人造木产品和其制备方法与流程

本发明涉及人造木产品。在一个特定的形式中，本发明涉及人造木地板产品。

背景技术：

1、多年来，天然木材一直用于结构和建筑物。然而，近年来，对木材(尤其是硬木和外来种类)的需求增加，这导致更广泛的森林砍伐和无限制伐木，从而减少了天然木材的供应，并对环境造成了不利影响。

2、由于这些原因，注意力已经转向使用回收的、便宜的和/或更容易获得的木材来制造的复合材料或人造木产品。许多这些较新的木产品当它们不可见(即“内表面”用途)时适用于建筑物和结构，例如建筑物中的结构板、横梁或面板。为外表面用途而设计的人造木产品(例如地板或墙板)的制备更困难，这是因为产品的物理性能(硬度、耐久性等)和美学外观必须适合于最终用途。在这些产品中，木纹的天然外观和纹理是木产品的主要吸引力。

3、在地板行业中，由于特定木材的天然硬度、密度和视觉吸引力，特定种类的硬木通常比其他种类更受欢迎和优选。对于地板而言，优选的硬木包含红柳桉木、红橡木、山毛榉木、蓝桉木等。遗憾的是，当将原木材加工成木地板产品时和从当前用于可持续木材的人造林中产生相当大数量的废木材。出于这个原因，注意力已经转向用于地板用途和相关应用的人造木产品上。最近，注意力已经转向使用较差的木材种类来形成美观的人造木产品，例如地板。例如，美国专利8,268,430公开了使用较差的或丢弃的天然木片制造具有天然木纹外观的人造木产品的方法。以这种方式形成的人造木产品可具有美学上令人愉悦的外观，但是在一些情况下，物理性能(诸如弹性模量(“moe”)和断裂模量(“mor”))会是不理想的。美国专利no.20100178451公开了使用竹子制备人造木产品的方法。这些产品被称为“木丝编织竹地板”，并具有许多理想的物理性能。例如，人造木产品比由其他木材种类制成的产品硬得多，这使得它们非常适合于地板应用。

4、从现有技术中可知，许多已知的人造木产品的物理性能受到所用木材类型的严重影响。

5、典型地通过以下来制备人造木产品：提供多个木条、木片、木纤维或木屑，用粘合剂覆盖或浸渍木条、木片、木纤维或木屑，任选地使粘合剂(取决于粘合剂)干燥，将木条、木片、木纤维或木屑布置在模具中或将其供给到连续系统中，施加压力并使树脂固化。在这个过程中通常使用的粘合剂是脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、亚甲基二苯基二异氰酸酯树脂和聚氨酯树脂。但是，这些树脂中的许多都存在困难。脲醛树脂、酚醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂的严重缺陷是用这些材料所形成的产品缓慢地将甲醛排放到周围环境中。这些排放物通常被称为挥发性有机化合物(voc)。由于与来自木产品的甲醛排放物有关的环境问题、健康问题和监管问题，需要可选的树脂。最近的立法在一些国家或州已经禁止或严格限制使用甲醛。多年来酚醛树脂一直被用于制备人造木产品，并且已经显而易见的是，随着时间的推移树脂变黄并且这对产品的外观产生不利影响。此外，在实践中，使用这些树脂形成的产品的质量会受到产品制造期间单体不完全固化/转化的不利影响。脲醛树脂不是防水的，这在许多地板应用中会出现问题。亚甲基二苯基二异氰酸酯和聚氨酯树脂不含甲醛并且通常是防水的，但是它们使用起来相当昂贵，并且具有其它缺点：它们反应活性高，使得固化难以控制，并且使用这些树脂制成的人造木产品的物理性能高度依赖于所处理的木材的含水量。

6、美国专利no.20020074095公开了通过使用可交联粘合剂粘合木纤维来制备木质刨花板的方法。通过打碎木材颗粒制备木纤维，并将所得到的纤维与约15重量％的粘合剂混合并压实以形成刨花板产品。然而，所形成的刨花板产品是复合刨花板，并且不具有由其形成的木片的任何天然外观和纹理。此外，刨花板产品的物理性能是所用木纤维的物理性能与所用的粘合剂的物理性能的复合。换句话说，所使用的粘合剂对产品的物理性能和美学性能有显著贡献。

