Искусственные древесные материалы и способы изготовления

Группа изобретений относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к изготовлению искусственных древесных материалов. Профиль шпона каждого из собранных кусков древесины после прессования отличается от профиля шпона каждого из собранных кусков древесины перед прессованием. Температура стеклования сшитого термопластичного адгезива представляет собой температуру нормального использования искусственного древесного материала или ниже ее. Куски древесины с нанесенным адгезивом нагревают, собирают в заданной конфигурации и прессуют в прессе под давлением. Выполняют сшивание термопластичного адгезива с предельным количеством сшивок во время этапа прессования для формирования частично отвержденного искусственного древесного материала. Извлекают из пресса частично отвержденный древесный материал. При необходимости выполняют дальнейшее отверждение частично отвержденного искусственного древесного материала для получения искусственного древесного материала, имеющего, по существу, равновесное содержание влаги. Повышается экологическая эффективность полученного искусственного древесного материала, улучшаются физические свойства, натуральный внешний вид и текстура рисунка древесины. 4 н. и 56 з.п. ф-лы, 3 табл., 8 ил.

 

ПРИОРИТЕТНЫЙ ДОКУМЕНТ

[0001] Настоящая заявка на изобретение претендует на приоритет на основании Предварительной патентной заявки Австралии № 2015902938 под названием «ИСКУССТВЕННЫЕ ДРЕВЕСНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ», поданной 23 июля 2015 года, содержание которой включено в настоящее описание посредством ссылки в полном объеме.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0002] Настоящее изобретение относится к искусственным древесным материалам. В одном конкретном виде настоящее изобретение относится к настилу, изготовленному из искусственных древесных материалов.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Натуральная древесина использовалась в строительстве зданий и сооружений в течение многих лет. Однако в последнее время спрос на древесину, особенно лиственных и экзотических видов деревьев, увеличился, что привело к более широкомасштабному обезлесению и к бесконтрольной лесозаготовке, что, в свою очередь, сократило доступность натуральной древесины и оказало негативное влияние на окружающую среду.

[0004] По этим причинам внимание обратили на композитные или искусственные древесные материалы, которые производят с использованием вторично переработанных, недорогих и/или более легкодоступных древесных материалов. Многие из этих новых древесных материалов подходят для использования в зданиях и сооружениях, когда они не видны (например, использование в качестве «внутренней поверхности»), например, в стружечных плитах, балках или панелях зданий. Изготовление искусственных древесных материалов, предназначенных для использования на наружной поверхности, таких как, доски для настила или стеновые панели – более сложное, поскольку как физические свойства (твердость, стойкость и т.д.), так и эстетичный внешний вид материалов должны быть пригодны для конечного использования. В этих материалах натуральный внешний вид и текстура рисунка древесины составляют основную привлекательностью древесного материала.

[0005] В производстве настила конкретные виды лиственных деревьев обычно более популярны и предпочтительны, по сравнению с другими видами, из-за природной твердости, плотности и внешней привлекательности конкретной древесины. Предпочтительные виды древесины из лиственных деревьев для производства настила включают ярру, дуб красный, бук, эвкалипт голубой и т.д. К сожалению, значительное количество древесных отходов образуется при обработке сырых пиломатериалов, используемых для изготовления деревянных настилов, и при лесопосадках, используемых в настоящее время для воспроизводства лесонасаждений. По этой причине внимание обратили на искусственные древесные материалы, используемые для изготовления настилов и в смежных областях. Совсем недавно внимание обратили на использование менее предпочтительных видов древесины для создания эстетически привлекательных искусственных древесных материалов, таких как доски для настила. Например, в Патенте США 8 268 430 раскрыт способ изготовления искусственного древесного материала с рисунком натуральной древесины, при котором используют менее предпочтительные или бракованные куски натуральной древесины. Изготовленные таким образом искусственные древесные материалы могут иметь эстетически привлекательный внешний вид, но в некоторых случаях физические свойства (такие как, модуль упругости («MOE») и модуль упругости при разрыве («MOR») могут быть не идеальными. В патентной публикации США № 20100178451 раскрыт способ изготовления искусственных древесных материалов с использованием бамбука. Эти материалы называются «настил сплетенный стренгой бамбуковый», и они обладают многими предпочтительными физическими свойствами. Например, искусственные древесные материалы –значительно тверже, чем материалы, изготовленные из других видов древесины, что делает их идеально подходящими для использования в качестве настила.

[0006] Из предшествующего уровня техники ясно, что физические свойства многих известных искусственных древесных материалов в значительной степени зависят от типа используемой древесины.

