CZ309463B6 - Prostředek pro lepení dřevěných konstrukcí a jeho použití, lepený konstrukční prvek ze dřeva dubu do exteriéru a způsob lepení dřeva - Google Patents

Prostředek pro lepení dřevěných konstrukcí a jeho použití, lepený konstrukční prvek ze dřeva dubu do exteriéru a způsob lepení dřeva Download PDF

Info

Publication number
CZ309463B6
CZ309463B6 CZ2021-476A CZ2021476A CZ309463B6 CZ 309463 B6 CZ309463 B6 CZ 309463B6 CZ 2021476 A CZ2021476 A CZ 2021476A CZ 309463 B6 CZ309463 B6 CZ 309463B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
gluing
component
oak
structural element
element made
Prior art date
Application number
CZ2021-476A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ2021476A3 (cs
Inventor
Tomáš Holeček
Tomáš Ing. Holeček
Přemysl Šedivka
Šedivka Přemysl Ing., Ph.D.
David Novák
David Ing. Novák
Ondřej Dvořák
Ondřej Ing. Dvořák
Miloš Pánek
Pánek Miloš doc. Ing., Ph.D.
Aleš Zeidler
Aleš Doc. Ing. Zeidler
Jakub KaloÄŤ
Jakub Ing. Kaloč
Original Assignee
Česká zemědělská univerzita v Praze
Matrix A.S.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Česká zemědělská univerzita v Praze, Matrix A.S. filed Critical Česká zemědělská univerzita v Praze
Priority to CZ2021-476A priority Critical patent/CZ309463B6/cs
Publication of CZ2021476A3 publication Critical patent/CZ2021476A3/cs
Publication of CZ309463B6 publication Critical patent/CZ309463B6/cs

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B21/00—Layered products comprising a layer of wood, e.g. wood board, veneer, wood particle board
    • B32B21/04—Layered products comprising a layer of wood, e.g. wood board, veneer, wood particle board comprising wood as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J161/00—Adhesives based on condensation polymers of aldehydes or ketones; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J161/04—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only
    • C09J161/06—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only of aldehydes with phenols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J161/00—Adhesives based on condensation polymers of aldehydes or ketones; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J161/20—Condensation polymers of aldehydes or ketones with only compounds containing hydrogen attached to nitrogen
    • C09J161/22—Condensation polymers of aldehydes or ketones with only compounds containing hydrogen attached to nitrogen of aldehydes with acyclic or carbocyclic compounds
    • C09J161/24—Condensation polymers of aldehydes or ketones with only compounds containing hydrogen attached to nitrogen of aldehydes with acyclic or carbocyclic compounds with urea or thiourea
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J161/00—Adhesives based on condensation polymers of aldehydes or ketones; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J161/20—Condensation polymers of aldehydes or ketones with only compounds containing hydrogen attached to nitrogen
    • C09J161/26—Condensation polymers of aldehydes or ketones with only compounds containing hydrogen attached to nitrogen of aldehydes with heterocyclic compounds
    • C09J161/28—Condensation polymers of aldehydes or ketones with only compounds containing hydrogen attached to nitrogen of aldehydes with heterocyclic compounds with melamine
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J175/00—Adhesives based on polyureas or polyurethanes; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J175/04—Polyurethanes
    • C09J175/08—Polyurethanes from polyethers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J4/00—Adhesives based on organic non-macromolecular compounds having at least one polymerisable carbon-to-carbon unsaturated bond ; adhesives, based on monomers of macromolecular compounds of groups C09J183/00 - C09J183/16
    • C09J4/06—Organic non-macromolecular compounds having at least one polymerisable carbon-to-carbon unsaturated bond in combination with a macromolecular compound other than an unsaturated polymer of groups C09J159/00 - C09J187/00

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical And Physical Treatments For Wood And The Like (AREA)
  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)

Abstract

Předkládané řešení se týká systému pro lepení dřevěných konstrukcí, sestávajícího ze dvou formulací pro jednotlivé vrstvy nátěru lepených ploch,kde první formulace sestává ze složky A, kterou je akrylátová vodou-ředitelná penetrace na bázi esterů kyseliny akrylové, a ze složky B, kterou jsou nanočástice termosetu, vybraného ze skupiny zahrnující fenolformaldehydovou pryskyřici, močovinoformaldehydovou pryskyřici a melaminformaldehydovou pryskyřici; přičemž nanočástice mají velikost v rozmezí od 10 do 60 nm, s výhodou 30 nm; přičemž složka A může volitelně obsahovat alespoň jedno aditivum a přičemž obsah složky B v první formulaci je v rozmezí od 15 do 20 % hmotn., vztaženo na celkovou hmotnost první formulace; a kde druhá formulace sestává z polyuretanového jednosložkového adheziva. Předkládané řešení se dále týká lepeného konstrukčního prvku ze dřeva dubu, způsobu lepení dřeva a použití uvedeného systému.