7、当前用于制备人造木产品的方法往往非常依赖于被加工的木材的含水量。初始木材的含水量的变化易于通过将木片干燥至低的预定含水量来解决。然而，这是能源和劳动密集型的方法，其对许多管辖区和许多潜在的理想木材种类提供了制造这些产品的商业可行性提供了根本的限制。在制备的各个阶段期间含水量的变化也会导致制备后产品的翘曲。因此，迄今为止已经探索的粘合剂的类型具有这些产品的可制造性的基本问题，并且迄今为止，这限制了对已知制造方法的更广泛的开发。

8、因此，需要新的方法来制造改善制造可行性的木产品。可选地或另外地，需要新的方法来制造在最终产品上赋予有利的物理性能的木产品。可选地或另外地，需要新的用于制造木产品的方法，其导致具有木纹的天然外观和纹理的人造木产品。可选地或另外地，需要新的用于制造木产品的方法，其比现有技术方法更环保或经济上可持续。可选地或另外地，需要提供用于制备人造木产品的树脂和/或方法，以克服与已知树脂相关的一个或多个困难。

技术实现思路

1、在第一方面中，本文公开了压固的整料形式的人造木产品，包含通过在加工期间已经交联的交联热塑性粘合剂粘合在一起的多个天然木片，其中所述人造木产品在高温下保持其压固形状，且其中所述交联热塑性粘合剂具有等于或低于所述人造木产品的正常使用温度的玻璃化转变温度。

2、在第二方面中，本文公开了压固的整料形式的人造木产品，包含通过在加工期间已经交联的交联热塑性粘合剂粘合在一起的多个天然木片，其中压缩后的每个装配木片的单板外形不同于压缩前的每个装配木片的单板外形。

3、在第三方面中，本发明公开了制备人造木产品的方法，包含：

4、-提供具有基本平衡的含水量的多个天然木片；

5、-将包含热塑性树脂和交联剂的热塑性粘合剂施加到所述木片上以形成涂覆有粘合剂的木片；

6、-任选地，加热所述涂覆有粘合剂的木片以形成加热的涂覆有粘合剂的木片；

7、-将所述涂覆有粘合剂的木片以所需的构造装配以形成装配的涂覆有粘合剂的木片；

8、-在压力下在压力机中压缩所述装配的涂覆有粘合剂的木片，并且持续足以压紧和压缩装配的木片的时间以迫使捕获的空气离开并使所述装配的涂覆有粘合剂的木片机械变形，使得相邻的木片彼此形状一致；

9、-在压缩步骤期间使所述热塑性粘合剂交联至至少临界交联量以形成至少部分固化的人造木产品，其中所述临界交联量足以使得至少部分固化的人造木产品基本保持其压缩形式，并且防止木片在压缩步骤中在压力释放时膨胀并返回到其初始状态；

10、-从所述压力机中移除所述至少部分固化的人造木产品；和

11、-任选地，进一步固化所述部分固化的人造木产品以提供具有基本平衡的含水量的人造木产品。

12、在第四方面中，本文公开的是由第三方面的方法形成的人造木产品。

13、在某些实施方案中，人造木产品选自由工程木板、含木复合板、纤维板、定向结构刨花板、刨花板和地板组成的组。

14、在某些实施方案中，人造木产品适合于外表面用途并且具有期望的适合最终用途的物理性能和美学外观。

15、在某些实施方案中，人造木产品中的交联热塑性粘合剂具有小于约70摄氏度、小于约50摄氏度、小于约40摄氏度、小于约30摄氏度或小于约20摄氏度的玻璃化转变温度。在某些具体实施方案中，所述人造木产品中的交联热塑性粘合剂具有约-30摄氏度至约25摄氏度的玻璃化转变温度。在某些具体实施方案中，人造木产品中的交联热塑性粘合剂具有低于室温的玻璃化转变温度。

16、在某些实施方案中，人造木产品包含小于15％(重量/重量)的粘合剂、小于10％(重量/重量)的粘合剂或小于6％(重量/重量)的粘合剂。

17、在某些实施方案中，木片的厚度小于临界厚度，在该厚度处，当使木片膨胀时其自身的机械性能不能克服木材与粘合剂之间的粘合力和/或粘合剂的内聚强度并导致结构分层。

18、在某些实施方案中，木片具有约0.1mm至约10mm的最大厚度。例如，木片可具有约10mm、约8mm、约6mm、约5mm、约4mm、约3mm、约2mm、约1mm、约0.5mm、约0.3mm或约0.1mm的最大厚度。在某些实施方案中，木片具有约2mm至约10mm的最大厚度。