[0007] Обычно для изготовления искусственных древесных материалов берут группу древесных полосок, стружек, волокон или кусков, покрывают или пропитывают древесные полоски, стружки, волокна или куски адгезивом, при необходимости, высушивают адгезив (в зависимости от типа адгезива), помещают древесные полоски, стружки, волокна или куски в форму или подают их в непрерывную систему, применяя давление и отверждение смолы. Адгезивы, которые обычно используются при такой обработке, представляют собой мочевиноформальдегидные смолы, фенолформальдегидные смолы, меламинформальдегидные смолы, метилендифенилдиизоцианатные смолы и полиуретановые смолы. Однако со многими из этих смол возникают трудности. Серьезным недостатком мочевиноформальдегидных, фенолформальдегидных и меламинформальдегидных смол является то, что материалы, полученные с использованием этих веществ, медленно выделяют формальдегид в окружающую среду. Эти выделения обычно называют летучими органическими соединениями (ЛОС). В связи с проблемами охраны окружающей среды, здоровья и вопросами нормативно-правового регулирования, связанными с выделениями формальдегида из древесных материалов, возникает необходимость в других смолах. Недавно законодательство запретило или строго ограничило использование формальдегида в некоторых странах или государствах. Фенолформальдегидные смолы на протяжении многих лет используются для изготовления искусственных древесных материалов, и стало очевидно, что смолы желтеют с течением времени, и это отрицательно сказывается на внешнем виде материала. Кроме того, как показала практика, на качество материалов, полученных с использованием этих смол, может отрицательно влиять неполное отверждение/конверсия мономеров во время изготовления материала. Мочевиноформальдегидные смолы не являются водонепроницаемыми, и это может вызвать проблемы с областями применения многих видов настилов. Метилендифенилдиизоцианатные и полиуретановые смолы не содержат формальдегид и, как правило, являются водонепроницаемыми, но они – значительно дороже в использовании и имеют дополнительные недостатки, заключающиеся в том, что они обладают высокой реакционной способностью, затрудняющей контроль за отверждением, и физические свойства искусственных древесных материалов, изготовленных с использованием этих смол, в значительной степени зависят от содержания влаги в обрабатываемой древесине.

[0008] В патентной публикации США № 20020074095 раскрыт способ изготовления древесностружечной плиты путем связывания древесных волокон с использованием сшивающего связывающего вещества. Древесные волокна получают путем разрушения древесных частиц, и полученные волокна смешивают с объемом связывающего вещества примерно 15% по массе и уплотняют для формирования древесностружечной плиты. Однако сформированная древесностружечная плита представляет собой композитную древесностружечную плиту, которая не имеет натурального внешнего вида и текстуры кусков древесины, из которых она сформирована. Кроме того, физические свойства древесностружечной плиты представляют собой совокупность физических свойств используемых древесных волокон и используемого адгезива. Другими словами, используемый адгезив в значительной степени влияет на физические и эстетические свойства материала.

[0009] Существующие способы изготовления искусственных древесных материалов, как правило, в значительной степени зависят от содержания влаги в обрабатываемой древесине. Колебания содержания влаги в исходных древесных материалах, как правило, устраняют высушиванием кусков древесины до низкого заданного уровня влаги. Однако это – энергозатратный и трудоемкий процесс, который накладывает фундаментальное ограничение на рентабельность производства этих материалов во многих юрисдикциях и на многие потенциально предпочтительные виды древесины. Колебания содержания влаги на различных этапах изготовления также могут привести к деформации материала после изготовления. Таким образом, типы адгезивов, которые были исследованы до настоящего времени, создают фундаментальные проблемы, связанные с технологичностью этих материалов, и на сегодняшний день это обстоятельство ограничивает более широкое использование известных способов изготовления.

[0010] Таким образом, существует потребность в новом подходе к производству древесных материалов, которые повышают рентабельность производства. В дополнение к этому или в качестве альтернативы существует потребность в новом подходе к производству древесных материалов, которые будут наделять конечный материал благоприятными физическими свойствами. В дополнение к этому или в качестве альтернативы существует потребность в новом подходе к производству древесных материалов, в результате которого будет получен искусственный древесный материал, имеющий натуральный внешний вид и текстуру рисунка древесины. В дополнение к этому или в качестве альтернативы существует потребность в новом подходе к производству древесных материалов, которые будут более эффективны с экологической или экономической точки зрения, по сравнению со способами предшествующего уровня техники. В дополнение к этому или в качестве альтернативы существует потребность в получении смол и/или способов для использования в изготовлении искусственных древесных материалов, которые преодолевают, по меньшей мере, одну проблему, связанную с известными смолами.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0011] В первом аспекте изобретения, раскрытом в настоящем документе, представлен искусственный древесный материал в виде уплотненного монолита, содержащего группу кусков натуральной древесины, адгезивно связанных друг с другом сшитым термопластичным адгезивом, который был сшит во время обработки, при этом упомянутый искусственный древесный материал сохраняет свою уплотненную форму при повышенных температурах, и при этом температура стеклования сшитого термопластичного адгезива представляет собой температуру нормального использования искусственного древесного материала или ниже ее.

[0012] Во втором аспекте изобретения, раскрытом в настоящем документе, представлен искусственный древесный материал в виде уплотненного монолита, содержащего группу кусков натуральной древесины, адгезивно связанных друг с другом сшитым термопластичным адгезивом, который был сшит во время обработки, при этом профиль шпона каждого из собранных кусков древесины после прессования отличается от профиля шпона каждого из собранных кусков древесины перед прессованием.

