CN110167728B - 压缩制品及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种由包含热固性聚合物和木质材料的复合材料形成的压缩制品，其生产方法和新制品的应用。该复合材料具有硬化的热固性聚合物的连续基质，并且在基质内分布有至少部分被热固性聚合物包裹的木屑，所述制品在室温下在浸入水中至少168小时的时间的吸水率小于1重量％。该制品可用于经常与水接触的结构中。

Description

压缩制品及其制造方法

技术领域

本发明涉及由聚合树脂和木质材料形成的产品。具体地，本发明涉及由包含热固性聚合物和木质材料的复合材料形成的压缩制品。本发明还涉及生产由包含热固性聚合物和木质材料的复合材料形成的压缩制品的方法及其应用。

背景技术

聚合物和木材的压缩复合材料在本领域中是已知的。这种复合材料由木板代表，其中材料的结构部分由薄板形式的木材形成，例如薄板或颗粒。实例包括胶合板和颗粒板以及各种纤维板。

传统的刨花板是由木屑、锯木屑、锯末、合成树脂或任何合适的粘合剂制成的工程木制品。刨花板比传统的木材和胶合板材料更便宜、更密集、更均匀。当成本降低是主要考虑因素而不是诸如要生产的制品的强度和外观的物理属性时，刨花板可以用作替代材料。

已知的聚合物和木材复合材料的一个主要缺点是，由于水分吸附到木材中，它们易于体积膨胀和变色。在湿气和水的影响下缺乏尺寸稳定性使得木板，例如刨花板，不适合在存在高水分的地方使用。因此，例如传统的木板必须通过层压或用油漆或密封剂防水和防潮来保护。

传统的刨花板制造方法是在支撑表面上形成多层木材颗粒，在各层上铺展粘合剂树脂，并通过使用热量在压力机中压缩由此处理的层以形成压缩，硬化面板。

在JP03055974B2、JP2014008617A、JP2002036213A和EP2777238中讨论了刨花板领域的各种改进。其他复合材料在US2013000248A1和US2003046772A1中公开。

上述层状结构具有差的剥离强度，这意味着材料将在应力下***。当发生***时，接触表面积增加，使其更容易吸收水，从而加剧了制品的膨胀。

从上面可以明显看出，传统的压缩木制品不适合用于与水接触的制品。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的压缩材料，其适合用作可能暴露于水的应用中的结构部件或建筑材料。

另一个目的是提供一种生产由树脂和木材颗粒形成的压缩制品的方法。

本发明基于提供由复合材料形成的压缩制品的概念，该复合材料具有硬化的热固性聚合物的连续基质和分布在基质内的木材颗粒。木材颗粒至少部分地被热固性聚合物包裹。

已经发现，本发明的压缩制品在室温浸入水中至少168小时(一周)的时间的吸水率小于1重量％。

通过将木屑与由未硬化的热固性树脂形成的液体混合以形成混合物，该混合物被转移到具有与压缩制品的外表面对应的接收表面的压缩模具中，可以获得本发明的压缩制品。将混合物在模具中模制，同时使树脂硬化并形成具有抵靠接收表面形成的至少一个表面的压缩制品。

新型压缩制品可用于可与水分或水接触的结构和物体中。

更具体地，本发明的特征在于独立权利要求的特征部分中陈述的内容。

通过本发明获得了相当大的优点。因此，令人惊讶地发现，即使当制品的表面被破坏以暴露制品的内部部分时，制品的吸水性也很小。结果，本发明的制品可以设有开口或孔，而不会引起材料的任何明显膨胀。即使在室温下接触一周水后，构成本发明模制和压缩制品的材料的吸水率通常小于1重量％。

通常，木材颗粒是片状的，并且例如由木屑形成。在本发明的实施方案中，这种颗粒由于其形状和形状能够在模制期间至少在模具的外表面上自组织成互锁的三维结构。

根据本发明的制品可用于制造压缩制品，所述压缩制品可用于生产用于室内或室外的家具和结构部件，用于厨房和浴室的固定装置，以及用于船和类似的浮船，例如用于制造船体。由于压缩制品具有良好的尺寸稳定性，因此它们可以成形为用于覆盖表面的瓷砖，例如墙壁和地板。

