降低来自木质材料的挥发性有机化合物的排放量的方法以及木质材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及由木质纤维素的粉碎产品制备木基材料的方法，尤其是制备纤维板或 OSB板的方法，其中在它们的制备期间使用至少一种添加剂处理这些木基材料以降低或减 少挥发性有机化合物（VOC)以及任选存在的非常易挥发性有机化合物（VVOC)，尤其是萜烯 和酸类的排放量。本发明的处理是使用一种添加剂一多孔碳如活性炭来进行的。另一方 面，本申请涉及多孔碳，尤其是活性炭用于降低或减少VOC以及任选存在的VVOC的排放量， 特别是降低或减少萜烯和酸类以及醛类的排放量的用途。最后，本申请还涉及使用本发明 的方法可获得的木基材料，或通过使用上述添加剂制得的木基材料，所述木基材料具有降 低的挥发性有机化合物，尤其是萜烯和酸类以及醛类的排放量。
【背景技术】
[0002] 木质纤维素或木质纤维素材料，例如木材和木材粉碎产品以及由它们形成的木 基材料如木基材料板，尤其包含挥发性有机化合物（VOC)和非常易挥发性有机化合物 (VVOC)。由于木材类型的产品正越来越多地用于室内，由木基材料（WBM)排放的这些VOC 和VVOC(还被称为总挥发性化合物（TVOC))成为一个严重问题。挥发性有机化合物不仅 包括饱和醛和不饱和醛，而且还包括在气相色谱中保留时间在C6(己烷）的保留时间和 C16(十六烷）的保留时间之间的任何挥发性有机物。VOC不是一类物质，而是许多化合物 的混合物。这尤其包括有机酸、饱和醛和不饱和醛、醇、萜烯、脂族烃和芳族烃以及除此之外 还有其它更多物质。还有非常易挥发性有机化合物（VVOC)，其包括例如甲醛或甲酸。在生 产期间以及木基材料的使用中同样形成这些VV0C。这些化合物不仅在固化期间可由粘合剂 形成，而且还可通过木基材料中存在的化合物反应而形成。所述VOC的排放尤其是基本上 基于源自木基材料的化合物的释放。
[0003] 由于立法上对最大可允许浓度的加严和/或消费者意识的提高，木材或粘合剂成 分中的这些挥发性成分和非常易挥发性成分从这些木基材料板之一的木材产品中排放出 来正越来越多地成为一个问题。
[0004] 挥发性有机化合物和非常易挥发性有机化合物的释放（产生）尤其取决于木质纤 维素的种类和状态例如木材种类、储存时间、木材和/或木材的粉碎产品的储存条件，并且 可以不同化学组成和量而存在。VOC基本上源自木质纤维素的提取物，例如木材或转化产品 的提取物。它们的主要代表是以下化合物：α-蒎烯、β-蒎烯、δ-3-蒎烯。这些成分特别 存在于针叶树中并被用作木基材料板的原料木材。在例如储存期间和木材以及粉碎产品的 处理期间出现的转化产品包括醛类，例如戊醛和己醛。尤其是主要用于制备刨花板、中密度 纤维板（MDF)或OSB板的针叶木材含有导致形成挥发性有机萜烯化合物和醛类的大量树脂 和脂肪。在一些情况下这些化合物还可通过木材的主要成分例如木质素、纤维素和半纤维 素的降解而形成，然而，挥发性有机化合物和非常易挥发性有机化合物还可在木基材料的 制造中在使用特定的粘合剂期间形成。通常氧化反应将木材成分取代为脂肪酸，然后导致 醛类例如戊醛、或较高级的羧酸以及萜烯的二次排放和/或三次排放。
[0005] 换言之，由木基材料排放的VOC基本上是基于由木材形成的，并不是由所使用的 粘合剂而形成的。尤其是在木基材料产品中例如通过树脂和脂肪的碎裂使木基材料成分持 续转化是所述化合物连续二次排放或三次排放的原因。目前，OSB板还被用于建筑领域。由 于OSB板通常没有降低排放的涂层并且被大量安装，尤其就板的面积而言，基于室内或建 筑物的总体积，可能发生VOC的高度释放。
[0006] 例如在使用用于隔热的轻质MDF和超轻质MDF时也可观察到类似的VOC和任何 VVOC的排放问题。同样有二次排放和三次排放。
[0007] 由于挥发性有机化合物和非常易挥发性化合物的排放，已经进行了各种尝试来控 制该问题。已经描述了非常广泛的各种添加剂的混合物。EP 1852231提出使用各种添加 剂。例如其描述了使用马来酸酐或类似化合物来降低甲醛的排放量。WO 2006/032267公开 了降低不饱和醛的方法和包含脂肪酸的木材。在该方法中，木材中的脂肪酸酯被裂解、抑制 或氧化。其提出加入抗氧化剂、碱性化合物或氧化剂作为添加剂。然而，迄今所述的添加剂 的一个缺点是通常仅降低了一类特定物质例如醛类的排放量。相比之下，几乎不知道降低 挥发性有机化合物和任选存在的非常易挥发性有机化合物的总排放的添加剂。
[0008] 迄今所述的添加剂的另一个问题是需要将它们以水溶液的形式混合，从而提高制 造过程中的湿气水平。然而随后又必须通过昂贵且不方便的干燥操作将额外的湿气再次除 去。此外，在干燥步骤之前计量加入添加剂溶液通常导致增加干燥装置的污染。这导致维 修要求的提高。最后，所述的许多添加剂对机器和组件具有腐蚀作用，因为它们通常是有机 化合物或无机化合物，以盐溶液的形式加入，并且对机器和其它组件具有相应的腐蚀作用。