[0013] В третьем аспекте изобретения, раскрытом в настоящем документе, представлен способ изготовления искусственного древесного материала, содержащий:

– получение большого количества кусков натуральной древесины, имеющих, по существу, равновесное содержание влаги;

– нанесение термопластичного адгезива, содержащего термопластичную смолу и сшивающий агент, на куски древесины для формирования кусков древесины с адгезивным покрытием;

– при необходимости, нагревание кусков древесины с адгезивным покрытием для формирования нагретых кусков древесины с адгезивным покрытием;

– сборку кусков древесины с адгезивным покрытием в предпочтительной конфигурации для формирования собранных кусков древесины с адгезивным покрытием;

– прессование собранных кусков древесины с адгезивным покрытием в прессе под давлением и в течение времени, достаточном для уплотнения и прессования собранных кусков древесины для того, чтобы заставить запертый воздух выйти и механически деформировать собранные куски древесины с адгезивным покрытием для того, чтобы смежные куски древесины соответствовали форме друг друга;

– сшивание термопластичного адгезива, по меньшей мере, с предельным количеством сшивок во время этапа прессования для формирования, по меньшей мере, частично отвержденного искусственного древесного материала, при этом предельное количество сшивок является достаточным, таким образом, по меньшей мере, частично отвержденный искусственный древесный материал, по существу, сохраняет свою прессованную форму и препятствует разбуханию кусков древесины и возврату их в исходное состояние после сброса давления на этапе прессования;

– извлечение из пресса, по меньшей мере, частично отвержденного искусственного древесного материала; и

– при необходимости, дальнейшее отверждение частично отвержденного искусственного древесного материала для того, чтобы в искусственном древесном материале было, по существу, равновесное содержание влаги.

[0014] В четвертом аспекте изобретения, раскрытом в настоящем документе, представлен искусственный древесный материал, сформированный способом, в соответствии с третьим аспектом изобретения.

[0015] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения искусственный древесный материал выбирают из группы, состоящей из ламинированных древесностружечных плит, древосодержащих композитных плит, древесноволокнистых плит, ориентированно-стружечных плит, ДСП и досок для настила.

[0016] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения искусственный древесный материал подходит для использования на внешней поверхности и обладает предпочтительными физическими свойствами и эстетичным внешним видом, подходящим для конечного использования.

[0017] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения сшитый термопластичный адгезив в искусственном древесном материале имеет температуру стеклования менее примерно 70 градусов Цельсия, менее примерно 50 градусов Цельсия, менее примерно 40 градусов Цельсия, менее примерно 30 градусов Цельсия или менее примерно 20 градусов Цельсия. В некоторых конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения сшитый термопластичный адгезив в искусственном древесном материале имеет температуру стеклования от примерно -30 градусов Цельсия до примерно 25 градусов Цельсия. В некоторых конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения сшитый термопластичный адгезив в искусственном древесном материале имеет температуру стеклования ниже комнатной температуры.

[0018] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения искусственный древесный материал содержит менее 15% (в процентах по массе) адгезива, менее 10% (в процентах по массе) адгезива или менее 6% (в процентах по массе) адгезива.

[0019] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения куски древесины имеют толщину, которая меньше предельной толщины, при которой их собственные механические свойства не могут преодолеть адгезию между древесиной и адгезивом, и/или когезионную прочность адгезива, и которые могут вызвать расслаивание структуры, когда допускают разбухание кусков древесины.

[0020] В вариантах осуществления настоящего изобретения куски древесины имеют максимальную толщину от примерно 0,1 мм до примерно 10 мм. Например, куски древесины могут иметь максимальную толщину около 10 мм, около 8 мм, около 6 мм, около 5 мм, около 4 мм, около 3 мм, около 2 мм, около 1 мм, около 0,5 мм, около 0,3 мм или около 0,1 мм. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения куски древесины имеют максимальную толщину от примерно 2 мм до примерно 10 мм.

[0021] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения древесину для кусков натуральной древесины выбирают из группы, состоящей из эвкалипта, сосны, клена красного, клена серебристого, клена квинслендского, ясеня, осины, дерева грецкого ореха, дуба, красного дерева, березы, махагониевого дерева, эбенового дерева, вишневого дерева, сосны орегонской, тополя и травянистых растений, таких как бамбук. Древесина для кусков натуральной древесины может быть комбинацией, состоящей, по меньшей мере, из двух этих видов.

[0022] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения древесина представляет собой сосну.

[0023] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения древесина представляет собой эвкалипт.

[0024] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения куски древесины получают из малоценной древесины.

[0025] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения равновесное содержание влаги в большом количестве кусков натуральной древесины составляет от примерно 5% до примерно 15% (в процентах по массе) для сосны.

[0026] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения равновесное содержание влаги в большом количестве кусков натуральной древесины составляет от примерно 8% до примерно 12% для лиственных видов.

[0027] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения термопластичная смола представляет собой поливиниловый эфир.

[0028] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения термопластичная смола представляет собой поливинилацетат или сополимер, или его гидролизованную форму.

[0029] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения сшивающий агент представляет собой катализатор или реакционноспособный агент, выбранный из группы, состоящей из N-метилолакриламида, буры, карбонатов алюминия-циркония, хлорида алюминия, хлорида магния, p-толуолсульфоновой кислоты, ацетальдегида, формальдегида, мочевинного формальдегида, меламинформальдегида, триметилолмеламина, медноаммиачных комплексов, комплексов хрома, органических титанатов, дихроматов, полиальдегида, бутиральдегида, эфиров хлорформиата, мочевины, изоцианатов и карбонатов циркония аммония. При необходимости, термопластичный адгезив сшивается посредством этоксилирования, пропоксилирования, цианоэтилирования, воздействия гамма-излучения или сшивки электронным пучком.

[0030] В некоторых конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения сшивающий агент представляет собой хлорид алюминия. В других конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения сшивающий агент представляет собой p-толуолсульфоновую кислоту.

[0031] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения термопластичный адгезив, содержащий термопластичную смолу и сшивающий агент, представляет собой эмульсию на водной основе.

[0032] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения термопластичный адгезив наносят на куски древесины вручную, щеткой, распылителем, валиком, машиной, погружением и/или применяют наливное/экструзионное покрытие.