从以下详细描述中可以看出与本发明的特定实施例有关的其他特征和优点。

具体实施方式

定义

在本文中，术语“木屑”代表通过切割或切削较大的木块而获得的木材颗粒。“木屑”的尺寸和质量可以变化，并且可以从各种来源获得。通常，原木用作原材料，但也可以使用其他来源，原始材料和回收材料。通常，本发明的颗粒，例如木屑，具有0.2至20mm，特别是0.3至10mm的筛分尺寸。因此，例如所使用的颗粒，特别是木屑，可以具有1至7.5mm的筛分尺寸，这取决于要制造的制品的尺寸，特别是厚度的实例。

在本发明的上下文中，术语“压缩制品”代表通过压力压平或已经挤压或压制的制品。

“热固性树脂”是通常在称为“固化”以形成“热固性聚合物”的过程中通过交联而不可逆地变成不溶性聚合物网络的聚合物质。在本发明的上下文中，优选提供一种热固性树脂，其在室温下是液体，或者能够在室温下形成液相，例如通过溶剂的作用。通常，热固性树脂可以表征为预聚物，其具有比通过其固化获得的材料更低的分子量。

“室温”表示10至30℃的温度，特别是15至25℃。

“固化”是通过在热或合适的辐射的影响下使树脂的聚合物质的各个链交联，将热固性树脂转变成硬化的热固性材料(“热固性聚合物”)的方法，通常在压力增加下，或使用硬化剂。

硬化剂通常是实现聚合物质链交联的物质。硬化剂的实例包括含有选自环氧基、胺基、乙烯基和烯丙基及其组合的反应性基团的化合物。在分子主链中具有一个或几个不饱和键的不饱和化合物也可用作硬化剂。这些化合物可任选地具有前述类型的反应性基团。与交联过程无关，可以通过化学活性位点的催化剂促进。

“相对湿度”定义为在给定温度下，空气和水的混合物中水蒸气的分压与纯水的平坦表面上的水的平衡蒸气压的比率。相对湿度通常表示为表示实际水蒸汽压力与饱和蒸汽压力之比的百分数，因此较高百分数意味着空气-水混合物更潮湿。

如上所述，根据本技术的压缩制品尤其由复合材料形成，该复合材料包括至少两种组分，即，热固性聚合物和木质材料，后者以木材颗粒的形式提供。在压缩制品中，热固性树脂在硬化成热固性聚合物后形成连续基质。分布在该基质中的是木材颗粒，特别是木屑或其他片状颗粒的形式，其至少部分地被热固性聚合物包裹。通常，压缩制品的聚合物部分占制品体积的30％以上，特别是40％至95％。特别地，压缩制品的聚合物部分占制品体积的50％以上至90％。

本发明的一个方面是复合材料中包含1至60重量份，特别是10至40重量份，例如约25至35重量份的木屑，每100重量份硬化的热固性聚合物。

由热固性聚合物基质内的热固性聚合物包裹的木屑的体积为至少20体积％，特别是30-100体积％。

该制品具有低吸水率。特别地，在室温下在至少72小时，特别是一周(168小时)的水接触(例如浸入水中)时，吸水率小于2重量％，或甚至小于1重量％。

在一个实施方案中，复合材料基本上由至少一种热固性聚合物组成，所述热固性聚合物与木材颗粒，特别是木屑形成基质，所述木材颗粒优选完全或部分地嵌入聚合物基质中。因此，通过上述两种组分形成超过95％重量的材料。

在另一个实施方案中，复合材料另外包含其他组分。因此，可存在增加强度性能的填料。可以在模制之前将添加剂添加到混合物中以改善材料的结构性质，使用添加剂，例如硬化剂，其中交联可以增强热固性树脂的弹性。

为了制造压缩制品，将木材颗粒和热固性树脂组合以得到混合物，然后在压缩混合物期间使其具有预定形状，同时树脂硬化。通常，混合物具有由模制表面确定的形状。用于模制混合物的一种合适方法称为压缩模制。

