CN101945760A - 可后成形胶合板产品及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及可后成形胶合板产品和制造可后成形胶合板产品的方法。该可后成形胶合板产品被形成以便胶合板的薄层结合到一起。根据本发明，薄板是通过聚烯烃膜形成的自粘材料粘接到一起的，且聚烯烃膜含有与木材-OH基团反应的反应性基团以便在薄板和聚烯烃膜之间形成共价键。

Description

可后成形胶合板产品及其制造方法
技术领域
本发明涉及如权利要求1前序部分中定义的可后成形胶合板产品，并涉及如权利要求11的前序部分定义的制造可后成形胶合板产品的方法。
背景技术
从现有技术可以知道各种木板和制造木板的方法。这里，木板是指例如胶合板、刨花板和硬纤维板及中等硬度纤维板。
为了制备木板，树脂和各种胶粘材料被用来胶粘和结合木板的薄板(veneer)。胶合板通常是以酚醛树脂作为粘合剂用树脂制造的。但其他粘合剂也被使用且这些备选粘合剂中的一些是基于聚合物的。然而，大都在干燥条件中形成的粘合结合比酚醛树脂基粘合剂强得多，在浸泡和煮沸后，粘合强度和木纤维破坏达不到可接受的标准要求。
即使使用酚醛粘合剂，在胶合板制造过程中的爆裂也是主要问题。这是由胶合板中蒸汽压力大于粘合结合的强度导致的。胶合板是在100℃以上受热压，这意味着薄板中任何湿气都被转化为蒸汽。当热压打开时，如果粘合结合的强度不够大，则胶合板将爆裂。这种事件可通过保持薄板的水分＜5％而最小化。然而，也应该记住，与热固性树脂不同，热塑性树脂在温度降到聚合物结晶温度以下之前不形成最强结合。因此，避免爆裂的理想条件是保持薄板的水分＜3％或和在聚合物温度低于其结晶温度之前保持施加压力。通过热压后的冷压或使用连续的热压-冷压，这是可能的。
还知道，使用马来酸化的聚乙烯(MAPE)或马来酸化的聚丙烯(MAPP)制造木材纤维-聚合物复合材料，其中马来酸化的聚合物用作纤维和聚合物之间的偶联剂。已知纤维素纤维可用聚丙烯-马来酸酐共聚物进行表面改性。
进一步，从例如专利申请EP 0782917已知，用挤出膜制备涂覆板材。在一个实施方式中，该膜包括马来酸酐接枝的乙基-醋酸乙烯酯共聚物(MA-g-EVA)。在膜制造过程中未进行处理，例如未进行活化。
发明内容
本发明的一个目的是公开新型胶合板和制造胶合板的方法。本发明旨在解决以全新的和非常简单的方式涂覆和胶粘胶合板的薄板问题。
根据本发明的可后成形胶合板产品及其制造方法的特征在权利要求中给出。
本发明基于可后成形胶合板产品。形成可后成形胶合板产品，以便胶合板的薄板结合到一起。根据本发明，薄板是通过由聚烯烃膜形成的自粘材料粘接到一起的，并且聚烯烃膜含与木材的-OH基团反应的反应性基团以便在薄板和聚烯烃膜之间形成共价键。聚烯烃膜由于反应性基团而是自粘材料。
进一步，本发明基于制造可后成形胶合板产品的方法，其中可后成形胶合板产品的薄板是通过胶材料和热结合并挤压到一起。根据本发明，胶材料是由聚烯烃膜形成的自粘材料，该聚烯烃膜含与木材的-OH基团反应的反应性基团，以便在薄板和聚烯烃膜之间形成共价键，且自粘材料附着在薄板之间以便薄板胶粘在一起，并加热以便聚烯烃膜成为粘性的并与薄板的-OH基团反应，从而在薄板和聚烯烃膜之间形成共价键。
在本说明书上下文中，可后成形胶合板产品指任何预成形或最终的胶合板产品或类似物，其由许多薄板形成，并主要由木材类材料形成，其中薄板设置在彼此上面并胶粘到一起。在本说明书上下文中，薄板指任意层的材料，通常为薄层材料。
根据本发明的可后成形胶合板产品可包括不同厚度的薄板层。薄板层的厚度可改变。薄板层可设置在所需位置，即，以所需顺序交叉地或纵向地设置。
本发明特别基于后成形的胶合板，其可通过再加热成形。后成形的胶合板基于利用自粘材料，该自粘材料接枝了反应性基团，如马来酸酐基团，其与其他材料中-OH基团反应并形成共价键，其他材料如天然产品，如木材或木材衍生产品。