[0033] Термопластичную смолу и сшивающий агент можно наносить на куски древесины в сборе (то есть одновременно) или по-отдельности.

[0034] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения адгезив содержит, по меньшей мере, одну добавку, выбранную из группы, состоящей из агентов регулирования разбухания, фунгицидов, инсектицидов, красителей, УФ-стабилизаторов, наполнителей, разбавителей, огнестойких агентов, антипиренов, волокон и тому подобного.

[0035] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения древесину можно обрабатывать перед нанесением адгезива для получения различных свойств. Например, цвет древесины может быть изменен путем применения термической обработки, морилок или красителей, и/или добавок, выбранных из группы, состоящей из агентов регулирования разбухания, фунгицидов, инсектицидов, красителей, УФ-стабилизаторов, наполнителей, разбавителей, огнестойких агентов, антипиренов, волокон и тому подобного, которые можно нанести на древесину перед нанесением адгезива.

[0036] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения куски древесины с адгезивным покрытием нагревают для сушки адгезива и поддержания равновесного, по существу, содержания влаги в кусках древесины с адгезивным покрытием.

[0037] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения куски древесины с адгезивным покрытием предварительно нагревают перед их сборкой в предпочтительной конфигурации и прессованием.

[0038] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения куски древесины с адгезивным покрытием нагревают до температуры от примерно 50° С до примерно 200° С.

[0039] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения куски древесины с адгезивным покрытием нагревают в течение от примерно 1 минуты до примерно 40 минут.

[0040] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, высушенные куски древесины с адгезивным покрытием собирают в форме.

[0041] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения собранные куски древесины подвергаются давлению от приблизительно 4 до 20 МПа во время этапа прессования.

[0042] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения собранные куски древесины нагревают до температуры или поддерживают при температуре от примерно 70° С до примерно 150° С во время этапа прессования.

[0043] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения на этап прессования требуется от примерно 5 минут до примерно 90 минут.

[0044] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, в которых собранные куски древесины нагревают во время этапа прессования, по меньшей мере, частично отвержденный искусственный древесный материал извлекают из формы, пока он еще в теплом состоянии.

[0045] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения группу кусков натуральной древесины механически деформируется во время обработки для того, чтобы смежные куски древесины соответствовали форме друг друга.

[0046] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения профиль шпона каждого из собранных кусков древесины после прессования отличается от профиля шпона каждого из собранных кусков древесины перед прессованием.

[0047] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения частично отвержденный искусственный древесный материал подвергают прохождению дальнейшего этапа отверждения для получения искусственного древесного материала.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0048] Варианты осуществления настоящего изобретения будут рассмотрены со ссылкой на прилагаемые чертежи, при этом:

[0049] На Фигуре 1 показаны наглядные результаты, полученные с использованием различной ориентации кусков древесины в форме;

[0050] На Фигуре 2 показана маркировка размеров для блока искусственного древесного материала;

[0051] На Фигуре 3 показаны графики измерений ДМА Динамического модуля упругости для тонких пленок адгезива Aquadhere и адгезива Aquadhere плюс глиоксаль, высушенных за ночь. На рисунке показано, что адгезив Aquadhere размягчается, как только он проходит точку стеклования, что свидетельствует о том, что он не имеет сшивок и может легко протекать, когда температура выше 50° C, и что добавление сшивающего агента (глиоксаля) увеличивает динамический модуль упругости при температурах выше T_g, что свидетельствует о том, что он имеет сшивки;

[0052] На Фигуре 4 показаны графики измерений ДМА Динамического модуля упругости для тонких пленок адгезива TB3. На рисунке показано, что адгезив TB3 с глиоксальными (TB3GX) сшивает при температуре выше 50° C (динамический модуль упругости увеличивается во время второго сканирования температуры), и поэтому при последующем сканировании температуры жесткость – выше при температурах, которые выше температуры стеклования (20° C);

[0053] На Фигуре 5 показаны графики измерений ДМА Динамического модуля упругости для тонких пленок адгезива TB3 в сравнении с графиками, показанными на Фигуре 4 (TB3 с глиоксалем (TB3GX)). На Фигуре показано, что имеет место большее увеличение в динамическом модуле упругости для TB3GX при температурах выше 50° C (когда динамический модуль упругости увеличивается во время сканирования температуры), и поэтому количество сшивок в TB3GX – выше;

[0054] На Фигуре 6 показаны графики измерений ДМА Динамического модуля упругости для тонких пленок TB3, TB3 с глютаральдегидом (TB3GA) и TB3 с глиоксалем (TB3GX), и Фигура 6 представляет собой сравнение Фигур 4 и 5. На Фигуре 6 показано, что у каждой из трех различных композиций имеется отверждение, которое происходит при разной температуре, на что указывает увеличение в Динамическом модуле упругости при увеличении температуры;

[0055] На Фигуре 7 показаны различные ориентации кусков древесины в форме, используемой в Примерах; и