Description

Prostředek pro lepení dřevěných konstrukcí a jeho použití, lepený konstrukční prvek ze dřeva dubu do exteriéru a způsob lepení dřeva
Oblast techniky
Předkládané řešení se týká systému pro lepení dřeva, zejména dřeva dubu, na bázi penetračního vodou-ředitelného akrylátového prostředku s dispergovanými nanočásticemi termosetu, kterým se modifikuje povrch dřeva před lepením, následné aplikace adheziva, s výhodou na bázi polyuretanu, a po jeho vytvrzení aktivace termosetu zvýšením teploty lepené spáry. Tento systém umožňuje lepení heterogenní struktury povrchu dřeva dubu při dosažení výrazně vyšší pevnosti lepeného spoje. Řešení se dále týká lepeného konstrukčního prvku postupu aktivace nanočástic termosetu pro vytvrzení lepeného spoje v lepené spáře konstrukčních prvků a lepeného dřeva dubu. Vynález je zejména vhodný pro lepení jádrového a bělového dřeva dubu pro nosné konstrukční aplikace, pro lepené lamelové dřevo a konstrukční prvky do exteriéru.
Dosavadní stav techniky
Způsobů lepení povrchu dřeva je celá řada, systémy lepení heterogenního dřeva dubu pro konstrukční nosné aplikace do exteriéru jsou z hlediska dosažení požadavků na pevnost pro konstrukční lepené lamelové dřevo a odolnosti vůči působení vlivu biotických a abiotických činitelů velice náročné. Dřevo dubu je z hlediska morfologické struktury a z hlediska chemického složení jádra a běle ve srovnání s jehličnatými dřevinami více heterogenní, přičemž jádrové dřevo obsahuje vysoký podíl taninů a dalších extraktivních látek.
V porovnání ke dřevu smrku má dřevo dubu díky svému vysokému podílu taninů a vyšší hustotě i vyšší přirozenou odolnost proti degradačnímu působení biotických a abiotických činitelů. Proto je dřevo dubu vhodné pro konstrukční aplikace exponované v exteriéru. Na druhou stranu však dřevo dubu obsahuje také vysoký podíl vodicích cév v jarních letokruzích dřeva, a to způsobuje heterogennost struktury povrchu, kdy na povrchu jsou strukturální póry, které způsobují nerovnost povrchu. Strukturální nerovnost povrchu dřeva dubu snižuje adhesi lepidla k lepenému povrchu a tím i pevnost lepeného spoje. Z důvodu vysokého podílu taninů je pH dřeva jádra dubu pH 6,0 až 6,5, tedy dřevo jádra dubu je mírně kyselé. Obecně kyselé prostředí vytvrzování zpomaluje, anebo může procesu vytvrzování úplně zabránit. Adheziva na bázi polyuretanu mají pH 2,0 až 4,0, jsou tedy kyselá (Somania, K.P., Kansaraa, S.S., Patelb, N.K., Rakshit, A.K. (2003). Castor oil based polyurethane adhesives for wood-to-wood bonding. International Journal of Adhesion &Adhesives 23. pp. 269-275. DOI: 10.1016/80143-7496(03)00044-7), což má negativní vliv na interakci dřeva a adheziv na bázi polyuretanu pro dosažení pevného spoje, užívaného pro lepení konstrukčních prvků.
Některé práce využívají pro zvýšení pevnosti lepeného spoje modifikaci adheziv částicemi či nanočásticemi, díky kterým dojde ke zvýšení míry zesítění polymemích adheziv a tím se docílí zvýšení pevnosti lepeného spoje po vytvrzení. Příkladem je modifikace PUR adheziva nanočásticemi práškového PUR recyklátu, Hýsek, S., Šedivka, P., Bóhm, M., Schónfelder, O., Beran, R. (2018). Influence of Using Recycled Polyurethane Particles as a Filler on Properties of Polyurethane Adhesives for Gluing of Wood. Bioresources 13(2). pp. 2592-2601. DOI: 10.15376/biores.13.2.2592-2601, nebo Kolář, V., Muller, Μ. (2018). Research on Influence of Polyurethane Adhesive Modified by Polyurethane Filler Based on Recyclate. Manufacturing Technology 18(3). pp. 418-423. DOI: 10.21062/ujep/l 15.2018/a/1213-2489/MT/18/3/418, nebo nanočásticemi práškového stearátu zinečnatého [Zn(CisH35O2)2], Bockomy, G.A., Forte, M.M.C., Stamboroski, S., Noeske, M., Keil, A., Cavalcanti, W.L. (2016). Modifying a thermoplastic polyurethane for improving the bonding performance in an adhesive technical proces. Applied Adhesion Science 4(4). DOI 10.1186/s40563-016-0060-x, anebo nanočásticemi oxidu titaničitého T1O2 a oxidu křemičitého SiO2, Bahattab, M.A., Donate-Robles, J., Garci-Pacios, V., Martín- 1 CZ 309463 B6
Martinez, J.M. (2011). Characterization of polyurethane adhesives containing nanosilicas of different particle size. International Journal of Adhesion & Adhesives 31, pp. 97-103. DOI: 10.1016/j.ijadhadh.2010.11.001.
Patentová přihláška PL 376367 Al se týká způsobu lepení dřeva se zkrácenou dobou nutnou k vytvrzení lepidla díky zahřátí lepených částí ještě před nanesením lepidla na teplotu 30 až 95 °C. Zmíněna jsou termosetická kondenzační adheziva, například urea/formaldehydové pryskyřice (UF), melamin/urea/formaldehydové pryskyřice (MUF), melamin/urea/fenolové pryskyřice, fenol/-/resorcinol/formaldehydové pryskyřice (PRF), polyacetyl vinylová lepidla (PVA) a epoxidová lepidla (EPI) pro možné lepení dřeva dubu.
Patentová přihláška WO 02/22332 AI popisuje hybridní fenol-formaldehydové a isokyanátové pryskyřice pro lepení dřeva (v exteriéru), které jsou stabilní a rychle se vytvrzují. Vytvrzování je prováděno za zvýšené teploty (120 až 255 °C).
Podstata vynálezu
Cílem předkládaného vynálezu je poskytnout prostředek pro lepení dřevěných spojů, který by umožňoval zvýšení pevnosti dřevěných spojů a eliminoval by negativní vliv kyselého pH dřeva na vytvrzování lepidla a současně eliminoval sníženou adhesi lepidla k lepenému povrchu vlivem strukturálních nerovností povrchu dřeva. Předkládaný vynález se týká systému pro lepení dřeva, zejména dřeva dubu, pro dosažení vysoké pevnosti a odolnosti pro nosné konstrukční aplikace do exteriéru. Vynález je zejména vhodný pro lepení konstrukčního lepeného lamelového dřeva dubu a jeho konstrukčních prvků. Principem vynálezu je modifikace povrchu dřeva nanotechnologií termosetů v kombinaci se systémem lepení dřeva polyuretanovým adhezivem.
Předmětem předkládaného vynálezu je tedy systém pro lepení dřevěných konstrukcí, sestávající ze dvou formulací pro jednotlivé vrstvy nátěru lepených ploch, přičemž první formulace sestává ze složky A, kterou je akrylátová vodou-ředitelná penetrace na bázi esterů kyseliny akrylové, a ze složky B, kterou jsou nanočástice termosetu, vybraného ze skupiny zahrnující fenolformaldehydovou pryskyřici, močovinoformaldehydovou pryskyřici a melaminformaldehydovou pryskyřici;
přičemž nanočástice termosetu jsou o velikosti v rozmezí od 10 do 60 nm, s výhodou 30 nm; přičemž složka A může volitelně obsahovat alespoň jedno aditivum;
a přičemž obsah složky B v první formulaci je v rozmezí od 15 do 20 % hmoto., vztaženo na celkovou hmotnost první formulace;
a přičemž druhá formulace sestává z polyuretanového jednosložkového adheziva.
Termosetem se rozumí polymer, který se vytvrzuje vlivem tepla a/nebo tlaku a jakmile je vytvrzování dokončeno, není další tváření možné, protože opětovným působením tepla a/nebo tlaku již nelze hmotu termosetu znovu roztavit (tedy zrušit vzniklé prostorové zesíťování).
S výhodou je složkou B fenolformaldehydová pryskyřice, výhodněji syntetický termosetický
OH fenolformaldehydový polykondenzát obecného vzorce rozmezí od 500 do 1000.
* , kde x je celé číslo v
Fenolformaldehydová pryskyřice je s výhodou vytvořená polykondenzační reakcí z fenolu a
-2CZ 309463 B6 formaldehydu s následným vysušením.
Močovinoformaldehydová pryskyřice má s výhodou obecný vzorec ^FLlNCMx, kde x je celé číslo v rozmezí od 900 do 1400. Základní strukturní jednotka močovinoformaldehydové pryskyřice má tedy vzorec
Močovinoformaldehydová pryskyřice se vyrobí polykondenzační reakcí močoviny a formaldehydu s následným vysušením.
Melaminformaldehydová pryskyřice (C^Nejx, kde x je celé číslo v rozmezí od 600 do 1100, se vyrobí polykondenzační reakcí z melaminu a formaldehydu s následným vysušením a má tedy vzorec
Termoset je desintegrován na nanočástice o velikosti v rozmezí od 10 do 60 nm, výhodně 30 nm. Dezintegrace se s výhodou provede mletím v kulovém mlýnu o dobu minimálně 8 hodin. Velikost nanočástic se stanoví zobrazovací metodou skenovacího elektronového mikroskopu (SEM), tj. zobrazením velikosti nanočástic prostřednictvím snímání detektorem elektronů emitovaných Schottkyho katodou odražených od nanočástic.
