木质纤维产品及其制备方法
【专利说明】
[0001] 本申请是2009年7月13日提交的名称为"木质纤维产品及其制备方法"的 200980137704. 0发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明总体上涉及木质纤维产品，具体而言，本发明涉及包含多个木质纤维片、一 种异氰酸酯组分和一种加工助剂的木质纤维产品，涉及由所述木质纤维产品形成的木质纤 维复合制品，还涉及形成所述木质纤维产品和木质纤维复合制品的方法。
【背景技术】
[0003] 木质纤维复合制品一一如定向刨花板（OSB)、定向层积材（OSL)、碎料板（PB)、 重组板（scrimber)、农业纤维板（agrifiber board)、粗纸板（chipboard)、压缩板 (flakeboard)，和纤维板例如中等密度纤维板（MDF)--一般通过用粘合剂组合物例如树 脂混合或喷雾木质纤维片、同时在掺合机或类似装置中翻滚或搅拌该木质纤维片而制备。 在充分混合形成一种粘合剂-木质纤维混合物后，使现已涂有粘合剂组合物的木质纤维片 形成一种产品（特别是一种松散垫），将其在热台/板间压缩以固定所述粘合剂组合物并 使其与木质纤维片粘结在一起成为致密形式，如板形、嵌板形或其他形状。压缩松散垫的常 规方法一般于约120°C至约225°C的温度在不同量蒸汽的存在下进行，所述蒸汽或者有目 的地喷入所述松散垫中，或者通过释放由所述松散垫中木质纤维片夹带的水分而产生。这 些方法一般还要求在将木质纤维片与粘合剂组合物混合前，木质纤维片的含湿量在约2重 量％和约20重量％之间。
[0004] 木质纤维片可为切片、削片、长条（strand)、稀松织物（scrim)、薄片、纤维、锯肩、 甘蔗渣、秸杆和木刨花的形式。当木质纤维片具有相对较大尺寸例如1至7英寸时，通过 所述方法制备的木质纤维复合制品在本领域中通称为工程木材。这些工程木材包括长条 刨片层积材、〇SB、OSL、重组板、平行木片胶合木（parallel strand lumber)和单板层积材 (laminated veneer lumber)。当木质纤维片相对较小，例如通常的锯肩和细小纤维大小 时，木质纤维复合制品在本领域中被称为碎料板和纤维板，例如MDF。其他工程木材如胶合 板使用较大木材片，通过粘合剂组合物将所述木材片结合在一起而成为夹层构型。其他工 程木材如重组板使用平均直径为约2至IOmm且长度为几英尺的不规则长薄木片。
[0005] 开发工程木材是因为尺寸适于切割成木材的树干日益缺乏。所述工程木材可具有 有利的物理性质，如强度和稳定性。工程木材的另一个优点是它们可由加工其他木材和木 质纤维材料产生的废料制成。这可使回收过程高效并节能，并节省垃圾掩埋空间。
[0006] 用于制备所述木质纤维复合制品的粘合剂组合物包括酚醛（PF)树脂、脲甲醛 (UF)树脂和异氰酸酯树脂。基于异氰酸酯化学的粘合剂组合物是商业上所需要的，因为它 们具有低吸水性、高粘合和粘结强度、在配制方面的灵活性、固化温度和速率的多样性、优 良的结构性能、与具有高含水量的木质纤维材料结合的能力、以及重要地具有零甲醛排放 量。异氰酸酯的一些缺陷为由于与台粘合而难以加工、冷粘着性不足（即，异氰酸酯没有 "粘性"或"胶粘性"）、昂贵和在某些情况下需要特殊储存。
