DE19957329B4

DE19957329B4 - Holzmaterial und Herstellverfahren dafür

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Publication number: DE19957329B4
Application number: DE1999157329
Authority: DE
Inventors: Hideaki Korai; Makoto Kiguchi; Ritsuo Hamamatsu Iwata; Yoshihiro Hamamatsu Hirano; Satoshi Hamamatsu Suzuki
Original assignee: Forestry and Forest Products Research Institute; Yamaha Corp
Current assignee: Forestry and Forest Products Research Institute; Yamaha Corp
Priority date: 1998-12-02
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: US6602451B1; DE19957329A1; JP3312138B2; JP2000167813A

Abstract

Holzmaterial, welches ozonisierte Holzelemente und ein Binderharz aufweist, welches die ozonisierten Holzelemente miteinander verbindet, wobei die ozonisierten Holzelemente hergestellt werden durch Unterwerfen von Holzelementen einem Acetylierungsprozeß und dann einer Oxidierungsbehandlung unter Verwendung von Ozon, wobei der Acetylierungsprozeß ausgeführt wird, in dem man das Holzelement in Kontakt mit einem Acetylierungsmittel bringt, und wobei das Acetylierungsmittel ein Acetanhydrid ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Holzmaterial, wobei Holzelemente miteinander durch ein Binderharz verbunden werden, und insbesondere auf ein Holzmaterial mit guter Beständigkeit gegen Wasserabsorption, mit Beständigkeit gegen Feuchtigkeit und mit Abmessungshaltigkeit bzw. -stabilität und mit hervorragender Festigkeit, und auf ein Herstellverfahren dafür.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Bis jetzt ist die Herstellung von Holzmaterial ausgeführt worden durch Verbindung von Holzelementen in verschiedenen Formen wie beispielsweise Platten, Partikeln, Chips, Fasern oder Pulver mit einem Binderharz. Jedoch gibt es bei dem in dieser Weise hergestellten Holzmaterial ein Problem bezüglich der Abmessungsabweichungen aufgrund hoher Hygroskopie bzw. Wasseraufnahmetendenz und schlechter Wasserbeständigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit.
Als ein Verfahren zur Lösung dieses Problems ist ein Verfahren, bei dem Holzelemente einem Acetylierungsprozeß unterworfen werden und dann in eine integrale Einheit mit einem Binderharz gebunden werden, in den Erstveröffentlichungen der japanischen Patentanmeldungen Nr. 5-269710 und 7-9411 offenbart worden. Wenn die Holzelemente wie in diesen Veröffentlichungen offenbart einem Acetylierungsprozeß unterworfen werden, werden die Absorption und die Hygroskopie bzw. Wasseraufnahmetendenz verringert und folglich wird die Dimensionsstabilität verbessert.
Jedoch haben Holzmaterialien, die unter Verwendung von Holzelementen hergestellt werden, die einem Acetylierungsprozeß unterworfen worden sind, den Fehler, daß die Festigkeit niedriger ist im Vergleich zu Holzmaterial, welches aus Holzelementen hergestellt ist, die nicht einem Acetylierungsprozeß unterworfen worden sind.
Insbesondere ist bei Faserplatten, die unter Verwendung von Holzfasern als Holzelemente hergestellt worden sind, der Abfall der Biegefestigkeit aufgrund der Acetylierung vergleichsweise hoch. Beispielsweise war die Biegefestigkeit, die gemäß JIS A 5908 bei einer Faserplatte gemessen wurde, die durch Bindung von Holzfasern (Handelsmarke F-4-17, hergestellt von Canadian Forest Products Limited, Canada) und zwar unter Verwendung von denaturiertem Melamin (15% der Holzfasern) ungefähr 34 MPa für den Fall ohne Acetylierungsverarbeitung der Holzfasern im Vergleich zu ungefähr 16 MPa für den Fall mit Acetylierungsverarbeitung der Holzfasern.
Ein Grund für den Abfall der Festigkeit wird aufgrund des Abfalls der Adhäsion der Holzfasern an den Binderharzen vermutet, wie beispielsweise an Harnstoff, Melamin, Phenol, Urethan, und zwar aufgrund der Acetylierung. Weiterhin wurde es auch als schwierig angesehen, eine steinharte Lage von hoher Dichte und hoher Steifigkeit als Oberflächenlage der Faserplatte zu haben.
Entsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Holzmaterial mit hervorragender Beständigkeit gegen Wasserabsorption und Beständigkeit gegen Feuchtigkeit, guter Dimensions- bzw. Abmessungsstabilität, genauso wie hervorragender Festigkeit zu besitzen.
Hinsichtlich des Standes der Technik wird ferner hingewiesen auf die Patentveröffentlichungen US 5 074 960 A , US 5 174 861 A , CA 1 169 794 A sowie FR 2 603 775 A1 .