Termoset je s výhodou dispergovaný ve složce A ultrazvukovým sonifikátorem po dobu alespoň 6 hodin, výhodněji po dobu 6 až 10 hodin. Dojde tak k optimální disperzi termosetu v první formulaci.
S výhodou je termosetem fenolformaldehydová pryskyřice, výhodněji syntetický termosetický fenolformaldehydový polykondenzát obecného vzorce (CsHeCEjx, kde x je celé číslo v rozmezí od 500 do 1000.
S výhodou je složka A vybraná ze skupiny esterů kyseliny akrylové, výhodněji jsou estery kyseliny akrylové vybrané ze skupiny, zahrnující methylester kyseliny akrylové (CJTCE), ethylester kyseliny akrylové (CsEfeCh), butylester kyseliny akrylové (C7H12O2), isobutylester kyseliny akrylové (C7H12O2).
Ve výhodném provedení polyuretanové jednosložkové adhezivum obsahuje od 35 do 40 % hmota, polyetherpolyolu, od 55 do 65 % hmota, polyisokyanáta a od 0 do 1,5 % hmota. UV stabilizátoru; s výhodou polyuretanové jednosložkové adhezivum obsahuje 39 % hmota, polyetherpolyolu, 60 % hmota, polyisokyanáta a 1 % hmota. UV stabilizátoru. Poly etherpolyol je s výhodou vybraný ze skupiny zahrnující dipropylenglykol a sorbitol. Polyisokyanát je s výhodou vybraný ze skupiny
-3 CZ 309463 B6 zahrnuj ící methylendifenyldiisokyanát, dicyklohexylmethandiizokyanát, hexamethylendiisokyanát.
V jednom provedení je polyuretanové jednosložkové adhezivum (druhá formulace) připravitelné z polymemího methylendifenyldiisokyanátu (C15H10N2O2) v množství 39 % hmota., do nějž je aplikován v množství 60 % hmota, dipropylenglykol (C3H8O2) o koncentraci 99,5 % hmota, a UV stabilizátor, vybraný ze skupiny zahrnující formamidin (ethyl 4[[(methylfenylamin)methylen]amino]benzoát)(Ci7Hi8N2O2) a kyanoakrylát (ethyl-2-kyano-3,3difenylakrylát)(Ci8Hi5NO2), v množství 1 % hmota., vztaženo na celkovou hmotnost směsi. Všechny tři složky jsou míchány po dobu 30 minut při teplotě v rozmezí od 70 do 110 °C, s výhodou v rozmezí od 80 do 90 °C tak, že je dosaženo stabilního termosetického PUR adheziva. Výše uvedené podíly jednotlivých chemických komponent jsou nastaveny tak, že je dosaženo optimálního času vytvrzení 30 ±5 minut při okrajových podmínkách teplotě vzduchu 20 ±2 °C a vlhkosti 65 ±5 % jednosložkového polyuretanového adheziva, což je zejména vhodné pro technologické nanášení při velkoobjemové průmyslové výrobě.
V jednom provedení složka A obsahuje akrylátovou vodou-ředitelnou penetraci na bázi esterů kyseliny akrylové, s výhodou (Cl až C6)alkyl esterů kyseliny akrylové, výhodněji methyl, ethyl, butyl nebo isobutylesterů kyseliny akrylové. Tyto estery lze například získat reakcí kyseliny akrylové s nižšími alkoholy (methanolem, ethanolem, butanolem, isobutanolem) při teplotě 100 až 120 °C s využitím heterogenní kyselé katalýzy.
V jednom provedení složka A obsahuje aditivum, přičemž toto aditivum je s výhodou vybrané ze skupiny zahrnující přípravek pro zvýšení odolnosti vůči bioataku, například isopropylalkohol (CsHsO) anebo chlorid zinečnatý (ZnCh), a/nebo UV-stabilizér, například hydroxyfenyltriazin (2(4,6-difenyl-l,3,5-triazin-2-yl)-5-((hexyl)oxy)fenol)(C27H27N3O2); benzotriazol (2-(2Hbenzotriazol-2-yl)-4,6-bis(l-methyl-l-fenylethyl)fenol)(C3oH29N30); anebo benzotriazol (2-(2Hbenzotriazol-2-yl)-6-( 1 -methyl-1 -fenylethyl)-4-( 1,1,3,3-tetramethylbutyl)fenol)(C29H35N3O);
přičemž s výhodou je aditivum ve složce A obsaženo v množství od 1 do 10 % hmota., výhodněji v množství od 3 do 7 % hmota., vztaženo na hmotnost složky A.
Předmětem předkládaného vynálezu je dále lepený konstrukční prvek ze dřeva dubu pro použití v exteriéru, který obsahuje alespoň dvě vrstvy dřeva dubu, s výhodou masivního dubového dřeva, výhodněji dubového jádrového dřeva; slepené systémem pro lepení dřevěných konstrukcí podle předkládaného vynálezu, přičemž lepený konstrukční prvek obsahuje následující vrstvy: vrstvu ze dřeva dubu, na které je umístěna vrstva první formulace, na níže je umístěna vrstva druhé formulace a na ní opět vrstva první formulace a vrstva ze dřeva dubu, přičemž dřevo dubu má s výhodou vlhkost v rozmezí od 8 do 22 % hmota., výhodněji od 12 do 15 % hmota.
První formulace j e tedy určená pro aplikaci přímo na povrch dřeva, například j ádrového a bělového dřeva dubu. Aplikace je s výhodou v množství 30,0 až 40,0 g/m2, výhodněji 33,0 až 35,0 g/m2, a to v případě malovýroby rovnoměrným nátěrem štětcem, v případě velkovýroby je formulace nanášena automatickými tryskovými nanášečkami. Penetrační vodou-ředitelný akrylátový nátěr je aktivním oxidačním činidlem, které proniká do hloubky 1,0 až 4,0 mm od povrchu lepené plochy dubového dřeva, neutralizuje obsah taninů v jádrovém dřevě dubu tak, že se pH zvýší z 6,0 až 6,5 na 6,8 až 7,2, tedy z kyselého na neutrální. Tím dochází ke zvýšení polarity povrchu dřeva dubu, a tak se docílí zvýšené adhese povrchu dřeva pro nanesené adhezivum. Jak je uvedeno výše, tato první formulace obsahuje příměs nanočástic složky B, tedy syntetického polymeru termosetu typu práškové fenolformaldehydové pryskyřice (C8H6O2)X, nebo práškové močovinoformaldehydové pryskyřice (CzHjNzChjx anebo práškové melamin-formaldehydové pryskyřice (CíHsNejx, s výhodou dispergovaných ve složce A ultrazvukovým sonifikátorem po dobu alespoň 6 hodin. Podíl nanočástic syntetického práškového polymeru termosetu, které jsou dispergovány v akrylátové penetraci, má tři hlavní funkce:
1) Vyplňují póry na povrchu dřeva dubu tak, že po odpaření vodní složky akrylátové penetrace,
-4CZ 309463 B6 které trvá s výhodou minimálně 120 minut při teplotě vzduchu 20 ±2 °C a vlhkosti 65 ±5 %, jsou akrylátovou penetrací zafixovány do pórů dřeva, a tak eliminují nerovnosti na jeho povrchu.
2) Po odpaření vodní složky akrylátové penetrace (tedy po jejím zaschnutí) jsou nanočástice syntetického polymeru práškového termosetu zafixovány na povrch dřeva dubu tak, že dispergované nanočástice termosetu o velikosti od 10 do 60 nm zvyšují polaritu povrchu dřeva dubu určeného pro lepení a tím i adhesi mezi dřevem dubu a polyuretanovým adhezivem.
3) Při působení zvýšené teploty v teplotním rozmezí 70 až 120 °C, výhodněji 80 ±5 °C po dobu 15 ±3 minut na lepenou spáru se zafixovanými nanočásticemi práškového termosetu na povrchu lepené plochy dřeva dubu, které byly na povrch dřeva aplikovány ve vodouředitelném penetračním nátěru s dispergovanými nanočásticemi termosetu, se nanočástice termosetu aktivují tak, že dojde k jejich roztavení a vzájemnému prostorovému zesítění a tím ke vzniku pevných prostorových kovalentních vazeb mezi molekulami polymeru. Tak dojde k jejich slinutí s druhou formulací polyuretanového adheziva a obou lepených povrchů dřeva dubu kompaktně po celé lepené ploše. Po zpětném ochlazení polymeru termosetu a adheziva na původní teplotu (cca 20 °C) zůstane termoset v pevném stavu, a ani při jeho opětovném zahřátí již nedojde k jeho zpětnému roztavení, je již trvale stabilní i při zvýšených teplotách v teplotní oblasti 25 až 180 °C a je nerozpustný. Tím se zvyšuje koheze vytvrzeného kompozitu polyuretanového adheziva a termosetu v lepené spáře.
Druhá formulace je určena pro aplikaci na již vytvrzený penetrační akrylátový nátěr s podílem nanočástic syntetického polymeru práškového termosetu a má pojivou funkci. Díky neutralizaci taninů jádra dřeva dubu akrylátovou penetrací dojde k adhesi polyuretanového adheziva s oběma lepenými povrchy dřeva dubu a vytvoří se tak lepená spára o vysoké pevnosti.
V jednom provedení je celková tloušťka vrstev lepeného konstrukčního prvku (myšleno celková tloušťka vrstvy první formulace, vrstvy druhé formulace a další vrstvy první formulace) v rozmezí od 100 pm do 180 pm, s výhodou 140 pm. Tloušťka vrstvy dřeva dubu je s výhodou alespoň 5 mm, výhodněji je tloušťka této vrstvy v rozmezí od 5 mm do 420 mm.
S výhodou je lepený konstrukční prvek upravený do tvaru hranolu, výhodněji kvádru. Výhodněji má nejkratší hrana uvedeného kvádru délku alespoň 5 mm, s výhodou má nejkratší hrana délku v rozmezí od 5 mm do 420 mm.
Předmětem předkládaného vynálezu je dále způsob lepení dřeva systémem podle předkládaného vynálezu, který obsahuje následující kroky:
