CN110914030A - 制造木质复合板的方法 - Google Patents

Abstract

将含有粉碎的棕榈树材料和多价羧酸的生物质组合物供应至木质板的表面，然后，对供应至所述木质板的表面的生物质组合物进行热压成型。

Description

制造木质复合板的方法

技术领域

本公开总体上涉及用于制造木质复合板的方法，并且具体地涉及一种用于制造含有粉碎的棕榈树材料的木质复合板的方法。

背景技术

专利文献1公开了一种用于制造地板的底板(bed plate)的方法。该方法包括将基于异氰酸酯的粘合剂施加到木粉上，将木粉分散到复合板表面上，并进行热压以形成成型层(molded layer)。

然而，基于异氰酸酯的粘合剂是石油衍生的粘合剂。因此，通过使用基于异氰酸酯的粘合剂制造的底板可能是产生挥发性有机化合物(VOC)的来源。

高品质的木材近来难以获得，并且其价格太高而无法轻易使用。因此，必须使用适宜的木材来制造复合板，即使是低品质的木材。但是，低品质的木材在外观上有缺陷，例如木节掉落的孔、由于木材纹理(wood grain)造成的不平坦等。因此，即使将低品质的木材加工成复合板，也可能残留上述外观上的缺陷。

文献列表

专利文献

专利文献1：JP 2008-179065 A

发明内容

本公开的目的是提供一种用于制造木质复合板的方法，其中，在考虑到环境的同时，可以通过这种方法制造外观优异的木质复合板。

根据本公开的一个方面的用于制造木质复合板的方法包括：向木质板的表面供应含有粉碎的棕榈树材料和多价羧酸的生物质组合物，并且然后对供应至所述木质板的表面的生物质组合物进行热压成型。

附图说明

图1A至图1C是示意性的截面图，每个截面图示出了根据本公开的一个实施方案的用于制造木质复合板的方法中的步骤。

具体实施方式

(1)概要

根据本实施方案的用于制造木质复合板的方法包括向木质板的表面供应含有粉碎的棕榈树材料和多价羧酸的生物质组合物，并且然后对供应至所述木质板的表面的生物质组合物进行热压成型。利用所述生物质组合物，在考虑到环境的同时，可以制造外观优异的木质复合板。

(2)发明详述

(2.1)生物质组合物

生物质组合物包括粉碎的棕榈树材料和多价羧酸。所述生物质组合物可用作粘合剂，也可用作成型材料。即，所述生物质组合物可以作为粘合剂，将多个构件彼此粘合。所述生物质组合物可以作为成型材料，本身形成板或在另一构件的表面上形成表面层。

下文将具体描述所述生物质组合物中含有的必需成分。

首先说明棕榈。对棕榈没有特别限制，但是特别优选油棕榈和椰子棕榈。同时，在东南亚，棕榈油产业很活跃，但是在20到30年内，棕榈树的果实将减少。因此，如何处置这些老的棕榈树已成为一个问题。这是因为为了防止温室气体排放而禁止燃烧老木材，另外，由于棕榈树的水含量高，很难将棕榈树作为木材回收。由于这些原因，砍伐的老棕榈树等可有利地用作生物质组合物的原料。

接下来说明粉碎的棕榈树材料。可以通过以下方式获得粉碎的棕榈树材料。首先，将棕榈的树干磨碎并挤压，将其分为残渣和汁液(juice)。然后将残渣干燥以获得初级磨碎产物。将残渣干燥以蒸发残渣中的水分。在获得初级磨碎产物之后，可以根据需要进一步磨碎初级磨碎产物以获得次级磨碎产物。形成次级磨碎产物的颗粒平均小于形成初级磨碎产物的颗粒。然后将初级磨碎产物或次级磨碎产物过筛。根据JIS Z8801-1，这里使用的筛的标称筛孔例如大于或等于250μm并且小于或等于850μm。然后将初级磨碎产物或次级磨碎产物分为通过筛子的第一残渣和没有通过筛子的第二残渣。当将第一残渣和第二残渣相互比较时，第一残渣含有更多的薄壁组织细胞。这里，薄壁组织细胞是作为植物体的棕榈的薄壁组织中包括的细胞，并且其执行重要的生理活性，例如合成代谢、贮藏、分解和分泌，并且薄壁组织细胞含有糖类。在作为植物体的棕榈的表皮(epidermis)、木髓(pith)、叶肉(mesophyll)和浆(pulp)中都发现有包括薄壁组织细胞的薄壁组织。与第二残渣相比，第一残渣含有更多的薄壁组织细胞，因此含有更大量的糖类。因此，第一残渣优选用作将要制造生物质组合物的粉碎的棕榈树材料，因为第一残渣含有薄壁组织细胞作为主要成分。可选地，不必将初级磨碎产物或次级磨碎产物过筛，而是可以将其原样使用，作为将要制造生物质组合物的粉碎的棕榈树材料。注意，由于汁液含有溶解于其中的水溶性糖类，因此汁液可用于合成中间产物，这将在后面进行描述。第二残渣比第一残渣含有更多的维管束。