因此，在一个实施方案中，将木屑与热固性树脂混合以形成聚合物-木屑混合物，其在压力下模制并任选加热以形成压缩制品。当形成混合物时，将液体树脂和木屑充分混合以实现木屑在液相中的均匀分布。

在一个实施方案中，木屑分布在复合材料的整个聚合物基质中。通常，复合材料基质中的大部分单个木屑于是被热固性聚合物覆盖，并且优选至少部分地用其浸渍。

在一个实施方案中，生产根据任何上述实施方案的制品的方法包括将木屑与由未硬化的热固性树脂形成的液体以1:100至60:100，例如5:100至50:100的重量比混合，以获得均匀的混合物的步骤；将混合物转移到具有对应于压缩制品外表面的接收表面的压缩模具中；在所述模具中模制混合物以形成压缩制品，该压缩制品具有抵靠接收表面形成的至少一个表面。

在另一个实施方案中，该方法包括将木屑与由未硬化的热固性树脂形成的液体以10：100至40：100的重量比混合，以获得均匀的混合物；将混合物转移到压缩模具中；在低于水的沸点的温度下，在允许木屑在压缩过程中在热固性树脂内形成互锁木屑的三维结构的条件下，在所述模具中模制所述混合物。

用于制造压缩材料的木屑的选择可以是任何类型，但通常木屑的筛分尺寸分别为1至7.5mm或0.5至5mm。木屑的筛子尺寸可以影响被吸收的水量和木屑中相应的膨胀程度。

在一个实施方案中，木屑的水分含量小于20重量％，特别是小于18重量％，通常小于15重量％，例如小于10重量％。在一个实施方案中，木屑的水分含量小于8重量％，例如小于约6％，例如约0.1-5重量％。如下所述，木屑可在使用前进行热处理。除了可获得的其他效果之外，这种处理还将降低木屑的湿度。

可用于本发明的木屑可以是任何类型，但它们优选选自针叶和落叶木屑及其组合的组。特别是，木屑是多孔的。在一个实施方案中，木屑是白杨、桤木或松木或其组合的木屑。

通常，木屑至少部分地被树脂包裹。由于树脂以液相使用并且木材通常是多孔的，例如通过白杨、杨木或云杉的碎裂获得的木屑的情况，在最终硬化之前可以实现用液体树脂至少部分地浸渍木屑。

包裹木屑的热固性聚合物基质基本上包括硬化的热固性树脂。树脂可以是任何类型，例如聚酯树脂，特别是芳族聚酯树脂、或环氧树脂或脲甲醛树脂或三聚氰胺甲醛树脂或三聚氰胺脲甲醛树脂。也可以使用热固性树脂的组合。

合适的聚酯树脂的实例包括以商标

和

销售的产品。

热固性树脂可具有改变其性能的组分。为了提高阻燃性能，可以添加磷酸三苯酯、三氧化锑等无机物作为阻燃添加剂。也可以将选自卤代二元酸和酸酐的聚合物单体从掺入中，例如四氯邻苯二甲酸酐、四溴邻苯二甲酸酐、二溴新戊二醇和四溴双酚-A。这些单体可任选地用作代替邻苯二甲酸酐或丙二醇的单体。

如上所述，固化剂可与树脂混合以实现固化。因此，基于100重量份的树脂，可以添加0.1至10重量份的选自环氧基、胺基、乙烯基和烯丙基及其组合的固化剂。

此外，为了引发或加速固化，还可以加入催化剂。一个实施方案提供含有过氧基团，例如有机或无机过氧化物的促进剂的应用。特别优选的过氧化物化合物是甲基(乙基)酮过氧化物，例如以溶液形式提供，其可以添加到树脂或树脂和任何固化剂的混合物的有机溶剂中，任选地在掺和的木材颗粒的存在下。可商购的MEKP产品的实例包括以商品名Butanox、Chaloxyd、Di-Point、Kaymek、Ketonox、Lucidol、Luperox、Norox、Peroximon和Superox销售的产品。

通过添加催化剂，可以在室温下开始或甚至已经实现固化。通常，催化剂以每100重量份树脂0.1至5重量份与任何硬化剂一起加入。在不饱和聚酯树脂的情况下，通常不需要单独的硬化剂并且通过添加过氧化物催化剂达到固化。