Zusammenfassung der Erfindung
Um die obigen Probleme zu lösen, weist das Holzmaterial der vorliegenden Erfindung ozonisierte Holzelemente und Binderharz auf, welches die ozonisierten Holzelemente miteinander verbindet, wobei die ozonisierten Holzelemente hergestellt werden durch Acetylierung von Holzelementen und dann durch Unterwerfen der acetylierten Holzelemente einer Oxidationsbehandlung unter Verwendung von Ozon.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die Beständigkeit auch gegen Wasserabsorption und die Beständigkeit gegen Feuchtigkeit hervorragend, und daher ist die Dimensions- bzw. Abmessungsstabilität gut. Darüber hinaus wird die Anhaftung zwischen den Holzelementen und dem Binderharz verbessert, und eine steinharte Grundschicht wird auf den Vorder- und Hinterseiten gebildet, was somit ein Holzmaterial mit hervorragender Festigkeit ergibt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Kurvendarstellung, die eine Beziehung zwischen der Biegefestigkeit und der Ozonmenge in dem Holzmaterial zeigt, die als Beispiele der vorliegenden Erfindung und als ein Referenzbeispiel erhalten wurden.
2 ist eine Kurvendarstellung, die eine Beziehung zwischen dem Wasserabsorptionsdickenzunahmecoeffizient und der Ozonmenge in dem Holzmaterial zeigt, und zwar erhalten als Beispiele der vorliegenden Erfindung und als Referenzbeispiele.
3 ist ein Dichtenprofil in Dickenrichtung eines Holzmaterials, welches als ein Referenzbeispiel der vorliegenden Erfindung erhalten wurde.
4 ist ein Dichteprofil in Dickenrichtung eines Holzmaterials, welches als ein Beispiel der vorliegenden Erfindung erhalten wurde.
5 ist ein Dichtenprofil in der Dickenrichtung eines Holzmaterials, welches als ein Beispiel der vorliegenden Erfindung erhalten wurde.
6 ist ein Dichtenprofil in Dickenrichtung eines Holzmaterials, welches als ein Beispiel der vorliegenden Erfindung erhalten wurde.
7 ist ein Dichtenprofil in Dickenrichtung eines Holzmaterials, welches als ein Beispiel der vorliegenden Erfindung erhalten wurde.
Kurze Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Es folgt eine detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung.
Bei der vorliegenden Erfindung kann für die Holzelemente Holzmaterial von verschiedenen Formen verwendet werden, die ein Holzmaterial unter Verwendung eines Binderharzes bilden könnten. Beispielsweise können Holzpartikel oder Chips (Partikel) Pulver, Fasern, Fadenelemente, Flocken, Wafer bzw. Plättchen, Furnier, Artikel und ähnliches verwendet werden.
Hier wird ein Holzmaterial, mit Holzfasern, die durch ein Binderharz verbunden werden, um eine Dichte von mehr als 0,80 g/cm³ zu ergeben, als Hartplatte bezeichnet. Darüber hinaus gibt es eine Faserplatte bei Holzmaterial, welches durch Verbindung von Fasern mit einem Binderharz hergestellt wird, die mitteldichte Faserplatte (MDF) und ähnlich genannt wird.
Darüber hinaus sind Wafer Holzchips bzw. Holzschnipsel von ungefähr 0,6 mm Dicke mal 50 mm Breite mal 50-70 mm Länge. Eine Waferplatte ist ein Holzmaterial, welches durch Verbindung dieser mit einem Binderharz hergestellt wird.
Flocken sind Holzchips bzw. -teilchen von ungefähr 0,6 mm Dicke mal 10 mm Breite mal 10-30 mm Länge. Eine Flockenplatte ist ein Holzmaterial, welches durch Verbindung dieser mit einem Binderharz hergestellt wird.
Fadenelemente sind Holzteilchen bzw. -chips von ungefähr 0,6 mm Dicke mal 20 mm Breite mal 50-300 mm Länge. Eine orientierte Fadenfaserplatte (OSB = oriented strand board) ist ein Holzmaterial, welches hergestellt wird durch Verbindung dieser mit einem Binderharz.
Partikel ist der grundlegende Ausdruck für Chips oder Partikel, die kleiner sind als Flocken. Eine Partikelplatte ist ein Holzmaterial, welches durch Verbindung dieser mit einem Binderharz hergestellt wird.
Weiterhin sind Artikel ein Plattenmaterial von ungefähr 10-20 mm Dicke. Holzmaterial, welches durch Verbindung dieser mit einem Binderharz hergestellt wird, wird als laminiertes Material bezeichnet.
Furniere sind dünne Platten von ungefähr 3 mm Dicke. Holzmaterial, welches durch Verbindung dieser mit einem Binderharz hergestellt wird, wobei die Fasern der Furniere jeweilige Lagen bilden, die in einer Richtung angeord net sind, um auf einer Achse orientiert zu sein, wird als laminiertes Furnierholz (LVL = laminated veneer lumber) bezeichnet, während Holzmaterial, welches aus Furnierfasern hergestellt ist, die jeweilige Lagen bilden, die senkrecht zueinander angeordnet sind, um in zwei Achsen orientiert zu sein, als Sperrholz bezeichnet wird.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei Holzfasern als. Beispiel für die Holzelemente gegeben werden. Jedoch können Holzpartikel oder Holzchips als die Holzelemente verwendet werden. Das heißt, das Holzmaterial der vorliegenden Erfindung ist eine Faserplatte, die durch Verbindung von ozonisierten Holzfasern mit einem Binderharz hergestellt wird, wobei diese aus acetylierten Holzfasern hergestellt werden, die weiter ozonisiert worden sind.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel können als Holzfasern beispielsweise Chips verwendet werden, die durch Zerhäckseln von Holz in einem Häcksler zu Chips hergestellt werden, weiter durch Behandlung der resultierenden Chips mit Hochdruckdampf und dann durch Auffaserung durch einen Scheibenzerkleinerer. Es gibt keine spezielle Einschränkung für die Form der Holzfasern. Beispielsweise sind diese 0,1 bis 1,0 mm dick und 0,2 bis 5,0 mm lang.