[0056] На Фигуре 8 показаны графики плотности и твердости сосновых блоков, изготовленных с использованием различных условий обработки, иллюстрирующие диапазон физических свойств, которых можно достичь.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0057] Настоящее изобретение является результатом проведенных авторами изобретения исследований смол, пригодных для использования при изготовлении искусственных древесных материалов, и которое предлагает новый подход к преодолению проблем, связанных с существующими подходами. В частности, изобретатели обнаружили, что некоторые термопластичные адгезивы при нанесении на стренги или шпон древесины могут деформироваться под давлением и затем сшиваться, причем количество сшивок превышает предельное количество сшивок под давлением и, при необходимости, их нагревают для создания материала со свойствами, аналогичными свойствам исходной древесины. В этих условиях можно получить искусственный древесный материал, плотность которого, по существу, схожа или больше плотности исходной древесины, и целостность которого может быть, по существу, сохранена (i) после сброса давления и/или нагревания после сброса давления, и (ii) при кипячении в течение трех часов. Термопластичные адгезивы, которые не сшивают на уровне, превышающем предельный уровень (i), не сохраняют свою прессованную форму и (ii) не проходят такое испытание прочности к кипячению, и обычно приводят к разбуханию структуры, напоминающей исходные куски древесины, в результате испытания прочности к кипячению.

[0058] Использование адгезивов, описанных в настоящем документе, позволяет спрессовать куски древесины в плотный монолит, который имеет физическую целостность в течение экономичного временного интервала. Другими словами, монолит может быть спрессован и отвержден с получением своей окончательной формы в течение экономичного временного интервала, и в идеале к нему можно не применять прессование, когда он еще в горячем состоянии (если его нагревают), и при этом он не теряет свою структурную форму. Такая комбинация исходного материала, адгезива, содержания влаги, нагрева и давления является обоснованием возможности изготовления этого материала.

[0059] Эти открытия предлагают новое средство для экономичной обработки древесных стренг, шпона, стружек, полос, щепок, волокон или кусков (в совокупности именуемых в настоящем документе «куски древесины») с получением древесных материалов с восстановленной уплотненностью. В частности, термопластичный адгезив, который сшивает на уровне, превышающем предельный уровень во время обработки, позволяет осуществлять следующее:

• Уплотнение кусков древесины с получением блока из кусков древесины с адгезивным покрытием под давлением и, при необходимости, нагревание до тех пор, пока не будет достигнуто, по меньшей мере, предельное количество сшивок, и за это время давление может быть сброшено, и блок можно охладить или продолжать нагревать без давления в течение дополнительного периода времени без значительной деформации блока, или позволяет допустить разбухание кусков древесины с последующим возвращением в исходное состояние перед применением давления; и

• Непрерывную экструзию содержимого адгезива на куски древесины в форме для получения предпочтительной формы, сохраняемой термопластичным адгезивом, который затем сшивает на уровне, превышающем предельный уровень, под давлением для сохранения формы после сброса давления.

[0060] В частности, авторы изобретения обнаружили, что сшитые термопластичные смолы придают изделиям предпочтительные физические свойства, такие как механическая стабильность и высокие уровни плотности и твердости. Кроме того, свойства смолы или технологический способ могут быть скорректированы для изменения физических свойств искусственных древесных материалов, что позволяет получить некоторые конечные свойства путем регулирования параметров смолы и/или параметров обработки. Кроме того, используемые адгезивы могут быть прозрачными, а это означает, что цвет рисунка искусственного древесного материала будет представлять собой цвет древесины исходных кусков древесины, что приведет к получению более аутентичного или натурального внешнего вида искусственных древесных материалов.

[0061] Таким образом, настоящее изобретение предлагает новый подход к преодолению фундаментальных проблем, связанных с подходами предшествующего уровня техники.

[0062] В настоящем документе раскрыт способ изготовления искусственного древесного материала, содержащий:

– получение большого количества кусков натуральной древесины, имеющих, по существу, равновесное содержание влаги;

– нанесение термопластичного адгезива, содержащего термопластичную смолу и сшивающий агент, на куски древесины для формирования кусков древесины с адгезивным покрытием;

– при необходимости, нагревание кусков древесины с адгезивным покрытием для формирования нагретых кусков древесины с адгезивным покрытием;

– сборку кусков древесины с адгезивным покрытием в предпочтительной конфигурации для формирования собранных кусков древесины с адгезивным покрытием;

– прессование собранных кусков древесины с адгезивным покрытием в прессе под давлением и в течение времени, достаточном для уплотнения и прессования собранных кусков древесины, для того, чтобы заставить запертый воздух выйти и механически деформировать собранные куски древесины с адгезивным покрытием для того, чтобы смежные куски древесины соответствовали форме друг друга;

– сшивание термопластичного адгезива до, по меньшей мере, предельного количества сшивок на этапе прессования для формирования, по меньшей мере, частично отвержденного искусственного древесного материала, при этом предельное количество сшивок является достаточным, таким образом, по меньшей мере, частично отвержденный искусственный древесный материал, по существу, сохраняет свою прессованную форму и препятствует разбуханию кусков древесины, и возврату в исходное состояние после сброса давления на этапе прессования;

– извлечение из пресса, по меньшей мере, частично отвержденного древесного материала; и

– при необходимости, дальнейшее отверждение частично отвержденного искусственного древесного материала для того, чтобы получить искусственный древесный материал, имеющий, по существу, равновесное содержание влаги.

