ES2915551T3 - Productos de madera manufacturados y métodos de producción - Google Patents

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Abstract

Un producto de madera manufacturado en forma de monolito consolidado que comprende una pluralidad de piezas de madera natural unidas entre sí con adhesivo mediante un adhesivo termoplástico reticulado que ha sido reticulado durante el procesamiento, donde dicho producto de madera manufacturado conserva su forma consolidada cuando se somete a una prueba de ebullición a 100ºC-105°C en agua del grifo durante 3 horas y donde el adhesivo termoplástico reticulado tiene una temperatura de transición vítrea de menos de aproximadamente 70 grados Celsius.

Description

DESCRIPCIÓN
Productos de madera manufacturados y métodos de producción
Campo técnico
La presente descripción está relacionada con productos de madera manufacturados. En una forma particular, la presente descripción está relacionada con productos para suelos de madera manufacturados.
Antecedentes
La madera natural se ha utilizado para la construcción y la edificación durante muchos años. Sin embargo, en tiempos más recientes ha aumentado la demanda de madera, especialmente de maderas duras y especies exóticas, y esto ha llevado a una deforestación más generalizada y a una tala desenfrenada que ha reducido la disponibilidad de madera natural y ha afectado negativamente al medio ambiente.
Por estas razones, la atención se ha dirigido a productos de madera compuestos o manufacturados que se fabrican utilizando materiales de madera reciclados, económicos y/o más fácilmente disponibles. Muchos de estos productos de madera más nuevos son adecuados para uso en edificación y construcción cuando no son visibles (es decir, usos de "superficie interior"), como por ejemplo en tableros estructurales, vigas o paneles en edificios. La producción de productos de madera manufacturados diseñados para uso en superficies exteriores, como por ejemplo tableros para suelos o paneles para paredes, es más difícil porque tanto las propiedades físicas (dureza, durabilidad) como la apariencia estética de los productos deben adaptarse al uso final. En estos productos, el aspecto natural y la textura de una veta de madera es el principal atractivo del producto de madera.
En la industria de los suelos, las especies específicas de madera dura son generalmente más populares y preferidas sobre otras especies debido a la dureza natural, la densidad y el atractivo visual de una madera particular. Para suelos, las maderas duras preferidas incluyen jarrah, roble rojo, haya, eucalipto goma azul. Desafortunadamente, se genera una cantidad considerable de material de desecho de madera cuando se procesa la madera en bruto para transformarla en productos para suelos de madera y de bosques de plantaciones que se están utilizando actualmente para la producción sostenible de madera. Por esta razón, la atención se ha dirigido a los productos de madera manufacturados para uso en suelos y aplicaciones relacionadas. Más recientemente, la atención se ha dirigido al uso de especies de madera menos deseables para conformar productos de madera manufacturados estéticamente agradables, tales como tableros para suelos. Por ejemplo, la patente de EE.UU. 8.268.430 describe un método para producir un producto de madera manufacturado que tiene una apariencia de veta de madera natural utilizando piezas de madera natural menos deseables o desechadas. Los productos de madera manufacturados conformados de esta manera pueden tener una apariencia estéticamente agradable pero, en algunos casos, las propiedades físicas (como el módulo de elasticidad ("MOE") y el módulo de rotura ("MOR") pueden no ser las ideales. La publicación de patente de EE.UU. n° 20100178451 describe un método para producir productos de madera manufacturados usando bambú. Estos productos se denominan "suelos de bambú de hebra tejida" y tienen muchas propiedades físicas deseables. Por ejemplo, los productos de madera manufacturados son considerablemente más duros que los productos fabricados a partir de otras especies de madera y esto los hace ideales para aplicaciones para suelos.
Es evidente de la técnica anterior que las propiedades físicas de muchos de los productos de madera manufacturados conocidos están fuertemente influenciadas por el tipo de madera utilizada.
Los productos de madera manufacturados se fabrican típicamente proporcionando una pluralidad de tiras, virutas, fibras o piezas de madera, cubriendo o impregnando las tiras, virutas, fibras o piezas de madera con un adhesivo, secando opcionalmente el adhesivo (dependiendo del adhesivo), disponiendo la tiras, virutas, fibras o piezas de madera en un molde o alimentándolas a un sistema continuo, aplicando presión y curando la resina. Los adhesivos que se usan habitualmente en este proceso son resinas de urea formaldehído, resinas de fenol formaldehído, resinas de melamina formaldehído, resinas de diisocianato de metileno difenilo y resinas de poliuretano. Sin embargo, existen dificultades asociadas con muchas de estas resinas. Una gran desventaja de las resinas de urea formaldehído, de fenol formaldehído y de melamina formaldehído es que los productos conformados utilizando estos materiales emiten lentamente formaldehído al entorno circundante. Estas emisiones se conocen comúnmente como Compuestos Orgánicos Volátiles (COV). Debido a los problemas ambientales, de salud y regulatorios relacionados con las emisiones de formaldehído de los productos de madera, se necesitan resinas alternativas. La legislación reciente ha prohibido o restringido severamente el uso de formaldehído en algunos países o estados. Las resinas de fenol formaldehído se han utilizado para la producción de productos de madera manufacturados durante muchos años y se ha hecho evidente que la resina amarillea con el tiempo y esto afecta negativamente a la apariencia del producto. Además, en la práctica, la calidad de los productos conformados utilizando estas resinas puede verse afectada negativamente por un curado/conversión incompletos de los monómeros durante la fabricación del producto. Las resinas de urea formaldehído no son impermeables y esto puede presentar problemas con muchas aplicaciones para suelos. Las resinas de diisocianato de metileno difenilo y las resinas de poliuretano no contienen formaldehído y generalmente son impermeables, pero son considerablemente más caras de usar y tienen las desventajas adicionales de que son muy reactivas, lo que dificulta el control del curado, y las propiedades físicas de los productos de madera manufacturados fabricados usando estas resinas dependen en gran medida del contenido de humedad de la madera que se procese.
La publicación de patente de EE.UU. n° 20020074095 describe un proceso para producir tableros de partículas de madera mediante la unión de fibras de madera utilizando un ligante reticulable. Las fibras de madera se preparan descomponiendo partículas de madera y las fibras resultantes se mezclan con aproximadamente un 15% en peso de ligante y se compactan para conformar un producto de tablero de partículas. Sin embargo, el producto de tablero de partículas conformado es un tablero de partículas compuesto y no tiene ningún aspecto ni textura natural de las piezas de madera de las que está conformado. Además, las propiedades físicas del producto de tablero de partículas son una combinación de las propiedades físicas de las fibras de madera utilizadas y del adhesivo utilizado. Dicho de otra manera, el adhesivo utilizado contribuye significativamente a las propiedades físicas y estéticas del producto.
Los procesos actuales para producir productos de madera manufacturados tienden a depender mucho del contenido de humedad de la madera que se procese. Las variaciones en el contenido de humedad de los materiales de madera iniciales tienden a solucionarse secando las piezas de madera hasta un bajo nivel de humedad predeterminado. Sin embargo, este es un proceso intensivo en energía y en mano de obra que proporciona una limitación fundamental a la viabilidad comercial de la fabricación de estos productos en muchas jurisdicciones y para muchas especies de madera potencialmente deseables. La variabilidad del contenido de humedad durante las diversas etapas de producción también puede provocar la deformación del producto después de la producción. Así, los tipos de adhesivos que se han explorado hasta la fecha tienen problemas fundamentales con la fabricabilidad de estos productos y, hasta la fecha, esto ha limitado la explotación más amplia de los métodos de fabricación conocidos.
Por lo tanto, existe la necesidad de un nuevo enfoque para la fabricación de productos de madera que mejore la viabilidad de la fabricación. De forma alternativa, o adicional, existe la necesidad de un nuevo enfoque para la fabricación de productos de madera que impartan propiedades físicas favorables al producto final. De forma alternativa, o adicional, existe la necesidad de un nuevo enfoque para la fabricación de productos de madera que dé como resultado un producto de madera manufacturado que tenga un aspecto natural y una textura de veta de madera. De forma alternativa, o adicional, existe la necesidad de un nuevo enfoque para la fabricación de productos de madera que sea más sostenible ambiental o económicamente que los procesos de la técnica anterior. De forma alternativa, o adicional, existe la necesidad de proporcionar resinas y/o procesos para usar en la producción de productos de madera manufacturados que superen una o más de las dificultades asociadas con las resinas conocidas.
Compendio
En la presente memoria se describe un producto de madera manufacturado en forma de un monolito consolidado que comprende una pluralidad de piezas de madera natural unidas entre sí con adhesivo mediante un adhesivo termoplástico reticulado que se ha reticulado durante el procesamiento donde dicho producto de madera manufacturado conserva su forma consolidada a temperaturas elevadas y donde el adhesivo termoplástico reticulado tiene una temperatura de transición vítrea igual o inferior a la temperatura de uso normal del producto de madera manufacturado.
En la presente memoria se describe un proceso para producir un producto de madera manufacturado que comprende:
- proporcionar una pluralidad de piezas de madera natural que tienen sustancialmente un contenido de humedad de equilibrio;
- aplicar un adhesivo termoplástico que comprende una resina termoplástica y un agente reticulante a las piezas de madera para conformar piezas de madera recubiertas con adhesivo;
- calentar opcionalmente las piezas de madera recubiertas con adhesivo para conformar piezas de madera recubiertas con adhesivo calentadas;
- ensamblar las piezas de madera recubiertas con adhesivo en una configuración deseable para conformar piezas de madera recubiertas con adhesivo ensambladas;
- comprimir las piezas de madera recubiertas con adhesivo ensambladas en una prensa a una presión y durante un tiempo suficientes para compactar y comprimir las piezas de madera ensambladas para expulsar el aire atrapado fuera de las piezas de madera ensambladas recubiertas con adhesivo y deformar mecánicamente las mismas para que las piezas de madera adyacentes se adapten unas a la forma de otras;
- reticular el adhesivo termoplástico hasta al menos una cantidad de reticulación crítica durante el paso de compresión para conformar un producto de madera manufacturado al menos parcialmente curado, donde la cantidad de reticulación crítica es suficiente para que el producto de madera manufacturado al menos parcialmente curado mantenga sustancialmente su forma comprimida y evite que las piezas de madera se expandan y vuelvan a su estado inicial tras la liberación de la presión en el paso de compresión;
- extraer el producto de madera manufacturado al menos parcialmente curado de la prensa; y
- opcionalmente, curar aún más el producto de madera manufacturado parcialmente curado para proporcionar el producto de madera manufacturado que tiene sustancialmente un contenido de humedad de equilibrio.
El producto de madera manufacturado puede seleccionarse del grupo que consiste en tableros de madera de ingeniería, tableros compuestos que contienen madera, tableros de fibra, tableros de hebras orientadas, tableros de partículas y tableros para suelos.