[0007] 已知用聚亚甲基聚（异氰酸苯酯）（在本领域中也称为聚MDI或PMDI)处理木质纤 维材料能改善复合制品的强度。通常，此类处理包括向木质纤维材料施用异氰酸酯，并一一 或者通过施以热和压力，或者在室温下一一使异氰酸酯固化。虽然可使PMDI在环境条件下 固化，但是在某些情况下，残余异氰酸酯（NCO)基团会在经处理的制品上保留数周甚或数 月。还已知为此目的使用甲苯二异氰酸酯（TDI)，但从环境观点而言一般不被接受。异氰酸 酯预聚物是优选的异氰酸酯材料，其用于粘合剂组合物中以解决多种加工问题，特别是减 小与压缩台的粘合性和降低异氰酸酯的反应性。
[0008] 通常，向木质纤维复合制品中添加多种"胶粘剂"如赌，以实现防水性和降低木质 纤维复合制品在暴露于水分时的溶胀。在制备过程中将蜡如石蜡（其可为熔体或乳化悬浮 液）加入木质纤维复合制品中。所述蜡能填充木质纤维复合制品中存在的细微裂缝，由此 通过对裂缝的物理阻塞（这会降低对水的吸收）实现至少部分的防水性和降低木质纤维复 合制品的溶胀。
[0009] 遗憾的是，蜡对木质纤维复合制品中使用的其他组分，如异氰酸酯，基本呈惰性， 即，蜡与木质纤维复合制品中使用的其他组分不反应。因此，蜡对提高例如木质纤维复合制 品的内部结合（IB)强度没有帮助，并且实际上，其可降低该强度。类似地，蜡在施用压力和 热之前对将木质纤维复合制品一一即，当其为本领域所理解的松散垫形式、产物、块、或"配 料（furnish) "形式时--保持在一起没有帮助。例如，相对于使用PF或UF树脂和蜡，使 用异氰酸酯和蜡时必须降低挤压机的闭合速度，因为如果挤压机闭合过快，松散垫中夹带 的空气可能会毁坏该松散垫的结构。该问题主要是由于异氰酸酯（和蜡，如果使用的话） 缺乏粘性，而PF和UF树脂本身可提供一定程度的粘性。出于经济原因，降低挤压机闭合速 率对此类木质纤维复合制品的制造商不利，如降低了生产量和增加了劳工成本。
[0010] 另外，在制备木质纤维复合制品过程中，例如在上述制备过程中如压制或蒸汽喷 射过程中的高温导致木质纤维复合制品中蜡的升华和/或蒸发。木质纤维复合制品中蜡的 这种损失可引起多种问题。例如，随着蜡在设备表面的积累和沉积，蜡的积累可能会产生着 火的潜在危险。蜡生成的蒸汽还会促成生产设备中烃雾的产生。另外，不仅由于木质纤维 复合制品中蜡的物理损耗（例如高达50重量％ )，还由于维护用于制备木质纤维复合制品 的制备装置和周围环境的清洁、安全和管理成本，使制备成本增加。
[0011] 因此，仍有可能提供具有提尚的防潮性、提尚的耐溶胀性、降低的制备成本、提尚 的冷粘着性和提高的韧性的木质纤维复合制品。也仍有可能提供形成所述木质纤维复合制 品的方法。例如，仍有机会解决在使用粘合剂组合物用异氰酸酯和任选地使用蜡来制备木 质纤维复合制品过程中提高压制速度的长期需求。作为另一个实例，仍有机会解决由于在 形成某些木质纤维复合制品中使用蜡导致的经济问题。
【发明内容】
[0012] 木质纤维产品包含多个木质纤维片。木质纤维产品还包含一种位于所述多个木质 纤维片上的异氰酸酯组分。木质纤维产品还包含一种加工助剂。所述加工助剂对异氰酸酯 组分有反应性，包括一种具有连续相和不连续相的接枝多元醇。所述连续相包含一种对异 氰酸酯具有反应性的组分。所述不连续相包含聚合物颗粒。所述异氰酸酯组分和加工助剂 在木质纤维产品中以基于100重量份该木质纤维产品计为约1至约25重量份的结合量存 在。还公开了形成所述木质纤维产品的方法。