在本发明一个实施方式中，聚烯烃膜包括至少两层，为第一层和第二层，且至少第一层是自粘层，以便其含有与木材的-OH基团反应的反应性基团。
在本发明一个实施方式中，聚烯烃膜至少包括三层，且膜的外层是自粘层，以便其含与木材-OH基团反应的反应性基团。
在一个实施方式中，至少一个添加剂层(additive layer)设置在第一和第二层之间。在一个实施方式中，膜可包括一个以上的添加剂层，如2-10个添加剂层。在一个实施方式中，添加剂层可含官能性添加剂。在一个实施方式中，添加剂层可含例如阻燃剂、UV稳定剂和填料。
在本发明一个实施方式中，聚烯烃膜至少是部分交联的。在一个实施方式中，第二层至少是部分交联的。在一个实施方式中，第一层至少是部分交联的。在一个实施方式中，聚烯烃膜是通过选自下面的方法交联的：硅烷湿法、电子束(EB)辐射、乙烯基-硅烷水解和它们的结合。交联可在膜制备过程中，或在膜被压到胶合板的薄板上之前进行。可选地，交联可在低于聚烯烃熔点的温度下，在制造预成形或最终产品过程中或之后进行。
在本发明一个实施方式中，聚烯烃选自：聚乙烯、聚丙烯、及其组合。聚烯烃膜或每个层可包括添加剂和填料。
聚烯烃膜和/或膜层可从石化产品和可再生原料(renewablefeedstock materials)制备。此外，生物塑料也可使用。此外，生物基聚合物也可使用。优选地，生物基聚合物具有高于180℃或190℃的处理温度。在一个实施方式中，所有膜层都基本由相同材料形成。在可选实施方式中，至少一个膜层由与其他膜层不同的材料形成。
相容剂(compatibiliser)可加入膜中以便将不同的聚合物彼此粘附到一起。
在本发明一个实施方式中，在制造聚烯烃膜的过程中，聚烯烃膜的反应性基团在超过180℃的温度下活化，在一个实施方式中，在高于190℃的温度下活化。在一个实施方式中，足够的活化时间是约0.5-3分钟，在一个实施方式中，约为2-3分钟。然后形成的膜含有能够与木材形成最大数目共价键的活化官能团。
在一个实施方式中，聚烯烃膜的熔体指数≤4g/10min(190℃/2.16kg下测量)。然后聚烯烃膜能够在超过180℃的温度下或在超过190℃的温度下保持成膜特性
在本发明的一个实施方式中，聚烯烃膜含马来酸化的聚烯烃，其含马来酸酐反应基团。
在本发明的一个实施方式中，膜层含聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、马来酸酐聚乙烯(MAPE)、马来酸酐聚丙烯(MAPP)或其衍生物或它们的组合。在优选实施方式中，至少一个膜层含马来酸酐聚烯烃。在一个实施方式中，外膜层含马来酸酐聚烯烃。
当膜两面马来酸化时，并特别在马来酸化层被处理以便在制造过程中其温度超过180℃或超过190℃，使得马来酸转化为马来酸酐时，聚烯烃膜可直接粘附到木材上。马来酸酐与木材的反应性非常强，与纤维素-OH基团形成共价键。没有该活化，通常的马来酸化膜主要形成比共价化学键弱得多的氢键。因此，聚烯烃膜可直接粘接到木材表面上，无需任何底漆层和结合层。
在本发明优选实施方式中，自粘材料和薄板是通过马来酸酐聚烯烃结合到一起的。马来酸酐聚烯烃在聚烯烃膜和胶合板的薄板之间形成化学和机械结合。
在优选实施方式中，包括马来酸化的聚烯烃的膜或膜层也含聚合物，如聚乙烯或聚丙烯。优选地，包括马来酸化的聚烯烃的膜层基本由MAPE+PE或MAPP+PP组成。
在本发明一个实施方式中，马来酸化的聚烯烃包含为马来酸化的聚烯烃的0.3-15wt％的马来酸，在一个实施方式中为马来酸化的聚烯烃的1-5wt％。优选地，膜层被马来酸化到所需程度以便改善自粘材料的摩擦和润湿特性。
在一个实施方式中，聚烯烃膜含异氰酸酯接枝的聚烯烃，其含有反应性基团。
在一个实施方式中，聚烯烃膜或膜层与烷氧基硅烷接枝，该烷氧基硅烷含与聚烯烃反应的反应性官能团。
聚烯烃膜的厚度可根据膜材料的特性和胶合板的应用改变。在本发明一个实施方式中，聚烯烃膜的厚度在50-350微米之间。
自粘材料可用本身已知的设备和方法制造，例如，通过挤出或通过共挤出。