19、在某些实施方案中，用于所述天然木片的木材选自由桉木、松木、红枫木、白枫木、昆士兰枫木、白蜡木、山杨木、胡桃木、橡木、红木、桦木、桃花心木、乌木、樱桃木、俄勒冈木、白杨木和草木组成的组，所述草木例如是竹木。用于天然木片的木材可以是这些种类中的两种或更多种的组合。

20、在某些实施方案中，木材是松木。

21、在某些实施方案中，木材是桉木。

22、在某些实施方案中，木片来自低价值木材。

23、在某些实施方案中，对于松木，多个天然木片的平衡含水量为约5％至约15％(重量/重量)。

24、在某些实施方案中，对于硬木种类，多个天然木片的平衡含水量为约8％至约12％。

25、在某些实施方案中，热塑性树脂是聚乙烯酯。

26、在某些实施方案中，热塑性树脂是聚乙酸乙烯酯或其共聚物或其水解形式。

27、在某些实施方案中，交联剂是选自由n-羟甲基丙烯酰胺、硼砂、碳酸铝锆、氯化铝、氯化镁、对甲苯磺酸、乙醛、甲醛、脲醛、三聚氰胺甲醛、三羟甲基三聚氰胺、铜铵络合物、铬络合物、有机钛酸酯、重铬酸盐、聚醛、丁醛、氯甲酸酯、脲、异氰酸酯和碳酸锆铵组成的组的催化剂或反应剂。任选地，热塑性粘合剂通过乙氧基化、丙氧基化、氰乙基化、暴露于γ射线或电子束交联而交联。

28、在某些具体实施方案中，交联剂是氯化铝。在其他具体实施方案中，交联剂是对甲苯磺酸。

29、在某些实施方案中，包含热塑性树脂和交联剂的热塑性粘合剂是水基乳液。

30、在某些实施方案中，热塑性粘合剂通过手工、刷子、喷雾、辊子、机器、浸渍和/或幕帘/挤出涂覆机被施加到木片上。

31、热塑性树脂和交联剂可以一起(即同时)或单独地施加到木片上。

32、在某些实施方案中，粘合剂包含选自由膨胀控制剂、杀菌剂、杀虫剂、着色剂、uv稳定剂、填料、增量剂、耐火剂、阻燃剂、纤维等组成的组中的一种或多种添加剂。

33、在某些实施方案中，可以在施加粘合剂之前处理木材以获得不同的性能。例如，木材的颜色可以通过热处理、染色剂或染料来改变，和/或在施加粘合剂之前可以将选自由膨胀控制剂、杀菌剂、杀虫剂、着色剂、uv稳定剂、填料、增量剂、耐火剂、阻燃剂、纤维等组成的组中的添加剂施加到木材上。

34、在某些实施方案中，涂覆有粘合剂的木片被加热以使粘合剂干燥，并在涂覆有粘合剂的木片中保持基本平衡的含水量。

35、在某些实施方案中，涂覆有粘合剂的木片在将它们以期望的构造装配并压缩之前进行预热。

36、在某些实施方案中，将所述涂覆有粘合剂的木片加热至约50℃至约200℃的温度。

37、在某些实施方案中，将所述涂覆有粘合剂的木片加热至约1分钟至约40分钟的时段。

38、在某些实施例中，干燥的涂覆有粘合剂的木片装配在模具中。

39、在某些实施方案中，在压缩步骤期间装配的木片经受约4至20mpa的压力。

40、在某些实施方案中，在压缩步骤期间将装配的木片加热至约70℃至约150℃的温度或维持在约70℃至约150℃的温度。

41、在某些实施方案中，压缩步骤花费约5分钟至约90分钟。

42、在其中压缩步骤中装配的木片被加热的某些实施方案中，至少部分固化的人造木产品在仍然温热时从所述模具中释放。

43、在某些实施方案中，多个天然木片在加工期间进行机械变形，使得相邻的木片彼此形状一致。

44、在某些实施方案中，压缩后的每个装配的木片的单板外形与压缩之前每个装配的木片的单板外形不同。

45、在某些实施方案中，部分固化的人造木产品经受另外的固化步骤以提供人造木产品。