El producto de madera manufacturado puede ser adecuado para uso en superficies exteriores y tiene propiedades físicas deseables y una apariencia estética adecuada para el uso final.
El adhesivo termoplástico reticulado en el producto de madera manufacturado puede tener una temperatura de transición vítrea de menos de aproximadamente 30 grados Celsius o de menos de aproximadamente 20 grados Celsius. En ciertas realizaciones específicas, el adhesivo termoplástico reticulado en el producto de madera manufacturado tiene una temperatura de transición vítrea de aproximadamente de -30 grados Celsius a aproximadamente 25 grados Celsius. En ciertas realizaciones específicas, el adhesivo termoplástico reticulado en el producto de madera manufacturado tiene una temperatura de transición vítrea menor que la temperatura ambiente. El producto de madera manufacturado puede comprender menos del 15% (p/p) de adhesivo, menos del 10% (p/p) de adhesivo o menos del 6% (p/p) de adhesivo.
Las piezas de madera pueden tener un espesor inferior a un espesor crítico en el que sus propias propiedades mecánicas no pueden superar la adhesión entre la madera y el adhesivo y/o la fuerza cohesiva del adhesivo y hacer que la estructura se delamine cuando se permite que las piezas de madera se expandan.
Las piezas de madera pueden tener un espesor máximo de aproximadamente 0,1 mm a aproximadamente 10 mm. Por ejemplo, las piezas de madera pueden tener un espesor máximo de aproximadamente 10 mm, aproximadamente 8 mm, aproximadamente 6 mm, aproximadamente 5 mm, aproximadamente 4 mm, aproximadamente 3 mm, aproximadamente 2 mm, aproximadamente 1 mm, aproximadamente 0,5 mm, aproximadamente 0,3 mm o aproximadamente 0,1 mm. En ciertas realizaciones, las piezas de madera tienen un espesor máximo de aproximadamente 2 mm a aproximadamente 10 mm.
La madera para las piezas de madera natural se puede seleccionar del grupo que consiste en eucalipto, pino, arce rojo, arce blanco, arce de Queensland, fresno, álamo temblón, nogal, roble, secoya, abedul, caoba, ébano, cerezo, pino de Oregón, álamo y hierbas como el bambú. La madera para las piezas de madera natural puede ser una combinación de dos o más de estas especies.
La madera puede ser de pino.
La madera puede ser de eucalipto.
Las piezas de madera pueden proceder de maderas de bajo valor.
El contenido de humedad de equilibrio de la pluralidad de piezas de madera natural puede ser de aproximadamente 5% a aproximadamente 15% (p/p) para el pino.
El contenido de humedad de equilibrio de la pluralidad de piezas de madera natural puede ser de aproximadamente 8% a aproximadamente 12% para especies de madera dura.
La resina termoplástica puede ser un éster de polivinilo.
La resina termoplástica puede ser acetato de polivinilo o un copolímero o una forma hidrolizada del mismo.
El agente reticulante puede ser un catalizador o un agente reactivo seleccionado del grupo que consiste en nmetilolacrilamida, bórax, carbonatos de aluminio y circonio, cloruro de aluminio, cloruro de magnesio, ácido ptoluenosulfónico, acetaldehído, formaldehído, urea-formaldehído, melamina-formaldehído, trimetilolmelamina, complejos de amonio cúprico, complejos de cromo, titanatos orgánicos, dicromatos, polialdehído, butiraldehído, ésteres de cloroformiato, urea, isocianatos y carbonatos de amonio y circonio. Opcionalmente, el adhesivo termoplástico se reticula mediante etoxilación, propoxilación, cianoetilación, exposición a radiación gamma o reticulación por haz de electrones.
El agente reticulante puede ser cloruro de aluminio. En otras realizaciones específicas, el agente reticulante es ácido p-toluenosulfónico.
El adhesivo termoplástico que comprende la resina termoplástica y el agente reticulante puede ser una emulsión de base agua.
El adhesivo termoplástico se puede aplicar a las piezas de madera a mano, con brocha, por pulverización, con rodillo, a máquina, por inmersión y/o mediante revestimiento por cortina/extrusión.
La resina termoplástica y el agente reticulante se pueden aplicar a las piezas de madera juntos (es decir, simultáneamente) o por separado.
El adhesivo puede comprender uno o más aditivos seleccionados del grupo que consiste en agentes de control del hinchamiento, fungicidas, insecticidas, agentes colorantes, estabilizadores UV, rellenos, extensores, agentes resistentes al fuego, retardantes del fuego, fibras y similares.
La madera se puede tratar antes de la aplicación del adhesivo para obtener diferentes propiedades. Por ejemplo, el color de la madera se puede cambiar mediante tratamiento térmico, colorantes o tintes y/o se pueden aplicar a la madera, antes de la aplicación del adhesivo, aditivos seleccionados del grupo que consiste en agentes de control del hinchamiento, fungicidas, insecticidas, agentes colorantes, estabilizadores UV, rellenos, extensores, agentes resistentes al fuego, retardantes del fuego, fibras.
Las piezas de madera recubiertas con adhesivo se pueden calentar para secar el adhesivo y mantener un contenido de humedad sustancialmente de equilibrio en las piezas de madera recubiertas con adhesivo.
Las piezas de madera recubiertas con adhesivo se pueden precalentar antes de ensamblarlas en una configuración deseable y comprimirlas.
Las piezas de madera recubiertas con adhesivo pueden calentarse a una temperatura de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 200 °C.
Las piezas de madera recubiertas con adhesivo se pueden calentar durante un período de aproximadamente 1 minuto a aproximadamente 40 minutos.
Las piezas de madera cubiertas con adhesivo secas se pueden ensamblar en un molde.
Las piezas de madera ensambladas pueden someterse a una presión de aproximadamente 4 a 20 MPa durante el paso de compresión.
Las piezas de madera ensambladas pueden calentarse o mantenerse a una temperatura de aproximadamente 70 °C a aproximadamente 150 °C durante el paso de compresión.
El paso de compresión puede durar desde aproximadamente 5 minutos hasta aproximadamente 90 minutos.
Cuando las piezas de madera ensambladas se calientan durante el paso de compresión, el producto de madera manufacturado al menos parcialmente curado se puede desmoldar mientras aún está caliente.
La pluralidad de piezas de madera natural se puede deformar mecánicamente durante el procesamiento para que las piezas de madera adyacentes se adapten unas a la forma de otras.
Un perfil de chapa de cada una de las piezas de madera ensambladas después de la compresión puede ser diferente al perfil de chapa de cada una de las piezas de madera ensambladas antes de la compresión.
En ciertas realizaciones, el producto de madera manufacturado parcialmente curado se somete a un paso de curado adicional para proporcionar el producto de madera manufacturado.
Breve descripción de los dibujos
Las realizaciones de la presente invención se explicarán con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
La Figura 1 muestra los resultados visuales obtenidos utilizando diferentes orientaciones de piezas de madera en un molde;
La Figura 2 muestra el etiquetado de dimensiones para un bloque de producto de madera manufacturado;
La Figura 3 muestra gráficos de medidas DMA del módulo de almacenamiento para películas delgadas de Aquadhere y Aquadhere más glioxal secadas durante toda la noche. La figura muestra que el Aquadhere se ablanda una vez que pasa del punto de transición vítrea, lo que indica que no tiene reticulaciones y puede fluir fácilmente una vez que la temperatura supera los 50 °C, y que añadir un agente reticulante (glioxal) aumenta el módulo de almacenamiento a temperaturas por encima de la Tg, lo que indica que se ha reticulado;
La Figura 4 muestra gráficos de medidas DMA del módulo de almacenamiento para películas delgadas de TB3. La figura muestra que el adhesivo TB3 con glioxal (TB3GX) se reticula por encima de los 50 °C (el módulo de almacenamiento aumenta durante el segundo escaneo de temperatura) y, por lo tanto, en un escaneo de temperatura posterior, la rigidez es mayor a temperaturas superiores a la temperatura de transición vítrea (20 °C);
La Figura 5 muestra gráficos de medidas DMA del módulo de almacenamiento para películas delgadas de TB3 en comparación con los gráficos que se muestran en la Figura 4 (TB3 con glioxal (TB3GX)). La figura muestra que hay un mayor aumento en el módulo de almacenamiento para el TB3GX a temperaturas superiores a 50 °C (donde el módulo de almacenamiento aumenta durante el escaneo de temperatura) y, por lo tanto, la cantidad de reticulación en el TB3GX es mayor;
La Figura 6 muestra gráficos de medidas DMA del módulo de almacenamiento para películas delgadas de TB3, TB3 con glutaraldehído (TB3GA) y TB3 con glioxal (TB3GX) y es una comparación de las Figuras 4/5. Muestra que cada una de las tres composiciones diferentes tiene un proceso de curado que ocurre a una temperatura diferente, indicado por el aumento en el módulo de almacenamiento a medida que aumenta la temperatura;
La Figura 7 muestra diferentes orientaciones de piezas de madera en un molde usadas en los Ejemplos; y
La Figura 8 muestra gráficos de densidad y dureza de bloques de pino fabricados usando diversas condiciones de procesamiento, que ilustran la gama de propiedades físicas que se pueden lograr.
Descripción de realizaciones
La presente descripción es un resultado de la investigación de los inventores sobre resinas adecuadas para su uso en la producción de productos de madera manufacturados y que proporcionan un nuevo enfoque para superar los problemas asociados con los enfoques actuales. En particular, los inventores han encontrado que ciertos adhesivos termoplásticos, cuando se aplican a hebras o chapas de madera, se pueden deformar bajo presión y reticularse posteriormente más allá de una cantidad de reticulación crítica y, opcionalmente, calentar para crear un producto con propiedades similares a las de la madera original. Bajo estas condiciones, se puede producir un producto de madera manufacturado que tiene una densidad sustancialmente similar a la de la madera original o mayor, y cuya integridad se puede mantener sustancialmente (i) después de la liberación de la presión y/o del calentamiento tras la liberación y (ii) cuando se somete a ebullición durante tres horas. Los adhesivos termoplásticos que no se reticulan más allá de un nivel crítico (i) no mantienen su forma comprimida y (ii) no pasan dicha prueba de ebullición y generalmente producen como resultado una estructura expandida que se parece a las piezas de madera iniciales como resultado de la prueba de ebullición.
El uso de los adhesivos descritos en la presente memoria permite la compresión de las piezas de madera para obtener un monolito denso que tiene integridad física dentro de un plazo de tiempo económico. Dicho de otra forma, el monolito puede comprimirse y curarse para darle su forma final dentro de un plazo de tiempo económico, e idealmente puede liberarse de la compresión cuando todavía está caliente (si se calentó) sin que pierda su forma estructural. Esta combinación de material de entrada, adhesivo, contenido de humedad y calor y presión es la razón por la que se puede fabricar este producto.
