专利名称：含有高度角质化竹片的板的制作方法
含有高度角质化竹片的板发明背景竹由于它的高强度、耐久性和极佳的尺寸稳定性，以及其随时供应和快速再补充一竹子生长非常快，2-6年内即可完全成熟，而甚至是最快生长的木材树种也要花 费长达15-30年才能生长到完全成熟，因此是一种在全亚洲广泛用作建筑材料的木 材。然而，除了这些优点外，竹也有许多缺点。由于竹是中空的，它不能被加工成 实心木材板(lumber board)或厚板(plank)。不仅它不可能制成实心木材板形式，竹还不能通过用于制造木材复合材料的常 规技术进行加工。例如，由于竹茎太薄而无法切割成制备胶合板的薄单板，因此难 以由竹制成胶合板。竹也不能通过用于制造条(strand)复合木材(是由树脂涂覆的 条经由优选取向和以该取向沉积在下面经过的传送带上而制成的复合材料)的技术 成功加工。尽管有这些缺点，但由于竹具有随时供应和极佳的性能特性，制造商已开发了 由竹制造木材复合材料的技术。例如，可以通过将竹茎的外部或表面手工切割成竹 条，然后将所述条编织(通常又是手工)成垫来制造复合竹结构板。然后将这些手工 切割、手工编织的竹垫与几个其它类似的垫子一起堆叠，然后在高温下将这些垫子 压制到一起。这种制造竹板的方法的问题是费时；切割竹条和然后将竹条编织成垫子形式的 步骤需要花费相当多的时间。这些加工不仅仅耗时，而且它们可能会对最终板产品 造成严重的缺陷。例如，将几个垫子成层地放到另一垫子上面产生的内部间隙可以 导致在板中产生洞眼或其它缺陷，而会导致断裂。此外，使2个编织竹垫粘合到一起包括使两个配合表面粘合到一起，这是缺陷的另外来源。然而，上述方法的另一 个缺点是因为它们由大量的竹层组成，所以它们每层都需要非常高剂量的树脂，在 高石油价格时期，这大大增加了产品的价格。在上述背景技术的情况下，本领域存在对部分或完全由竹组成的、缺陷较少、 无需冗长制造过程和消耗石油基产品较少的结构竹板的需求。发明概述本发明涉及含有从竹茎外部切割的竹条的木板。 发明详述除非另外规定，本文采用的所有份、百分比和比率均以重量表示。本文引用的 所有文件均以其全文纳入本文作参考。本文采用的"木质纤维素材料"是指一种细胞结构，具有通过木质素聚合物结 合到一起的纤维素和半纤维素纤维组成的细胞壁。木材是一种木质纤维素材料。"木材复合材料"或"木材复合部件"指一种含有木质纤维素材料和一种或多 种其它添加剂，如粘合剂或蜡的复合材料。木材复合材料的非限制性例子包括结构复合木材("SCL")、华夫刨花板(waferboard)、刨花板(particle board)、碎木胶 合板(chipboard)、中密度纤维板、胶合板和为条和层片单板复合物的板。认为本文 采用的"片"、"条"和"华夫刨花"彼此等同和可以互换使用。木材复合材料的非 排它性描述可以参见的《可克欧诗玛化学技术百科全书(Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology)》的增补巻，第765-810，第6版，以其全文纳入本文作 参考。以下描述了本发明的优选实施方式，提供了一种含有从竹茎外部切割的竹条的 SCL木板。SCL产品包括将在后面进行更详细的描述的层压单板木材("LVL")、平 行条材(parallel strand lumber, "PSL，，)、层压条木材(laminated strand lumber, "LSL")、定向条木材("0SL")和定向条纤维板("0SB")。由于竹茎外部是竹茎最强和最耐久的部分，因此由从竹茎外部切割的条制成SCL 产品结果形成具有极佳强度耐久特性的SCL木板。