專利名稱：由錦葵科韌皮植物制成的木板及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將錦葵科韌皮植物用作原料制得的板如碎料木板和纖維板及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
人們?cè)缇鸵阎?，不用粘合劑而只需?duì)小塊木質(zhì)纖維素材料加熱加壓就可制造木板。這種方法主要依賴于木質(zhì)纖維素纖維的相互纏繞或纖維間的氫鍵。因?yàn)槟举|(zhì)纖維素材料的化學(xué)粘合力較弱，所以這種產(chǎn)品的強(qiáng)度性能是很差的。
目前已知有兩種利用木質(zhì)纖維素材料的化學(xué)粘合作用制造木板的方法。其中之一是利用天然植物組分的方法，另一種是經(jīng)高溫高壓蒸汽處理將一部分木質(zhì)纖維素材料轉(zhuǎn)化成粘合劑材料的方法。
對(duì)于前一種方法，有一個(gè)日本專利申請(qǐng)揭示了一種生產(chǎn)木板的方法，在這種方法中將粉碎的植物葉子用作粘合劑的一種替代物。另外，1985年的日本專利申請(qǐng)第一次出版物No.S60-30309公開(kāi)了一種生產(chǎn)木板的方法，在該方法中將含大量游離糖化物的木質(zhì)纖維素物質(zhì)用作原料。所揭示的這類木質(zhì)纖維素材料是甘蔗渣、非洲稷、玉米莖、向日葵莖和亞麻莖。另外，1991年的日本專利申請(qǐng)第二次出版物No.H3-32565揭示了一種將糖化物或淀粉加入用作粘合劑制造木板的方法，雖然這些物質(zhì)不一定是木質(zhì)纖維素物質(zhì)。
后一種用高溫高壓蒸汽處理的方法公開(kāi)于1971年的日本專利申請(qǐng)第一次出版物No.S49-74773和1985年的No.S60-206604以及美國(guó)專利No.5017139。
1971年的日本專利申請(qǐng)第一次出版物No.S49-74773中方法的特征在于在150-180℃蒸汽中對(duì)木質(zhì)纖維進(jìn)行處理，其模壓溫度是250-280℃。1985年的日本專利申請(qǐng)第一次出版物No.S60-206604中方法的特征在于通過(guò)迅速將高溫高壓蒸汽通入裝有木質(zhì)纖維素材料的壓力容器中，使木質(zhì)纖維素材料在不低于190℃的溫度下加熱10分鐘，木板的模壓溫度宜為200-220℃。
另外，美國(guó)專利No.5017319是相應(yīng)于1985年的日本專利申請(qǐng)第一次出版物No.206604的美國(guó)專利申請(qǐng)，其特征在于用高溫高壓蒸汽對(duì)木質(zhì)纖維素材料處理足夠長(zhǎng)的時(shí)間，使木質(zhì)纖維素中所含的半纖維素分解，將該半纖維素轉(zhuǎn)化為水溶性的樹(shù)脂，如下公式確定了優(yōu)選的蒸汽溫度T(℃)和處理時(shí)間t(秒)間的關(guān)系T(℃)＝306.4-35.7Log10t(秒)±15
然而，用這些方法制造的各種木板的機(jī)械強(qiáng)度都低于用常規(guī)粘合劑制造的木板，因此不能滿足對(duì)這類工業(yè)產(chǎn)品如碎料板和纖維板的工業(yè)要求。
1985年的日本專利申請(qǐng)第一次出版物No.206604和美國(guó)專利No.5017319中揭示的方法需要非?？量痰恼羝幚?xiàng)l件和特殊的設(shè)備，如壓力至少為20kgf/cm2的蒸汽發(fā)生器以及能經(jīng)受這種條件的壓力容器，因此，這些方法是難以實(shí)施的。
本發(fā)明的目的，是通過(guò)有效利用特定木質(zhì)纖維素材料的自粘合能力提供一種機(jī)械強(qiáng)度高的木板，這種木板將一特定的木質(zhì)纖維素材料及其改性材料用作其主要組分，不含來(lái)源于粘合劑材料的組分。本發(fā)明的目的也在于提供雖然僅含很少量粘合劑組分但機(jī)械強(qiáng)度極好的木板。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種制造這種木板的高效低成本方法。
發(fā)明的描述本發(fā)明是用錦葵科韌皮植物來(lái)達(dá)到上述目的的，這種韌皮植物原用作繩和布料的纖維材料。