Estos descubrimientos proporcionan unos nuevos medios para el procesamiento económico de hebras, chapas, partículas, tiras, virutas, fibras o piezas de madera (denominadas colectivamente en la presente memoria "piezas de madera") para obtener productos de madera reconsolidada. En particular, un adhesivo termoplástico que se reticula más allá de un nivel crítico durante el procesamiento permite:
• La consolidación de las piezas de madera para obtener un bloque de piezas de madera recubiertas con adhesivo bajo presión y, opcionalmente, calor hasta que se logra al menos una cantidad de reticulación crítica, momento en el cual se puede liberar la presión y permitir que el bloque se enfríe o se siga calentando sin presión durante un período adicional sin que el bloque se deforme significativamente o las piezas de madera se expandan y vuelvan a su estado inicial antes de la aplicación de la presión; y
• La extrusión continua de un compuesto del adhesivo con piezas de madera en un molde para proporcionar la forma deseada, mantenida por el adhesivo termoplástico que posteriormente se reticula más allá de un nivel crítico bajo presión para mantener la forma después de retirar la presión.
En particular, los inventores han encontrado que las resinas termoplásticas reticuladas imparten propiedades físicas deseables a los productos, tales como estabilidad mecánica y altos niveles de densidad y dureza. Además, las propiedades de la resina o el proceso de fabricación pueden ajustarse para alterar las propiedades físicas de los productos de madera manufacturados, permitiendo de esta manera obtener algunas de las propiedades finales ajustando la resina y/o los parámetros de procesamiento. Además, los adhesivos utilizados pueden ser transparentes, lo que significa que el color de la veta en el producto de madera manufacturado es el color de la madera de las piezas de madera iniciales, lo que da lugar a un producto de madera manufacturado con un aspecto más auténtico o natural.
De esta manera, la presente descripción proporciona un nuevo enfoque para superar los problemas fundamentales asociados con los enfoques de la técnica anterior.
En la presente memoria se describe un proceso para producir un producto de madera manufacturado que comprende:
- proporcionar una pluralidad de piezas de madera natural que tienen sustancialmente un contenido de humedad de equilibrio;
- aplicar un adhesivo termoplástico que comprende una resina termoplástica y un agente reticulante a las piezas de madera para conformar piezas de madera recubiertas con adhesivo;
- calentar opcionalmente las piezas de madera recubiertas con adhesivo para conformar piezas de madera recubiertas con adhesivo calentadas;
- ensamblar las piezas de madera recubiertas con adhesivo en una configuración deseable para conformar piezas de madera recubiertas con adhesivo ensambladas;
- comprimir las piezas de madera ensambladas recubiertas con adhesivo en una prensa a una presión y durante un tiempo suficiente para compactar y comprimir las piezas de madera ensambladas para expulsar el aire atrapado fuera de las piezas de madera ensambladas recubiertas con adhesivo y deformar mecánicamente las mismas para que las piezas de madera adyacentes se adapten unas a la forma de otras;
- reticular el adhesivo termoplástico hasta al menos una cantidad de reticulación crítica durante el paso de compresión para conformar un producto de madera manufacturado al menos parcialmente curado, donde la cantidad de reticulación crítica es suficiente para que el producto de madera manufacturado al menos parcialmente curado mantenga sustancialmente su forma comprimida y evite que las piezas de madera se expandan y vuelvan a su estado inicial al liberarse la presión en el paso de compresión;
- extraer el producto de madera manufacturado al menos parcialmente curado de la prensa; y
- opcionalmente, curar aún más el producto de madera manufacturado parcialmente curado para proporcionar el producto de madera manufacturado que tiene sustancialmente un contenido de humedad de equilibrio.
El proceso descrito proporciona una alternativa a los procesos conocidos. Típicamente, los productos de madera manufacturados conocidos, tales como el aglomerado, o el MDF, utilizan adhesivos termoestables que se basan en la reacción de reticulación de los reactivos líquidos. En estos productos, se añaden monómeros líquidos a hebras de madera o bambú y se comprimen y calientan bajo condiciones para polimerizar el monómero y convertir el monómero líquido en un adhesivo termoestable sólido. Para lograr esto, deben tener lugar una gran cantidad de reacciones químicas que requieren alta temperatura, largos períodos de tiempo y que se eviten reacciones secundarias para lograr un producto final predecible o deseable. En cambio, el proceso descrito en la presente memoria utiliza un adhesivo termoplástico, el cual ya es un polímero, que a continuación se reticula para formar una red tridimensional durante el proceso. Este proceso requiere menos reacciones químicas y, por lo tanto, proporciona una ventana de procesamiento más robusta. También tiene la ventaja de permitir el uso de un sistema de polímeros en emulsión de base agua, que es fácil de manejar, tiene una larga vida útil, baja toxicidad y bajos COV y puede adherir las piezas de madera antes de la reticulación. La reticulación adicional durante el proceso le da al adhesivo una mayor deformación permanente tras la compresión, permitiendo que el producto de madera manufacturado se pueda desmoldar en caliente, y también le da al producto de madera manufacturado una mayor estabilidad térmica durante el procesamiento y uso posteriores.
El uso de un adhesivo termoplástico reticulable permite que se logren rápidamente las propiedades deseadas mediante la reticulación del adhesivo durante el paso de compresión. Los adhesivos termoplásticos también ofrecen ventajas en velocidad debido a la menor conversión necesaria para alcanzar el punto de gel, la densidad de reticulación es relativamente baja, por lo que se necesita menos agente reticulante, protegiendo así la madera, requiriendo menos energía, proporcionando un mejor control de la reacción, una ventana de proceso más amplia y tiempos de procesamiento más rápidos. Además, las resinas de tipo formaldehído conocidas reaccionan rápidamente una vez que están a la temperatura correcta, pero tienen una química compleja y, si no se calientan correctamente (por ejemplo, debido al espesor del producto que se va a calentar), no se curarán de forma eficaz. El contenido de humedad variable en las piezas de madera que se van a procesar también puede dar lugar a diferentes propiedades dentro de un bloque y de un bloque a otro. El presente proceso minimiza estos problemas. Al usar temperaturas relativamente bajas durante el procesamiento, la presencia de agua en las piezas de madera es un problema menor, y esto ofrece la posibilidad de mantener más agua en la madera durante el proceso. En los procesos descritos en la presente memoria, se mantienen niveles de humedad cercanos al equilibrio (es decir, "sustancialmente" de equilibrio) en la madera durante todo el proceso. Por ejemplo, el contenido de humedad de equilibrio de la pluralidad de piezas de madera natural puede ser de aproximadamente 5% a aproximadamente 15% (p/p) para el pino o de aproximadamente 8% a aproximadamente 10% para especies de madera dura. Así, el contenido de humedad de equilibrio de la pluralidad de piezas de madera natural puede ser del 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14% o 15% (p/p). Los procesos de la técnica anterior requieren que los productos de madera manufacturados se sequen o se estabilicen de otro modo en el contenido de humedad de equilibrio después de la fabricación, de lo contrario, el producto se ahueca, se deforma o se retuerce cuando se corta. Este tiende a ser un paso intensivo en energía o en tiempo. Sin embargo, en los procesos descritos en la presente memoria, el contenido de humedad de las piezas de madera generalmente se mantiene durante todo el proceso, por lo que hay menos tiempo de espera al final del proceso antes de que se pueda cortar el producto. Por lo tanto, hacer coincidir el contenido de humedad de la madera con el entorno de aplicación final reduce la torsión y la deformación y reduce la necesidad de envejecimiento para estabilizar el producto manufacturado antes del procesamiento posterior. Asimismo, los menores requisitos de secado hacen que sea más barato de ejecutar porque se utiliza menos energía.
Tal como se usa en la presente memoria, el término aproximadamente cuando se usa en referencia a un valor significa que el valor real puede estar dentro de ±20%, ±19%, ±18%, ±17%, ±16%, ±15%, ±14%, ±13%, ±12%, ±11%, ±10%, ±9%, ±8%, ±7%, ±6%, ±5%, ±4%, ±3%, ±2% o ±1%.
Tal como se usa en la presente memoria, el término "producto de madera manufacturado" está concebido para hacer referencia a un artículo de madera fabricado por el hombre o por una máquina, como, por ejemplo, tableros de madera de ingeniería, tableros compuestos que contienen madera, tableros de fibra, tableros de hebras orientadas, o cualesquiera otras piezas similares que contengan materia de madera. Los materiales y procesos descritos en la presente memoria son particularmente adecuados para su uso como tableros para suelos para edificios domésticos o comerciales y la explicación más detallada en la presente memoria puede referirse a tableros para suelos y métodos para su fabricación.
En ciertas realizaciones, el producto de madera manufacturado es adecuado para uso en superficies exteriores y tiene propiedades físicas deseables y una apariencia estética adecuada para el uso final.
En ciertas realizaciones, el producto de madera manufacturado comprende una pluralidad de piezas de madera natural que han sido comprimidas y unidas entre sí con adhesivo mediante un adhesivo termoplástico reticulado. En estas realizaciones, el producto de madera manufacturado es una estructura esencialmente monolítica.
La pluralidad de piezas de madera natural se deforma mecánicamente durante el procesamiento para que las piezas de madera adyacentes se adapten unas a la forma de otras. Además, un perfil de chapa de cada una de las piezas de madera ensambladas después de la compresión es diferente al perfil de chapa de cada una de las piezas de madera ensambladas antes de la compresión. El perfil de chapa se puede determinar examinando la "veta final" de un bloque del producto de madera manufacturado. Por lo tanto, en la presente memoria se proporciona un producto de madera manufacturado en forma de un monolito consolidado que comprende una pluralidad de piezas de madera natural unidas entre sí con adhesivo mediante un adhesivo termoplástico reticulado que ha sido reticulado durante el procesamiento en el que un perfil de chapa de cada una de las piezas de madera ensambladas después la compresión es diferente al perfil de chapa de cada una de las piezas de madera ensambladas antes de la compresión.
Tal como se usa en la presente memoria, el término "piezas de madera" incluye hebras, chapas, partículas, tiras, virutas, fibras o piezas de madera. Los inventores han descubierto que las piezas de madera deben tener un espesor inferior a un espesor crítico porque las piezas de madera gruesas procesadas con los mismos adhesivos en una configuración de laminado grueso no pasan pruebas tales como una prueba de ebullición. Sin estar limitado por la teoría, sugerimos que si las piezas de madera son demasiado gruesas, sus propias propiedades mecánicas pueden vencer la adhesión entre la madera y el adhesivo y/o la fuerza de cohesión del adhesivo y hacer que la estructura se delamine cuando se permite que las piezas de madera se expandan, como por ejemplo durante la exposición a la humedad.