在一个实施方案中，提供了一种方法，其中热固性树脂和木材颗粒的混合物在室温下通过催化剂活化在模具中硬化。特别地，在一个实施方案中，将木屑与不饱和聚酯树脂(以液体形式提供)和过氧化物硬化剂在室温下混合以形成混合物。

在另一个实施方案中，提供了一种方法，其中热固性树脂和木材颗粒的混合物在模具中在30至75℃的温度下硬化。

上述实施方案可以通过将混合物转移到压缩模具中进行，在压缩模具中将其在20至50℃的温度和约10至1000kN，通常为50至750kN的压力下压缩，以形成压缩制品。

根据一个实施例，压缩材料包括形状为片状的木屑，并且当模制在平面模具表面上进行时，片状木屑将在材料内组织，使得它们至少部分地重叠以形成基本上平面的层，其重叠木屑互锁以在材料内产生三维结构。

木材可在与树脂混合之前进行预处理。因此，例如，可以对材料进行热改性。这种热改性处理的共同之处在于，在低氧含量的气氛中，实木经受接近或高于200℃的温度，例如150至250℃，特别是170至240℃，持续数小时。通过这种热改性，一些机械性能降低，但木材的尺寸稳定性和生物耐久性增加，而不需向木材中添加外部化学品或杀菌剂。

还可以使用其他木材防腐剂，其通常增加耐久性和抗昆虫或真菌的破坏性。

在一个实施方案中，树脂是透明或半透明的。然后，嵌入在基质中或与基质一起的木屑在外表面上在视觉上可辨别为至少0.25mm，特别是至少0.5mm，例如至少1mm的深度。这将使压缩制品的表面具有三维外观。

在本发明的一个实施方案中，压缩制品以一种或多种预选颜色提供。这种颜色选择可以在生产木屑和树脂的溶液混合物的过程中完成。在用热固性树脂加入混合物之前，木屑以任何其它合适的方式被染色或着色。在该实施方案中，优选具有一旦硬化就是透明或半透明的热固性树脂，使得木屑的颜色赋予压缩制品预选颜色的外观。

本技术的实施方案解决了常规与聚合物-木材-复合材料在暴露于水时溶胀相关的问题。本压缩材料的材料显著降低了水的吸收，因此也减少了材料的膨胀。如上所述，在根据本技术的物体在室温下在浸入水中至少168的时间的吸水率通常小于2重量％，特别是小于1重量％，例如小于0.8重量％。这种木屑的吸水率和膨胀性的降低使得该材料作为常规与水接触的建筑材料具有吸引力，从而使其具有更广泛的工业应用。

在一个实施方案中，压缩制品在0.5-100％范围内变化的湿度下尺寸稳定。制品的尺寸稳定性涉及制品暴露于湿气时的结构完整性。结构完整性可以指木屑的膨胀或材料的***或材料的任何其他结构变化。

在一个实施方案中，与木屑混合的热固性树脂能够在混合期间，以及最迟在在模制过程中木屑与聚合物接触时至少部分地渗透到木屑中。

木屑的密度显着小于聚合物树脂的密度，这意味着可以根据添加到聚合物基质中的木屑的量来调节压缩制品的总密度。

在一个实施方案中，压缩制品的密度比由纯硬化的热固性聚合物制成的制品的密度小至少1％，特别是2-10％。然后该制品具有一定体积，并且每个部分体积将达到制品体积的至少1％且密度比硬化的热固性聚合物本身的密度小至少5％，特别是10-40％。

在本发明的实施方案中，制品的密度通常在约800至995kg/dm³的范围内。

通过使用开模模制技术，可以创建3D(三维)表面。表面的纹理取决于所用木屑的尺寸。

用于复合材料的不同涂层可用于所有上述公开的实施方案。根据应用选择涂层材料。因此，例如，暴露于水和在不同温度下侵蚀性较小的化学品的产品，例如卫生用品，可以用凝胶涂层涂覆。这种凝胶涂层可以基于间苯二甲酸/新戊二醇聚酯树脂。这种凝胶涂层将提供具有良好耐化学性的透明表面。通常，涂层例如是凝胶涂层的厚度为约0.1至10mm，特别是约0.2至5mm，例如0.25至3mm。