胶合板可用本身已知的设备和方法制造。将薄板一块设置在另一块上、将它们结合到一起以及制造胶合板中的其他典型步骤可以本领域任何本身已知的方式执行。自粘材料设置在胶合板的薄板之间，可用如下方法进行：热压技术、挤出机技术、膜技术、辊应用技术、滚筒应用技术、涂覆和多层涂覆应用技术，所有这些本身都是已知的，或它们的组合或相应技术。薄板可用例如热压技术和/或高频技术结合到一起。
在本发明一个实施方式中，自粘材料通过在120℃-170℃的温度下进行热压附着到胶合板的薄板上。本发明一个实施方式的益处是需要仅120-140℃的温度来将膜固定到薄板表面上。热压条件如温度、压力和时间取决于木材类型，如云杉或桦树，以及聚合物的熔化温度。为了引导塑料熔体流动，热压温度被设定在超过聚合物熔化温度20-50℃的温度是重要的。在一个实施方式中，根据可后成形胶合板产品的厚度，加压时间为2到12分钟。
在本发明一个实施方式中，聚烯烃膜通过高频加热，其中参数为2-8分钟和12-14MHz。
在本发明一个实施方式中，可后成形胶合板产品是后成形的。优选地，后成形在聚烯烃熔点以上的温度进行。当胶合板是可成形的时，胶合板可在炉子或微波炉中再加热。在再加热过程中不要求压力，但期望的是胶合板在压力下成形和冷却，以便不损伤在初始热压过程中形成的结合。
在本发明一个实施方式中，该方法包括两个阶段，在第一阶段，形成可后成形胶合板产品，而在第二阶段，通过后成形预成形的可后成形胶合板产品形成最终胶合板产品。
在一个实施方式中，自粘材料可设置在可后成形胶合板产品上作为涂层。
在一个实施方式中，催化剂用于膜制造。催化剂增加在偶联剂如马来酸酐和木材之间形成的共价键的频率。已知形成此类键并优选的催化剂是无水锌盐(zinc anhydride)。优选地，催化剂是水合醋酸锌。催化剂不能在与偶联剂如马来酸酐相同的层中挤出，因为其将打开马来酸酐的环。因此，在热压过程中挤出和热活化后，催化剂可应用于膜，或直接应用于木材。可选的是，挤出厚度不同的膜(0.05-0.1mm)，以便一个膜在外层含催化剂，而另一个含活化的偶联剂，使得膜然后在热压过程中熔化混合并与木材反应。
本发明提供可后成形胶合板产品。胶合板可通过再加热成形。通过自粘材料，胶合板的薄层之间的粘合是优异的。
本发明的胶合板产品不同于现有技术，因为自粘膜形成与木材自身同样强的结合。还与传统胶合板不同的是，本文提出的发明要求后挤压而非预挤压。此外，因为使用热塑性材料，所以也能够再加热胶合板并将其形成一定形状。本发明使得平坦和弯曲的胶合板在同一面板中成为可能。此外，该热塑性粘合膜减小了胶合板中的总吸湿量，以便尺寸比标准胶合板更稳定。吸湿量比标准胶合板低50％，这与热处理的胶合板的水平相同，但在机械特性上没有损失。
根据本发明的胶合板适用于不同应用。胶合板可用于要求良好可成形的应用，如炊具和家具、运输应用和样板。
附图说明
下面参考附图1和附图2，通过详细的实施例，说明本发明，其中
图1示出化学反应的示意图，以及
图2示出根据本发明的自粘材料结构。
具体实施方式
图1披露制造自粘材料和胶合板中化学反应的示意图。为了制造本发明的胶合板，有许多步骤。首先选择原材。然后将马来酸化的材料从马来酸转化为马来酸酐。形成需要附着到胶合板上的自粘膜，其中活性马来酸酐基团与胶合板的薄板(4)中木材的羟基反应。
图2披露本发明的自粘材料结构。
自粘材料由膜形成，其包括三个层：第一层(1)、第二层(2)和添加剂层(3)。第一层是底层(1)、第二层是顶层(2)，而添加剂层(3)设置在第一层(1)和第二层(2)之间。
顶层(2)和底层(1)膜层由聚烯烃如聚乙烯或聚丙烯以及马来酸化的聚烯烃如马来酸酐聚乙烯(MAPE)或马来酸酐聚丙烯(MAPP)形成。
添加剂层(3)夹在顶层(2)和底层(1)之间。添加剂层由可交联的聚乙烯或聚丙烯形成，包括添加剂，如阻燃剂、灭虫剂和UV稳定剂以及填料。