Vorzugsweise werden die Holzfasern getrocknet, um einen Wassergehalt von weniger als 3% und vorzugsweise von weniger als 1% zu ergeben, und zwar vor der später beschriebenen Acetylierung. Dies kommt daher, daß falls die Holzfasern Wasser enthalten, das Acetanhydrid des Acetylierungsmitteldampfes mit dem Wasser vorreagiert, so daß der Wirkungsgrad der Acetylierung verringert wird.
Der Acetylierungsprozeß in der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise beispielsweise ausgeführt durch Kontakt der Holzfasern und des gasförmigen Dampfes des Acetylierungsmittels in der Dampfphase. Aufgrund dieser Acetylierung wird ein Teil der Hydroxylgruppe (OH) in der Holzfaser (W) durch die Acetylgruppe (OCOCH₃) ersetzt, und zwar gemäß der folgenden Gleichung [W] – OH + (CH₃CO)₂O → [W] – OCOCH₃ + CH₃COOH + (54 kcal)
Für hier verwendete Acetylierungsmittel ist Acetanhydrid am geeignetsten. Darüber hinaus ist der Grad der Acetylierung in diesem Acetylierungsprozeß eine Gewichtsprozentzunahme von normalerweise 10-30% und vorzugsweise 12-22%. Dies kann jedoch in geeigneter Weise verändert werden, um die erforderliche Absorptionsbeständigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit zu erfüllen.
Der Ozonisierungsprozeß (die Oxidationsbehandlung unter Verwendung von Ozon) in der vorliegenden Erfindung kann ausgeführt werden unter Verwendung einer Ozonverarbeitungseinheit, die einen Ozongenerator aufweist, um Ozon aus Rohmaterial Gas zu erzeugen, und ein Reaktionsgefäß, um das erzeugte Ozon und die Holzfasern in Kontakt zu bringen, und weiter durch Berührung des Ozons mit den Holzfasern innerhalb des Reaktionsgefäßes für eine vorbestimmte Zeit. Für das Rohmaterialgas kann beispielsweise Sauerstoff in geeigneter Weise eingesetzt werden. Normalerweise wird Sauerstoffgas, welches ungefähr 3-4% Ozon enthält, in das Reaktionsgefäß geliefert.
Die mit den Holzfasern reagierte Ozonmenge ist vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 0,10 bis 2,00 der Menge der Holzfasern, die in das Reaktionsgefäß eingeführt werden. Wenn die Ozonmenge geringer als dieses ist, kann der Effekt der Steigerung der Biegefestigkeit des Holzmaterials aufgrund der Ozonisierung nicht erhalten werden. Wenn darüber hinaus die Ozonmenge größer als 2,00 ist, kann keine merkliche Steigerung des Effektes erhalten werden, sondern vielmehr ist die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Ozonisierung gering, wobei dies unökonomisch wird und somit unerwünscht wird.
Bei der Ozonisierung für die Hauptreaktion tritt eine Oxydierungsspaltungsreaktion des aromatischen Nucleus des Lignins in den Holzfasern auf, und das anfängliche Produkt der Reaktion, ein Mukoidderivat wird erzeugt. Es wird vermutet, daß dieses Mukoidderivat zur Adhäsion beim Zeitpunkt des Heißpressens beiträgt, und zwar aufgrund seiner starken Reaktivität.
Als das Binderharz in der vorliegenden Erfindung werden beispielsweise Adhäsive bzw. Klebemittel wie beispielsweise ein Melaminharzsystem, ein Phenolharzsystem, ein Harnstoff-Formaldehydharzsystem, ein Epoxidharzsystem oder ein Polyurethanharzsystem, Schaumharze, MDI (4,4'-Diphenylmethan-Diisocyanat) oder Mischungen davon verwendet. Insbesondere wird denaturiertes Melaminharz idealerweise verwendet, wobei es vorteilhaft vom Standpunkt der Gegenmaßnahmen gegen Formalin und der Verbesserung der Dauerhaftigkeit ist.
Es gibt keine spezielle Grenze für die Menge des verwendeten obigen Binderharzes, und beispielsweise ist dies 5 bis ungefähr 25 Gewichtsprozent im Festkörper mit Bezug auf die Holzfasern. Wenn das Binderharz weniger als 5 Gewichtsprozent ist, dann ist die Verbindung der Holzfasern unzureichend, während wenn es 25 Gewichtsprozent überschreitet, das Binderharz übermäßig vorhanden ist und somit unwirtschaftlich.
Darüberhinaus kann ein Härter, ein Aushärtungskatalysator, ein Rushärtungsbeschleuniger, ein Lösemittel, Verdickungsmittel, ein Adhäsiv bzw. Klebemittel, ein Dispersionsmittel, ein wasserabweisendes Mittel und ähnliches zum Binderharz hinzugefügt werden.
Als nächstes folgt eine Beschreibung des Herstellverfahrens des Holzmaterials dieses Ausführungsbeispiels.
Zuerst werden die Holzfasern einem Acetylierungsprozeß unterworfen, nachdem das Acetylierungsmittel entfernt wird. Der Acetylierungsprozeß kann in der Dampfphase oder in der flüssigen Phase ausgeführt werden.