[0063] Способ, раскрытый в настоящем изобретении, представляет собой другой способ, отличный от известных способов. Как правило, известные искусственные древесные материалы, такие как ДСП, МДФ и т.п., используют термоотверждающиеся адгезивы на основе реакции сшивания жидких реагентов. В этих материалах жидкие мономеры добавляют к древесным или бамбуковым стренгам и прессуют, и нагревают в условиях полимеризации мономера, и превращают жидкий мономер в твердый термоотверждающийся адгезив. Для достижения этого необходимо провести большое количество химических реакций, которые требуют высокой температуры, длительных периодов времени и предотвращения побочных реакций, чтобы достичь ожидаемый или предпочтительный конечный материал. Напротив, в способе, описанном в настоящем документе, используют термопластичный адгезив, уже являющийся полимером, который затем сшивается для образования трехмерной сетки во время обработки. Этот способ требует меньшего количества химических реакций и, следовательно, предлагает более надежный диапазон параметров обработки. Этот способ также имеет преимущество, заключающееся в том, что можно использовать систему эмульсионных полимеров на водной основе, которая проста в обращении, имеет длительную стойкость, низкую токсичность и ЛОВ, и может склеивать куски древесины перед сшиванием. Дальнейшее сшивание во время обработки наделяет адгезив большей остаточной деформацией во время прессования, что позволяет извлекать искусственный древесный материал из формы в горячем состоянии, а также наделяет искусственный древесной материал большей термической стабильностью во время дальнейшей обработки и при использовании.

[0064] Использование сшиваемого термопластичного адгезива позволяет быстро достичь предпочтительных свойств сшиванием адгезива во время этапа прессования. У термопластичных адгезивов также имеется преимущество скорости, благодаря более низкой конверсии, необходимой для достижения точки гелеобразования, плотность сшивки – относительно невелика, поэтому требуется меньшее количество сшивающего агента, чтобы защитить древесину, требуется более низкое потребление энергии, обеспечивается лучшее управление реакцией, более широкий диапазон параметров обработки и более быстрое время обработки. Кроме того, известные смолы формальдегидного типа быстро реагируют однократно при температуре, но имеют сложный химический состав и, если они не нагреты корректно (например, из-за толщины нагреваемого материала), то они не будут эффективно отверждаться. Переменное содержание влаги в обрабатываемых кусках древесины также может приводить к различиям в свойствах внутри блока и в разных блоках. Способ по настоящему изобретению сводит до минимума эти проблемы. Если во время обработки используются относительно низкие температуры, то присутствие воды в кусках древесины не является большой проблемой, и это позволяет сохранять больше воды в древесине во время обработки. В описанных в настоящем документе способах в течение всего процесса обработки поддерживаются близкие (то есть «по существу») к равновесным уровни влаги в древесине. Например, равновесное содержание влаги в большом количестве кусков натуральной древесины может составлять от примерно 5 до примерно 15% (в процентах по массе) для сосны или от примерно 8% до примерно 10% для лиственных видов древесины. Таким образом, равновесное содержание влаги в большом количестве кусков натуральной древесины может составлять 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14% или 15% (в процентах по массе). Для способов предшествующего уровня техники требуется, чтобы искусственные древесные материалы были высушены или иным образом стабилизированы при равновесном содержании влаги после изготовления, в противном случае изделие коробится, изгибается или скручивается при разрезании. Как правило, этот этап – энергозатратный и длительный по времени. Однако в способах, описанных в настоящем документе, содержание влаги в кусках древесины обычно сохраняется на протяжении всего процесса обработки, поэтому в конце процесса обработки требуется меньше времени на ожидание того момента, когда изделие можно резать и т.д. Таким образом, подгонка содержания влаги в древесине к условиям конечного применения уменьшает скручивание и изгибание, и уменьшает время выдержки для стабилизации искусственного материала перед дальнейшей обработкой. Также более низкие требования, предъявляемые к сушке, делают ее более дешевой, поскольку потребляется меньше энергии.

[0065] Используемый в настоящем документе термин «примерно», когда используется в отношении значения, означает, что фактическое значение может быть в пределах ± 20%, ± 19%, ± 18%, ± 17%, ± 16%, ± 15%, ± 14%, ± 13%, ± 12%, ± 11%, ± 10%, ± 9%, ± 8%, ± 7%, ± 6%, ± 5%, ± 4%, ± 3%, ± 2% или ± 1%.

[0066] Используемый в настоящем документе термин «искусственный древесный материал» обозначает изделия из древесины, сделанные человеком или машиной, такие как, например, ламинированные древесностружечные плиты, деревосодержащие композитные плиты, древесноволокнистые плиты, ориентированно-стружечные плиты или любые другие подобные куски, содержащие древесину. Представленные в настоящем документе материалы и способы особенно подходят для использования в качестве досок для настила для бытовых нужд или для коммерческих зданий, и дальнейшее обсуждение в настоящем документе может относиться к доскам для настила и способам их изготовления. Однако понятно, что любое такое обсуждение не следует рассматривать как ограничение объема настоящего изобретения в отношении этого конкретного использования, а также предусматривается ряд других вариантов использования искусственных древесных материалов, например, мебель, настенная панель, элементы конструкции, железнодорожные шпалы, декинг, столбы и перила, или любой вариант использования, где важны физические и/или эстетические свойства древесного материала. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения искусственный древесный материал подходит для использования на внешней поверхности, и обладает предпочтительными физическими свойствами и эстетичным внешним видом, подходящим для конечного использования.

[0067] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения искусственный древесный материал содержит группу кусков натуральной древесины, которые были спрессованы и адгезивно связаны друг с другом посредством сшитого термопластичного адгезива. В этих вариантах осуществления настоящего изобретения искусственный древесный материал представляет собой, по существу, монолитную структуру.