[0009] 目前存在的化学添加剂的另一个缺点是它们通常具有高成本。由于这些添加剂的 排放和/或在制造过程中，尤其是在热处理情况下的压制操作中或后续使用中，这些添加 剂与木基材料板的其它组分的反应产物的排放可能进一步产生有害作用。
[0010] 显示的一个具体缺点是迄今所使用的添加剂在一些情况下可能降低所使用的粘 合剂的反应性。这导致待制备的木基材料板的机械参数受到影响并且通常被降低。为了弥 补由于混入添加剂而产生的这些不利影响，混入大量粘合剂以获得所需要的和/或理想的 机械参数。
[0011] 然而另一方面，排放限值进一步被降低并进一步通过法条和立法调整，以及响应 消费者的需求。对于具有低VOC排放量的生态高价值的木基材料的需要不断增长，相应地 要求所提供的添加剂降低来自木基材料的VOC和任何VVOC的排放量，即总排放量（TVOC)。
[0012] 这里尤其重要的是需要应当尽可能的在延长使用中降低来自木基材料的TV0C，例 如VOC以及任选存在的VV0C。因此，在制造过程中需要新型添加剂以不仅降低VOC的直接 排放，特别是降低VOC和VVOC的排放，尤其是萜烯和酸类以及作为脂肪酸的分解产物由木 基材料产生的作为二次排放或三次排放的化合物。
[0013] 因此本发明的目的是提供由木质纤维素的颗粒制备木基材料的方法，尤其是制备 刨花板、纤维板或OSB板以及胶合板的方法，其中即使在经过长时间后，这些木基材料显示 降低/减少了挥发性有机化合物（VOC)和非常易挥发性有机化合物（VVOC)的排放量。换 言之，不仅在生产期间并且在后续的使用中VOC和VVOC的排放量都被明显降低。其中所使 用的添加剂本身应当没有任何毒害性并且对制造过程本身没有不利影响，特别是不会降低 所使用的粘合剂的反应性。另一方面，所述添加剂应当尽可能的全面降低不同种类的挥发 性有机化合物以及非常易挥发性有机化合物的排放量和/或降低由木基材料的成分形成 不同种类的挥发性有机化合物以及非常易挥发性有机化合物。
【发明内容】
[0014] 本发明的目的是通过具有权利要求1特征的方法以及具有权利要求15特征的木 基材料，以及权利要求12的添加剂的用途来实现的。在从属权利要求中描述了本发明的有 利改进和发展。
[0015] 本发明的一个重要方面是多孔碳，特别是活性炭用作添加剂的用途。
[0016] 换言之，本发明第一方面涉及由木质纤维素制备木基材料，尤其是刨花板或OSB 板的方法，所述方法包括以下步骤：
[0017] a)提供木质纤维素的粉碎产品，
[0018] b)向所述木质纤维素的粉碎产品中加入添加剂，其中所述添加剂为多孔碳；
[0019] c)在热处理的情况下使用粘合剂压塑混入添加剂的木质纤维素的粉碎产品以制 备木基材料；
[0020] 其特征在于，加入添加剂至少具有降低挥发性有机化合物（VOC)，尤其是萜烯和酸 类的排放量的作用。所述方法可降低TVOC的排放量。
[0021] 然后出人意料地是，使用多孔碳，特别是活性炭降低了由木基材料排放的VOC和 VVOC的总量。该降低不仅包括醛类的降低，并且尤其包括萜烯和酸类的降低。该降低不是 仅在短时间内实现，而是尤其是在长时间内获得这种降低。
[0022] 表述"降低排放量"或"减少排放量"可交换使用，主要应当理解为意指与没有本 发明的添加剂的木基材料相比，挥发性有机化合物的总量（总挥发性有机化合物TV0C)较 低。即，与没有使用添加剂制得的类似木基材料相比，当用本文所定义的添加剂制备这些木 基材料或处理这些木基材料时减少或降低了 VOC或TVOC的总排放量。
[0023] 表述"避免排放"表示与对照相比，排放量的百分比降低或减小至低于测量极限。
[0024] 表述"木质纤维素的粉碎产品"和"木质纤维素的颗粒"在本文中可交换使用。
[0025] 降低/减少TVOC的排放量的另一个优点是，例如降低这些化合物的排放还有助于 降低由木基材料散发的使人不愉快的气味，例如气味难闻的乙酸，以及典型的醛类一尤其 是甲醛一面板的气味。
[0026] 优选所述多孔碳为活性炭。活性炭是指由石墨的微小晶体形成的碳结构和由具有 多孔结构和内表面积（BET表面积）通常为300-2000m 2/g的无定形碳形成的碳结构。活性 炭可以粉末形式存在、作为颗粒存在和以其它形式存在。所述活性炭或多孔碳优选密度为 0. 2-0. 6g/cm3,而多孔碳，尤其是活性炭的孔径优选〈lnm，不大于50nm。
[0027] 活性炭可由植物、动物或矿物原材料制得。相应地，所述活性炭可来自烟煤、木炭 或褐煤，以及来自植物成分，例如椰子壳、果核等，和来自骨炭。
[0028] 活性炭是众所周知的吸附剂，例如用以从气体、蒸气或液体等中除去不需要的或 有害的颜色和气味。已知它们还用在化学提纯过程中以及在药物领域中用于吸附例如毒 素。
[0029] 事实上，活性炭作为吸附剂，例如液体或气体的吸附剂，已知其寿命短，而不是用 于永久使用。
[0030] 多孔碳，例如活性炭形式，可以固体形式作为优选粒径小于Imm