以前，利用竹茎外部薄片的尝试均告失败，这是因为常规的木材复合树脂(像苯 酚甲醛)不能渗透到取自竹茎外层的薄片(因为薄片上有蜡质和高度角质化的表面覆 盖层)中，因此相邻薄片间不能形成强的粘合。通过采用一种或多种异氰酸酯粘合剂树脂，本发明解决了该问题，优选所述异 氰酸酯选自二苯甲垸-对,对'-二异氰酸酯类的聚合物，所述聚合物具有能与其它有 机基团反应形成聚合物基团如聚脲，-NCON-，和聚氨酯，-NCOON-的NCO-官能团；优 选含有约50重量％的4, 4-二苯甲烷二异氰酸酯("MDI")的粘合剂或有其它异氰酸酯 低聚物("pMDI")的混合物。合适的工业pMDI产品是购自犹他州盐湖城的猎人公司 (Huntsman)的Rubinate 1840和宾夕法尼亚州匹兹堡市的北美拜耳公司(Bayer Corporation, North America )的Mondur 541。苯酚-甲醛("PF")、三聚氰胺-甲醛、三聚氰胺-脲-甲醛("MUF")和其共聚物也适用。合适的工业MUF粘合剂是黛尼 公司(Dynea corporation)的LS 2358和LS 2250产品。不希望受理论的限制，认为是因为MDI分子比大部分聚合物粘合剂树脂小，和 一同样重要的是一因为MDI具有与外茎竹片表面存在的蜡覆盖层相似的溶解度，所 以MDI能比之前存在的树脂体系更好地起作用。现在将对所述竹材作更详细的描述，接着详细讨论将竹条结合进复合材料中的 方法。像其它木材一样，竹的基本组成部分是通过木质素聚合物结合到一起的纤维素 纤维，但竹的组成细胞的构造和形态与其它木材不同。通常，竹的大部分强度特性(拉 伸强度、挠曲强度和刚性)在竹和竹纤维纵向最大。这是由于纤维素纤维在纵向的微 纤丝角度相对较小。竹茎本身的硬度取决于竹纤维束的密度和它们的分离方式。在 竹茎纵向或竹茎横截面中的纤维百分比不一致。在纵向，纤维密度从茎底到茎顶增 加，而竹茎横截面中的纤维密度在接近外表面处最高，随着深入该材料的芯而减小。 而且，由于存在用覆盖茎外部表面的蜡包覆的二氧化硅沉积的角质化层，竹茎外部 的强度和硬度进一步增加。因此，茎外表面上或附近的竹具有优良的强度特性，但 在大多数利用竹纤维的方法中，因为会剥去茎的外部而没有利用到这些增强的强度 特性。与之前剥去角质化层，从而抛弃了茎的强度最大部分的利用竹木技术不同， 本发明中利用了角质化层，从而保留了竹的高强度特性。因此，适当利用时，竹中的纤维素纤维比大部分木类纤维更坚硬和更强，因此， 含有竹的板具有比由其它类型木纤维制成的板高得多的强度与重量之比。本发明中将所述竹茎条根据它们在竹茎外部中的位置分类成来自(a)竹茎的外 部的1/3， (b)优选离竹茎外径2mm内的竹茎部分的条。为了改进常规木条的相容性 和粘合性，优选将竹条切割成厚度小于约0. 2英寸，如小于0. 15英寸，如约0. 01-0. 15 英寸；和切割成宽度优选大于约0. 1英寸，如大于约0. 15英寸，如大于约0. 5英寸。 可手工或用机械剪切设备完成该切割。为了改进强度，应该沿纵轴将所述竹条切割 成优选约比2英寸长，如约3英寸，如约5英寸的条。尽管不想受理论的限制，不 过认为当用圆盘条取向器对条进行取向时，较长的条长度将使条排列更紧密，并且 不受理论的限制，认为更紧密排列的条将产生沿纵轴弹性系数更佳的最终木材复合 板产品。切割后，使所述竹条干燥(如下所述)和涂覆上异氰酸酯聚合树脂(如上所述)。 以竹的干重为基准计，所述异氰酸酯树脂粘合剂的含量优选约为2-12重量％。