[0013] 本发明的木质纤维产品具有出色的冷粘着性，并可用于形成多种木质纤维复合制 品。由本发明的木质纤维产品形成的木质纤维复合制品相对于常规木质纤维复合制品具 有出色的防潮性、降低的溶胀性、以及提高的韧性和弹性。所述加工助剂对异氰酸酯组分 有反应性，为所述木质纤维产品和由其形成的木质纤维复合制品提供出色的物理性质。所 述加工助剂还提供提高的冷粘着性，其部分地降低了本发明方法的制备成本和提高了其稳 固性。本发明方法提供了降低的制备成本，如在制备木质纤维复合制品过程中提供提高的 压制速度，并提供具有上述优点如提高的防潮性的本发明木质纤维产品和木质纤维复合制 品。
【具体实施方式】
[0014] 本发明提供了一种木质纤维产品。所述木质纤维产品可用于形成多种形式的木质 纤维复合制品。所述木质纤维产品，后文称为产品，将在下面进一步描述。本发明还提供了 一种木质纤维复合制品。所述木质纤维复合制品，后文称为复合制品，可用于多种应用。所 述应用的实例包括，但不限于，包装；家具和细木家具；屋顶和地板的盖板；屋顶、地板和壁 板的镶板；窗框和门框；和webstock，例如用于工程工字梁的webstock。在多个实施方案 中，所述复合制品可为多种形式的工程木质纤维复合物，所述工程木质纤维复合物例如工 程木材复合物，如定向刨花板（OSB);定向层积材（OSL);重组板；纤维板，如低密度纤维板 (LDF)、中密度纤维板（MDF)和高密度纤维板（HDF);粗纸板；压缩板；碎料板（PB);胶合板 等。一般而言，所述复合制品为038、031^、？8、重组板、胶合板、〇^、10^或册？形式；但应认 识到，所述木质纤维复合制品可为其他工程木材形式，例如但不限于本文描述和示例的那 止匕 -、〇
[0015] 本发明的产品和复合制品均包含多个木质纤维片。所述木质纤维片可源自多种木 质纤维材料。一般而言，木质纤维片源自木材；但木质纤维片也可源自其他木质纤维材料， 如甘蔗渣、秸杆、亚麻残渣、坚果壳、谷粒壳等，及其混合物。如本领域所理解的，如果使用木 材作为木质纤维材料，则所述木质纤维片可由多种硬木和/或软木制备。薄片、纤维或其他 颗粒形式的非木质纤维材料，如玻璃纤维、云母、石棉、橡胶、塑料等也可与所述木质纤维材 料混合；但对本发明而言，一般不需要此类材料。
[0016] 所述木质纤维片可由多种方法获得，例如将小原木、工业废木料、树枝、粗纸浆材 等粉碎成锯肩、切片、薄片、圆片、长条、稀松织物、纤维、薄板等形式的片。在某些实施方案 中，所述木质纤维片包含通常用于形成〇SB、OSL、重组板和碎料板的那些片。在其他实施方 案中，所述木质纤维片包含通常用于形成纤维板如LDF、MDF和HDF的那些片。在另一个实 施方案中，木质纤维片包含通常用于形成胶合板的那些片。应认识到，本发明的产品和复合 制品可包括上述材料和/或片（如长条和锯肩）的多种结合物。另外，所述复合制品可（由 所述产品）形成除板和嵌板以外的其他形状。
[0017] 如上所述，所述木质纤维片可通过多种常规技术制备。例如，纸浆材级原木可用一 种常规圆材刨片机以一步操作转化为薄片。或者，可用常规装置将原木和伐木残料切割成 约0. 5至约3. 5英寸长度的小块，并在常规环形刨片机中将所述小块刨成薄片。如本领域 中所理解的，通常在刨片前将原木去皮。应认识到，本发明不限于形成木质纤维片的任何具 体方法。
[0018] 所述木质