使用錦葵科韌皮植物，僅需用常規(guī)的生產(chǎn)方法就可得到比用其它木質(zhì)纖維素物質(zhì)制得的木板強(qiáng)度性能更好的木板。另外，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，用高溫高壓蒸汽適當(dāng)?shù)貙?duì)錦葵科韌皮植物進(jìn)行處理就可制得強(qiáng)度性能極好的木板，而且這里所用的高溫高壓蒸汽處理的最佳條件遠(yuǎn)比錦葵科韌皮植物以外的其它常規(guī)木質(zhì)纖維素材料蒸汽處理的最佳條件溫和和容易。
本發(fā)明的產(chǎn)品是在加熱加壓條件下模壓木質(zhì)纖維素材料而制得的木板。它的特征在于至少30％重量的木質(zhì)纖維素材料是錦葵科韌皮植物，基本上不含源自粘合劑的材料，由如下公式計(jì)算得出的值不小于100值＝0.48×Y/X2(公式I)式中Y是彎曲強(qiáng)度(kgf/cm2)，X是木板的密度(g/cm3)。在本發(fā)明的木板中所含的錦葵科韌皮植物自然是在制造過(guò)程中經(jīng)加熱加壓而部分改性的。本發(fā)明的木板既可以是平板，也可以在三維方向上進(jìn)行模壓。從而制成二維和三維的型材。
由如下本發(fā)明實(shí)施例所示，即使基本上不用粘合劑，也可容易地制得機(jī)械強(qiáng)度超過(guò)100(按上述公式I算得)，特別是超過(guò)130的木板。
本發(fā)明產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度用公式I的值表示，彎曲強(qiáng)度用JIS A 59085-6方法測(cè)量。雖然可按所需的木板有所不同，但本發(fā)明產(chǎn)品的比重一般為0.2-1.4g/cm3，最好可為0.3-1.1g/cm3。
本發(fā)明中的錦葵科韌皮植物是指廣義上包括在大麻(hemp)類中的植物。該植物中韌皮用作長(zhǎng)纖維材料，分類學(xué)上它屬于錦葵科。實(shí)際上，這種植物包括洋麻和青麻。在本發(fā)明中，洋麻是優(yōu)選的。洋麻是一種錦葵科木槿屬一年生植物，可以使用一種改良的品種。在本發(fā)明中，最好使用錦葵科韌皮植物的莖，特別是其木質(zhì)莖。在生產(chǎn)長(zhǎng)纖維材料時(shí)，一般僅利用莖部的韌皮，而丟棄木質(zhì)部分。應(yīng)該注意到，工業(yè)上是有效地利用木質(zhì)莖的。雖然本發(fā)明中對(duì)錦葵科韌皮植物的使用形狀沒(méi)有限制，但可以使用切割的莖、碎渣、薄片、纖維或粉末。
本發(fā)明的產(chǎn)品可以是錦葵科韌皮植物和其它木質(zhì)纖維素材料的復(fù)合材料。復(fù)合材料中所用的木質(zhì)纖維素材料是主要含纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的材料，這種材料的例子可以是木材、樹(shù)皮和木漿，但自然不限于此。與錦葵科韌皮植物相同，它們的使用形狀可以是碎料、薄片、纖維或粉末。
通過(guò)加熱加壓來(lái)模壓這種錦葵科韌皮植物可以容易地制造本發(fā)明的產(chǎn)品，最好使用先經(jīng)高溫高壓蒸汽處理過(guò)的錦葵科韌皮植物。
本發(fā)明制造方法中，熱模壓是在180-250℃的溫度下進(jìn)行。這是因?yàn)闇囟鹊陀?80℃的模壓不僅需要長(zhǎng)時(shí)間的加熱/加壓，而且還不能進(jìn)行充分的固化反應(yīng)，而溫度超過(guò)250℃的模壓會(huì)使錦葵科韌皮植物變質(zhì)，從而降低了木板的機(jī)械強(qiáng)度。因此，最好在200-230℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行模壓。
模壓時(shí)，模壓材料的含水量宜為20％或更小，最好為10％或更小。
模壓時(shí)間取決于模壓溫度和木板的尺寸。模壓壓力主要視所需木板的比重而異。
在本發(fā)明中優(yōu)選的是至少一部分錦葵科韌皮植物，例如10％重量，更好為50％重量或更多，在使用前用高溫高壓進(jìn)行處理。處理的溫度宜為105-210℃，更好為120-190℃。當(dāng)然，處理溫度低時(shí)，處理時(shí)間要長(zhǎng)，而溫度高時(shí)，時(shí)間應(yīng)短。然而，當(dāng)處理溫度低于105℃時(shí)，錦葵科韌皮植物的自粘合作用是不充分的，結(jié)果不能得到所需的產(chǎn)品；而當(dāng)處理溫度高于210℃時(shí)，錦葵科韌皮植物的纖維結(jié)構(gòu)會(huì)受到損害。