[0068] Группу кусков натуральной древесины механически деформируется во время обработки таким образом, что смежные куски древесины соответствуют форме друг друга. Кроме того, профиль шпона каждого из собранных кусков древесины после прессования отличается от профиля шпона каждого из собранных кусков древесины перед прессованием. Профиль шпона можно определить, исследуя «конечный рисунок» блока искусственного древесного материала. Таким образом, в настоящем документе представлен искусственный древесный материал в виде уплотненного монолита, содержащего группу кусков натуральной древесины, адгезивно связанных вместе посредством сшитого термопластичного адгезива, который был сшит во время обработки, при этом профиль шпона каждого из собранных кусков древесины после прессования отличается от профиля шпона каждого из собранных кусков древесины перед прессованием.

[0069] Используемый в настоящем документе термин «куски древесины» включает древесные стренги, шпон, частицы, стружки, щепки, волокна или куски. Авторы изобретения обнаружили, что толщина кусков древесины должна быть меньше предельной толщины, поскольку толстые куски древесины, обработанные одними и теми же адгезивами в конфигурации с толстым ламинатом, не проходят испытания, такие как испытание прочности к кипячению. Не ограничиваясь теорией, мы считаем, что если куски древесины – слишком толстые, то их собственные механические свойства могут подавлять адгезию между древесиной и адгезивом, и/или когезионную прочность адгезива, и заставлять структуру расслаиваться, когда кускам древесины дают разбухнуть, например, при воздействии влаги/сырости.

[0070] Куски древесины могут иметь толщину, которая составляет минимум примерно 0,1 мм, примерно 0,3 мм, примерно 0,5 мм, примерно 1 мм, примерно 2 мм или примерно 3 мм, и составляет максимум примерно 10 мм, примерно 8 мм, примерно 6 мм, примерно 5 мм, примерно 4 мм, примерно 3 мм или примерно 2 мм. Куски древесины могут иметь любые подходящие размеры в горизонтальной проекции. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения длина кусков древесины в направлении волокон представляет собой длину изделия, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения – по существу, располагается по одной линии с направлением волокон, а поперечное направление представляет собой любой размер, который удобен для технологичности, дальнейшей обработки с получением досок или для конкретного использования. Другими словами, искусственный древесный материал может представлять собой материал из сплетенных стренг, у которого длина волокна/стренги является длиной материала, а поперечное направление может быть сплошным листом, который собирают в форме различными способами, или это может быть разрезанный лист, или его можно разрезать или измельчить на стренги.

[0071] Выбор древесины для кусков натуральной древесины не ограничен конкретными видами, и это может быть древесина любого вида дерева, например, лиственного, хвойного вида или травянистых растений, таких как бамбук или пальма. Поэтому термин «куски натуральной древесины», используемый в настоящем документе, включает в себя травянистые растения, такие как бамбук и пальма, использование которых при изготовлении искусственных древесных материалов известно. Подходящие виды древесины включают, но этим не ограничиваются, эвкалипт, сосну, клен красный, клён серебристый, клён квинслендский, ясень, осину, дерево грецкого ореха, дуб, красное дерево, березу, махагониевое дерево, эбеновое дерево, вишневое дерево, сосну орегонскую, тополь и т.д. Травянистые растения, такие как бамбук и пальма, также могут быть использованы. В некоторых конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения древесина представляет собой древесину сосны, например, сосны лучистой, араукарии Бидвилла, сосны карибской (сосны южной), сосны калабрийской, кипариса крупноплодного (сосны замечетальной), араукарии Куннингама, кедра виргинского, сосны ладанной (сосны южной), сосны приморской, сосны желтой и сосны Эллиота (сосны южной). В других определенных конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения древесина представляет собой эвкалипт, например, красное камедное дерево, эвкалипт голубой, эвкалипт шариковый, синелистный австралийский эвкалипт, эвкалипт коричневый молотковый, белое камедное дерево Даннс, эвкалипт зонтичный, эвкалипт Клозиана, западноавстралийский эвкалипт, карри, эвкалипт косой, речное красное камедное дерево, серебристый гигантский эвкалипт, эвкалипт с пятнистой коркой и китайское сальное дерево. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения древесину выбирают из группы, состоящей из сосны, клена красного, дуба красного, ясеня, осины или эвкалипта голубого. Конечный искусственный древесный материал может включать более одного вида или типа древесины.

[0072] В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения куски древесины можно получить из древесины низкой стоимости, такой как отходы лесопильной промышленности, отходы ротационной мельницы, отходы от лесопосадок, включая первый прием промежуточных рубок и т.д. Однако также следует иметь в виду, что, при желании, куски древесины можно получить и из древесины высокой стоимости.

[0073] Древесина, которая используется для формирования кусков древесины, может значительно различаться по размеру и качеству. При необходимости древесину можно раскрошить, чтобы сформировать куски древесины предпочтительного размера с использованием любого подходящего устройства. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения куски древесины формируют путем прокатки непрерывного листа шпона и его последующего измельчения. В других примерах осуществления настоящего изобретения куски древесины можно разрезать на полоски, на большое количество рулонов шпона меньшего размера или измельчить до стренги.

[0074] В преимущественном варианте осуществления настоящего изобретения куски натуральной древесины имеют внешний вид натуральной древесины, и искусственный древесный материал подходит для использования в тех случаях, когда рисунок древесного материала виден и красив с эстетической точки зрения.