Las piezas de madera pueden tener un espesor mínimo de aproximadamente 0,1 mm, aproximadamente 0,3 mm, aproximadamente 0,5 mm, aproximadamente 1 mm, aproximadamente 2 mm o aproximadamente 3 mm y un espesor máximo de aproximadamente 10 mm, aproximadamente 8 mm, aproximadamente 6 mm, aproximadamente 5 mm, aproximadamente 5 mm, aproximadamente 4 mm, aproximadamente 3 mm o aproximadamente 2 mm. Las piezas de madera pueden tener cualquier dimensión adecuada en vista en planta. En ciertas realizaciones, la longitud de las piezas de madera en la dirección de la fibra es la longitud del producto, preferiblemente alineada sustancialmente con la dirección de la fibra, y la dirección transversal es cualquier dimensión que sea conveniente para la fabricabilidad, el procesamiento posterior para obtener tableros o para una aplicación específica. Dicho de otra manera, el producto de madera manufacturado puede ser un producto de hebras tejidas en el que la longitud de la fibra/hebra es la longitud del producto, y la dirección transversal puede ser una hoja que se ensambla en el molde de diversas formas, o puede ser una hoja cortada, o pueden ser hebras cortadas o trituradas.
La madera para las piezas de madera natural no está particularmente limitada y puede ser, por ejemplo, cualquier madera dura, madera blanda o "hierba", como bambú o palma. Por lo tanto, tal como se usa en la presente memoria, el término "piezas de madera natural" está concebido para incluir dentro de su alcance hierbas como el bambú y la palma que son conocidas por su uso en la producción de productos de madera manufacturados. Las maderas adecuadas incluyen, pero no están limitadas a, eucalipto, pino, arce rojo, arce blanco, arce de Queensland, fresno, álamo temblón, nogal, roble, secoya, abedul, caoba, ébano, cerezo, pino de Oregón, álamo. También se pueden usar hierbas como el bambú y las palmas. En ciertas realizaciones específicas, la madera es un pino, como por ejemplo pino radiata, pino bunya, pino caribe (pino del sur), pino corso, ciprés macrocarpa (pino de Monterrey), pino de aro, pino kauri, pino loblolly (pino del sur), pino marítimo, pino ponderosa y pino cortado (pino del sur). En otras realizaciones específicas determinadas, la madera es un eucalipto, tal como eucalipto goma roja, eucalipto goma azul, eucalipto Blackbutt, de corteza fibrosa de hojas azules, Brown mallet, de goma blanca de Dunn, goma inundada, eucalipto cloeziana o Gympie messmate, jarrah, karri, messmate, goma roja de río, de corteza fibrosa rematado en plata, goma manchada y de sebo. En ciertas realizaciones, la madera se selecciona del grupo que consiste en pino, arce rojo, roble rojo, fresno, álamo temblón o eucalipto goma azul. El producto de madera manufacturado final puede incluir más de una especie o tipo de madera.
Ventajosamente, las piezas de madera pueden proceder de maderas de bajo valor como desechos de aserraderos, desechos de molinos rotativos, desechos de plantaciones, incluidos los primeros aclareos. Sin embargo, también se apreciará que las piezas de madera también podrían obtenerse de madera de alto valor, si se desea.
La madera que se utiliza para conformar las piezas de madera puede variar significativamente en tamaño y calidad. Si es necesario, la madera puede romperse para conformar piezas de madera de un tamaño deseable utilizando cualquier aparato adecuado. En ciertas realizaciones, las piezas de madera se conforman enrollando una hoja de chapa continua y aplastándola a continuación. En otros ejemplos, las piezas de madera pueden ser tiras cortadas, múltiples rollos más pequeños de chapa o hebras trituradas.
Ventajosamente, las piezas de madera natural tienen un aspecto de madera natural y el producto de madera manufacturado es adecuado para su uso en aplicaciones en las que se muestra la veta del producto de madera y dicha veta es estéticamente agradable.
Como se explicó anteriormente, al usar un adhesivo termoplástico reticulado, no es necesario que el contenido de humedad de las piezas de madera se controle con precisión o a un nivel muy bajo, y se puede usar un intervalo de valores, permitiendo una ventana de proceso más amplia de lo que sería posible con adhesivos sensibles a la humedad tales como materiales basados en isocianato, por ejemplo. Dependiendo de la especie de madera utilizada, el contenido de humedad de las piezas de madera puede ser de aproximadamente 5% a aproximadamente 20%. Por ejemplo, las maderas duras pueden tener un contenido de humedad inicial de 6-7%. Las piezas de madera de pino pueden tener un contenido de humedad inicial de 10-12%. Típicamente, las piezas de madera iniciales tienen un contenido de humedad establecido (por ejemplo, 12%). El contenido de humedad óptimo para las piezas de madera puede ser función del contenido de humedad deseado en el producto final, de la especie de madera utilizada y/o del adhesivo utilizado y puede determinarse empíricamente. Si el contenido de humedad de las piezas de madera es demasiado bajo, las piezas de madera pueden absorber demasiada humedad del adhesivo y poner en riesgo las propiedades físicas del producto. En cambio, si el contenido de humedad de las piezas de madera es demasiado alto, es posible que el adhesivo no sea tan eficaz. Opcionalmente, las piezas de madera iniciales se pueden secar hasta un contenido de humedad deseado antes de la aplicación del adhesivo. El secado puede realizarse por secado con aire o por calentamiento utilizando un aparato de calentamiento adecuado, como por ejemplo un calentador de infrarrojos o un horno alimentado con aire caliente, por ejemplo. Los inventores han descubierto que el proceso que usa adhesivos termoplásticos reticulados permite contenidos de humedad más altos que los posibles para otros adhesivos y esto puede facilitar ventajosamente la deformación de las piezas de madera durante la fase de consolidación para producir un monolito de madera manufacturado superior.
El adhesivo termoplástico se puede aplicar a las piezas de madera a mano, con brocha, por pulverización, con rodillo, por inmersión, a máquina y/o mediante aplicador de tipo cortina. Se pueden utilizar métodos conocidos de revestimiento por pulverización, revestimiento por inmersión y revestimiento por rotación. En ciertas realizaciones, el adhesivo termoplástico se aplica por pulverización sobre las piezas de madera. El adhesivo termoplástico se puede entregar como una emulsión acuosa, en un disolvente o por extrusión de un fundido caliente. La resina termoplástica y el agente reticulante se pueden aplicar a las piezas de madera juntos (es decir, simultáneamente) o por separado.
El adhesivo es una resina termoplástica que se puede reticular. Tal como se utiliza en la presente memoria, el término "termoplástico" está concebido para hacer referencia a un polímero que se vuelve flexible, moldeable o fluido por encima de su temperatura de transición vítrea (Tg) y sólido por debajo de su Tg.
Por lo tanto, también se proporciona en la presente memoria un producto de madera manufacturado en forma de un monolito consolidado que comprende una pluralidad de piezas de madera natural unidas entre sí con adhesivo mediante un adhesivo termoplástico reticulado que se ha reticulado durante el procesamiento donde dicho producto de madera manufacturado conserva su forma consolidada a temperaturas elevadas y donde el adhesivo termoplástico reticulado tiene una temperatura de transición vítrea igual o inferior a la temperatura de uso normal del producto de madera manufacturado.
Se conoce una amplia gama de resinas termoplásticas y se contempla que se podrían usar una o más resinas termoplásticas cualesquiera conocidas siempre y cuando el adhesivo se pueda reticular durante el procesamiento y la Tg del adhesivo en los productos de madera manufacturados sea igual o inferior a la temperatura de uso normal del producto de madera manufacturado, por ejemplo, inferior a la temperatura ambiente. Las propiedades físicas del adhesivo pueden preseleccionarse para tener una Tg inferior a 70 grados Celsius, 50 grados Celsius, 40 grados Celsius, 30 grados Celsius o 20 grados Celsius. En ciertas realizaciones, el adhesivo tiene una T g de -30 grados Celsius a aproximadamente 25 grados Celsius, haciendo que el adhesivo sea "gomoso" a temperatura ambiente. Una ventaja de que el adhesivo sea gomoso a temperatura ambiente es que permite que el curado posterior (es decir, el curado después de que el producto se haya extraído de la prensa y se haya enfriado) se produzca a una temperatura más baja. En cambio, los adhesivos con una Tg más alta son vítreos a temperatura ambiente y pueden requerir un paso de postcurado térmico, incrementando de ese modo los costes y la complejidad del proceso. Los adhesivos que son gomosos también tienden a aceptar aditivos como los colorantes más fácilmente que los adhesivos que son vítreos a temperatura ambiente. Sorprendentemente, los presentes inventores han encontrado que los termoplásticos que tienen una Tg por debajo de la temperatura de uso normal del producto de madera (y son por lo tanto gomosos), son muy efectivos y proporcionan claras ventajas en el producto final, lo cual es opuesto a la opinión normalmente extendida de que el adhesivo debería ser vítreo a las temperaturas normales de funcionamiento, como ocurre en el caso de productos como tableros de fibra de media densidad (MDF), tableros de fibra de alta densidad HDF, madera contrachapada, chapa de madera laminada (LVL), tableros de partículas.
En ciertas realizaciones, la resina termoplástica es un éster de polivinilo. Los ásteres de polivinilo se forman a partir de acetato de vinilo y sus copolímeros. Por ejemplo, los inventores han encontrado que el acetato de polivinilo ("PVA") es adecuado. Tal como se usa en la presente memoria, los términos "acetato de polivinilo" y "PVA" están concebidos para incluir dentro de su alcance formas hidrolizadas de PVA incluidas formas con diferentes niveles de hidrólisis para formar copolímeros de poli(alcohol vinílico). Otros polímeros a base de acetato de vinilo que podrían usarse incluyen poli(acetato de vinilo-co-maleato de butilo-co-acrilato de isobornilo, poli(acetato de vinilo) cianometildifenilcarbamoditioato, poli(cinamato de vinilo), poli(etilenvinilacetato) y poli(estearato de vinilo) y sus copolímeros o terpolímeros, incluidos los polímeros fabricados a partir de acrilatos y metacrilatos.
Los adhesivos disponibles comercialmente Titebond® III (Franklin International, Columbus, Ohio, EE. UU.) y adhesivos similares de Sika, Selleys y Bostik son adhesivos termoplásticos adecuados.