Als ein konkretes Verfahren, wann die Acetylierung in der Dampfphase ausgeführt wird, gibt es beispielsweise ein Verfahren, wo das Acetylierungsmittel in den Unterteil eines Reaktionsgefäßes gefüllt wird, und ein Netz, welches beispielsweise aus rostfreien Stahldrähten hergestellt ist, wird darüber gespannt, wobei die Holzfasern auf dem Netz angeordnet werden, und ein Acetylierungsmittel wird dann aufgeheizt, um Dampf des Acetylierungsmittels zu erzeugen, so daß die Holzfasern und der Dampf des Acetylierungsmittels in Kontakt miteinander gebracht werden. Die Reaktionszeit ist von ungefähr 15 Minuten bis ungefähr 3 Stunden und kann entsprechend abhängig vom erwünschten Grad der Acetylierung variiert werden. Darüberhinaus ist die Reaktionstemperatur zwischen ungefähr 140 und 200°C (vorzugsweise 140 bis ungefähr 160°C) und der Reaktionsdruck ist atmosphärischer Druck.
Darüberhinaus kann zum Zeitpunkt der Acetylierung der Holzfasern das Acetylierungsmittel, nämlich Acetanhydrid verwendet werden, und zwar gelöst mit einem deaktivierten Lösungsmittel, wie beispielsweise Xylen, welches nicht mit dem Acetylierungsmittel reagiert. Die in diesem Fall verwendete Lösungsmittelmenge wird auf weniger als 70 Gewichtsprozent der Gesamtmenge des Acetylierungsmittels und des Lösemittels festgelegt. Durch Verwendung dieser Mischung von Acetylierungsmittel und Lösungsmittel kann die Acetylierungsreaktion, die eine exotherme Reaktion ist, unter moderaten Umständen ausgeführt werden, der Reaktionsprozeß wird erleichtert, und eine übermäßige Acetylierung oder thermische Verschlechterung der Holzfasern kann unterdrückt werden.
Danach werden die acetylierten Holzfasern einer Ozonisierungsverarbeitung unterworfen, um die ozonisierten Holzfasern zu ergeben.
Beispielsweise wird Sauerstoff als das Rohmaterial Gas zu einem Ozongenerator (SA-100PV: hergestellt von Yamanashi High-Tec. (Ltd.)) geliefert, und das erzeugte Ozon wird mit dem Sauerstoffgas transportiert und in ein Reaktionsgefäß mit konstanter Flußrate geleitet. Acetylierte Holzfasern werden in das Reaktionsgefäß fallen gelassen, und diese Holzfasern und das Sauerstoffgas, welches das Ozon enthält, werden miteinander in Kontakt gebracht. Zu diesem Zeitpunkt wird die Flußrate und die Prozeßzeit des Sauerstoffgas enthaltenden Ozons bestimmt, und zwar entsprechend dem Gewicht der Holzfasern und der Ozonkonzentration in dem Sauerstoffgas enthaltenden Ozon, so daß eine Ozonmenge eines vorbestimmten Verhältnisses mit Bezug auf das Gewicht der Holzfasern in Kontakt mit den Holzfasern kommt. Weiterhin wird das Reaktionsgefäß während des Prozesses vorzugsweise umgerührt, so daß die Holzfasern und das Ozon gleichförmig reagieren.
Als nächstes wird ein Binderharz auf die erhaltenen ozonisierten Holzfasern aufgebracht, Als ein Verfahren zum Aufbringen des Binderharzes auf die ozonisierten Holzfasern gibt es beispielsweise ein Verfahren, welches die Anwendung einer Sprühtechnik vorsieht. Konkreter gesagt verwendet dies ein Verfahren, wobei die Holzfasern in einen Mischer gebracht werden, der mit geringer Geschwindigkeit gedreht wird, und das Binderharz wird in den Mischer durch Sprühen aufgebracht, wenn die Holzfasern natürlicherweise in den Mischer fallen.
Danach werden die Holzfasern, die mit dem Binderharz beschichtet worden sind, zu einer Mattenform gebildet, und zwar durch eine wohlbekannte Formgebungstechnik, und sie werden dann Hitze und Druck unterworfen, um Platten zu bilden, die dann aufgebaut bzw. hergestellt werden, um dadurch eine Faserplatte zu ergeben.
Die Temperatur zum Zeitpunkt der Formgebung der Faserplatte wird abhängig von dem verwendeten Binderharz eingestellt. Es gibt keine spezielle Grenze, jedoch ist beispielsweise in dem Fall, wo denaturiertes Melamin verwendet wird, 150 bis ungefähr 190°C vorzuziehen.
Darüber hinaus gibt es keine spezielle Grenze für den Druck zum Zeitpunkt der Formgebung der Faserplatte. Beispielsweise liegt dieser ungefähr zwischen 10 und 40 kgf/cm². Weiterhin ist die Formgebungszeit zur Bildung einer Dicke von beispielsweise 10 mm zwischen ungefähr 2 und 7 Minuten.
Darüber hinaus kann zum Zeitpunkt der Formgebung der Holzfasern ein Flammenverzögerungsmittel, Färbungsmittel, ein Insektizid, Konservierungsmittel, Fungizid, wasserabweisende Mittel, schallabsorbierende Materialen, Schaum teile, Füller, Verstärkungsmaterial und ähnliches zugegeben werden, wie erforderlich.