通过举例说明以下工作实施例，不应认为是对本申请范围的限制。

实施例1

将30重量份的木屑(筛分尺寸1-3mm)和70重量份的用过氧化物硬化剂活化的未硬化的不饱和聚酯树脂混合以形成均匀的混合物。在将木屑添加到树脂溶液之前，将聚酯树脂和硬化剂混合在一起。将混合物用混合器充分混合，以获得组分的均匀分布。然后将混合物转移到压缩三维模具中。然后将混合物在至少500kN的压力和40℃的温度下压缩，由此树脂固化并形成具有光滑表面的压缩制品。产物的密度为～950kg/m ³。

将压缩模制制品称重并浸入温度为25℃的水浴中。168小时后，将制品从水浴中取出，干燥样品表面，然后称重样品。发现重量增加小于0.2％。

工业实用性

本发明的制品具有广泛的应用。特别是，它可以用于连续或偶然接触水的结构中。因此，该制品可用于室内和室外家具的生产。它可用于厨房和浴室的固定装置。例子包括水槽、瓷砖、浴缸、小便池和其他类似的卫生设备。本发明的制品还可用于船舶结构、船舶和类似船舶，作为船体或甲板的一部分。

引用列表

专利文献

JP03055974B2

JP2014008617A

JP2002036213A

EP2777238

US 2013000248 A1

US 2003046772 A1

Claims (41)

1.一种由包含热固性聚合物和木质材料的复合材料形成的压缩制品，所述复合材料具有硬化的热固性聚合物的连续基质，并且在基质中分布有至少部分被热固性聚合物包裹的木屑，所述压缩制品在室温下在浸入水中至少168小时的时间的吸水率小于1重量％；