i) nanesení vrstvy první formulace na první plochu dřeva určenou k lepení, s výhodou v množství 30 až 40 g/m2, výhodněji 33 až 35 g/m2;
ii) nanesení vrstvy první formulace na druhou plochu dřeva určenou k přilepení k první ploše dřeva, s výhodou v množství 30 až 40 g/m2, výhodněji 33 až 35 g/m2;
iii) vytvrzení vrstvy první formulace na vrstvě dřeva dubu po dobu alespoň 120 minut při teplotě vzduchu v rozmezí od 15 do 35 °C, s výhodou při teplotě 20 ±2°C a výhodněji pň vzdušné vlhkosti 65 ±5 %;
iv) nanesení vrstvy druhé formulace na vytvrzenou vrstvu první formulace na první ploše dřeva určené k lepení, přičemž aplikace adheziva se provede po zaschnutí a vytvrzení uvedené první formulace; vrstva druhé formulace se s výhodou nanese v množství od 160 do 250 g/m2;
v) umístění obou ploch dřeva určených k lepení do vzájemného kontaktu tak, aby mezi nimi byly umístěny vrstvy systému podle předkládaného vynálezu v pořadí vrstva první formulace, vrstva
-5CZ 309463 B6 druhé formulace, vrstva první formulace;
ví) vytvrzení vrstvy druhé formulace při teplotě v rozmezí od 15 do 35 °C, s výhodou v rozmezí do 20 do 25 °C, po dobu alespoň 120 minut, s výhodou po dobu alespoň 150 minut, při lisovacím tlaku působícím na lepený spoj v rozmezí od 0,7 do 1,7 MPa po dobu alespoň 120 minut, při které dojde k vytvrzení vrstvy druhé formulace;
vii) zesítění zafixovaných nanočástic práškového termosetu při teplotě v rozmezí od 70 do 120 °C, s výhodou v rozmezí od 75 do 85 °C, po dobu alespoň 10 minut, s výhodou po dobu alespoň 15 minut, při kterém dojde k tepelné aktivaci nanočástic termosetu a tím ke slinutí všech vrstev systému za vzniku pevného termosetického kompozitu.
Předmětem předkládaného vynálezu je rovněž použití prostředku podle vynálezu pro lepení povrchů dřeva, s výhodou dřeva dubu, výhodněji dubového jádrového dřeva.
Objasnění výkresů
Obr. 1: Bokorys materiálu dřeva dubu pro výrobu exteriérových dřevěných výrobků, nosných konstrukcí a konstrukčních prvků, obsahující vrstvu 1 dřevěného podkladu ze dřeva dubu, vrstvu 2 první formulace, obsahující akrylátový vodou-ředitelný penetrační nátěr s dispergovanými rozptýlenými nanočásticemi syntetického polymeru práškového termosetu, vrstvu 3 druhé formulace, vrstvu 2 první formulace, obsahující akrylátový vodou-ředitelný penetrační nátěr s dispergovanými rozptýlenými nanočásticemi syntetického polymeru práškového termosetu a vrstvu 1 obsahující podklad ze dřeva dubu.
Obr. 2: Výsledky pevnosti v ohybu lepeného dřeva dubu čtyřbodovým ohybem podle ČSN EN 408 (vydaná 02/2004) - Krabicový graf výsledků pevností v ohybu lepeného dřeva dubu čtyřbodovým ohybem podle ČSN EN 408, testovány a porovnány různé varianty lepicích systémů, a to na bázi pouze adheziva (PUR, MF, PF, EPX), na bázi modifikovaného povrchu akrylátovou penetrací na bázi ethylesteru kyseliny akrylové (ETH AKR pen) a adhezivem, a na bázi modifikovaného povrchu akrylátovou penetrací ethylesteru kyseliny akrylové s podílem dispergovaných nanočástic práškového termosetu na bázi močovinoformaldehydové pryskyřice a adhezivem (AKR pen TER UF).
Obr. 3: Výsledky pevnosti v tahu při smykovém namáhání lepeného dřeva dubu dle ČSN EN 3021 (vydaná 06/1995), testovány a porovnány různé varianty lepicích systémů, a to na bázi pouze adheziva (PUR, MF, PF, EPX), na bázi modifikovaného povrchu akrylátovou penetrací na bázi methylesteru kyseliny akrylové (METH AKR pen) a adhezivem, a na bázi modifikovaného povrchu akrylátovou penetrací methylesteru kyseliny akrylové s podílem dispergovaných nanočástic práškového termosetu melaminformaldehydové pryskyřice a adhezivem (AKR pen TERMF).
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1: Lepený konstrukční prvek ze dřeva dubu do exteriéru s vysokou pevností lepeného spoje
Pro výrobu lepeného lamelového nosníku jsou využity lamely ze dřeva dubu o rozměrech 4 x 12 x 250 cm (výška x šířka x délka) spojované na větší požadovanou délku pomocí spoje na mikroozub, klimatizované na ustálenou vlhkost 12 ±1 %. Na plochy lamel určených k lepení a tvořících vrstvu 1 dřevěného podkladu, byla v požadovaném celkovém délkovém rozměru následně nanesena první formulace v množství 35 g/m2 - vrstva 2 - akrylátového vodou-ředitelného penetračního nátěru na bázi methylesteru kyseliny akrylové, obsahující 96,0 % hmoto, (vztaženo na hmotnost složky A) methylesteru kyseliny akrylové, dále obsahující aditivum pro zvýšení
-6CZ 309463 B6 odolnosti vůči bioataku (biocidy) isopropylalkoholu (C .HxO) o obsahu 1 % hmota, (vztaženo na hmotnost složky A) a aditivum pro zvýšení odolnosti proti degradabilnímu účinku slunečního záření (UV stabilizéry) hydroxyfenyltriazinu (2-(4,6-difenyl-l, 3,5-triazin-2-yl)-5((hexyl)oxy)fenol)(C27H27N3O2) o obsahu 3 % hmota, (vztaženo na hmotnost složky A), jako složky A, ve které bylo dispergováno 20 % hmota, (vztaženo na celkovou hmotnost první formulace, tedy složek A a B) nanočástic syntetického polymeru práškového termosetu fenolformaldehydové pryskyřice (CsHeChjx o velikosti 30 ±10 nm (složky B). Akrylátová penetrační vrstva s dispergovanými nanočásticemi termosetu (vrstva 2 první formulace) byla nanášena na všechny plochy, které byly v kontaktu, tj. u krajních lamel lepeného konstrukčního prvku v povrchových vrstvách na jednu plochu orientovanou pro kontakt s druhou přiléhající lamelou ke slepení. Takže na vrchní lamelu byla vrstva 2 první formulace s dispergovanými nanočásticemi práškového termosetu podle předkládaného řešení aplikována pouze na stranu přiléhající k další lamele a vrchní část lamely tvořící povrch nosníku již nebyla modifikována. U lamel ve středových vrstvách nosníku byla akrylátová penetrační vrstva s dispergovanými nanočásticemi práškového termosetu aplikována na obě dvě plochy orientované pro kontakt s druhou přiléhající lamelou ke slepení tak, aby došlo k vytvoření spoje s lepší adhesí z obou stran lepené dané lamely v nosníku. Vrstva 2 první formulace byla tedy tvořena vodou-ředitelným penetračním nátěrem na bázi methylesteru kyseliny akrylové, obsahující 96,0 % hmota, methylesteru kyseliny akrylové, dále obsahující aditivum pro zvýšení odolnosti vůči bioataku (biocidy) isopropylalkohol (CsHsO) o obsahu 1 % hmota, a aditivum pro zvýšení odolnosti proti degradabilnímu účinku slunečního záření (UV stabilizéry) hydroxyfenyltriazinu (2-(4,6-difenyll,3,5-triazin-2-yl)-5-((hexyl)oxy)fenol)(C27H27N3O2) o obsahu 3 % hmota. První formulace byla na lamely aplikována v množství 35 g roztoku na 1 m2 plochy dřeva. Následně byla penetrační vrstva ponechána zaschnout po dobu minimálně 120 minut při teplotě vzduchu 20 ±2 °C a vlhkosti 65 ±5 %. Po zaschnutí byla tloušťka penetrační vrstvy na povrchu lamely 12 pm (měřeno konfokálním laserovým scanovacím mikroskopem). Na povrch dubových lamel se zaschlou penetrační vrstvou akrylátu a dispergovaných nanočástic termosetu na bázi syntetického (OH termosetického fenolformaldehydového polykondenzátu vzorce , bylo aplikováno jednosložkové polyuretanové adhezivum jako vrstva 3 druhé formulace, složené z polymeru na bázi methylendifenyldiisokyanátu (C15H10N2O2) v množství 39 % hmota., dipropylenglykolem (C3H8O2) o koncentraci 99,5 % v množství 60 % hmota, a UV stabilizátoru formamidinu (ethyl 4-[[(methylfenylamin)methylen]amino]benzoát)(Ci7Hi8N2O2) v množství 1 % hmota. Polyuretanové adhezivum bylo v případě malovýroby aplikováno rovnoměrným nátěrem štětcem. Pň velkovýrobě může být nanášeno automatickými tryskovými nanášečkami. Objem nánosu adheziva na povrch dubového dřeva byl 210 g/m2. Po 6 až 12 hodinách při teplotě vzduchu 20 °C, vlhkosti vzduchu 65 % a lisovacím tlaku 1,1 MPa působícím po dobu 120 minut došlo k úplnému vytvrzení lepených spojů, následně byly dispergované nanočástice termosetu v penetračním vodou-ředitelném nátěru aktivovány zvýšením teploty na 120 °C po dobu 15 minut, kdy došlo k jejich roztavení a tím k jeho slinutí s druhou formulací polyuretanového adheziva a obou lepených povrchů dřeva dubu. Po zpětném ochlazení termosetu na původní teplotu 20 °C zůstal termoset v pevném stavu, kdy při jeho opětovném zahřátí již nedošlo k jeho zpětnému roztavení, byl tak již trvale stabilní, a to i při opakovaném zvýšení teplot v teplotní oblasti 25 až 180 °C. Celková tloušťka vrstev první 2 a druhé 3 formulace byla 145 pm (měřeno konfokálním laserovým scanovacím mikroskopem). Takto upravené a modifikované lamely z dubového dřeva byly použity na výrobu lepeného nosníku, který vykazoval větší ohybovou pevnost ve srovnání s nosníkem vyrobeným z dubových lamel bez použití systému akrylátové penetrace s dispergovanými nanočásticemi termosetu.