高溫高壓蒸汽處理中溫度T(℃)與時(shí)間(分)的關(guān)系用如下公式表示。
T＝194-46log10t±40(公式II)特別優(yōu)選的關(guān)系用如下公式表示。
T＝194-46log10t+20(公式III)高溫高壓蒸汽處理方法包括(A)將錦葵科韌皮植物和水放入一壓力容器中，然后將該混合物加熱至預(yù)定溫度；(B)將裝有錦葵科韌皮植物的壓力容器連接到高溫高壓蒸汽發(fā)生器，然后將蒸汽從所述的高溫高壓蒸汽發(fā)生器通入所述的壓力容器。但是，方法并不局限于這些。
方法(B)中，高溫高壓蒸汽處理的處理溫度并不是指發(fā)生器提供的蒸汽溫度，而是指通入蒸汽后壓力容器中的溫度。
高溫高壓蒸汽處理中的水量取決于蒸汽的溫度和壓力以及處理的方法，應(yīng)按條件確定。然而，按錦葵科韌皮植物計(jì)，水量一般較好在50-500％重量范圍內(nèi)，最好在100-300％重量范圍內(nèi)。
雖然在本發(fā)明的生產(chǎn)中不需要使用粘合劑，仍可加入一種粘合劑或甲醛型固化劑，只要其用量不超過(guò)5％重量(按木質(zhì)纖維素材料計(jì))。然而，不宜大量使用這些粘合劑或固化劑，因?yàn)檫@不僅是不經(jīng)濟(jì)的，而且會(huì)污染工作環(huán)境。特別是，甲醛型固化劑的用量應(yīng)限制在3％重量以下。
當(dāng)加入粘合劑時(shí)，對(duì)于含20％重量以上錦葵科韌皮植物的木質(zhì)纖維素材料，粘合劑的用量應(yīng)低于5％重量。然后在180-250℃，較好在200-230℃溫度范圍內(nèi)對(duì)該混合物進(jìn)行加熱加壓模壓，以產(chǎn)生上述機(jī)械強(qiáng)度值(按上述公式I計(jì)算)為100或更高，最好為130或更高的木板。在這種情況下，最好使用在上述公式II的條件下經(jīng)高溫高壓蒸汽處理的含20％重量或更多錦葵科韌皮植物的木質(zhì)纖維素材料。
作為粘合劑，最好使用樹(shù)脂板如酚醛樹(shù)脂板、脲醛樹(shù)脂板和密胺樹(shù)脂板制造中通常使用的合成樹(shù)脂，但本發(fā)明自然不限于用這些樹(shù)脂。作為甲醛型固化劑，最好使用六亞甲基四胺、仲甲醛、聚甲醛等。
另外，在本發(fā)明中可將少量的添加劑如脫膜劑和防水劑加入到木質(zhì)纖維素材料中。
在本發(fā)明中，當(dāng)使用甲醛型固化劑、粘合劑、脫膜劑或防水劑時(shí)，必須將其在加熱加壓模壓前加入到木質(zhì)纖維素材料中。即使用高溫高壓處理木質(zhì)纖維素材料，也必須在模壓操作前將經(jīng)過(guò)處理這些加入劑加入。
用本發(fā)明方法制得的木板具有極好性能的原因不一定清楚，但可作如下假設(shè)。
半纖維素(木質(zhì)纖維素材料的主要組分之一)在高溫高壓條件下經(jīng)單糖如戊糖分解成醛如糠醛的反應(yīng)機(jī)理是眾所周知的。1985年的日本專利申請(qǐng)第一次出版物No.S60-206604指出，主要由半纖維素分解產(chǎn)生的游離糖化物、糠醛和其它分解產(chǎn)物是主要起粘合作用的。另外，根據(jù)我們的實(shí)驗(yàn)，如果用高溫高壓蒸汽對(duì)日扁柏(一種針葉樹(shù))、日本櫟(一種寬葉樹(shù))、柳桉樹(shù)(一種南亞樹(shù))和稻殼處理3分鐘，在180℃或更高的溫度下都能模壓成木板，而且用210-220℃的模壓溫度，所得木板的機(jī)械強(qiáng)度達(dá)到最大值。高溫高壓蒸汽處理后馬上就聞到試樣的氣味。從在180℃或更高的模壓溫度處理的試樣中可聞到糠醛的氣味。在210-220℃的溫度糠醛的氣味最濃，在該溫度范圍內(nèi)木板的彎曲強(qiáng)度達(dá)到最大值。這些結(jié)果支持了1985年日本專利申請(qǐng)第一次出版物No.206604的說(shuō)明書(shū)中的假設(shè)。
用洋麻進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，得到與上述木質(zhì)纖維素材料相同的結(jié)果，即在180℃或更高溫度可聞到糠醛的氣味，在210-220℃溫度間糠醛的氣味最濃。然而，木板的彎曲強(qiáng)度在170-180℃處理溫度間達(dá)到最大值，因此，比這更高的處理溫度會(huì)降低彎曲強(qiáng)度。