其中，所述压缩制品具有外表面，所述木屑由具有平坦表面的片状颗粒形成，其中木屑在平行于所述外表面的平面中至少部分地重叠；

其中，该复合材料由至少一种热固性聚合物、木屑以及可选的硬化剂和/或填料组成。

2.根据权利要求1所述的压缩制品，其中所述木屑至少在与所述外表面相邻的区域中形成互锁木屑的三维结构。

3.根据权利要求2所述的压缩制品，其中所述木屑的筛分尺寸分别为1至7.5mm或0.5至3mm。

4.根据权利要求3所述的压缩制品，其中所述热固性聚合物基质包含基本透明或半透明的热固性树脂。

5.根据权利要求4所述的压缩制品，其中所述三维结构在所述外表面上在视觉上可辨别为至少0.1mm的深度。

6.根据权利要求5所述的压缩制品，其中所述三维结构在所述外表面上在视觉上可辨别为至少0.25mm的深度。

7.根据权利要求6所述的压缩制品，其中所述三维结构在所述外表面上在视觉上可辨别为至少0.5mm的深度。

8.根据权利要求5所述的压缩制品，其中所述热固性聚合物基质包含聚酯树脂。

9.根据权利要求5所述的压缩制品，所述热固性聚合物基质包括：芳香族聚酯树脂，或环氧树脂或脲醛树脂或三聚氰胺甲醛树脂或三聚氰胺脲醛树脂。

10.根据权利要求8所述的压缩制品，其中所述木屑分布在所述复合材料的整个聚合物基质中。

11.根据权利要求10所述的压缩制品，其中所述复合材料基质中的大部分单个木屑被热固性聚合物覆盖。

12.根据权利要求11所述的压缩制品，其包含1至60重量份的木屑，每100重量份硬化的热固性聚合物。

13.根据权利要求12所述的压缩制品，其包含10至40重量份的木屑，每100重量份硬化的热固性聚合物。

14.根据权利要求12所述的压缩制品，在0.5至100％的范围内变化的相对湿度下尺寸稳定。

15.根据权利要求14所述的压缩制品，其中至少50％体积的所述木屑由热固性聚合物基质中的热固性聚合物包裹。

16.根据权利要求15所述的压缩制品，其中70％至100％体积的所述木屑由热固性聚合物基质中的热固性聚合物包裹。

17.根据权利要求14所述的压缩制品，其中所述木屑选自针叶和落叶木屑的木屑组。

18.根据权利要求17所述的压缩制品，其中所述木屑选自白杨、杨树、桤木和松木的多孔木屑。

19.根据权利要求17所述的压缩制品，其中所述木屑被染色为预选的颜色。

20.根据权利要求19所述的压缩制品，其中所述木屑至少部分地用所述热固性聚合物浸渍。

21.根据权利要求20所述的压缩制品，其中所述压缩制品的密度比所述硬化的热固性聚合物的密度小至少1％。

22.根据权利要求21所述的压缩制品，其中所述压缩制品的密度比所述硬化的热固性聚合物的密度小2至20％。

23.根据权利要求21所述的压缩制品，其中所述压缩制品具有体积，并且总计至少1％的压缩制品体积的所述压缩制品的每个部分体积的密度比硬化的热固性聚合物本身的密度小至少5％。

24.根据权利要求23所述的压缩制品，其中总计至少1％的压缩制品体积的所述压缩制品的每部分体积的密度比硬化的热固性聚合物本身的密度小10-40％。

25.根据权利要求23所述的压缩制品，当使用筛分尺寸在0.5至3mm之间的木屑时，该压缩制品在室温下在浸入水中至少168小时的时间的吸水率小于0.5重量％。

26.根据权利要求24所述的压缩制品，当使用筛分尺寸在0.5至3mm之间的木屑时，该压缩制品在室温下在浸入水中至少168小时的时间的吸水率小于0.3重量％。

27.根据权利要求25所述的压缩制品，其具有凝胶衣涂层。

28.根据权利要求27所述的压缩制品，其中所述凝胶衣涂层包括由间苯二甲酸/新戊二醇聚酯树脂形成的凝胶衣涂层。

29.一种生产如权利要求1-28中任一项所述的压缩制品的方法，其包括：

-将木屑与由未硬化的热固性树脂形成的液体以1:100至60:100的重量比混合，以获得均匀的混合物；

-将所述混合物转移到具有对应于压缩制品外表面的接收表面的压缩模具中；和

-在所述模具中模制混合物以形成压缩制品，该压缩制品具有抵靠接收表面形成的至少一个表面。

30.根据权利要求29所述的方法，其包括

-将木屑与由未硬化的热固性树脂形成的液体以1:100至60:100的重量比混合，以获得均匀的混合物；

-将所述混合物转移到压缩模具中；

-将所述模具中的混合物在小于水沸点的温度下和在允许所述木屑在压缩过程中在热固性树脂内形成互锁木屑的三维结构的条件下模制。

31.根据权利要求29或30所述的方法，其中与未硬化的热固性树脂共混的木屑能够被未硬化的热固性树脂浸渍。

32.根据权利要求31所述的方法，其中所述木屑在模制期间在至少所述外表面上能够自组织成互锁的三维结构。

33.根据权利要求32所述的方法，其中所述混合物在所述模具中通过在室温下的催化剂活化而硬化。

34.根据权利要求33所述的方法，其中所述木屑被染色为预选的颜色。

35.根据权利要求34所述的方法，其中所述树脂是半透明的，并且所述木屑被染色以使所述压缩制品具有预选的颜色。

36.根据权利要求35所述的方法，其中在与树脂混合之前，通过加热对所述木屑进行预处理。

37.根据权利要求36所述的方法，其中所述压缩制品被涂覆能够提高所述压缩制品对水和较少的侵蚀性化学品的抵抗力的材料。

38.根据权利要求37所述的方法，其中所述压缩制品涂覆有一层凝胶衣。

39.根据权利要求38所述的方法，所述凝胶衣由间苯二甲酸/新戊二醇聚酯树脂形成。

40.一种如权利要求1-28中任一项所述的压缩制品在连续或偶然接触水的结构中的应用。

41.根据权利要求40所述的应用，用于室内或室外使用的家具，厨房和浴室的固定装置，或船和类似的浮船的生产。