Como se explicó, la resina termoplástica se reticula durante el procesamiento, lo que incluye durante la fase de consolidación así como después de la consolidación. Específicamente, el material de resina termoplástica, como por ejemplo el PVA, se reticula usando un agente de reticulación reactivo adecuado. Los presentes inventores descubrieron que los productos de madera manufacturados conformados utilizando un adhesivo termoplástico que no se reticula muestran propiedades físicas inferiores en relación con los que se conforman utilizando un adhesivo termoplástico combinado con un agente reticulante. Por ejemplo, los productos de madera manufacturados conformados a partir de piezas de madera por debajo de un espesor crítico y utilizando un adhesivo de PVA y ningún agente reticulante no sobrevivieron a una prueba de ebullición de tres horas, mientras que los conformados usando PVA y un agente reticulante se comportaron bien en la misma prueba. Un adhesivo de PVA con un agente reticulante que no se curó o reticuló lo suficiente tampoco sobrevivió a una prueba de ebullición de tres horas. Así, la reticulación del termoplástico por encima de un nivel crítico confiere propiedades físicas deseables al producto de madera manufacturado.
En ciertas realizaciones, el agente reticulante es un catalizador o un agente reactivo seleccionado de entre N-metilolacrilamida, carbonatos de aluminio y circonio, cloruro de aluminio, bórax, cloruro de magnesio, ácido ptoluenosulfónico, acetaldehído, formaldehído, urea-formaldehído, melamina-formaldehído, trimetilolmelamina, complejos de amonio cúprico, complejos de cromo, titanatos orgánicos, dicromatos, polialdehído, butiraldehído, ásteres de cloroformiato, urea, isocianatos y carbonatos de amonio y circonio. El adhesivo termoplástico también se puede reticular mediante etoxilación, propoxilación, cianoetilación, exposición a radiación gamma o reticulación por haz de electrones. Si se requiere, la resina termoplástica se puede fabricar para que reaccione con un agente reticulante específico. Tal como se usa en la presente memoria, el término "reticulación" se usa en sentido amplio para incluir reticulaciones covalentes así como reticulaciones iónicas (es decir, formación de complejos).
En ciertas realizaciones específicas, el agente reticulante es cloruro de aluminio. En otras realizaciones específicas, el agente reticulante es ácido p-toluenosulfónico.
Otros agentes reticulantes que se pueden utilizar son los dialdehídos. El dialdehído puede tener la fórmula general OHC-R-CHO en la que R es un enlace o un radical orgánico divalente como por ejemplo un radical alifático, cicloalifático, aromático o heterocíclico. En ciertas realizaciones, R es un radical hidrocarburo alifático divalente que tiene de 1 a 12 átomos de carbono. Glioxal (R = enlace), malondialdehído (R = CH2), succindialdehído (R = CH2CH2) y glutaraldehído (es decir, R = CH2CH2CH2) son dialdehídos adecuados. En determinadas realizaciones, el agente reticulante es glioxal. En otras realizaciones determinadas, el agente reticulante es glutaraldehído.
El agente reticulante puede usarse en una cantidad de 0,1 a 20% en peso.
Como se explicó anteriormente, el adhesivo termoplástico se reticula más allá de una cantidad de reticulación crítica. Se logra una "cantidad de reticulación crítica" cuando un producto conserva su forma consolidada a temperaturas elevadas. Dicho de otra manera, y sin estar limitado por la teoría, las piezas de madera en el producto de madera manufacturado tienden a expandirse a su forma inicial, pero la reticulación proporciona suficiente refuerzo mecánico al adhesivo para que sea capaz de soportar la tensión interna generada por las piezas de madera.
El adhesivo termoplástico se puede reticular (o "curar") en cualquier etapa adecuada durante la formación del producto de madera manufacturado. Convenientemente, al menos parte de la reticulación se produce cuando las piezas de madera se comprimen en la etapa de compresión durante la formación del producto de madera manufacturado. Como se describe con más detalle más adelante, las piezas de madera cubiertas con adhesivo normalmente se comprimen en un molde bajo condiciones para curar al menos parcialmente el adhesivo termoplástico y conformar un producto de madera manufacturado parcialmente curado que luego puede curarse aún más para proporcionar el producto de madera manufacturado. Si bien el agente reticulante se podría añadir en cualquier etapa del proceso de fabricación, puede ser beneficioso poner en contacto las piezas de madera con el adhesivo termoplástico y el agente reticulante antes de que sean ensambladas en el molde para garantizar que la cantidad de reticulación se distribuya de manera relativamente uniforme por todo el producto final.
Las propiedades físicas del adhesivo se pueden preseleccionar para tener una Tg inferior a la temperatura ambiente, haciéndolos "gomosos" a las temperaturas normales de servicio del producto.
Se pueden incluir aditivos en el adhesivo termoplástico reticulado para conferir propiedades favorables al producto de madera manufacturado. Los aditivos adecuados incluyen, pero no están limitados a, agentes de control del hinchamiento, fungicidas, insecticidas, agentes colorantes, estabilizadores UV, rellenos, extensores, agentes resistentes al fuego, retardantes del fuego, fibras. Los aditivos se pueden añadir al adhesivo termoplástico antes de que se aplique a las piezas de madera. Esto conduce a un proceso de fabricación sencillo para introducir aditivos en el producto de madera manufacturado. Los aditivos pueden diseñarse opcionalmente para que migren del adhesivo a las piezas de madera durante el procesamiento.
Los aditivos también se pueden añadir directamente a las piezas de madera antes de recubrirlas con el adhesivo para permitir que penetren en las piezas de madera, brindando así protección en toda la chapa y, en última instancia, en todo el producto final. Esto puede tener la ventaja de poder usar niveles más bajos de algunos de los agentes de lo que es posible en los productos de madera en la actualidad.
Los aditivos también se pueden aplicar después de recubrir las piezas de madera con adhesivo, incluyendo de este modo los aditivos en el adhesivo, pero sin afectar a la estabilidad, a la vida útil o a propiedades tales como la viscosidad, del adhesivo antes de recubrir las piezas de madera.
Los aditivos adecuados incluyen la lignina y el ácido tánico. En la práctica, los inventores han descubierto que la adición de lignina y/o ácido tánico como aditivos en conjunto con agentes reticulantes de dialdehído da como resultado la producción de un producto de madera manufacturado que muestra un hinchamiento reducido (en relación con un producto al que no se le ha añadido lignina y/o ácido tánico) y es más resistente a la exposición a la intemperie.
Los fungicidas adecuados incluyen cualquier producto químico que mate, destruya, inhiba o inactive un hongo para evitar su crecimiento. El fungicida puede ser sintético o biosintético y puede incluir compuestos tanto orgánicos como inorgánicos. El fungicida puede ser un sólido (por ejemplo, polvo), un líquido o una combinación de los mismos. Véase, por ejemplo, Concise Chemical and Technical Dictionary, cuarta edición ampliada, Bennett, Chemical Publishing Company, NY, N.Y. (1986); y McGraw-Hill Concise Encyclopaedia of Science & Technology, cuarta edición, Parker, McGraw-Hill, NY, N.Y., (1998). Ejemplos de fungicidas adecuados incluyen ácido fórmico, ácido acético, ácido propiónico, ácido pelargónico, ácido cáprico, acetato de cobre y amonio (CAA), naftenato de cobre y combinaciones de los mismos.
El pesticida puede ser cualquier producto químico, pero es preferiblemente uno que ha sido aprobado por la agencia gubernamental de control pertinente. Ejemplos de pesticidas adecuados incluyen pesticidas que contienen cobre, tales como el carbonato de cobre y amonio. En ciertas realizaciones, el pesticida es útil para la mitigación, el control o la eliminación de termitas.
Los estabilizadores UV adecuados incluyen la gama de las benzofenonas, los triazoles, los salicilatos, las formanidinas y los benzoatos que son estabilizadores UV conocidos. Los siguientes materiales son adecuados: Sanduvor VSU: 2-etil-2-etoxianilida (marca registrada de Sandoz Corp.), Tinuvin 144 y 770: estabilizadores de luz de amina impedida (marca registrada de Ciba Geigy para HALS), Irgastab 2002: un fosfato de níquel (marca registrada de Ciba-Geigy), 2,2'-dihidroxibenzofenona, 2,2,4,4'-tetrahidroxibenzofenona, 2,2'-dihidroxi-4,4'-dimetoxibenzofenona, 2,2'-dihidroxi-4,4'-dietoxibenzofenona, 2,2'-dihidroxi-4,4'-dipropoxibenzofenona, 2,2'-dihidroxi-4,4'-dibutoxibenzofenona, 2,2'-dihidroxi-4-metoxi-4'-etoxibenzofenona, 2,2' -dihidroxi-4-metoxi-4'-propoxibenzofenona, 2-hidroxi-4,4',5'-trimetoxibenzofenona, 2-hidroxi-4-etoxi-4'-metilbenzofenona, 2-hidroxi-4-etoxi-4'-etilbenzofenona, 2-hidroxi-4-etoxi-4'-propilbenzofenona, 2-hidroxi-4-etoxi-4'-metoxibenzofenona, 2-hidroxi-4,4-dietoxibenzofenona, 2-hidroxi-4-etoxi-4'-propoxibenzofenona, 2-hidroxi-4-etoxi-4'-butoxibenzofenona, 2-hidroxi-4-etoxi-4'-clorobenzofenona, 2-hidroxi-4-etoxi-4’-bromobenzofenona, 2-(2'-hidroxi-5'-metilfenil)benzotriazol, 2-(2'-hidroxi-5'-t-butilfenil)benzotriazol, 2-(2'-hidroxi-3'-metil-5-t'-butilfenil)benzotriazol, 2-(2'-hidroxi-5'-ciclohexilfenil)benzotriazol, 2-(2'-hidroxi-3',5'-dimetilfenil)benzotriazol, 2-(2'-hidroxi-5'-t-butilfenil)-5-clorobenzotriazol y, 2-(2'-hidroxi-3'-di-t-butilfenil)benzotriazol, 2,2'-dihidroxi-4-metoxi-4'-butoxibenzofenona, 2,2'-dihidroxi-4-etoxi-4'-propoxibenzofenona, 2,3'-dihidroxi-4,4'-dimetoxibenzofenona, 2,3'-dihidroxi-4-metoxi-4'-butoxibenzofenona, 2,3'-dihidroxi-4,4,5'-trimetoxibenzofenona, 2-hidroxi-4,4,5'-trimetoxibenzofenona, 2-hidroxi-4,4,6'-tributoxibenzofenona, 2-hidroxi-4-etoxi-2,4'-dibutilbenzofenona, 2-hidroxi-4-propoxi-4,6'-diclorobenzofenona, 2-hidroxi-4-propoxi-4',6'-dibromobenzofenona, 2,4-dihidroxibenzofenona, 2-hidroxi-4-metoxibenzofenona, 2-hidroxi-4-etoxibenzofenona, 2-hidroxi-4-propoxibenzofenona, 2-hidroxi-4-butoxibenzofenona, 2-hidroxi-4-metoxi-4'-metilbenzofenona, 2-hidroxi-4-metoxi-4'-propilbenzofenona, 2-hidroxi-4-metoxi-4'-butilbenzofenona, 2-hidroxi-4-metoxi-4'-t-butilbenzofenona, 2- hidroxi-4-metoxi-4'-clorobenzofenona, 2-hidroxi-4-metoxi-2'-clorobenzofenona, 2-hidroxi-4-metoxi-4'-bromobenzofenona, 2-hidroxi-4,4'-dimetoxibenzofenona, 2-hidroxi-4,4'-dimetoxi-3-metilbenzofenona, 2-hidroxi-4,4'-dimetoxi-3-metilbenzofenona, 2-hidroxi-4,4'-2'-etilbenzofenona y 2-hidroxiacetofenona.