通常采用蜡添加剂增强竹条的抗渗水性。优选的蜡是疏松石蜡或乳液蜡。所述蜡固体的 加入量优选约为0. 1-3. 0重量％(以竹的重量为基准)。涂覆后用于本发明时，要将所述竹制成条复合木材板，优选0SB板。所述板可以完全由竹条制成，或者，可以将所述竹条与纯或混合的自然形成的硬或软木混合，无论这类木材是干燥(含水量为2-12重量%)或绿色的(含水量为30-200重量%)。 一般， 将所述新的或回收的原木原料切割成本领域普通技术人员熟知的所需大小和形状的 条、华夫刨花或片。当由所述竹条和自然形成的硬或软木的组合制造所述板时，可 以分别干燥和用聚合物树脂粘合剂涂覆这两组分开的木材，然后在分别涂覆步骤后， 将所述涂覆的硬/软木条与涂覆的竹条混合到一起。对条进行切割后使它们在炉中干燥，然后涂上由一种或多种聚合热固性粘合剂 树脂、蜡和其它添加剂制成的特殊制剂。所述粘合剂树脂和其它用于木材的各种添 加剂在本文中称为涂料，即使所述粘合剂和添加剂是小颗粒的形式，如不会在木材 上形成连续涂层的雾化颗粒或固体颗粒。通常，通过一种或多种喷雾、掺混或混合 技术将所述粘合剂、蜡和任何其它添加剂施涂于木材，优选技术是当木条在鼓式掺 混器中翻滚时将蜡、树脂和其它添加剂喷射到木条上。用所需涂料和处理化学品涂布和处理后，这些涂覆条可用来形成多层垫，优选 然后被压制成复合木材部件的3层垫。用以下方式完成所述成层。将涂覆片在传送 带上铺开形成片的取向基本上与传送带呈一直线或与之平行的第一片或层，然后将 第二片置于第一片上，第二片层的片的取向基本上与传送带垂直。最后，将第三片 置于第二片上，第三片层的片的取向与第一片类似，基本上与传送带呈一直线，使 得以这种方式堆叠的片层的各片的取向通常与邻片层垂直。或者，但较不优选，所 有片层的各条取向为任意方向。可以采用公知多通道技术和条取向设备放置多个片 或层。在3片或3层垫的情况下，第一和第三片是表面层，而第二片是芯层。所述 各表面层具有外表面。还可以在不同的相对方向上完成上述实例，从而第一片层的片的取向基本上与 传送带垂直，然后，第二片置于第一片上，第二片层的片的取向基本上与传送带平 行。本发明中，形成与传送带平行的板的纵向边，从而基本上与传送带平行取向的 薄片将基本上与传送带平行取向和排列，最终基本上与最终木板产品的纵向边平行。 最后，将片的取向与第一片类似，基本上与传送带垂直的第三片置于第二片上。本发明中还有另一种可能的板构造。该构造中，根据上述方法构建一层或多层 来形成足以形成复合木材部件的各层，然后条在这些层上形成竹条层，所述竹条的取向方向基本上与纵向边平行，形成竹单板层。对该竹层中条的竹条使用的粘合剂 树脂如上所述，按以下各段中所述对该竹层和它伴有的木层进行加工。如上所述，本发明一个重要部分是对竹条使用异氰酸酯粘合剂树脂。然而，对 常规的松木、白杨等木条，可以采用木材复合物常用的常规聚合物粘合剂树脂。这些树脂包括脲-甲醛、聚乙酸乙烯酯("PVA")、苯酚甲醛、三聚氰胺甲醛、三聚氰 胺脲甲酸("MUF")、上述异氰酸酯和其共聚物。异氰酸酯是优选的粘合剂，优选的异氰酸酯选自二苯甲垸-对，对'-二异氰酸酯 类的聚合物，所述聚合物具有能与其它有机基团反应形成聚合物基团如聚脲， -NC0N-，和聚氨酯，-NCOON-的NCO-官能团；优选含有约50重量％的4， 4-二苯甲垸 二异氰酸酯("MDI")的粘合剂或有其它异氰酸酯低聚物("pMDI")的混合物。如上所述，MDI在本发明中用作聚合物树脂；除了上面提到的4，4-二苯甲垸二 异氰酸酯("MDI")外，还可以采用其它异氰酸酯低聚物("pMDI")。