Příklad 2: Testování různých úprav povrchu a různých systémů lepení konstrukčního nosného hranolu ze dřeva dubu pro aplikace do exteriéru - srovnání metodou stanovení pevnosti lepeného
-7 CZ 309463 B6 dřeva dubu v ohybu
1) Komerční systémy lepení
V rámci výzkumu a vývoje systémů lepení konstrukčního dřeva dubu pro exteriérové užití byly v rámci projektu TACR TREND (reg.č. FW01010627 Vývoj systému lepení listnatého dřeva dubu pro konstrukční a nekonstrukční aplikace v exteriéru) zkoumány různé varianty systémů pro lepení dubového dřeva a jejich vliv na kvalitu a mechanické vlastnosti lepeného spoje. Byla uplatněna jednotná metodika stanovení míry pevnosti v ohybu metodou čtyřbodového ohybu u lepeného lamelového konstrukčního dřeva dubu o použitých různých variantách systémů lepení podle užité jednotné metodiky stanovené harmonizovanou normou ČSN EN 408 Dřevěné konstrukce Konstrukční dřevo a lepené lamelové dřevo - Stanovení některých fýzikálních a mechanických vlastností. Pevnost v ohybu lepených nosníků ze dřeva dubu o velikosti 4,0 x 4,5 x 860,0 mm (šířka x výška x délka) byla testována při ustálené vlhkosti dřeva, které bylo klimatizováno při relativní vlhkosti 65 ±5 % a teplotě 20 ±2 °C vzduchu pod dobu 14 dnů. Výsledky řešení nebyly plně uspokojivé. Komerční systémy lepení nejsou primárně vyvíjeny pro lepení konstrukčního lamelového dřeva dubu, které má v porovnání k jiným druhům jehličnatých dřevin typu smrk, borovice, modřín a které se běžně užívají pro výrobu konstrukčního lepeného dřeva. V porovnání k uvedeným jehličnatým druhům dřev dřevo dubu vykazuje na mikroskopické a makroskopické úrovni vyšší heterogennost struktury. Jádro dřeva dubu obsahuje v porovnání k jehličnatým druhům dřeva výrazný podíl kyselých taninů, které snižují míru adhese povrchu dřeva při jeho lepení. Tyto faktory snižují adhesi komerčně vyvinutých typů adheziv k povrchu dřeva dubu, lepené spoje konstrukčního lepeného lamelového dřeva dubu vykazují malou pevnost, a tudíž i rychlejší míru degradace. U všech testovaných variant systémů adheziv pro lepení dubového dřeva, zkoumaných v rámci výše zmíněného výzkumného projektu, byly výsledky míry pevnosti lepených spojů při použití pouze komerčních systémů lepení aplikované rovnou na lepený povrch dřeva vždy horší, než tomu bylo u varianty aplikace adheziva na předupravený povrch lepeného dřeva dubu akrylátovou penetrací na bázi ethylesterů kyseliny akrylové v množství 35 g/m2, obsahující 95,0 % hmota, ethylesterů kyseliny akrylové, dále obsahující aditivum pro zvýšení odolnosti vůči bioataku (biocidy) isopropylalkoholu (CMTO) o obsahu 1 % hmota, a aditivum pro zvýšení odolnosti proti degradabilnímu účinku slunečního záření (UV stabilizéry) benzotriazol (2(2H-benzotriazol-2-yl)-4,6-bis(l-methyl-l-fenylethyljfenolXCsoEhgNsO) o obsahu 4 % hmota., s obsahem dispergovaných rozptýlených nanočástic syntetického polymeru práškového termosetu močovinoformaldehydové pryskyřice ^EL^CEjx o velikosti 30 ±10 nm v množství 15 % hmota., vztaženo na celkovou hmotnost první formulace, který byl aktivován zvýšenou teplotou 85 °C po dobu 15 minut. Pro přímé porovnání byly za použití testu stanovení míry pevnosti v ohybu metodou čtyřbodového ohybu u lepeného lamelového konstrukčního dřeva dubu podle harmonizované normy ČSN EN 408 testovány komerční lepící systémy. Výsledky testů pevnosti jsou uvedené v tabulce 1, obr. 2).
Tabulka 1: Porovnání výsledků pevnosti v ohybu lepeného dřeva dubu čtyřbodovým ohybem podle ČSN EN 408
-8CZ 309463 B6
Druh adhesiva Pevnost v ohybu lepeného dřeva, dubu (MPa) bez modifikace lepeného povrchu (průměrné hodnoty) Pevnost v ohybu lepeného dřeva dubu (MPa) s modifikací lepeného povrchu akrylátovou penetrací ethyl esteru kyseliny akrylové (průměrné hodnoty) Pevnost v ohybu lepeného dřeva dubu (MPa) s modi fíkaci I spěného povrchu akrylátovou penetraci ethyl esteru kyseliny akrylové s dispergovanými nanočásticemi termosetu močovino^ pryskyřice aktivovanými zvýšenou teplotou (průměrné hodnoty)
Polyuretanové (PUR) 5454.24 5747,29 6332,22
Melamin- močoví no- formaídehydové (MF) 5357,45 5576,04 6124,12
fenol· formaidehydové (PF) 5256,39 5156,93 5387,56 5345.95 6221.27 5909,48
Na základě těchto testů ajejich vyhodnocení vykazovalo nejvyšší míru pevnosti v ohybu pro lepení dřeva dubu v porovnání k ostatním typům adheziv adhezivum na bázi polyuretanu. Realizovanými testy bylo prokázáno, že modifikace povrchu dřeva dubu akrylátovou penetrací zvyšuje pevnost lepeného spoje. Použití akrylátové penetrace s podílem dispergovaného práškového termosetu aktivovaného zvýšenou teplotou mělo výrazný vliv na zvýšení pevnosti lepeného spoje lamelového dřeva dubu v ohybu.
2) Polyuretanový lepící systém versus jiné lepící systémy použité pro lepení lamelového konstrukčního dřeva dubu (pevnost lepeného dřeva dubu v ohybu)
V rámci experimentů byly zkoušeny i jiné systémy adheziv odlišné od systému na bázi polyuretanu, u nichž před jejich aplikací na povrch došlo k modifikaci povrchu dřeva dubu akrylátovou penetrací s funkcí oxidačního činidla. Jmenovitě byla odzkoušena adheziva vhodná pro lepení konstrukčního nosného dřeva na bázi a) polyuretanu; b) melamin-močovino-formaldehydu; c) fenolformaldehydu; d) epoxidu. Po modifikaci povrchu dřeva dubu čistým akrylátovým penetračním nátěrem, došlo k aplikaci uvedených typů adheziv za následného vytvrzení lepených spojů lepeného lamelového dřeva dubu při teplotě 20 °C a tlaku 1,1 MPa po dobu 120 minut. Následně byly zkušební vzorky vystaveny testu stanovení míry pevnosti v ohybu metodou čtyřbodového ohybu u lepeného lamelového konstrukčního dřeva dubu podle harmonizované normy ČSN EN 408 podle příkladu 1. Po testu byla vyhodnocena míra pevnosti konstrukčních
-9CZ 309463 B6 profilů lepeného lamelového dřeva dubu. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 1.
3) Lepené dřevo dubu s předupraveným povrchem modifikovaným pouze akrylátovou penetrací
Pro porovnání byla na povrch dřeva dubu aplikovaná akrylátová penetrace ethylesteru kyseliny akrylové čistá, bez podílu dispergovaných nanočástic práškového termosetu, která plní funkci oxidačního činidla nautralizujícího taniny v povrchových vrstvách dřeva dubu lepených ploch do hloubky 1,0 až 4,0 mm tak, že se pH jádrového dřeva dubu zvýší z 6,0 až 6,5 na 6,8 až 7,2, tedy z kyselého na neutrální. Tím dochází ke zvýšení polarity povrchu dřeva dubu, a tak se docílí zvýšené adhese povrchu pro aplikaci adheziva. Po jejím zaschnutí po dobu 8 hodin při teplotě 20 °C a vzdušné vlhkosti 65 % bylo na povrch takto ošetřeného dřeva naneseno adhezivum, které se vytvrdilo při teplotě 20 °C a tlaku 1,1 MPa po dobu 120 minut. Pro ověření pevnosti lepeného lamelového dřeva dubu byla následně zkušební tělesa vystavena testu stanovení míry pevnosti v ohybu metodou čtyřbodového ohybu podle harmonizované normy ČSN EN 408, podle příkladu 1. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 1.
4) Lepené dřevo dubu s předupraveným povrchem modifikovaným povrchem akrylátovou penetrací s podílem dispergovaných nanočástic práškového termosetu