從上述的觀察中可知，可以認(rèn)為洋麻的自粘合活性包括一個(gè)與常規(guī)木質(zhì)纖維素材料中粘合作用產(chǎn)生原理不同的因素。
對(duì)于錦葵科韌皮植物，abelnoshusmanihot根中所含的粘性液體已用作日本紙制造領(lǐng)域中最重要的膠料。從這個(gè)事實(shí)可知，錦葵科韌皮植物含有與其它木質(zhì)纖維素材料不同的一種特殊粘合劑組分。
1985年的日本專利申請(qǐng)第一次出版物No.30309揭示了包括在廣義上大麻中的亞麻，大麻是用作長(zhǎng)纖維材料植物的一個(gè)俗名，且每一種大麻在分類上和組分上都不同。為了參考，表1中列出了大麻的科屬和組分以及甘蔗渣的科屬和組分。所述的甘蔗渣已在1985年的日本專利申請(qǐng)第一次出版物No.30309中確定為特別優(yōu)選的材料。
表1中，洋麻特別在洋麻的木質(zhì)部分中，無(wú)定形纖維素和木質(zhì)素的含量較高，這可能是本發(fā)明木板具有極好性能的因素之一。
表1洋麻和甘蔗渣的種屬和組分

附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是顯示木質(zhì)纖維素材料的最佳蒸汽處理?xiàng)l件的圖。
圖1中，符號(hào)O表示在實(shí)施例10(洋麻)的高溫高壓蒸汽處理過(guò)程中公式I的值達(dá)到最大值的溫度T(℃)和時(shí)間t(分)的點(diǎn)，還顯示與公式II的曲線(即T＝194-46log10t)相一致的值。符號(hào)□、△和x表示對(duì)比例8-10中對(duì)相應(yīng)木質(zhì)纖維素材料(柳桉樹(shù)、日扁柏和日本櫟)高溫高壓蒸汽處理過(guò)程中公式I的值達(dá)到最大值的溫度T(℃)和時(shí)間t(分)點(diǎn)。這些值是與美國(guó)專利5,017,319中確定為最佳蒸汽處理溫度T(℃)和時(shí)間t(分)之間關(guān)系的公式曲線相一致的。
最佳實(shí)施例下面將更詳細(xì)描述本發(fā)明的最佳實(shí)施例，但本發(fā)明并不受這些實(shí)施例的限制。
在這些實(shí)施例和對(duì)比例中是在裝有電加熱器的水壓機(jī)中模壓木板的。這種水壓機(jī)能模壓50cm見(jiàn)方的平板。將100g濕度控制后的原料分散在220mm見(jiàn)方的的氈片成形(mat-forming)箱中，將模具加熱到預(yù)定的溫度，并用2.1mm厚的墊板(spacer)在50kgf/cm2的規(guī)定壓力下模壓預(yù)定的時(shí)間。
在這些實(shí)施例和對(duì)比例中的加熱溫度是指模壓過(guò)程中熱板的溫度。
在這些實(shí)施例和對(duì)比例中模壓板的彎曲強(qiáng)度取三個(gè)試樣測(cè)量值的平均，這三個(gè)試樣是按JIS A 5908，5-6將每個(gè)模壓板切成50×200mm大小而制得的。
洋麻或其它木質(zhì)纖維素材料的模壓是對(duì)其碎屑、薄片或纖維加熱并加壓。在實(shí)施例和對(duì)比例中，使用Pallman刀環(huán)形刨片機(jī)和，在刀片推距(blade thrust)為0.6mm條件下制得薄片。因此，實(shí)施例和對(duì)比例中的薄片是指用上述方法制得的小片。
除實(shí)施例11與對(duì)比例11和12以外，實(shí)施例和對(duì)比例的高溫高壓蒸汽處理是在相互用連接管連接的由裝有加熱器的3升高壓容器(A)和裝有加熱器的1升高壓容器(B)組成的組合容器中進(jìn)行的。
在高壓容器(A)中加入150g木質(zhì)纖維素原料如洋麻等和50g水，將混合物預(yù)熱到內(nèi)部溫度達(dá)100℃(約需10-15分鐘)，開(kāi)始進(jìn)行處理。在高壓容器(B)中準(zhǔn)備加熱到280℃的水，然后打開(kāi)連接管的閥，讓高溫高壓蒸汽通入高壓容器(A)中。當(dāng)高壓容器(A)中的內(nèi)部溫度因所述蒸汽而迅速升高時(shí)，在約1分鐘內(nèi)控制所述蒸汽的量將其調(diào)節(jié)至所需的溫度，令容器(A)的內(nèi)部溫度保持一定的時(shí)間。最后，向容器(A)上噴水，使其冷卻到100℃或更低(花5-10分鐘)，然后取出樣品。
實(shí)施例和對(duì)比例中處理溫度是容器(A)的內(nèi)部溫度，停留時(shí)間是溫度保持恒定的時(shí)間。
