点生产所述悬浮液。

4.权利要求1的方法，其中所述悬浮液包含疏水物质。

5.权利要求1的方法，其中所述蜡包含至少一种石蜡烃、石蜡、褐煤蜡、小烛树蜡、巴西棕榈蜡、蜂蜡、聚乙烯蜡和顺丁烯二酸化的烃类。

6.权利要求1的方法，其中生产所述木制品前体的余热用作生产所述悬浮液的部分。

7.权利要求1的方法，进一步包括在第一储存器中储存所述的木材性能增强物质，在第二储存器中储存液体，并通过在混合装置中将所述木材性能增强物质分散在所述液体内形成所述悬浮液。

8.权利要求7的方法，其中将所述悬浮液从所述混合设备直接加入到所述木制品前体。

9.权利要求7的方法，其中从所述混合设备进料所述悬浮液至辅助混合设备，并从所述辅助混合设备将所述悬浮液加入至所述木制品前体。

10.权利要求8的方法，进一步包括使用控制进料器阀门控制所述悬浮液到所述木制品前体的料流。

11.权利要求9的方法，进一步包括使用控制进料器阀门控制所述悬浮液到所述木制品前体的料流。

12.权利要求10的方法，包括在生产线中生产并加入所述悬浮液至所述木制品前体，其中在精密控制回路中操作所述生产线和所述控制进料器阀门。

13.权利要求11的方法，包括在生产线中生产并加入所述悬浮液至所述木制品前体，其中在精密控制回路中操作所述生产线和所述控制进料器阀门。

14.权利要求1的方法，进一步包括从所述木制品前体形成最终木制品。

15.权利要求14的方法，其中所述木材性能增强物质的悬浮液增强下列性能中的至少一种：防水性、抗水性、吸水控制、尺寸控制、尺寸稳定性、厚度膨胀控制、封边、密度控制、机械强度控制和木材防腐。

16.一种制品，包括通过将木材性能增强物质的悬浮液加入到木制品前体制备的最终木制品，所述木材性能增强物质包含蜡。

17.权利要求16的制品，其中在制备最终木制品之前，于生产线中将所述悬浮液加入到所述木制品前体。

18.权利要求16的制品，其中在生产木制品前体的地点生产所述悬浮液。

19.权利要求16的制品，其中所述悬浮液包含疏水性物质。

20.权利要求16的制品，其中所述蜡包含石蜡烃、石蜡、褐煤蜡、小烛树蜡、巴西棕榈蜡、蜂蜡、聚乙烯蜡和顺丁烯二酸化的烃类中的至少一种。

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