Pro dosažení nejvyšší pevnosti lepených spojů lamelového dřeva dubu byla před nanesením adheziv na všechny lepené povrchy dřeva dubu aplikována akrylátová penetrace ethylesteru kyseliny akrylové, která plní funkci oxidačního činidla a která obsahovala podíl nanočástic dispergovaného práškového termosetu močovinoformaldehydové pryskyřice (CLfL^CfiL v koncentraci termosetu v akrylátovém vodou-ředitelném nátěru 15,0 % hmota., vztaženo na celkovou hmotnost nátěru. Akrylátová penetrace s podílem dispergovaného termosetu pronikla do dřeva do hloubky 1,0 až 4,0 mm a ponechal se zaschnout po dobu 8 hodin při teplotě 20 °C a vzdušné vlhkosti 65 %. Následně bylo na takto ošetřené plochy dřeva dubu naneseno adhezivum, které se nejprve vytvrdilo při teplotě 20 °C a tlaku 1,1 MPa po dobu 120 minut, a poté se aktivovalo působením zvýšené teploty 80 °C po dobu 15 minut. Po aktivaci termosetu za zvýšení teploty došlo k jeho roztavení a vzájemnému prostorovému zesítění za vniku pevných prostorových kovalentních vazeb mezi molekulami polymerů. Tím došlo ke slinutí termosetu s polyuretanovým adhezivem za vzniku lepeného spoje o vysoké pevnosti. Pro ověření pevnosti lepeného lamelového dřeva dubu byla následně zkušební tělesa vystavena testu stanovení míry pevnosti v ohybu metodou čtyřbodového ohybu podle harmonizované normy ČSN EN 408, podle příkladu 1. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 1.
Příklad 3: Testování pevnosti lepeného spoje dubu metodou stanovení pevnosti v tahu s použitím různých lepicích systémů
1) Komerční systémy lepení
V rámci výzkumu a vývoje systémů lepení konstrukčního dřeva dubu pro exteriérové užití byly v rámci projektu TAČR TREND (reg. č. FW01010627 Vývoj systému lepení listnatého dřeva dubu pro konstrukční a nekonstrukční aplikace v exteriéru) zkoumány různé varianty systémů pro lepení dubového dřeva a jejich vliv na kvalitu a mechanické vlastnosti lepeného spoje. Byla uplatněna jednotná metodika stanovení míry pevnosti ve smyku podle harmonizované normy ČSN EN 3021 Lepidla pro nosné dřevěné konstrukce - Zkušební metody - Část 1: Stanovení podélné pevnosti ve smyku při tahovém namáhání. Následně byla zkušební tělesa slepená ze dvou lamel o rozměrech 20,0 x 5,0 x 150,0 mm (šířka x výška x délka) podle ČSN EN 302-1, předem klimatizovaných při relativní vlhkosti 65 ±5 % a teplotě 20 ±2 °C vzduchu pod dobu 14 dnů na ustálenou vlhkost, s plochou 10,0 x 20,0 mm namáhanou na smyk vytvořenou nařezáním z obou stran až po lepenou spáru byla na koncích upnuta do čelistí trhacího stroje. Následně se čelisti trhacího stroje začaly od sebe vzdalovat, a to až do fáze porušení zkušební plochy lepeného spoje smykovým namáháním. Na základě vztahu síla potřebná k narušení (N)/plocha (mm2) bylo vypočítáno smykové namáhání (MPa). Dle výše uvedeného postupu byla testována adheziva na bázi a) polyuretanu; b) melamin
-10 CZ 309463 B6 močovino-formaldehydu; c) fenolformaldehydu; d) epoxidu. Výsledky testů pevnosti jsou uvedené v tabulce 2, obr. 3).
Tabulka 2: Porovnání výsledků pevnosti v tahu při smykovém namáhání lepeného dřeva dubu 5 podle ČSN EN 302-1
Dnih adhesiva Pevnost ve smyku lepeného dřeva dubu (MPa) bez modi.fi kace lepeného povrchu (průměrné hodnoty) Pevnost ve smyku lepeného dřeva dubu (MPa) s modifikací lepeného povrchu akrylátovou penetrací methyl esteru ky selí ny akry! ové (průměrné hodnoty) Pevnost ve smyku lepeného dřeva dubu (MPa) s modifikaci lepeného povrchu akrylátovou. penetraci methyl esteru kyseliny akrylové s dispergovanými nšnócášticěmi termosetu melami»fonnaldehydové pryskyřice aktivovanými zvýšenou teplotou (průměrné hodnoty)
Pól yuretanové (PUR) 17,06 18,03 22,82
'Melami m močovinofonnaldebydové (MF) Fenol- fbrmaidehydové (PF) 16,46 16,07 17,61 17,23 18,39 18,18
Epoxidové (EPX) Ϊ 5,70 Ϊ 6,83 Ϊ 6,94
ίο Na základě těchto testů a jejich vyhodnocení vykazovalo nejvyšší míru pevnosti ve smyku pro lepení dřeva dubu v porovnání k ostatním typům adheziv adhezivum na bázi polyuretanu. Realizovanými testy bylo prokázáno, že modifikace povrchu dřeva dubu akrylátovou penetrací zvyšuje pevnost lepeného spoje. Použití akrylátové penetrace s podílem dispergovaného práškového termosetu aktivovaného zvýšenou teplotou mělo výrazný vliv na zvýšení pevnosti 15 lepeného spoje lamelového dřeva dubu v ohybu.
2) Polyuretanový lepicí systém versus jiné lepicí systémy použité pro lepení dřeva dubu bez předupraveného modifikovaného povrchu (pevnost lepeného dřeva dubu v tahu)
-11 CZ 309463 B6
V rámci experimentů bylo testováno adhezivum na bázi a) polyuretanu, přičemž výsledky pevností v tahu tohoto adheziva byly porovnány s dalšími testovanými systémy adheziv b) melaminmočovino-formaldehydu; c) fenolformaldehydu; d) epoxidu. Po aplikaci daných typů adheziv na povrch dubového dřeva a vytvrzení lepeného spoje za podmínek uvedených výše byla zkušební tělesa následně vystavena testu stanovení míry smykové pevnosti podle harmonizované normy ČSN EN 302-1. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 2.
3) Lepené dřevo dubu s předupraveným povrchem modifikovaným pouze akrylátovou penetrací
Pro porovnání byla na povrch lepené plochy zkušebních těles ze dřeva dubu aplikovaná čistá akrylátová penetrace obsahující 96,0 % hmota, methylesteru kyseliny akrylové, dále obsahující aditivum pro zvýšení odolnosti vůči bioataku (biocidy) chlorid zinečnatý (ZnCU) o obsahu 1 % hmota, a aditivum pro zvýšení odolnosti proti degradabilnímu účinku slunečního záření (UV stabilizéry) benzotriazol (2-(2H-benzotriazol-2-yl)-6-( 1 -methyl-1 -fenylethyl)-4-( 1,1,3,3tetramethylbutyl)fenol)(C29H35N3O) o obsahu 3 %, která byla bez podílu dispergovaných nanočástic práškového termosetu. Ta plní funkci oxidačního činidla nautralizujícího taniny v povrchových vrstvách dřeva dubu lepených ploch do hloubky 1,0 až 4,0 mm tak, že se pH jádrového dřeva dubu zvýší z 6,0 až 6,5 na 6,8 až 7,2, tedy z kyselého na neutrální. Tím dochází ke zvýšení polarity povrchu dřeva dubu, a tak se docílí zvýšené adhese povrchu pro aplikaci adheziva. Po jejím zaschnutí po dobu 8 hodin při teplotě 20 °C a vzdušné vlhkosti 65 % bylo na povrch takto ošetřeného dřeva naneseno adhezivum, které se vytvrdilo při teplotě 20 °C a tlaku 1,1 MPa po dobu 120 minut. Pro ověření pevnosti lepeného lamelového dřeva dubu byla následně zkušební tělesa vystavena testům stanovení smykové pevnosti podle harmonizované normy ČSN EN 302-1. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 2.
4) Lepené dřevo dubu s předupraveným povrchem modifikovaným povrchem akrylátovou penetrací s podílem dispergovaných nanočástic práškového termosetu
Pro dosažení nejvyšší pevnosti lepených spojů lamelového dřeva dubu byla před nanesením adheziv na povrch lepené plochy aplikována akrylátová penetrace methylesteru kyseliny akrylové, která plní fúnkci oxidačního činidla a která obsahovala podíl nanočástic dispergovaného práškového termosetu melaminformaldehydové pryskyřice (C/HNT v koncentraci termosetu v akrylátovém vodou-ředitelném nátěru 15,0 % hmota., vztaženo na celkovou hmotnost nátěru. Akrylátová penetrace s podílem dispergovaného termosetu pronikla do dřeva do hloubky 1,0 až 4,0 mm a ponechala se zaschnout po dobu 2 hodin při teplotě 20 °C a vzdušné vlhkosti 65 %. Následně bylo na takto ošetřené plochy dřeva dubu naneseno adhezivum, které se vytvrdilo při teplotě 20 °C a tlaku 1,1 MPa po dobu 120 minut a které se poté aktivovalo působící zvýšené teploty 80 °C po dobu 15 minut. Po aktivaci termosetu za zvýšení teploty došlo k jeho roztavení a vzájemnému prostorovému zesítění za vniku pevných prostorových kovalentních vazeb mezi molekulami polymerů. Tím došlo ke slinutí termosetu s polyuretanovým adhezivem za vzniku lepeného spoje o vysoké pevnosti. Pro ověření pevnosti lepeného lamelového dřeva dubu byla následně zkušební tělesa vystavena testům stanovení smykové pevnosti dle harmonizované normy ČSN EN 302-1. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 2.
Průmyslová využitelnost
Využití lze spatřovat hlavně v dřevařském průmyslu, stavebnictví a architektuře. Uvedené řešení je vhodné zejména pro výrobu programu lepeného lamelového dřeva anebo atypických nosných konstrukčních prvků ze dřeva dubu pro interiérové a exteriérové aplikace. Jedná se zejména o lepení nosného lamelové dřevo dubu typu Glue Laminated Wood, KVH a BSH hranolů, dále pak konstrukční prvky mostů, lávek, rozhleden a dalších nosné konstrukční prvky exponované do interiéru a exteriéru. Systém lepení konstrukčních prvků je nutné realizovat na výrobní lince ve výrobním závodě a poté po jejich převzetí v místě výstavby je již prováděna pouze montáž na místě využití.