Bei der in dieser Weise hergestellten Faserplatte werden die Holzfasern, die dem Acetylierungsprozeß und dann dem Ozonisierungsprozeß unterworfen worden sind, mit dem Binderharz verbunden. Daher hat diese eine hervorragende Wasserabsorptionsbeständigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit, und die Abmessungsstabilität ist gut. Darüber hinaus wird durch Unterwerfen der Holzfasern einem Ozonisierungsprozeß nach dem Acetylierungsprozeß die Anhaftfähigkeit des Binderharzes an den Holzfasern verbessert. Weiterhin wird zum Zeitpunkt der Formgebung und Aufheizung und Pressenformgebung eine steinharte Grundschicht von hoher Dicke und Härte im Oberflächenschichtteil geformt, was eine Faserplatte von hervorragender Festigkeit ergibt. Insbesondere in dem Fall, wo der Binder ein Schaumpolyurethanharz ist, werden dann aufgrund des aktivierten Sauerstoffes die Wasserkomponente und der Binder leicht kombiniert, was eine Faserplatte mit hoher Dichte und hervorragender Festigkeit ergibt.
Insbesondere kann dadurch, daß man die Reaktionsozonmenge ungefähr 0,10 bis 2,0% mit Bezug auf das acetylierte Holzelement macht, ein Holzmaterial mit hervorragender Biegefestigkeit mit gutem Wirkungsgrad erhalten werden.
Mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde beispielsweise eine Beschreibung des Falls dargelegt, wo die Faserplatte unter Verwendung von Holzfasern als Holzelementen hergestellt wird. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auch in ähnlicher Weise auf den Fall angewandt werden, wo verschiedene Holzmaterialien unter Verwendung der oben erwähnten Holzelemente aus Partikeln und Chips (Partikeln), Pulver, Fadenelementen, Flocken, Wafern bzw. Plättchen, Furnieren, Artikeln und ähnlichem hergestellt werden. In ähnlicher Weise wird genauso wie die hervorragende Beständigkeit gegen Wasserabsorption und die Beständigkeit gegen Feuchtigkeit bei guter Abmessungsstabilität die Anhaftfähigkeit des Binderharzes an den Holzfasern verbessert, und eine steinharte Lage von hoher Dichte und Härte wird in dem Oberflächenschichtteil gebildet, was eine Faserplatte von hervorragender Festigkeit ergibt.
(Beispiele)
Es folgt eine Beschreibung von Beispielen, um zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung beizutragen. Die Beispiele veranschaulichen einen Weg der vorliegenden Erfindung. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf eingeschränkt, und der Umfang der vorliegenden Erfindung kann optional modifiziert werden.
(Beispiel A-1)
Eine Faserplatte wurde hergestellt unter Verwendung von Holzfasern als Holzelementen. Das heißt, Holzfasern von ungefähr 0,1 bis ungefähr 1,0 mm Dicke und 2 bis ungefähr 35 mm Länge (Handelsmarke F-4-17; hergestellt von Canadian Forest Products Ltd., Canada) wurden vorbereitet und getrocknet, um einen Wassergehalt von 3% zu ergeben.
Diese wurden dann mit Acetanhydrid acetyliert, und zwar unter Verwendung eines Gasphasenacetylierungsprozessors (Sumitomo Chemical Engineering Co. Ltd.), und das nicht reagierte Acetanhydrid wird durch Absaugen entfernt. Der Grad der Acetylisierung der Holzfasern war 17% für die Gewichtsprozentzunahme (WPG = weight percent gain).
Danach wurden die acetylierten Holzfasern in ein Reaktionsgefäß einer Ozonprozeßvorrichtung eingeführt und einem Ozonisierungsprozeß unterworfen. Für das Rohmaterialgas wurde Sauerstoffgas verwendet. Die Prozeßzustände waren ungefähr 3 bis 4 Gewichtsprozent Ozonkonzentration für das Sauerstoffgas, welches mit den Holzfasern in Kontakt kommt, ein Liter/Minute Flußrate für das Sauerstoffgas, welches das an das Reaktionsgefäß gelieferte Ozon enthält, und 11,05 Minuten Verarbeitungszeit, was 0,25 Ozonmenge ergibt, die mit den Holzfasern reagiert.
Als nächstes wurden 197 g ozonisierte Holzfasern in einen Mischer eingeleitet, der sich mit geringer Geschwindigkeit dreht, und ein Binderharz wurde in den Mischer gesprüht, während ozonisierte Holzfasern natürlich in den Mischer gefallen sind. Als Binderharz wurde eine Harzzusammensetzung mit einem Gesamtkörperwassergehalt von un- gefähr 20% verwendet, wobei 4,3 g 10%iges NH₄Cl zu 45,5 g mit denaturiertem Melamin (Handelsname Yu-Roido U816, hergestellt von Mitsui Chemicals Ltd.) zugegeben wurde.
Danach wurden die ozonisierten Holzfasern, die mit dem Binderharz beschichtet worden sind, zu einer Dicke von ungefähr 200 mm geformt und dann einer Wärmedruckformgebung bei 180°C und einem Druck von ungefähr 40 bis 10 kgf/cm² für 5 Minuten unterworfen, um eine Faserplatte (A-1) von 180 mm Breite, 220 mm Länge und 10 mm Dicke zu ergeben. Die Dichte dieser Faserplatte war 0,5 g/cm³.