合适的工业pMDI 产品是购自犹他州盐湖城的猎人公司(Huntsman)的Rubinate 1840和宾夕法尼亚州 匹兹堡市的北美拜耳公司(Bayer Corporation, North America)的Mondur 541。其 它聚合物树脂还可以用于树脂混合物中。例如，加入少量苯酚甲醛后，可以稍微减 少MDI的加入量。非竹层中所述粘合剂的含量优选约为0. 2-2重量％。通常釆用蜡添加剂增强0SB 板的抗渗水性。优选的蜡是疏松石蜡或乳液蜡。所述蜡固体的加入量优选约为 0. 1-3. 0重量％(以木材的重量为基准)。根据上述方法形成多层垫后，在热压机下将它们压制，使木材、粘合剂和其它 添加剂熔合和粘合到一起形成各种厚度和尺寸的压实0SB板。高温还会使粘合剂材 料固化。优选将本发明的板在约175-24(TC的温度下压制2-15分钟。得到的复合板 的密度约为35-48磅/英尺3(按ASTM标准D1037-98测量)。南方松的密度为40-48 磅/英尺3和白杨的密度为35-42磅/英尺3。 0SB板的厚度约为0.6cm(约1/4英 寸)-5cm(约2英寸)，如约1.25-6cm，如约2. 8-3. 8cm。本领域那些技术人员将意识到，在不脱离本发明主要发明原理的情况下，可以 对上述实施方式作出改变。因此，应该理解，本发明不限于所公开的具体实施方式
， 而其意图是包括所附权利要求书所限定的本发明精神和范围内的各种修改。
权利要求
1.一种含有从竹茎外部切割的竹条的板。
2. 如权利要求1所述的板，其特征在于，还含有异氰酸酯粘合剂树脂。
3. 如权利要求1所述的板，其特征在于，所述条从竹茎的外部的l/2切割。
4. 如权利要求1所述的板，其特征在于，所述条从竹茎的外部的l/3切割。
5. 如权利要求1所述的板，其特征在于，所述条的厚度小于约0.2英寸，如约 0.01-0. 15英寸。
6. 如权利要求1所述的板，其特征在于，所述条的宽度大于约0.1英寸。
7. 如权利要求1所述的板，其特征在于，所述异氰酸酯粘合剂树脂是MDI。
8. —种含有从竹茎的外部的V2切割的竹条的板，所述竹条用异氰酸酯树脂涂覆。
9. 如权利要求8所述的板，其特征在于，所述竹条从竹茎的外部的1/3切割。
10. 如权利要求8所述的板，其特征在于，还含有选自白杨木和松木的木条。
11. 如权利要求8所述的板，其特征在于，所述异氰酸酯粘合剂树脂是MDI。
12. —种具有平行的第一和第二纵向边的板，各板包含 具有上表面层的复合木材部件；位于上表面层上的竹层，所述竹层由取向方向基本上与纵向边平行的竹条组成， 其中，所述竹条从竹茎外部切割，所述竹条通过异氰酸酯粘合剂树脂相互粘合。
13. 如权利要求12所述的板，其特征在于，所述复合木材部件由选自白杨木和 松木的条组成。
14. 如权利要求12所述的板，其特征在于，所述异氰酸酯粘合剂树脂是MDI。
全文摘要
本发明公开了一种含有从竹茎外部切割的竹条的板。所述条可以定向或不定向排列，可以用4，4-二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)作为粘合剂。所述条的厚度可以小于约0.2英寸，宽度大于约0.1英寸。所述板还可以包含选自白杨木和松木的木条。
文档编号B32B21/04GK101277818SQ200680036449
公开日2008年10月1日 申请日期2006年8月11日 优先权日2005年8月31日
发明者N·奥 申请人:邱博工程木材有限公司