實(shí)施例和對(duì)比例中洋麻和其它木質(zhì)纖維素材料的含水量控制在5-10％之間?？刂扑莸姆椒ㄊ?，不用粘合劑時(shí)將這些材料在105℃進(jìn)行加熱，然后在80℃加熱，再在20℃和相對(duì)濕度65％的氣氛中保持72小時(shí)。實(shí)施例1將剝?nèi)ロg皮部分后的洋麻莖木質(zhì)部分(直徑為0.5-2.0mm棒形物)在空氣中干燥，然后切片(以后稱作“洋麻木質(zhì)片”)。將洋麻木質(zhì)片經(jīng)潤(rùn)濕處理后，在210℃高溫高壓模壓3分鐘，制得僅含木質(zhì)洋麻及其改性組分的木板。木板的密度為0.92g/cm3，彎曲強(qiáng)度為263kgf/cm2，公式I的值為149。對(duì)比例1除將柳桉木片用作原料外，按與實(shí)施例1相同的方法試驗(yàn)制造僅含木質(zhì)纖維素材料及其改性組分的木板，但沒(méi)有得到致密的木板。對(duì)比例2除將日扁柏木片用作原料外，按與實(shí)施例1相同的方法試驗(yàn)制造僅含木質(zhì)纖維素材料及其改性組分的木板。木板的密度為0.820g/cm3，彎曲強(qiáng)度為47kgf/cm2，公式I的值為34。對(duì)比例3除將甘蔗渣片用作原料外，按與實(shí)施例1相同的方法試驗(yàn)制造僅含木質(zhì)纖維素材料及其改性組分的木板。
木板的密度為0.87g/cm3，彎曲強(qiáng)度為132kgf/cm2，公式I的值為84。實(shí)施例2將直徑為0.5-2.0mm，剝?nèi)ロg皮部分后的棒形洋麻莖木質(zhì)部分在空氣中干燥，用溫度為180℃的高溫高壓蒸汽處理3分鐘，然后切片制成試樣(a)。將試樣(a)潤(rùn)濕處理后，在210℃高溫高壓模壓3分鐘，制得僅含洋麻及其改性組分的木板。
木板的密度為0.87g/cm3，彎曲強(qiáng)度為419kgf/cm2，公式I的值為266。實(shí)施例3除高溫高壓蒸汽中的處理溫度為130℃，處理時(shí)間為20分鐘外，按與實(shí)施例2相同的方法制造僅含木質(zhì)纖維素材料及其改性組分的木板。
木板的密度為0.910g/cm3，彎曲強(qiáng)度為387kgf/cm2，公式I的值為224。實(shí)施例4除高溫高壓蒸汽中的處理溫度為220℃，處理時(shí)間為2分鐘外，按與實(shí)施例2相同的方法制造僅含木質(zhì)纖維素材料及其改性組分的木板。
木板的密度為0.880g/cm3，彎曲強(qiáng)度為167kgf/cm2，公式I的值為104。實(shí)施例5除將經(jīng)空氣干燥然后切成約30cm長(zhǎng)的洋麻莖用作原料外，按與實(shí)施例2相同的方法制造僅含木質(zhì)纖維素材料及其改性組分的木板。
木板的密度為0.895g/cm3，彎曲強(qiáng)度為422kgf/cm2，公式I的值為253。對(duì)比例4除將日扁柏用作原料外，按與實(shí)施例2相同的方法試驗(yàn)制造僅含木質(zhì)纖維素材料及其改性組分的木板。
木板的密度為0.840g/cm3，彎曲強(qiáng)度為83kgf/cm2，公式I的值為56。對(duì)比例5除高溫高壓蒸汽中的處理溫度為220℃和處理時(shí)間為2分鐘外，按與對(duì)比例4相同的方法制造僅含日扁柏及其改性組分的木板。
木板的密度為0.910g/cm3，彎曲強(qiáng)度為111kgf/cm2，公式I的值為64。對(duì)比例6除將日本櫟用作原料外，按與對(duì)比例5相同的方法制造僅含木質(zhì)纖維素材料及其改性產(chǎn)物的木板。
木板的密度為0.939g/cm3，彎曲強(qiáng)度為126kgf/cm2，公式I的值為70。對(duì)比例7除將柳桉用作原料外，按與對(duì)比例5相同的方法制造僅含木質(zhì)纖維素材料及其改性產(chǎn)物的木板。
木板的密度為0.880g/cm3，彎曲強(qiáng)度為50kgf/cm2，公式I的值為31。實(shí)施例6除模壓溫度為170℃，模壓時(shí)間為10分鐘外，按與實(shí)施例2相同的方法制造僅含洋麻及其改性產(chǎn)物的木板。
木板的密度為0.850g/cm3，彎曲強(qiáng)度為218kgf/cm2，公式I的值為145。實(shí)施例7除模壓溫度為250℃外，按與實(shí)施例2相同的方法制造僅含洋麻及其改性產(chǎn)物的木板。
木板的密度為0.905g/cm3，彎曲強(qiáng)度為252kgf/cm2，公式I的值為148。實(shí)施例8除將10％重量的六亞甲基四胺水溶液按2％重量的用量加入到洋麻木片主原料中外，按與實(shí)施例1相同的方法制造含97％以上洋麻及源自洋麻的組分的木板。