También se pueden usar nanopartículas como el ZnO como absorbentes de UV y agentes protectores en el adhesivo. Sin estar limitado por la teoría, estas nanopartículas ofrecen las ventajas de ser capaces de absorber la luz ultravioleta potencialmente dañina, pero permanecen transparentes en la región visible del espectro, no afectando por tanto al color o a la apariencia del producto de madera. Otras nanopartículas incluyen, pero no están limitadas a, TiO2.
Los rellenos adecuados incluyen sustancias añadidas al adhesivo para mejorar sus propiedades de trabajo, su resistencia u otras cualidades. Por ejemplo, el relleno pueden ser fibras para mejorar la resistencia a la compresión y/o la fuerza de unión del adhesivo y, por lo tanto, del producto de madera manufacturado final. Las fibras pueden ser fibras de vidrio, fibras de carbono, fibras de celulosa, nanotubos de celulosa, microfibras de carbono, nanofibras de carbono, microtúbulos de carbono, nanotubos de carbono.
Se pueden añadir partículas cerámicas intumescentes al adhesivo para conferir propiedades retardantes del fuego al producto de madera manufacturado. Los silicatos metálicos hidratados, el bórax, el borato de calcio, el borato de magnesio y el borato de zinc son materiales adecuados para este propósito.
Se pueden añadir al adhesivo hidratos metálicos que liberan agua al calentarse, retardantes halogenados, aditivos formadores de carbón y vidrios de bajo punto de fusión para conferir propiedades resistentes al fuego al producto de madera manufacturado.
A continuación, las piezas de madera recubiertas con adhesivo se devuelven a su contenido de humedad de equilibrio. Si es necesario, las piezas de madera recubiertas con adhesivo se pueden secar utilizando cualquier método adecuado, incluido el secado con aire o por calentamiento. El calentamiento se puede proporcionar con métodos de aire caliente, microondas, radiofrecuencia o infrarrojos, que afectan al tiempo requerido para calentar y a continuación eliminar la humedad o los disolventes hasta el nivel deseado.
Las piezas de madera recubiertas con adhesivo pueden calentarse antes de ensamblarlas en una configuración deseable o, alternativamente, puede que no se requiera calentamiento para iniciar la reticulación del adhesivo termoplástico durante el paso de compresión. En ciertas realizaciones, las piezas de madera recubiertas con adhesivo se calientan a la temperatura requerida para el moldeo antes de ser colocadas en el molde, eliminando así la necesidad de calentamiento durante el moldeo y estando limitadas por la conductividad térmica a través del monolito manufacturado. Ventajosamente, eliminar la necesidad de calentamiento adicional durante el moldeo acelera el proceso ya que el calor ayuda en el conformado de las piezas de madera en el molde, además de acelerar el proceso de curado y esto tiene la ventaja adicional de disminuir el tiempo de proceso en la prensa porque la baja conductividad térmica de la madera no limita el calentamiento de todo el bloque. La temperatura a la que se calientan las piezas de madera recubiertas con adhesivo es idealmente lo suficientemente baja para evitar o minimizar la reticulación del adhesivo antes de la compresión. En ciertas realizaciones, las piezas de madera recubiertas con adhesivo se calientan a una temperatura de aproximadamente 50°C a aproximadamente 200°C, por ejemplo de aproximadamente 50°C a aproximadamente 100°C. En ciertas realizaciones específicas, las piezas de madera recubiertas con adhesivo se calientan a una temperatura de aproximadamente 75°C. Este paso provoca que el adhesivo se seque al menos parcialmente y calienta las piezas individuales de madera recubiertas con adhesivo. Al calentar las piezas de madera recubiertas con adhesivo antes de ensamblarlas en el molde, el calor requerido en el paso de compresión no se proporciona únicamente a través del molde. De esta forma, el espesor de las piezas de madera ensambladas en el molde no es tan importante como ocurre cuando la única fuente de calor la proporcionan fuentes de calor externas durante la etapa de compresión. Esto significa que la etapa de compresión se puede realizar más rápidamente y se requiere menos tiempo para calentar las piezas de madera más internas del molde a la temperatura deseada.
Las piezas de madera recubiertas con adhesivo se pueden calentar durante un período de aproximadamente 1 minuto a aproximadamente 40 minutos, como por ejemplo 5 minutos, 6 minutos, 7 minutos, 8 minutos, 9 minutos, 10 minutos, 11 minutos, 12 minutos, 13 minutos, 14 minutos, 15 minutos, 16 minutos, 17 minutos, 18 minutos, 19 minutos, 20 minutos, 21 minutos, 22 minutos, 23 minutos, 24 minutos, 25 minutos, 26 minutos, 27 minutos, 28 minutos, 29 minutos, 30 minutos, 31 minutos, 32 minutos, 33 minutos, 34 minutos, 35 minutos, 36 minutos, 37 minutos, 38 minutos, 39 minutos o 40 minutos. En ciertas realizaciones, las piezas de madera recubiertas con adhesivo se pueden calentar durante un período de aproximadamente 10 minutos a aproximadamente 12 minutos.
Las piezas de madera recubiertas con adhesivo se ensamblan a continuación antes de la compresión. Las piezas de madera recubiertas con adhesivo se pueden ensamblar en un molde, sobre el plato de una prensa o en una lámina de plástico desprendible. En determinadas realizaciones, las piezas de madera se ensamblan en un molde. Las piezas de madera generalmente se alinean dentro del molde. El molde puede tener cualquier forma adecuada, como cuadrada o rectangular, plana o ligeramente curvada para proporcionar un monolito preformado. Un beneficio de los procesos descritos en la presente memoria es que al molde se le puede dar forma (por ejemplo, curvarlo) para proporcionar productos de madera manufacturados con forma. Por ejemplo, los productos de madera manufacturados delgados se pueden usar con fines decorativos en muebles o en vehículos de motor y al molde se le puede dar forma adecuadamente y puede incluir rasgos superficiales (por ejemplo, muescas, elementos de retención) que pueden transferirse al producto de madera manufacturado.
La altura de las piezas de madera ensambladas puede ser menor que, mayor que o sustancialmente igual a la altura del molde. Generalmente, el paso de prensado compactará y comprimirá las piezas de madera ensambladas de manera que el material resultante tendrá una sección transversal más pequeña que las piezas de madera ensambladas sin prensar.
Las piezas de madera generalmente se alinean dentro del molde. En ciertas realizaciones, la longitud de las piezas de madera en la dirección de la fibra es sustancialmente la misma que la longitud del molde. La orientación de las piezas de madera con respecto a la base del molde se puede utilizar para crear diferentes efectos visuales en los productos de madera manufacturados finales, como se ve mejor en la Figura 1. Por ejemplo, las piezas de madera que se coloquen paralelas a la base del molde darán lugar a un producto de madera manufacturado que tiene la apariencia de la pieza de madera superior. Las piezas de madera que se coloquen generalmente perpendiculares a la base del molde darán lugar a un producto de madera manufacturado que tiene un aspecto rayado. Las piezas de madera que se coloquen formando un ángulo con respecto a la base del molde darán lugar a un producto de madera manufacturado que tiene una apariencia más de veta de madera. También es posible usar piezas de madera de diferentes especies de madera o de diferentes colores para proporcionar los efectos deseados en el producto de madera manufacturado. Ventajosamente, se puede tolerar una amplia gama de orientaciones diferentes de piezas de madera en los procesos descritos en la presente memoria sin afectar materialmente a las propiedades físicas del producto de madera manufacturado.
Una vez ensambladas las piezas de madera cubiertas con adhesivo, se aplica presión para comprimir las piezas de madera ensambladas para consolidarlas. Se puede utilizar una prensa adecuada para aplicar la compresión. Puede emplearse cualquier dispositivo y/o medio de prensado adecuado para aplicar presión a las piezas de madera cubiertas con adhesivo ensambladas. La presión expulsa el aire atrapado fuera de las piezas de madera cubiertas con adhesivo ensambladas, crea un contacto molecular entre las superficies de madera y obliga al adhesivo a penetrar en la estructura de madera para una unión mecánica más eficaz. Dicho de otra manera, el adhesivo reacciona consigo mismo y con las piezas de madera en el paso de compresión. Además, las piezas de madera se deforman mecánicamente en el paso de compresión y, como resultado, las piezas de madera adyacentes se adaptan unas a la forma de otras y, al menos hasta cierto punto, se entrelazan entre sí, aumentando de este modo la dureza y la durabilidad del producto. Las piezas de madera cubiertas con adhesivo ensambladas pueden someterse a una presión de aproximadamente 0-100 MPa. En ciertas realizaciones, las piezas de madera cubiertas con adhesivo ensambladas se someten a una presión de aproximadamente 4 a 20 MPa, como por ejemplo de aproximadamente 6-10 MPa.
Como se explicó anteriormente, las piezas de madera recubiertas con adhesivo pueden calentarse antes del ensamblaje y hay ciertas ventajas de procesamiento que derivan de calentarlas antes del ensamblaje. Sin embargo, también se contempla que las piezas de madera puedan de forma alternativa, o adicional, calentarse durante el paso de compresión. Por ejemplo, se puede usar un molde calentado.
El adhesivo termoplástico se reticula para conformar un producto de madera manufacturado al menos parcialmente curado. La reticulación puede iniciarse por calentamiento durante el paso de compresión o puede iniciarse a temperatura ambiente durante el paso de compresión, dependiendo de la resina termoplástica y del agente de reticulación utilizado. Las piezas de madera cubiertas con adhesivo ensambladas pueden mantenerse a una temperatura de aproximadamente 70°C a aproximadamente 150°C durante esta etapa. Esta transmisión de calor por conducción facilita el curado efectivo del adhesivo. El paso de compresión puede durar desde alrededor de 5 minutos hasta alrededor de 90 minutos. En ciertas realizaciones, el paso de compresión se lleva a cabo durante aproximadamente 20 minutos.