Die Dichte der Faserplatte wurde gemessen durch Ausführung von Tests gemäß JIS A 5908 (im folgenden ähnlich).
(Beispiele A-2~4)
Ausgehend von den Ozonisierungsprozeßzuständen im Beispiel A-1 wurde die Ozonmenge innerhalb des Reaktionsgefäßes verändert, so daß die Ozonmenge, die mit den Holzfasern reagiert, jeweils 0,5%, 1,0% und 2,0% war, wobei die anderen Zustände die gleichen waren, um somit Faserplatten (A-2~4) einer Dichte von 0,5 g/cm³ zu erzeugen.
(Beispiel B-1)
Bei dem Bindereinbringungsschritt im oben erwähnten Beispiel A-1 wurde als das Binderharz eine Harzzusammensetzung mit einem Gesamtkörperwassergehalt von ungefähr 20% verwendet, wobei 6,4 g von 10%igem NH₄Cl zu 67,4 g denaturiertem Melamin (Handelsname Duroid U816, hergestellt von Mitsui Chemicals Ltd.) hinzugegeben wurden, und zwar für 292,2 g ozonisierte. Holzfasern, wobei die anderen Zustände die gleichen waren, um somit eine Faserplatte (B-1) einer Dichte von 0,74 g/cm³ zu erzeugen.
(Beispiele B-2~4)
Ausgehend von den Ozonisierungsprozeßzuständen in Beispiel B-1 wurde die Ozonmenge innerhalb des Reaktionsgefäßes so verändert, daß die Ozonmenge, die mit den Holzfasern reagiert, jeweils 0,5%, 1,0% und 2,0% war, wobei die anderen Zustände die gleichen waren, um somit Faserplatten (B-2~4) einer Dichte von 0,74 g/cm³ zu produzieren.
(Referenzbeispiel 1)
In den Beispielen A-1 und B-1 wurde die Ozonmenge, die mit den Holzfasern zum Zeitpunkt der Ausführung des Ozonisierungsprozesses reagiert, auf 0% gesetzt, wobei die anderen Zustände die gleichen sind, um somit jeweils Faserplatten von 0,5 g/cm³ Dichte (A-0) und 0,74 g/cm³ Dichte (B-0) zu erzeugen.
(Referenzbeispiel 2)
In den Beispielen A-1~4 und den Beispielen B-1~4 und im Referenzbeispiel 1 wurde die Ozonisierungsverarbeitung an den Holzfasern ausgeführt, ohne den Acetylierungsprozeß auszuführen, wobei die anderen Umstände die gleichen waren, um somit jeweilige Faserplatten zu erhalten. Die Faserplatten der Dichte 0,5 g/cm³, die jeweils in der gleichen Weise erhalten wurden wie bei A-0~4, wurden C-0~4 bezeichnet. Darüber hinaus werden Faserplatten der Dichte 0,74 g/cm³, die jeweils in der gleichen Weise wie bei B-0~4 erhalten wurden, mit D-0~4 bezeichnet.
(Testbeispiel 1)
Bei den Faserplatten, die in den Beispielen A-1~4, in den Beispielen B-1~4 und im Referenzbeispiel 1 erhalten wurden, wurde die Biegefestigkeit (auf die im folgenden als MOR Bezug genommen wird) gemessen. Die MOR-Messung wurde gemäß JIS A 5908 ausgeführt. Die Ergebnisse sind in 1 gezeigt. In 1 stellt die horizontale Achse die Ozonmenge (%) dar, die mit den Holzfasern reagiert hat, während die vertikale Achse den MOR bzw. die Biegefestigkeit darstellt (Einheit: MPa). Darüber hinaus zeigt in 1
das Ergebnis für die Beispiele A-1~4 und A-0 des Referenzbeispiels 1, während • die Ergebnisse für die Beispiele B-1~4 und B-0 des Referenzbeispiels 1 zeigt.
(Testbeispiel 2)
Bei den Faserplatten, die durch die Beispiele A-1~4, bei den Beispielen B-1~4, beim Referenzbeispiel 1 und beim Referenzbeispiel 2 erhalten wurden, wurde der Wasserabsorptionsdickenzunahmecoeffizient gemessen (auf den im folgenden als TS Bezug genommen wird).
Für den TS wurde das Teststück in einer Umwelttesteinheit angeordnet, und die Dickenveränderungsproportion nach dem man es für 24 Stunden in Wasser bei der Temperatur von 20° gelassen hat, wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in 2 gezeigt. In 2 stellt die horizontale Achse die Ozonmenge (%) dar, die mit den Holzfasern reagiert hat, während die vertikale Achse TS darstellt (Einheit: %). Darüber hinaus zeigt in 2
die Ergebnisse für die Beispiele A-1~4 und A-0 des Referenzbeispiels 1, • zeigt die Ergebnisse für die Beispiele B-1~4 und B-0 des Referenzbeispiels 1, ☐ zeigt die Ergebnisse für C-0~4 des Referenzbeispiels 2, während O die Ergebnisse für D-0~4 des Referenzbeispiels 2 zeigt.
(Testbeispiel 3)
Bei der Faserplatte, die für die Beispiele B-1~4 und B-0 des Referenzbeispiels 1 erhalten wurde, wurde das Dichtenprofil in der Dickenrichtung gemessen. Diese Messung wurde ausgeführt unter Verwendung eines Dichteprofilometers (hergestellt durch ART Ltd., Deutschland).