粉碎的棕榈树材料中所含的糖类包括单糖、二糖和多糖(包括低聚糖)。二糖和多糖各自由多个单糖的糖苷键构成。单糖的实例包括果糖、核糖、***糖、鼠李糖、木酮糖和脱氧核糖。二糖的实例包括蔗糖、麦芽糖、海藻糖、松二糖、乳果糖、麦芽酮糖、异麦芽酮糖(palatinose)、龙胆二酮糖(gentiobiulose)、车前二糖(melibiulose)、半乳蔗糖、芦丁糖(lutinulose)和植二糖(planteobiose)。多糖的实例包括淀粉、琼脂糖、海藻酸、葡甘露聚糖(gucomannan)、菊粉、甲壳质、壳聚糖、透明质酸、糖原和纤维素。低聚糖的实例包括低聚果糖、低聚半乳糖、甘露低聚糖和水苏糖。粉碎的棕榈树材料可以仅含有一种糖，或两种或更多种糖。

接下来说明多价羧酸。对多价羧酸没有特别的限定，只要其是包括多个羧基的化合物。多价羧酸的实例包括柠檬酸、酒石酸、苹果酸、葡萄糖酸、癸二酸、衣康酸、琥珀酸、草酸、己二酸、丙二酸、邻苯二甲酸、马来酸、富马酸、戊二酸(1,5-戊二酸)、谷氨酸和苯二酸。作为多价羧酸，也可以使用酸酐。

在上面列出的多价羧酸中，柠檬酸、酒石酸、苹果酸、葡萄糖酸、癸二酸和衣康酸是特别优选的，因为它们是由植物作为原料制成的。在这种情况下，当采用植物作为原料时，化石资源的使用受到抑制，因此，可以在不给环境造成负担的情况下获得生物质组合物。所述生物质组合物可仅含有一种类型的多价羧酸，或两种或更多种类型的多价羧酸。注意，多价羧酸与多元羧酸同义。

特别地，采用棕榈的薄壁组织细胞能够将用作催化剂的多价羧酸的使用量限制为少量。具体地，相对于生物质组合物的总量，多价羧酸的量可以大于或等于0.3重量％，并且小于或等于5重量％。因此，能够抑制由酸引起的生物质组合物的固化材料的强度降低；和/或抑制由酸洗脱引起的环境退化。

基本上，可通过将含有上述糖类的粉碎的棕榈树材料与多价羧酸共混而获得所述生物质组合物。粉碎的棕榈树材料和多价羧酸通常都容易获得。因此，可以实现以低成本生产生物质组合物。

当对生物质组合物进行热处理时，生物质组合物通过两步反应而完全固化。即，第一步反应(下文有时称为“初步反应”)由于热处理而进行并且完成，第二步反应由于进一步的热处理而进行并且完成。两步反应完成后，生物质组合物成为固化的材料。在第一步反应和第二步反应中，生物质组合物的温度升高。但是，在第一步反应和第二步反应之间，生物质组成物的温度并没有升高，而是在确定的时间段内保持一定的温度。第一步反应和第二步反应之间的生物质组合物是热塑性的和水溶性的。随着生物质组合物的状态临近第二步反应，生物质组合物变为热固性的。作为粘合剂或成型材料的生物质组合物可以处于初步反应之前的状态，或处于初步反应之后和第二步反应之前的状态。

现在说明初步反应之后的生物质组合物。用于初步反应的热处理将粉碎的棕榈树材料中所含的糖类水解，从而产生水解产物。另外，水解产物脱水并冷凝，从而产生糖改性的物质的反应产物。

例如，当糖类为蔗糖时，假定生物质组合物在以下反应中固化。首先，蔗糖水解产生葡萄糖和果糖。然后果糖的脱水反应生成糠醛(具体地，5-(羟甲基)糠醛)。作为糖改性的物质的糠醛被进一步热处理，从而成为呋喃树脂，这是热固性树脂，并且呋喃树脂在多价羧酸的存在下固化。另一方面，由于脱水和缩合反应，葡萄糖变成糖酯聚合物并固化。由于多价羧酸被认为起催化剂的作用，因此多价羧酸没有明显的改性，并且保持原样。