木板的密度為0.870g/cm3，彎曲強(qiáng)度為280kgf/cm2，公式I的值為178。經(jīng)計(jì)算，木板中洋麻及源自洋麻的組分的含量大于98％。實(shí)施例9除將10％重量的六亞甲基四胺水溶液按2％重量的用量加入到洋麻木片中外，按與實(shí)施例1相同的方法制造含97％以上洋麻及源自洋麻的組分但不含源自粘合劑的木板。
木板的密度為0.911g/cm3，彎曲強(qiáng)度為463kg/cm2，公式I的值為268。經(jīng)計(jì)算，木板中洋麻及源自洋麻的組分的含量大于98％。
表2中列出了實(shí)施例和對(duì)比例中制得的木板的組成和性質(zhì)。實(shí)施例中制得的所有木板都顯示130或更高的公式I的強(qiáng)度值，而對(duì)比例中用洋麻以外的木質(zhì)纖維素材料制得的木板，其公式I的強(qiáng)度值為84或更低，這些木板就不能在實(shí)際應(yīng)用中使用。
同時(shí)也由這些實(shí)施例也可注意到，如果蒸汽處理溫度為120-190℃，且蒸汽處理?xiàng)l件滿足公式II的關(guān)系，則可制得強(qiáng)度更高的木板。另外，當(dāng)模壓溫度在200-230℃時(shí)，也可以得到高強(qiáng)度的木板。實(shí)施例10表3中列出了按實(shí)施例2中相同方法用洋麻木片制得木板的按公式I計(jì)算得到的強(qiáng)度性質(zhì)，即首先在給定溫度和給定時(shí)間用高溫高壓蒸汽處理，然后切片、干燥，然后在210℃加熱加壓模壓3分鐘。
表2

*1)括號(hào)中的數(shù)字表示處理?xiàng)l件。例如，“處理的洋麻(180×3)”表示在180℃高溫高壓下將洋麻蒸汽處理3分鐘。
*2)HMTM六亞甲基四胺，“％”表示按木質(zhì)纖維素材料計(jì)算的重量百分?jǐn)?shù)。對(duì)比例8-10除將柳桉、日扁柏和日本櫟用作原料外，按實(shí)施例10相同的方法制造木板。表3中列出了高溫高壓蒸汽處理的溫度和時(shí)間以及公式I的值。
表3


注)對(duì)每種原料，采用高溫高壓蒸汽處理的每個(gè)溫度和時(shí)間，所得的公式I的值。符號(hào)*表示在每個(gè)溫度下公式I的最大值。
圖1是用各種原料制得公式I強(qiáng)度最大值木板的最佳蒸汽處理點(diǎn)的圖。該圖是將實(shí)施例10和對(duì)比例8-10中就各種原料獲得的最佳蒸汽處理?xiàng)l件作圖。
圖1中還畫(huà)了美國(guó)專利5,017,319中所述的最佳蒸汽處理?xiàng)l件曲線。該美國(guó)專利中引用的公式T(℃)＝306.4-35.7log10t(秒)相當(dāng)于公式T(℃)＝242.9-35.7log10t(分)從圖1中可知，對(duì)比例中所用的木質(zhì)纖維素材料如日扁柏、柳桉和日本櫟的最佳蒸汽處理?xiàng)l件與美國(guó)專利5,017,319中的曲線相一致。然而已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)洋麻用作原料時(shí)，用更低的蒸汽處理溫度和更短的蒸汽處理時(shí)間可以獲得木板。實(shí)施例11將150g洋麻木片和300g水加入到裝有加熱器的3升高壓容器(A)中，用設(shè)定在250℃的加熱器對(duì)該混合物進(jìn)行加熱，對(duì)混合物在135℃處理20分鐘，這是洋麻片高溫高壓蒸汽處理的最佳條件。
自加熱開(kāi)始20分鐘后，容器(A)的內(nèi)部溫度達(dá)到135℃。將容器溫度在135℃保持20分鐘，往容器(A)上噴水，使其冷卻至100℃以下。冷卻該容器約需15分鐘。
然后，按實(shí)施例2相同的方法制造木板。
木板的密度為0.76g/cm3，彎曲強(qiáng)度為408kgf/cm2，公式I的值為339。對(duì)比例11除用日本櫟代替洋麻外，按實(shí)施例11相同的方法將日本櫟在186℃處理20分鐘(高溫高壓蒸汽處理的最佳條件)。加熱開(kāi)始后80分鐘內(nèi)，容器(A)的內(nèi)部溫度升至180℃。在180℃保溫20分鐘，然后在容器(A)上噴水，使該容器冷卻至100℃以下。從開(kāi)始加熱到冷卻完成的時(shí)間是110分鐘。