3-7 zeigen die Ergebnisse, wobei sie das Dichtenprofil in der Dickenrichtung für die Faserplatte der jeweiligen Beispiele B-0, B-1, B-2, B-3 und B-4 zeigen. In den 3-7 stellt die horizontale Achse die Oberfläche der Faserplatte als 0 dar, wobei die Dicke (Einheit: mm) sich von der Vorderseite zur Hinterseite erstreckt, während die vertikale Achse die Dichte darstellt (Einheit: g/cm³).
Aus den Ergebnissen der 1 wurde für die Faserplatten A-0~4 der Dichte 0,5 g/cm³, wobei die Ozonmenge, die mit den Holzfasern reagiert hat, über 0,1% liegt, ein MOR von mehr als 11 MPa erreicht, während wenn die Ozonmenge 0,1% war, der MOR ein maximaler Wert bei 18,0 MPa wurde. Darüber hinaus stieg insbesondere im Bereich von bis zu einer Ozonmenge von 0,25 der MOR schnell.
Darüber hinaus wurde bei den Faserplatten B-0~4 der Dichte 0,74 g/cm³, wobei die Ozonmenge mit den Holzfasern über 1,0% reagiert hat, ein MOR von mehr als 21 MPa erhalten, während wenn die Ozonmenge 2,0% war, der MOR ein maximaler Wert bei 33,0 MPa wurde. Darüber hinaus stieg insbesondere im Bereich von bis zu einer Ozonmenge von 0,25% der MOR rapide.
Dies zeigt, daß durch Ozonisierung der acetylierten Holzfasern in dieser Weise ein Effekt der Steigerung des MOR der Faserplatte erhalten wird.
Ausgehend von den Ergebnissen der 2 im Vergleich mit C-0~4 und D-0~4, wo die Acetylierung der Holzfasern nicht ausgeführt wurde, und zwar mit A-0~4 und B-0~4, die der Acetylierung unterworfen wurden, wurde TS beträchtlich gesenkt. Darüber hinaus hatten auch bei A und B im Vergleich zu A-0 und B-0, wo die Ozonmenge 0 war, A-1~4 und B-1~4, wo das Ozon reagiert hat, einen noch geringeren TS. Daher könnte abgeleitet werden, daß die Abmessungsstabilität stark aufgrund der Ausführung der Acetylierung gesteigert werden konnte, und daß die dimensio nelle Stabilität auch mit der Ozonisierung gesteigert wurde.
Unter Betrachtung der Ergebnisse der 3 bis 7 im Vergleich zum Produkt der 3 mit der Ozonmenge 0, existiert bei den Produkten der 4 bis 7, wo die Ozonisierung ausgeführt worden ist, eine hochdichte Lage am Vorderseitenteil und am Hinterseitenteil, wobei somit die Bildung einer steinharten Schicht gezeigt wird. Folglich war bei der Faserplatte der 4 bis 7 zu sehen, daß die Vorderseite und die Hinterseite hart waren, und zwar bei hervorragender Festigkeit.
Obwohl die Erfindung im Detail hier mit Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele und diese hier beschriebenen Alternativen beschrieben worden ist, sei bemerkt, daß diese Beschreibung nur beispielhaft ist, und daß sie nicht in einschränkendem Sinne zu sehen ist. Es sei weiter bemerkt, daß zahlreiche Veränderungen der Details der Ausführungsbeispiele der Erfindung dem Fachmann offensichtlich sein werden und von ihm vorgenommen werden können, wenn er auf diese Beschreibung Bezug nimmt. Es sei bemerkt, daß eine solche Veränderung und zusätzliche Ausführungsbeispiele im Kern und im wahren Umfang der Erfindung liegen, wie sie beansprucht wird.

Claims

Holzmaterial, welches ozonisierte Holzelemente und ein Binderharz aufweist, welches die ozonisierten Holzelemente miteinander verbindet, wobei die ozonisierten Holzelemente hergestellt werden durch Unterwerfen von Holzelementen einem Acetylierungsprozeß und dann einer Oxidierungsbehandlung unter Verwendung von Ozon, wobei der Acetylierungsprozeß ausgeführt wird, in dem man das Holzelement in Kontakt mit einem Acetylierungsmittel bringt, und wobei das Acetylierungsmittel ein Acetanhydrid ist.
Holzmaterial nach Anspruch 1, wobei eine Ozonmenge, die mit den Holzelementen bei der Oxidierungsbehandlung unter Verwendung von Ozon reagiert hat, innerhalb eines Bereiches von ungefähr 0,10-2,00% einer Menge der Holzelemente liegt.
Holzmaterial nach Anspruch 1, wobei das Holzelement ein Glied ist, welches aus der folgenden Gruppe ausgewählt wird: Holzfaser, Holzpartikel, Holzchips und Mischungen davon.
Verfahren zur Herstellung eines ozonisierten Holzelementes, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Unterwerfen eines Holzelementes einem Acetylierungsprozesses, um ein acetyliertes Holzelement zu erhalten; und Unterwerfen des acetylierten Holzelementes einer Oxidationsbehandlung unter Verwendung von Ozon, wobei der Acetylierungsprozeß ausgeführt wird, indem man das Holzelement in Kontakt mit einem Acetylie rungsmittel bringt, und wobei das Acetylierungsmittel ein Acetanhydrid ist,
Verfahren zur Herstellung eines ozonisierten Holzelementes nach Anspruch 4, wobei das Holzelement eine Holzfaser ist und wobei das Verfahren weiter den Schritt aufweist, das Holz einer Faserbehandlung zu unterwerfen, um eine Holzfaser zu erhalten.