因此，在通过热处理的初步反应完成的状态下，生物质组合物含有糖改性产物的反应产物。在这种状态下的生物质组合物是热塑性的和水溶性的。

下文将具体描述所述生物质组合物中含有的任选组分。在这种情况下，所述生物质组合物可以处于初步反应之前或之后的状态。可以在生物质组合物中含有任选组分之后引起初步反应。

所述生物质组合物优选还含有棕榈的汁液与多价羧酸的中间产物。在此，中间产物是在固化反应的中间步骤中的物质。中间产物与初步反应后的生物质组合物相似。因此，所述中间产物也可用作粘合剂。通过将多价羧酸添加到棕榈的汁液中并通过热处理引起初步反应，可以合成中间产物。在这种情况下，相对于棕榈的汁液中所含的100质量份的糖类，多价羧酸的添加量例如大于或等于5质量份，且小于或等于100质量份。作为棕榈的汁液，可以使用如上所述通过磨碎和挤压棕榈而获得的汁液。多价羧酸的具体实例与上述的那些实例相似。初步反应的热处理使中间产物中的水等蒸发，从而使中间产物变成固体。可以将固体直接与生物质组合物共混，但是优选将其粉碎成粉末，或者将由此获得的粉末溶解在例如水的溶剂中以提供水溶液。这有利于中间产物与生物质组合物的均匀共混。含有中间产物的生物质组合物能够赋予木质复合板的表面层优异的强度。注意，由于中间产物具有粘合剂的功能，因此该中间产物不仅用作生物质组合物中的任选组分，而且可以单独使用。

所述生物质组合物优选还含有硫酸铵和氯化铵中的至少一种。当对生物质组合物进行热处理时，类似于多价羧酸，硫酸铵和氯化铵用作糖类的固化反应的催化剂。这使得能够为木材复合板的表面层赋予优异的耐水性。

通常，粉碎的棕榈树材料中的羟基与多价羧酸的酯化反应随着时间非常慢地进行。因此，将硫酸铵和氯化铵中的至少一种作为催化剂与生物质组合物共混能够减少酯化的反应时间。

相对于生物质组合物的总重量，硫酸铵和氯化铵中的至少一种的含量(当同时含有硫酸铵和氯化铵时，它们的总含量)优选为大于或等于0.3重量％，并且小于或等于5重量。这使得酯化的反应时间能够进一步减少。而且，可以进一步提高木质复合板的表面层的耐水性。由于硫酸铵和氯化铵是具有较低酸性的盐，因此可以保持木质复合板的表面层的强度。

所述生物质组合物优选基本上不含有机溶剂、甲醛和叔胺。叔胺可分解，从而生成甲醛。这些物质是挥发性有机化合物(VOC)或产生挥发性有机化合物的来源。因此，基本上不含上述物质的生物质组合物可以是环境友好的。注意，“基本上不含上述物质”是指可以含有极少量的上述物质作为杂质之类，只要它们对环境没有不利影响。

(2.2)制造木质复合板的方法

图1A至图1C示出了根据本实施方案的用于制造木质复合板的方法的实例。

首先，如图1A中所示，制备木质板3。对木质板3没有特别限制，但优选为复合板或碎料板(particleboard)。用作复合板和碎料板的材料的原木的具体实例包括针叶木，例如松木、雪松和柏树，以及阔叶木，例如柳桉(rawan)、卡普木(capole)和杨树。复合板和碎料板的表面可能会有外观缺陷。外观缺陷的实例类型包括：在复合板的情况下，木节掉落的孔和由于木材纹理引起的不平坦；在碎料板的情况下，木材的片(颗粒)之间的间隙等。即使当木质板3的表面具有这种外观缺陷时，在表面上形成生物质组合物的表面层也能够提供具有令人满意的外观的木质复合板。

接下来，如图1B所示，将生物质组合物2供应至木质板3的表面，使其在热压成型之后具有约1mm至5mm的范围内的厚度，包括端值。生物质组合物2基本上被供应至木质板3上的要装饰的位置，但是可以被供应至要装饰的位置以外的其他位置。

如图1C所示，在供应生物质组合物2之后进行热压成型。对热压成型的成型条件没有特别限制。成型温度例如高于或等于140℃且低于或等于230℃。成型时间例如大于或等于30秒且小于或等于3分钟。成型压力例如大于或等于0.5MPa且小于或等于4MPa。通过实施上述的热压成型，在木质板3的表面30上形成表面层4。表面层4是生物质组合物2的固化材料。表面层4基本上不含石油衍生的粘合剂。而且，即使在所使用的木质板3的表面在外观上具有诸如凹陷和凸起等缺陷时，也可以例如用生物质组合物2填充凹陷，从而用表面层4覆盖木质板3的表面上的外观缺陷。由于热压成型，表面层4具有平坦且光滑的表面，因此具有优异的外观。因此，本实施方案能够在考虑环境的同时，制造外观优异的木质复合板1。如此获得的木质复合板1可广泛应用于例如建筑材料、家具、住宅室内装饰等。