按實(shí)施例2相同的方法制造木板。木板的密度為0.711g/cm3，彎曲強(qiáng)度為93kgf/cm2，公式I的值為82。對(duì)比例12除將模壓加熱器溫度設(shè)定在350℃外，按實(shí)施例11相同的方法在180℃進(jìn)行20分鐘的高溫高壓蒸汽處理。從開(kāi)始加熱到冷卻完成所花的時(shí)間減少到80分鐘。然而，接近于接觸容器部分的樣品發(fā)生碳化現(xiàn)象，粘在容器上。然后按實(shí)施例2相同的方法制造木板。
木板的比重為0.73g/cm3，彎曲強(qiáng)度為52kgf/cm2，公式I的值為47。
由此可知，在一最佳條件下用高溫高壓蒸汽處理錦葵科韌皮植物遠(yuǎn)比處理其它木質(zhì)纖維素材料容易，而且能方便地在常規(guī)間歇式壓力容器中進(jìn)行生產(chǎn)。實(shí)施例12除潤(rùn)濕處理后氈片成形過(guò)程中洋麻試樣的重量從100g減少到40g以外，按實(shí)施例2相同的方法制造洋麻板。
木板的密度為0.29g/cm3，彎曲強(qiáng)度為44kgf/cm2，公式I的值為251。實(shí)施例13將剝?nèi)ロg皮部分后的洋麻莖木質(zhì)部分(直徑為0.5-2.0mm棒形物)在空氣干燥，然后切片(以后稱作“洋麻木質(zhì)片”)。然后將洋麻木質(zhì)片與空氣干燥的日扁柏片按1∶1的比例混合，將所得的混合物用作原料。對(duì)該混合物進(jìn)行潤(rùn)濕處理，然后在210℃高溫高壓下模壓3分鐘，制成僅含木質(zhì)纖維素材料及其改性產(chǎn)品的木板。
木板的密度為0.880g/cm3，彎曲強(qiáng)度為226kgf/cm2，公式I的值為140。實(shí)施例14在180℃用高溫高壓蒸汽對(duì)與實(shí)施例13相同的原料處理3分鐘，然后在210℃高溫高壓模壓3分鐘，制成僅含木質(zhì)纖維素材料及其改性產(chǎn)品的木板。
木板的密度為0.845g/cm3，彎曲強(qiáng)度為314kgf/cm2，公式I的值為211。實(shí)施例15將剝?nèi)ロg皮的直徑為0.2-2.0mm的棒形莖木質(zhì)部分切成30cm長(zhǎng)度，在空氣中干燥，用溫度為180℃的高溫高壓蒸汽處理3分鐘，然后切片制成試樣(a)。將試樣(a)與日扁柏片按1∶1的比例混合，將所得的混合物用作原料。對(duì)該混合物進(jìn)行潤(rùn)濕處理，然后在210℃高溫高壓下模壓3分鐘，制成僅含木質(zhì)纖維素材料及其改性產(chǎn)品的木板。
木板的密度為0.86g/cm3，彎曲強(qiáng)度為195kgf/cm2，公式I的值為127。
應(yīng)用領(lǐng)域本發(fā)明的產(chǎn)品可應(yīng)用于如下工業(yè)領(lǐng)域。
1)本發(fā)明的木板比利用常規(guī)木質(zhì)纖維素材料自粘合能力制成的木板具有好得多的機(jī)械強(qiáng)度。因此，本發(fā)明的木板可用作家具的碎料板或纖維板、混凝土板、內(nèi)部材料、地板和汽車的夾心板。
2)本發(fā)明的木板不含或僅含少量合成樹(shù)脂組分。因此，它是一個(gè)不會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)有利于保護(hù)地球環(huán)境的產(chǎn)品。
3)本發(fā)明的木板預(yù)計(jì)可被生物降解。
4)因?yàn)楸景l(fā)明的木板既不含粘合劑，也不含甲醛固化劑，所以它不會(huì)產(chǎn)生氣態(tài)甲醛，是安全的。
5)本發(fā)明的制造方法無(wú)需粘合劑材料或僅用少量的粘合劑材料，所以可降低原料的成本。
6)當(dāng)不用粘合劑時(shí)，可以省去木質(zhì)纖維素材料和粘合劑的混合步驟，因此，與常規(guī)方法相比，可以簡(jiǎn)化制造方法。
7)不經(jīng)高溫高壓蒸汽處理就可制造本發(fā)明的木板，因此，與常規(guī)方法相比，可以簡(jiǎn)化制造方法。
8)當(dāng)進(jìn)行蒸汽處理時(shí)，可在10-12kg/cm2蒸汽壓力下短時(shí)間內(nèi)完成處理，因此，在本發(fā)明的制造方法中無(wú)需特別的設(shè)備，只要用纖維板預(yù)處理用的設(shè)備。
9)本發(fā)明的制造方法使用錦葵科韌皮植物的木質(zhì)片，這種木質(zhì)片基本上是工業(yè)廢料。因此，本發(fā)明方法有效利用了資源。