测试中使用的自粘材料和胶合板可如下制备。开始阶段，三层自粘膜是由聚烯烃、马来酸化聚烯烃和添加剂以及填料通过共挤出制备的。马来酸化的聚烯烃含马来酸，在膜制造过程中，马来酸在超过190℃的温度时转换为马来酸酐。所需膜层可通过在该阶段进行电子束辐射交联。膜层结合到一起以便形成膜。在第二阶段，形成的膜被切割为一定大小并设置在胶合板的薄板之间。通过热压、冷压和/或高频挤压，薄板被结合到一起。热压是在约120-170℃的温度、在约1.2-1.9N/mm2的压力进行2-12分钟。热压之后可进行冷压。在约1.2-1.9N/mm2的压力下，进行冷压直到温度降低到80-100℃以下，时间为0.5-7分钟。高频挤压的频率为12-14MHz，时间约2-8分钟。在可选实施方式中，在该阶段，自粘材料可通过辐射或硅烷湿法交联。所形成的可后成形胶合板产品可再加热并模塑成形。
当不同聚合物共挤出时，自粘材料中需要相容剂材料以结合不同材料。
马来酸化的聚烯烃通常含有为聚烯烃量的2-15％的马来酸。在高于180℃的温度下挤出时，马来酸部分或全部转化为马来酸酐。如果聚合物膜在任何情形中都改进产品的应用，则聚合物膜也可以是可交联的。
当胶合板以酚醛粘合剂胶粘时，胶层的蠕变实际上不重要，但使用热塑性材料时不是这样，并且取决于应用(如结构)，这可证明是关键性的。木材蠕变，且因此膜的蠕变不超过木材本身的蠕变是重要的。这可以许多方式实现，如下：
(1)膜厚度：如果所用的膜导致足够薄的胶层，则基本上木材蠕变更多。然而，膜厚度(胶层)取决于木材类型和产品应用。
(2)膜或胶合板的交联和部分交联：在薄板之间热压之前，膜可交联(硅烷和辐射形式)，但在辐射处理的情形中，这很可能导致整个膜交联而非仅仅表面。如果整个膜交联，则将在热压膜到薄板上时产生问题。在制造胶合板之后，硅烷或电子束辐射交联是可能的，但同样在电子束辐射的情形中，需要小心，因为木材可能被损伤。
(3)较高分子量的聚合物：如果中间层含较高分子量的聚烯烃(HDPE)，这会增加耐蠕变性。
实施例
在这些实施例中，图2的自粘材料和本发明的可后成形胶合板被制备并用于测试。将测试结果与使用酚醛树脂胶层的传统胶合板的结果进行比较。
实施例1
以桦树薄板和用作胶的自粘材料制备11层可后成形胶合板。薄板和自粘材料通过热压结合到一起。薄板厚度为1.5mm。热压条件为140℃、1.7N/mm2和0.2N/mm2，时间为760秒。更高压力施加540秒。冷压条件为1.7N/mm2下300秒。
自粘膜材料包括三层：2％MAPE+PE/PE/PE+2％MAPE。其厚度为0.27mm。膜设置在每个薄板之间。
实施例2
以云杉薄板和用作胶的自粘材料制备11层可后成形胶合板。薄板和自粘材料通过热压结合到一起。薄板厚度为1.5mm。热压条件为140℃、1.2N/mm2和0.2N/mm2，时间为760秒。更高压力施加540秒。冷压条件为1.2N/mm2下300秒。
自粘膜材料包括三层：2％MAPE+PE/PE/PE+2％MAPE。其厚度为0.27mm。膜设置在每个薄板之间。
实施例3
以桦树薄板和用作胶的自粘材料制备11层可后成形胶合板。薄板和自粘材料通过高频挤压结合到一起。薄板厚度为1.5mm。高频挤压条件为13.56MHz(功率9kW)，8分钟。
自粘膜材料包括三层：2％MAPE+PE/PE/PE+2％MAPE。其厚度为0.27mm。膜设置在每个薄板之间。
从测试(实施例1-3)可以发现，在煮沸和浸泡(EN314-1和EN314-2)后，自粘材料的粘合强度比酚醛树脂好。本发明胶合板具有与传统胶合板类似的弯曲特性。与酚醛树脂相反，当胶合板与本发明的膜粘接时，吸湿量减小50％。至于改进的尺寸稳定性，该膜粘接的胶合板在热处理木材的水平，但没有机械特性的损失。
从测试可以发现，自粘材料和薄板的-OH基团之间的粘合是优异的。
进一步，清楚的是，再加热实际上改善了总粘合强度，这是由于更好地渗透到木材中。
根据本发明的可后成形胶合板在不同实施方式中适于不同类型的应用。
本发明的实施方式不限于所给出的实施例，而是在本发明权利要求范围内，许多变化都是可能的。

Claims (18)