Los pasos de reticulación y compresión pueden proporcionar un producto de madera manufacturado totalmente curado o parcialmente curado.
Si las piezas de madera recubiertas con adhesivo se calientan antes de o durante el paso de compresión, el producto de madera manufacturado al menos parcialmente curado puede enfriarse antes de ser liberado o puede liberarse mientras aún está caliente. En este último caso, las ventajas de procesamiento pueden derivarse de la extracción del producto de madera manufacturado parcialmente curado mientras aún está caliente. Específicamente, para productos fabricados con resinas de fenol formaldehído, los productos deben enfriarse antes de desmoldarse porque las resinas se forman a partir de monómeros/prepolímeros y esto significa que hay un tiempo de curado relativamente largo y si se desmoldan en caliente el producto tiende a desmoronarse. Se requiere menos energía y tiempo si el producto de madera manufacturado parcialmente curado se puede extraer del molde mientras aún está caliente.
En ciertas realizaciones, el producto de madera manufacturado parcialmente curado puede someterse a un paso de curado adicional para proporcionar el producto de madera manufacturado. El curado adicional se puede llevar a cabo durante un máximo de 4 horas a temperaturas de hasta 140°C, según sea necesario.
Después del procesamiento, el producto de madera manufacturado es monolítico, sustancialmente sin huecos ni espacios libres dentro del producto. Dependiendo de las condiciones de procesamiento y de la especie de madera, la densidad puede ser de 0,6 a 1,2 y la dureza correspondiente de 0,4 a 3,0 (utilizando una prueba de dureza Janka modificada con bola de 5 mm; véase la Figura 8). El módulo de elasticidad (MOE) y el módulo de rotura (MOR) del bloque o de una parte cortada del bloque en la que las fibras de madera dentro de las chapas tienen sustancialmente la misma longitud que la muestra sometida a prueba son similares a los de una pieza convencional de la misma especie de madera (véase la Tabla 1). Es importante destacar que los productos de madera manufacturados tienen propiedades mecánicas y un atractivo visual similares a los de las maderas que se utilizan para fabricarlos, y son muy diferentes a los productos de madera manufacturados de la técnica anterior.
Tabla 1 - Módulo de elasticidad (MOE) y módulo de rotura (MOR)
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En determinadas realizaciones, el producto de madera manufacturado comprende menos de aproximadamente el 15% (p/p) de adhesivo, por ejemplo menos de aproximadamente el 10% (p/p) o menos de aproximadamente el 6% (p/p). También se proporciona en la presente memoria un producto de madera manufacturado conformado mediante un proceso como se describe en la presente memoria.
Ejemplos
Prueba - Hinchamiento de bloques de madera manufacturados en agua hirviendo
La prueba de ebullición es una prueba dura que se utilizó para evaluar la durabilidad de los adhesivos. La prueba de ebullición se realizó a 100-105°C (ebullición suave) en agua del grifo durante 3 horas. A continuación, los bloques se secaron a temperatura ambiente durante 2-3 días antes de que se tomaran las medidas.
Los resultados se analizaron tomando las medidas iniciales y finales para las dimensiones x, z e y del bloque (Figura 2) y usando la siguiente ecuación para calcular un hinchamiento porcentual:
Hinchamiento(%) = f lnal ----- lnlcl al x 100
%i n i c i a l
De esta manera, se calculó un porcentaje de hinchamiento en cada dirección, pero debido a las direcciones de las chapas, el hinchamiento de las dimensiones y y z son los únicos resultados que muestran un cambio significativo.
Prueba - Prueba de dureza Janka modificada
Se midió la dureza utilizando el método de prueba de dureza Janka (basado en ASTMD1037) con una bola de 5 mm, calculando la media de 5 medidas tomadas de la cara más grande del bloque. Es evidente que la dureza está relacionada con la densidad de los bloques.
Prueba - Análisis mecánico dinámico (DMA)
Las propiedades termomecánicas de los adhesivos se ensayaron en películas delgadas de los adhesivos secos utilizando un TA Instruments Q800 DM en modo de tensión a una velocidad de calentamiento de 3°C/min.
Prueba - Módulo de elasticidad (MOE) y Módulo de rotura (MOR)
El MOE y el MOR se probaron usando una máquina de prueba de tracción Instron en modo de flexión de 3 puntos con una separación de típicamente 90 mm de acuerdo con ASTM D1037-06a.
Los resultados de todas las pruebas de las muestras se muestran en la Tabla 2, excepto cuando se indique lo contrario.
Ejemplo 1 - Producción de producto de madera manufacturado con eucalipto goma azul de Sídney y adhesivo reticulante Piezas de chapa de madera de eucalipto goma azul de Sídney, de espesor entre 2 y 3 mm con contenido de humedad sustancialmente de equilibrio, fueron cortadas en piezas individuales que encajan en un molde, y se les aplicó una emulsión adhesiva termoplástica (Franklin Titebond 3 con 10 a 15% (p/p) de agua añadida; en lo sucesivo "TB3") con brocha. El adhesivo también podría aplicarse mediante rodillo, por pulverización o por inmersión en este punto. A continuación, las piezas se secaron hasta que el adhesivo se volvió sustancialmente transparente y luego se cargaron en un molde de metal y se comprimieron. El adhesivo se curó a 80-100°C bajo una carga de 8-12T durante aproximadamente 30 minutos. Después del tiempo de moldeo, el molde y el bloque de madera manufacturado se retiraron de la presión y se dejaron enfriar a temperatura ambiente. El bloque no cambió de forma ni se deformó al sacarlo del molde.
El bloque se cortó en pedazos para la prueba, uno de los cuales se hirvió en agua durante 3 horas. Se probó la dureza de otra pieza usando una prueba de dureza Janka modificada usando una bola de indentación de acero de 5 mm. Los resultados de las pruebas se muestran en la Tabla 2.
Ejemplo 2 - Intento de producción de producto de madera manufacturado con adhesivo no reticulante
Se produjo un bloque de producto de madera manufacturado utilizando el método del Ejemplo 1, pero con Selleys Aquadhere como adhesivo, que es un adhesivo de PVA no reticulante.
Este ejemplo muestra que el uso de un adhesivo que no se reticula no puede unir suficientemente las piezas de chapa y provoca el fallo del bloque cuando se prueba (Figura 3).
Ejemplos 3 a 5 - Intento de producción de producto de madera manufacturado con adhesivos reticulantes de bajo nivel Se produjeron bloques de producto de madera manufacturado utilizando el método del Ejemplo 1, pero con Selleys Aquadhere+ como adhesivo (Ejemplo 3), Bostik AVXL+ como adhesivo (Ejemplo 4) y Henkel F8 como adhesivo (Ejemplo 5), los cuales son todos adhesivos de PVA de bajo nivel de reticulación.
Estos ejemplos muestran que un adhesivo que muestra un bajo nivel de reticulación no produce los resultados deseados.
Ejemplos 6 a 8 - Producción de producto de madera manufacturado con otros adhesivos reticulantes
Se produjeron bloques de producto de madera manufacturado utilizando el método del Ejemplo 1, pero con Henkel DLAU7 como adhesivo, que es un adhesivo de PVA reticulante (Ejemplo 6), Henkel KL325 como adhesivo, que es un adhesivo de PVA reticulante (Ejemplo 7), y Henkel UK5400, un adhesivo de emulsión de poliuretano reticulante (Ejemplo 8).
Estos ejemplos muestran que un adhesivo que muestra un nivel suficiente de adhesión y reticulación produce un bloque de producto de madera manufacturado que pasa la prueba de ebullición.
Ejemplo 9 - Producción de producto de madera manufacturado con aditivo reticulante adicional (glioxal)
Se fabricó un bloque de producto de madera manufacturado usando el método del Ejemplo 1, pero con glioxal al 2,5% añadido al adhesivo TB3 como agente reticulante adicional. El tiempo de prensado se amplió a 40 min para asegurar que se completara cualquier reacción que tuviera lugar.
Este ejemplo muestra que el uso de un aditivo reticulante para un adhesivo comercial produjo un bloque satisfactorio de producto de madera manufacturado, y se mejoró el comportamiento frente al hinchamiento (después de la prueba de ebullición) (Figuras 4-6).
Ejemplo 10 - Producción de producto de madera manufacturado con aditivo reticulante adicional (glutaraldehído) Se fabricó un bloque de producto de madera manufacturado utilizando el método del Ejemplo 1, pero con glutaraldehído al 2,5% añadido al adhesivo TB3 como agente reticulante adicional. El tiempo de prensado se amplió a 40 min para asegurar que se completara cualquier reacción que tuviera lugar.
Este ejemplo muestra que el uso de un aditivo reticulante añadido a un adhesivo comercial produjo un bloque satisfactorio de producto de madera manufacturado y se mejoró el comportamiento frente al hinchamiento (después de la prueba de ebullición) (Figura 6).
Ejemplo 11 - Producción de producto de madera manufacturado utilizando especies de madera alternativas (pino) Se fabricó un bloque de producto de madera manufacturado usando el método del Ejemplo 1, pero con chapa de Pino Radiata.
Este ejemplo muestra que se pueden utilizar especies de madera alternativas (en este caso, una madera blanda) para producir un producto de madera manufacturado satisfactorio.
Ejemplo 12 - Producción de producto de madera manufacturado utilizando especies de madera alternativas (pino) con un adhesivo no reticulante
Se fabricó un bloque de producto de madera manufacturado utilizando el método del Ejemplo 2, pero con chapa de Pino Radiata.
Este ejemplo muestra que el uso de un adhesivo que no se reticula no puede unir suficientemente las piezas de chapa, y provoca el fallo del bloque cuando se prueba.
Ejemplo 13 - Producción de producto de madera manufacturado utilizando especies de madera alternativas (pino) con un adhesivo reticulante
Se fabricó un bloque de producto de madera manufacturado usando el método del Ejemplo 7, pero con chapa de Pino Radiata.
Este ejemplo muestra que se pueden usar especies de madera alternativas (en este caso, una madera blanda) para producir un bloque satisfactorio de producto de madera manufacturado, cuando se usa un adhesivo basado en PVA reticulante.
Ejemplo 14 - Producción de producto de madera manufacturado utilizando especies de madera alternativas (eucalipto goma azul) con un aditivo reticulante
Se fabricó un bloque de producto de madera manufacturado usando el método del Ejemplo 11, pero usando adhesivo Henkel KL442. Las piezas del bloque no se adhirieron y el bloque se desmoronó al extraerlo del molde.
Este ejemplo muestra que no todos los adhesivos pueden utilizarse para conformar un monolito que conserve su forma consolidada.
Ejemplo 15 - Producción de producto de madera manufacturado utilizando especies de madera alternativas (pino) con un aditivo reticulante
Se fabricó un bloque de producto de madera manufacturado utilizando el método del Ejemplo 11, pero con 5% en peso de glioxal añadido al adhesivo y un tiempo de prensado de 20 minutos.