Claims (10)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Prostředek pro lepení dřevěných konstrukcí, sestávající ze dvou formulací pro jednotlivé vrstvy nátěru lepených ploch, vyznačený tím, že
    - první formulace sestává ze složky A, kterou je akrylátová vodou-ředitelná penetrace na bázi esterů kyseliny akrylové, a ze složky B, kterou jsou nanočástice termosetu, vybraného ze skupiny zahrnující fenolformaldehydovou pryskyřici, močovinoformaldehydovou pryskyřici a melaminformaldehydovou pryskyřici;
    přičemž nanočástice termosetu mají velikost v rozmezí od 10 do 60 nm, s výhodou 30 nm;
    přičemž složka A může volitelně obsahovat alespoň jedno aditivum, vybrané ze skupiny zahrnující isopropylalkohol, chlorid zinečnatý, hydroxyfenyltriazin, benzotriazol; přičemž s výhodou je aditivum ve složce A obsaženo v množství od 3 do 10 % hmota., výhodněji v množství od 5 do 7 % hmota., vztaženo na hmotnost složky A, a přičemž obsah složky B v první formulaci je v rozmezí od 15 do 20 % hmota., vztaženo na celkovou hmotnost první formulace;
    - druhá formulace sestává z polyuretanového jednosložkového adheziva.
  2. 2. Prostředek podle nároku 1, vyznačený tím, že fenolformaldehydovou pryskyřicí je syntetický termosetický fenolformaldehydový polykondenzát obecného vzorce
    Γ OH bo. 1.....
    - i·· ’ 'Xx :x. >·· $ kde x je celé číslo v rozmezí od 500 do 1000
  3. 3. Prostředek podle kteréhokoliv z nároků 1 až 2, vyznačený tím, že polyuretanové jednosložkové adhezivum je polymer obsahující od 35 do 40 % hmota, monomemích jednotek polyetherpolyolu, od 55 do 65 % hmota, monomemích jednotek polyisokyanátu a od 0 do 1,5 % hmota, monomemích jednotek UV stabilizátom; s výhodou polyuretanové jednosložkové adhezivum obsahuje 39 % hmota, monomemích jednotek polyetherpolyolu, 60 % hmota, monomemích jednotek polyisokyanátu a 1 % hmota, monomemích jednotek UV stabilizátom.
  4. 4. Prostředek podle nároku 3, vyznačený tím, že poly etherpolyol je vybraný ze skupiny zahrnující dipropylenglykol, sorbitol; a polyisokyanát je vybraný ze skupiny zahrnující methylendifenyldiisokyanát, dicyklohexylmethandiisokyanát, hexamethylen diisokyanát.
  5. 5. Prostředek podle kteréhokoliv z nároků 1 až 4, vyznačený tím, že akrylátová vodou-ředitelná penetrace je vybraná ze skupiny zahrnující methylester kyseliny akrylové, ethylester kyseliny akrylové, butylester kyseliny akrylové, isobutylester kyseliny akrylové
  6. 6. Uepený konstrukční prvek ze dřeva dubu obsahující prostředek pro lepení dřevěných konstrukcí podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačený tím, že obsahuje vrstvu (1) dřeva dubu, s výhodou masivního dubového dřeva, výhodněji dubového jádrového dřeva; na které je umístěna vrstva (2) první formulace prostředku pro lepení dřevěných konstmkcí podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, na ní je umístěna vrstva (3) druhé formulace prostředku pro lepení dřevěných konstmkcí podle
    - 13 CZ 309463 B6 kteréhokoliv z nároků 1 až 5 a na ní opět vrstva (2) první formulace prostředku pro lepení dřevěných konstrukcí podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5 a následně další vrstva (1) ze dřeva dubu, přičemž dřevo dubu má s výhodou vlhkost v rozmezí od 8 do 22 % hmotn., výhodněji od 12 do 15 % hmotn.;
    a přičemž vrstvy (2) a (3) prostředku pro lepení dřevěných konstrukcí podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5 jsou ve vytvrzené a zesítěné formě.
  7. 7. Lepený konstrukční prvek podle nároku 6, vyznačený tím, že celková tloušťka vrstev (2) první formulace, vrstvy (3) druhé formulace a další vrstvy (2) první formulace je v rozmezí od 100 pm do 180 pm, s výhodou 140 pm.
  8. 8. Lepený konstrukční prvek podle nároku 6 nebo 7, vyznačený tím, že tloušťka vrstvy (1) dřeva dubu je alespoň 5 mm, s výhodou je tloušťka této vrstvy v rozmezí od 5 mm do 420 mm; výhodněji je lepený konstrukční prvek upravený do tvaru hranolu, s výhodou kvádru.
  9. 9. Způsob lepení dřeva prostředkem podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačený tím, že obsahuje následující kroky:
    i) nanesení vrstvy (2) první formulace na první plochu dřeva určenou k lepení;
    ii) nanesení vrstvy (2) první formulace na druhou plochu dřeva určenou k přilepení k první ploše dřeva;
    iii) vytvrzení vrstvy (2) první formulace na vrstvě (1) dřeva dubu po dobu alespoň 120 minut při teplotě vzduchu v rozmezí od 15 do 35 °C;
    iv) nanesení vrstvy (3) druhé formulace na vytvrzenou vrstvu (2) první formulace na první ploše dřeva určené k lepení, přičemž aplikace adheziva se provede po zaschnutí a vytvrzení uvedené vrstvy (2) první formulace;
    v) umístění obou ploch dřeva určených k lepení do vzájemného kontaktu tak, aby mezi nimi byly umístěny vrstvy prostředku podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5 v pořadí vrstva (2) první formulace, vrstva (3) druhé formulace, vrstva (2) první formulace;
    ví) vytvrzení vrstvy (3) druhé formulace při teplotě v rozmezí od 15 do 35 °C po dobu alespoň 120 minut, při lisovacím tlaku v rozmezí od 0,7 do 1,7 MPa po dobu alespoň 120 minut;
    vii) zesítění zafixovaných nanočástic práškového termosetu při teplotě v rozmezí od 70 do 120 °C, s výhodou v rozmezí od 75 do 85 °C, po dobu alespoň 10 minut, s výhodou po dobu alespoň 15 minut, při kterém dojde ke slinutí všech vrstev (2, 3) prostředku.
  10. 10. Použití systému lepení podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 5 pro lepení povrchů dřeva, s výhodou dřeva dubu, výhodněji dubového jádrového dřeva.
CZ2021-476A 2021-10-11 2021-10-11 Prostředek pro lepení dřevěných konstrukcí a jeho použití, lepený konstrukční prvek ze dřeva dubu do exteriéru a způsob lepení dřeva CZ309463B6 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2021-476A CZ309463B6 (cs) 2021-10-11 2021-10-11 Prostředek pro lepení dřevěných konstrukcí a jeho použití, lepený konstrukční prvek ze dřeva dubu do exteriéru a způsob lepení dřeva