10)本發(fā)明的制造方法提供輕質(zhì)碎料板，它的密度小于0.3g/cm3。
11)在本發(fā)明制造方法中，甚至可在常規(guī)間歇式壓力容器中有效地進(jìn)行高溫高壓蒸汽處理。
權(quán)利要求
1.一種在加熱加壓條件下模壓木質(zhì)纖維素材料而制得的木板，其特征在于至少30％重量的木質(zhì)纖維素材料是錦葵科韌皮植物，基本上不含源自粘合劑的物質(zhì)，由如下公式計(jì)算得出的值不小于100值＝0.48×Y/X2(公式I)式中Y是彎曲強(qiáng)度(kgf/cm2)，X是密度(g/cm3)。
2.如權(quán)利要求1所述的木板，其特征在于公式I的值不低于130。
3.如權(quán)利要求1或2所述的木板，其特征在于所述錦葵科韌皮植物用高溫高壓蒸汽進(jìn)行處理。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的木板，其特征在于使用錦葵科韌皮植物的木質(zhì)部分。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的木板，其特征在于所述的錦葵科韌皮植物是洋麻。
6.一種制造基本上不含粘合劑物質(zhì)的木板的方法，它的由如下公式計(jì)算得出的值不小于100值＝0.48×Y/X2(公式I)式中Y是彎曲強(qiáng)度(kgf/cm2)，X是密度(g/cm3)，其特征在于在180-250℃溫度下加熱加壓模壓木質(zhì)纖維素材料，至少30％重量的木質(zhì)纖維素材料是錦葵科韌皮植物。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于使用錦葵科韌皮植物的木質(zhì)部分。
8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于所述的錦葵科韌皮植物是洋麻。
9.如權(quán)利要求6-8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于至少10％重量的所述錦葵科韌皮植物在模壓前用105-210℃的高溫高壓蒸汽進(jìn)行處理。
10.如權(quán)利要求6-9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于蒸汽處理溫度T(℃)與處理時(shí)間(分)的關(guān)系用如下公式表示，T＝194-46log10t±40(公式II)。
11.如權(quán)利要求6-10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在所述木質(zhì)纖維素材料中加入的甲醛固化劑的用量少于5％重量。
12.一種制造如下公式的值至少為100的木板的方法，值＝0.48×Y/X2(公式I)式中Y是彎曲強(qiáng)度(kgf/cm2)，X是密度(g/cm3)，其特征在于在至少含20％重量錦葵科韌皮植物的木質(zhì)纖維素材料中加入的粘合劑的量為5％重量或更低，然后在180-250℃溫度下對(duì)該混合物加熱加壓進(jìn)行模壓。
13.一種如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于在至少含20％重量錦葵科韌皮植物的，在如下公式表示的條件下用高溫高壓蒸汽處理過(guò)的木質(zhì)纖維素材料中加入的粘合劑的量為5％重量或更低，然后在180-250℃溫度下對(duì)該混合物加熱加壓進(jìn)行模壓。T＝194-46log10t±40(公式II)。
14.如權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于所述的錦葵科韌皮植物是洋麻。
全文摘要
一種不含任何粘合劑組分，而利用特種木質(zhì)纖維素材料自粘合作用和以木質(zhì)纖維素材料及其改性組分為主要成分的高機(jī)械強(qiáng)度木板，該木板是在高溫高壓下對(duì)至少含30％重量錦葵科韌皮植物的木質(zhì)纖維素材料模壓而制得，該木板基本上不含源自粘合劑的材料，由如下公式計(jì)算得出的值不小于100值＝0.48×Y/X
文檔編號(hào)B27N3/04GK1146744SQ95192682
公開(kāi)日1997年4月2日 申請(qǐng)日期1995年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月22日
發(fā)明者河野剛, 山口泰生 申請(qǐng)人:河野剛