Este ejemplo muestra que el uso de un aditivo reticulante (glioxal) a un adhesivo comercial de un solo componente produjo un bloque satisfactorio de producto de madera manufacturado, y se mejoró el comportamiento frente al hinchamiento (después de la prueba de ebullición).
Ejemplo 16 - Producción de producto de madera manufacturado utilizando especies de madera alternativas (pino) con un aditivo reticulante y un tiempo de prensado más largo
Se fabricó un bloque de producto de madera manufacturado usando el método del Ejemplo 15, pero utilizando un tiempo de curado más largo (40 minutos) en la prensa.
Este ejemplo muestra que el uso de un aditivo reticulante (glioxal) en un adhesivo comercial de un solo componente produjo un bloque satisfactorio de producto de madera manufacturado, y se mejoró el comportamiento frente al hinchamiento (después de la prueba de ebullición).
Ejemplo 17 - Producción de producto de madera manufacturado utilizando especies de madera alternativas (pino) con un aditivo reticulante, mayor tiempo de prensado y tratamiento térmico posterior
Se fabricó un bloque de producto de madera manufacturado utilizando el método del Ejemplo 16, pero se calentó posteriormente a 120°C durante 2 horas en un horno.
Este ejemplo muestra que el bloque de producto de madera manufacturado producido utilizando este método es estable a temperatura elevada.
Ejemplo 18 - Producción de producto de madera manufacturado utilizando especies de madera alternativas (bambú) Se fabricó un bloque de producto de madera manufacturado usando el proceso del Ejemplo 1, pero usando hebra de bambú en lugar de chapa de madera.
Ejemplos 19-23 - Producción de producto de madera manufacturado utilizando especies de madera alternativas Se fabricó un bloque de producto de madera manufacturado usando el proceso del Ejemplo 5, pero usando hebras de Blackbutt (Ejemplo 19), Arce rojo (Ejemplo 20), Roble de Tasmania (Ejemplo 21), Eucalyptus Grandis (Ejemplo 22) y chapas de madera de Álamo temblón (Ejemplo 23).
Los ejemplos 18 a 23 muestran que este proceso puede utilizar diferentes especies de madera para crear un bloque de producto de madera manufacturado que mantiene su forma después del moldeo y después de una prueba de ebullición en agua de 3 horas. Estos bloques tienen propiedades mecánicas similares a las maderas duras típicas.
Ejemplo 24 - Intento de producción de producto de madera manufacturado con la chapa demasiado gruesa Se fabricó un bloque de producto de madera manufacturado utilizando el método del Ejemplo 1, pero con piezas gruesas de Blackbutt cortadas de un tablón, de aproximadamente 10 mm de espesor. El bloque de producto de madera manufacturado resultante era de mala calidad y tenía muchos espacios libres, por lo que no formaba una estructura monolítica.
Ejemplo 25 - Producción de producto de madera manufacturado sin calentamiento durante la etapa de prensado Se fabricó un bloque de producto de madera manufacturado usando el método del Ejemplo 1, pero con la prensa sin calentar.
Esto muestra que se puede fabricar un bloque de producto de madera manufacturado curando un bloque de madera que contiene un adhesivo de curado a temperatura ambiente a temperatura ambiente.
Ejemplos 26 y 27 - Producción de producto de madera manufacturado con liberación de la prensa en frío.
Se fabricó un bloque de producto de madera manufacturado de acuerdo con el método del Ejemplo 1, usando chapa de eucalipto goma azul (Ejemplo 26) o de Eucalyptus Grandis (Ejemplo 27). En estos ejemplos, el bloque se enfrió en el molde a <40 °C utilizando el sistema de refrigeración por agua en la prensa caliente.
Estos ejemplos muestran que se puede lograr una mayor densidad y dureza cambiando las condiciones del proceso. Además, en la Figura 8 se muestra una ilustración del intervalo de propiedades de densidad y dureza que se puede lograr alterando las condiciones del proceso para bloques fabricados a partir de chapa de pino.
Ejemplo 28 - Intento de producción de producto de madera manufacturado con chapas que tienen un alto contenido de humedad
Se fabricó un bloque de acuerdo con el método del Ejemplo 11, pero sin secar el exceso de humedad de las piezas de chapa antes del moldeo. El bloque todavía estaba húmedo y flexible al sacarlo del molde y las piezas de chapa no se adherían unas a otras.
Este ejemplo muestra que un contenido de humedad muy alto es indeseable.
Ejemplo 29 - Producción de producto de madera manufacturado con post-tratamiento térmico después de la liberación en caliente
Se fabricó un bloque utilizando el método del Ejemplo 1, pero con madera de Eucalyptus Grandis, y a continuación se postcalentó en un horno a 140°C durante 2 horas. El bloque conservó su forma monolítica.
Ejemplos 30-35 - Producción de producto de madera manufacturado utilizando diferentes orientaciones de chapas Las chapas se orientaron de diferentes maneras en el molde, como se muestra en la Figura 7. Usando el método del Ejemplo 1, se fabricaron bloques usando diferentes orientaciones de chapa en el molde. El ejemplo 1 se orientó como en la Figura 7C, los ejemplos 30 y 31 se orientaron como en la Figura 7A, los ejemplos 32 y 34 se orientaron como en la Figura 7E, el ejemplo 33 se orientó como en la Figura 7D y el ejemplo 35 se orientó como en la Figura 7F.
Estos ejemplos muestran que las propiedades mecánicas (densidad y dureza) no están sustancialmente influenciadas por la orientación de las chapas (Tabla 3), aunque la apariencia visual en la cara superior plana, o en una superficie cortada a lo largo del bloque, está fuertemente influenciada. Los ejemplos 2, 3-5, 12 y 14 no están de acuerdo con la invención.
Tabla 2 - Propiedades físicas y mecánicas de bloques de producto de madera manufacturado producidos de acuerdo con los Ejemplos (Ej # se refiere al número del Ejemplo)
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Nota: "Mantener la forma" significa mantener la forma comprimida monolítica después de su extracción del molde; "Prueba de ebullición" significa mantener sustancialmente la forma y no desmoronarse ni agrietarse significativamente durante 3 horas de ebullición en agua; MOE es módulo de elasticidad y MOR es módulo de rotura.
Tabla 3 - Efecto de la variación de la orientación de las chapas de madera en el molde sobre la dureza y la densidad (Ej # se refiere al número del Ejemplo)
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A lo largo de la memoria descriptiva y las reivindicaciones que siguen, a menos que el contexto requiera algo diferente, se entenderá que las palabras "comprende" e "incluye" y variaciones tales como "que comprende" y "que incluye" implican la inclusión de un número entero o grupo de números enteros indicado, pero no la exclusión de cualquier otro número entero o grupo de números enteros.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Un producto de madera manufacturado en forma de monolito consolidado que comprende una pluralidad de piezas de madera natural unidas entre sí con adhesivo mediante un adhesivo termoplástico reticulado que ha sido reticulado durante el procesamiento, donde dicho producto de madera manufacturado conserva su forma consolidada cuando se somete a una prueba de ebullición a 1002C-105°C en agua del grifo durante 3 horas y donde el adhesivo termoplástico reticulado tiene una temperatura de transición vitrea de menos de aproximadamente 70 grados Celsius.
2. El producto de madera manufacturado de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el adhesivo termoplástico reticulado en el producto de madera manufacturado tiene una temperatura de transición vitrea inferior a aproximadamente 30 grados Celsius, preferiblemente inferior a aproximadamente 20 grados Celsius.
3. El producto de madera manufacturado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en el que la pluralidad de piezas de madera natural se han deformado mecánicamente durante el procesamiento para que las piezas de madera adyacentes se adapten unas a la forma de otras.
4. El producto de madera manufacturado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el producto de madera manufacturado comprende menos del 15% (p/p) de adhesivo, preferiblemente menos del 10% (p/p) de adhesivo, más preferiblemente menos del 6% (p/p) de adhesivo.
5. Un proceso para producir un producto de madera manufacturado de la reivindicación 1 que comprende:
- proporcionar una pluralidad de piezas de madera natural que tienen sustancialmente un contenido de humedad de equilibrio;
- aplicar un adhesivo termoplástico que comprende una resina termoplástica y un agente reticulante a las piezas de madera para conformar piezas de madera recubiertas con adhesivo;
- calentar opcionalmente las piezas de madera recubiertas con adhesivo para conformar piezas de madera recubiertas con adhesivo calentadas;
- ensamblar las piezas de madera recubiertas con adhesivo en una configuración deseable para conformar piezas de madera recubiertas con adhesivo ensambladas;
- comprimir las piezas de madera ensambladas recubiertas con adhesivo en una prensa a una presión y durante un tiempo suficiente para compactar y comprimir las piezas de madera ensambladas para expulsar el aire atrapado fuera de las piezas de madera ensambladas recubiertas con adhesivo y deformar mecánicamente las mismas para que las piezas de madera adyacentes se adapten unas a la forma de otras;
- reticular el adhesivo termoplástico hasta al menos una cantidad de reticulación crítica durante el paso de compresión para conformar un producto de madera manufacturado al menos parcialmente curado, donde la cantidad de reticulación crítica es suficiente para que el producto de madera manufacturado al menos parcialmente curado mantenga sustancialmente su forma comprimida y evite que las piezas de madera se expandan y vuelvan a su estado inicial tras la liberación de la presión en el paso de compresión;
- extraer el producto de madera manufacturado al menos parcialmente curado de la prensa; y
- opcionalmente, curar aún más el producto de madera manufacturado parcialmente curado para proporcionar el producto de madera manufacturado que tiene sustancialmente un contenido de humedad de equilibrio.
6. El proceso de acuerdo con la reivindicación 5, en el que las piezas de madera recubiertas con adhesivo se calientan para secar el adhesivo y mantener un contenido de humedad sustancialmente de equilibrio en las piezas de madera recubiertas con adhesivo.
7. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 6, en el que las piezas de madera recubiertas con adhesivo se precalientan antes de ensamblarlas en una configuración deseable y comprimirlas.
8. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en el que el adhesivo termoplástico reticulado en el producto de madera manufacturado tiene una temperatura de transición vitrea igual o inferior a la temperatura de uso normal del producto de madera manufacturado.
9. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, en el que el perfil de chapa de cada una de las piezas de madera ensambladas después de la compresión es diferente al perfil de chapa de cada una de las piezas de madera ensambladas antes de la compresión.
10. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, en el que el adhesivo termoplástico que comprende la resina termoplástica y el agente reticulante es una emulsión de base agua.
11. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 10, en el que la reticulación se inicia por calentamiento durante el paso de compresión.
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