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2021-476A CZ309463B6 (cs) 2021-10-11 2021-10-11 Prostředek pro lepení dřevěných konstrukcí a jeho použití, lepený konstrukční prvek ze dřeva dubu do exteriéru a způsob lepení dřeva

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2021476A3 CZ2021476A3 (cs) 2023-02-01
CZ309463B6 true CZ309463B6 (cs) 2023-02-01

Family

ID=85036635

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2021-476A CZ309463B6 (cs) 2021-10-11 2021-10-11 Prostředek pro lepení dřevěných konstrukcí a jeho použití, lepený konstrukční prvek ze dřeva dubu do exteriéru a způsob lepení dřeva

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ309463B6 (cs)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0539470A (ja) * 1991-08-06 1993-02-19 Hayashi Veneer Sangyo Kk 合板およびその製造方法
EP2505730A1 (de) * 2011-03-30 2012-10-03 Pavatex SA Formstein enthaltend Holzweichfaserplatten
CN107312422A (zh) * 2015-11-24 2017-11-03 三棵树涂料股份有限公司 含改性聚氨酯乳液水性木器涂料及其制备方法
CZ31954U1 (cs) * 2018-06-15 2018-08-07 Česká zemědělská univerzita v Praze Materiál na bázi modřínového dřeva s prodlouženou barvostálostí a dílec pro výrobu exteriérových dřevěných konstrukcí jej obsahující
CZ34594U1 (cs) * 2020-10-16 2020-11-30 Česká zemědělská univerzita v Praze Materiál na bázi dubového dřeva a dílec pro výrobu exteriérových lepených dřevěných konstrukcí jej obsahující

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0539470A (ja) * 1991-08-06 1993-02-19 Hayashi Veneer Sangyo Kk 合板およびその製造方法
EP2505730A1 (de) * 2011-03-30 2012-10-03 Pavatex SA Formstein enthaltend Holzweichfaserplatten
CN107312422A (zh) * 2015-11-24 2017-11-03 三棵树涂料股份有限公司 含改性聚氨酯乳液水性木器涂料及其制备方法
CZ31954U1 (cs) * 2018-06-15 2018-08-07 Česká zemědělská univerzita v Praze Materiál na bázi modřínového dřeva s prodlouženou barvostálostí a dílec pro výrobu exteriérových dřevěných konstrukcí jej obsahující
CZ34594U1 (cs) * 2020-10-16 2020-11-30 Česká zemědělská univerzita v Praze Materiál na bázi dubového dřeva a dílec pro výrobu exteriérových lepených dřevěných konstrukcí jej obsahující

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
M. Sviták et al. Heat Resistance of Glued Finger Joints in Spruce Wood Contructions. BioResources. NC State University, 28.10.2014, 2014, Vol. 9, No. 4, p. 7529-7541, ISSN 1930-2126, str. 7531 celá *

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2021476A3 (cs) 2023-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ayanleye et al. Durability and protection of mass timber structures: A review
Sandberg Additives in wood products—today and future development
Dangel Turning point in timber construction: a new economy
DE50213795D1 (de) Zweikomponentiger polyurethan-klebstoff für holzwerkstoffe
WO2004065508A3 (en) Adhesive additives and adhesive compositions containing an adhesive additive
EP1858678B1 (de) Verfahren zur herstellung von holzwerkstoffen
RU2004114997A (ru) Способ склеивания материалов на основе древесины
NZ602576A (en) Bonding wood composites with resin solids-fortified phenol-formaldehyde resin
CZ309463B6 (cs) Prostředek pro lepení dřevěných konstrukcí a jeho použití, lepený konstrukční prvek ze dřeva dubu do exteriéru a způsob lepení dřeva
US20190126508A1 (en) Method of manufacturing glue laminated timber columns
Klarić et al. New trends in engineering wood technologies
DE102007005001A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Holz-Papier-Werkstoffes
CN104235590A (zh) 一种梯形单元集成材及其制备方法
Aras et al. Effects of ammonium nitrate on physico-mechanical properties and formaldehyde contents of particleboard
CN203266833U (zh) Osb高强复合饰面板
CN204955574U (zh) 复合板
Taşçioğlu et al. Effects of post-treatment with CA and CCA on screw withdrawal resistance of wood based composites
Krackler et al. Possible fields of hardwood application
CN103375015A (zh) 一种减震复合地板
CN205852998U (zh) 一种舞台木龙骨
GB1353754A (en) Thermosetting resins
CN206707197U (zh) 一种无甲醛抗地热五层实木地板
Gejdoš et al. Application of quality management tools and their impact on business development in wood processing industry in Slovakia
DE502008000105D1 (de) Dekorplatte sowie deren Herstellungsverfahren
CN219773373U (zh) 一种新型杨桉复合短柱