Verfahren zur Herstellung eines ozonisierten Holz- elementes nach Anspruch 4 oder 5, wobei eine Reakti- onstemperatur des Acetylierungsprozesses ungefähr 140 bis 220°C ist.
Verfahren zur Herstellung eines ozonisierten Holzelementes nach Anspruch 6, wobei die Reaktionstemperatur des Acetylierungsprozesses ungefähr 140 bis 160°C ist.
Verfahren zur Herstellung eines ozonisierten Holzelementes nach Anspruch 4, wobei der Reaktionsdruck des Acetylierungsprozesses atmosphärischer Druck ist.
Verfahren zur Herstellung eines ozonisierten Holzelementes nach Anspruch 4, wobei die Oxidationsbehandlung unter Verwendung von Ozon ausgeführt wird durch Erzeugung von Ozon aus einem Rohmaterialgas und dann durch Kontakt des Ozons mit dem acetylierten Holzelement.
Verfahren zur Herstellung eines ozonisierten Holzelementes nach Anspruch 9, wobei das Rohmaterialgas Sauerstoff ist.
Verfahren zur Herstellung eines ozonisierten Holzelementes nach Anspruch 9, wobei eine Ozonmenge, die mit dem acetylierten Holzelement in der Oxidationsbehandlung unter Verwendung von Ozon reagiert hat, innerhalb eines Bereiches von ungefähr 0,10 bis 2,00 einer Menge des acetylierten Holzelementes liegt.
Verfahren zur Herstellung eines Holzmaterials, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Schritte aufweist: Unterwerfen von Holzelementen einem Acetylierungsprozeß, um acetylierte Holzelemente zu erhalten; Unterwerfen der acetylierten Holzelemente einer Oxidationsbehandlung unter Verwendung von Ozon, um ozonisierte Holzelemente zu erhalten; und Aufbringen eines Binderharzes auf die ozonisierten Holzelemente und dann Akkumulation, Aufheizung und Preßformgebung, um ein Holzmaterial zu erhalten, wobei der Acetylierungsprozeß ausgeführt wird, indem man die Holzelemente mit dem Acetylierungsmittel in Kontakt bringt, und wobei das Acetylierungsmittel ein Acetanhydrid ist.
Verfahren zur Herstellung eines Holzmaterials nach Anspruch 12, wobei die Holzelemente Holzfasern sind, und welches weiter den Schritt aufweist, das Holz einer Faserbehandlung zu unterwerfen, um Holzfasern zu erhalten.
Verfahren zur Herstellung eines Holzmaterials nach Anspruch 12 oder 13, wobei eine Reaktionstemperatur des Acetylierungsprozesses ungefähr 140 bis 200°C ist.
Verfahren zur Herstellung eines Holzmaterials nach Anspruch 14, wobei eine Reaktionstemperatur des Acetylierungsprozesses ungefähr 140 bis 160°C ist.
Verfahren zur Herstellung eines Holzmaterials nach Anspruch 12, wobei ein Reaktionsdruck des Acetylierungsprozesses atmosphärischer Druck ist.
Verfahren zur Herstellung eines Holzmaterials nach Anspruch 12, wobei die Oxidationsbehandlung unter Verwendung des Ozons ausgeführt wird durch Erzeugung von Ozon aus Rohmaterialgas und dann, indem man das Ozon in Kontakt mit den acetylierten Holzelementen bringt.
Verfahren zur Herstellung eines Holzmaterials nach Anspruch 17, wobei das Rohmaterialgas Sauerstoff ist.
Verfahren zur Herstellung eines Holzmaterials nach Anspruch 17, wobei eine Ozonmenge, die mit den acetylierten Holzelementen bei der Oxidationsbehandlung unter Verwendung von Ozon reagiert, innerhalb eines Bereiches von ungefähr 0,10 bis 2,00 einer Menge der acetylierten Holzelemente liegt.
Verfahren zur Herstellung eines Holzmaterials nach Anspruch 12, wobei das Binderharz ein Glied bzw. Mittel ist, welches aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Ein Melaminharzsystemhaftmittel, ein Phenolharzsystemhaftmittel, ein Harnstoff-Formaldehyd-Harzsystemhaftmittel, ein Epoxidharzsystemhaftmittel, ein Polyurethanharzsystemhaftmittel, Schaumharze, MDI und Mischungen davon.
Verfahren zur Herstellung eines Holzmaterials nach Anspruch 12, wobei eine Menge des Binderharzes ungefähr 5 bis 25 Gewichtsprozent im Festkörper mit Bezug auf die ozonisierten Holzelemente ist.
Verfahren zur Herstellung eines Holzmaterials nach Anspruch 12, wobei zumindest ein Zugabemittel zu dem Binderharz hinzugegeben wird, welches aus der folgenden Gruppe ausgewählt wird: Ein Härter, ein Aushärtungskatalysator, ein Aushärtungsbeschleuniger, ein Lösungsmittel, ein Verdickungsmittel, ein Adhäsiv bzw. Haftmittel, ein Dispersionsmittel und ein wasserabweisendes Mittel.