1.一种可后成形胶合板产品，所述可后成形胶合板产品被形成以便胶合板的薄层结合到一起，其特征在于所述薄板通过聚烯烃膜形成的自粘材料粘接到一起，且该聚烯烃膜含有与木材的-OH基团反应的反应性基团以便在所述薄板和聚烯烃膜之间形成共价键。
2.根据权利要求1所述的可后成形胶合板产品，其特征在于所述聚烯烃膜至少部分交联。
3.根据权利要求1或2所述的可后成形胶合板产品，其特征在于在制造所述自粘材料的过程中，所述聚烯烃膜的所述反应性基团在超过180℃的温度下活化。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的可后成形胶合板产品，其特征在于所述聚烯烃膜包括至少两层，为第一层(1)和第二层(2)，且至少所述第一层是自粘层，因此它含有与木材的-OH基团反应的反应性基团。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的可后成形胶合板产品，其特征在于所述聚烯烃膜包括至少三层，且膜的外层(1，2)为自粘层以便它们含有与木材的-OH基团反应的反应性基团。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的可后成形胶合板产品，其特征在于聚烯烃选自：聚乙烯、聚丙烯及其组合。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的可后成形胶合板产品，其特征在于所述聚烯烃膜含有马来酸化聚烯烃，该马来酸化聚烯烃含有马来酸酐反应性基团。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的可后成形胶合板产品，其特征在于所述马来酸化聚烯烃包含为所述马来酸化聚烯烃的0.3-15wt％的马来酸。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的可后成形胶合板产品，其特征在于所述聚烯烃膜的层包含聚乙烯、聚丙烯、马来酸化聚乙烯或马来酸化聚丙烯或它们的组合。
10.根据权利要求1到9中任一项所述的可后成形胶合板产品，其特征在于所述聚烯烃膜的厚度为50-350μm。
11.制造可后成形胶合板产品的方法，其中所述可后成形胶合板产品的薄板通过胶材料和热结合并挤压到一起，其特征在于所述胶材料是聚烯烃膜形成的自粘材料，其含有与木材的-OH基团反应的反应性基团，以便在所述薄板和聚烯烃膜之间形成共价键，且所述自粘材料被附着在所述薄板之间以便将所述薄板胶粘到一起，并被加热以便聚烯烃膜变得粘性并与所述薄板的-OH基团反应，以便在所述薄板和聚烯烃膜之间形成共价键。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于所述聚烯烃膜的所述反应性基团在制备所述自粘膜的过程中在高于180℃的温度下活化。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于所述聚烯烃膜是在120-170℃之间的温度下通过热压加热的。
14.根据权利要求11到13中任一项所述的方法，其特征在于所述聚烯烃膜是通过高频加热进行加热的，其中参数为2-8分钟和12-14MHz。
15.根据权利要求11到14中任一项所述的方法，其特征在于所述聚烯烃膜至少部分交联。
16.根据权利要求11到15中任一项所述的方法，其特征在于所述聚烯烃膜是以硅烷湿法或以电子束(EB)辐射交联的。
17.根据权利要求11到16中任一项所述的方法，其特征在于所述方法包括两个阶段，在第一阶段形成可后成形胶合板产品，而在第二阶段通过后成形预成形的可后成形胶合板产品形成最终胶合板产品。
18.根据权利要求11到17中任一项所述的方法，其特征在于可后成形胶合板产品被如此成形，使其被再加热、在压力下成形和冷却。
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