(3)总结

如上所述，根据第一方面的用于制造木质复合板(1)的方法包括：向木质板(3)的表面(30)供应含有粉碎的棕榈树材料和多价羧酸的生物质组合物(2)；然后对供应至木质板(3)的表面(30)的生物质组合物(2)进行热压成型。

该方面使得能够在考虑环境的同时制造外观优异的木质复合板(1)。

在第二方面的制造木质复合板(1)的方法中，根据第一方面，所述生物质组合物(2)还含有棕榈的汁液与多价羧酸的中间产物。

该方面使得能够为木质复合板(1)的表面层(4)赋予优异的强度。

在第三方面的制造木质复合板(1)的方法中，根据第一方面或第二方面，所述粉碎的棕榈树材料含有薄壁组织细胞。

该方面使得能够将用作催化剂的多价羧酸的使用量限制为少量。

在第四方面的制造木质复合板(1)的方法中，根据第一方面至第三方面中任一方面，所述生物质组合物还含有硫酸铵和氯化铵中的至少一种。

该方面能够为木质复合板(1)的表面层(4)赋予优异的耐水性。

在第五方面的制造木质复合板(1)的方法中，根据第一方面至第四方面中任一方面，所述木质板(3)是复合板或碎料板。

根据该方面，即使外观有缺陷，通过形成生物质组合物(2)的表面层(4)，也能够提供具有令人满意的外观的木质复合板(1)。

实施例

下面参考实施例具体描述本公开，但是本公开不限于以下实施例。

(实施例1-3)

首先，将棕榈(油棕)的树干磨碎并挤压，将其分为残渣和汁液。然后，将残渣干燥以获得初级磨碎产物，并将初级磨碎产物进一步磨碎以获得次级磨碎产物。然后将次级磨碎产物过筛。根据JIS Z8801-1，所使用的筛的标称筛孔为500μm。然后将次级磨碎产物分为通过筛子的第一残渣和没有通过筛子的第二残渣。第一残渣对应于将用于制造生物质组合物的棕榈磨碎产物(棕榈的薄壁组织细胞)。汁液(固体含量：约10重量％)用于制备用作中间产物的汁液化合物。即，首先，将25质量份的柠檬酸添加到100质量份的糖类中以获得混合物，然后将其在105℃下加热以获得固体。然后将该固体粉碎成粉末，从而获得汁液化合物。

通过以表1中所示的量共混各组分来制备实施例1-3的生物质组合物。然后，将生物质组合物供应至木质板(由国产针叶木材制成的厚度为9mm的复合板)的表面，然后在表1所示的成型条件下进行热压成型，从而制造出木质复合板。

(对比例1)

原样使用由国产针叶木材制成的，厚度为12mm的复合板。

<评价>

[成型性]

通过检查木质板与表面层之间的分离来评估成型性。

[外观]

通过目视检查缺陷，例如木节掉落的孔、由于木材纹理引起的不平坦等来评估外观。

[吸水厚度膨胀率(Hygroscopic Thickness Swelling Rate)]

为了评估耐水性，根据JIS A 5908进行吸水厚度膨胀率的测试。

[剥离强度]

为了评估强度，根据JIS A 5908进行剥离强度测试。

[重物掉落测试(Falling-Weight Test)]

为了评估表面硬度，根据JIS K 5600-5-3进行基于DuPont法的测试。将具有圆形尖端的500g的重物以其尖端向下的方式，从30cm的高度下落到实施例1至3的每一个的木质复合板的表面层上。所述重物的尖端具有约1.27cm的直径。在对比例1的情况下，重物原样地落在复合板上。

[表1]

从表1可以看出，实施例1至3显示出比对比例1更好的外观和更好的表面硬度。另外，实施例1-3的吸水厚度膨胀率小于或等于10％，这在实践中可以忽略不计，与对比例1相当。

附图标记列表

1 木质复合板

2 生物质组合物

3 木质板

30 表面

Claims (5)

1.制造木质复合板的方法，其包括：

将含有粉碎的棕榈树材料和多价羧酸的生物质组合物供应至木质板的表面；并且

然后对供应至所述木质板的表面的所述生物质组合物进行热压成型。

2.根据权利要求1所述的方法，其中

所述生物质组合物还含有棕榈的汁液与多价羧酸的中间产物。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中

所述粉碎的棕榈树材料含有薄壁组织细胞。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中

所述生物质组合物还含有硫酸铵和氯化铵中的至少一种。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中

所述木质板是复合板或碎料板。

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