[0075] Как обсуждалось ранее, при использовании сшитого термопластичного адгезива содержание влаги кусков древесины не требует точной регулировки, или она может находиться на очень низком уровне, и может использоваться диапазон значений, позволяющий получить более широкое технологическое окно, чем это было бы возможно с чувствительными к влаге адгезивами, такими как вещества на основе изоцианатов. В зависимости от используемых видов древесины содержание влаги в кусках древесины может составлять от примерно 5% до примерно 20%. Например, лиственные виды могут иметь начальное содержание влаги 6-7%. Древесина сосны может иметь начальное содержание влаги 10-12%. Как правило, исходные куски древесины имеют устойчивое содержание влаги (например, 12%). Оптимальное содержание влаги для кусков древесины может быть функцией предпочтительного содержания влаги в конечном изделии, в используемых видах древесины и/или используемом адгезиве, и оно может быть определено эмпирически. Если содержание влаги в кусках древесины – слишком низкое, то куски древесины могут поглощать слишком много влаги из адгезива и ухудшать физические свойства древесного материала. И наоборот, если содержание влаги в кусках древесины – слишком велико, то адгезив может быть не столь эффективным. При необходимости, исходные куски древесины можно высушить до предпочтительного содержания влаги перед нанесением адгезива. Сушку можно проводить сушкой воздухом или путем нагревания с использованием подходящего нагревательного устройства, такого как инфракрасный нагреватель или, например, печь, оснащенная подачей горячего воздуха. Авторы изобретения обнаружили, что способ использования сшитых термопластичных адгезивов предусматривает более высокое содержание влаги, чем это возможно для других адгезивов, и преимущество этого способа состоит в том, что он может облегчать деформацию кусков древесины во время этапа уплотнения для получения превосходного искусственного древесного монолита.

[0076] Термопластичный адгезив можно наносить на куски древесины вручную, щеткой, распылителем, валиком, погружением, машиной и/или устройством для нанесения покрытия поливом. Можно использовать известные способы нанесения покрытия распылением, нанесения покрытия погружением и нанесения покрытия способом центрифугирования. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения термопластичный адгезив наносят распылением на куски древесины. Термопластичный адгезив можно применять в виде водной эмульсии, в составе растворителя или путем экструзии горячего расплава. Термопластичную смолу и сшивающий агент можно наносить на куски древесины в сборе (то есть одновременно), или по-отдельности.

[0077] Адгезив представляет собой термопластичную смолу, которую можно сшить. Используемый в настоящем документе термин «термопластичный» означает полимер, который становится гибким или поддающимся формованию, или текучим веществом при температуре выше своей температуры стеклования (T_g), и твердым веществом при температуре ниже своей T_g.

[0078] Таким образом, в настоящем документе также предлагается искусственный древесный материал в виде уплотненного монолита, содержащего группу кусков натуральной древесины, адгезивно связанных друг с другом сшитым термопластичным адгезивом, который был сшит во время обработки, при этом упомянутый искусственный древесный материал сохраняет свою уплотненную форму при повышенных температурах, и при этом сшитый термопластичный адгезив имеет температуру стеклования при нормальной температуре использования или при температуре ниже нормальной температуры использования искусственного древесного материала.

[0079] Известен широкий диапазон термопластичных смол, и предполагается, что можно использовать, по меньшей мере, любую одну известную термопластичную смолу, если адгезив можно сшивать во время обработки, и T_g адгезива в искусственных древесных материалах находится на уровне или меньше нормальной температуры использования искусственного древесного материала, например, ниже комнатной температуры. Физические свойства адгезива могут быть предварительно выбраны таким образом, чтобы они имели температуру менее 70 градусов Цельсия, 50 градусов Цельсия, 40 градусов Цельсия, 30 градусов Цельсия или 20 градусов Цельсия. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения адгезив имеет T_g от -30 градусов Цельсия до примерно 25 градусов Цельсия, что делает адгезив «резиноподобным» при комнатной температуре. Преимущество адгезива, являющегося резиноподобным при комнатной температуре, заключается в том, что он допускает наступление постотверждения (то есть отверждения после извлечения материала из пресса и охлаждения) при более низкой температуре. Напротив, адгезивы с более высокой T_g являются стекловидными при комнатной температуре, и им может потребоваться этап термического постотверждения, что тем самым увеличивает затраты и сложность обработки. Адгезивы, которые являются резиноподобными, также легче принимают добавки, такие как морилки, по сравнению с адгезивами, которые являются стекловидными при комнатной температуре. Авторов настоящего изобретения удивил обнаруженный факт, что термопласты, имеющие T_g ниже нормальной температуры использования древесного материала (и, следовательно, резиноподобные), являются очень эффективными и наделяют конечный материал определенными преимуществами, что противоречит обычному мнению о том, что адгезив должен быть стекловидным при нормальных рабочих температурах, что характерно для таких материалов, как древесноволокнистая плита средней плотности (МДФ), древесноволокнистая плита высокой плотности (ХДФ), фанера, ламинированный брус из клеёного шпона (ЛВЛ), древесностружечная плита и т.д.

[0080] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения термопластичная смола представляет собой поливиниловый эфир. Поливиниловые эфиры образуются из винилацетата и его сополимеров. Например, авторы изобретения обнаружили, что поливинилацетат («ПВА») является подходящим. Используемые в настоящем документе термины «поливинилацетат» и «ПВА» включают в свой объем гидролизованные формы ПВА, включая формы с различными уровнями гидролиза с образованием сополимеров поли(винилового спирта). Другие полимеры на основе винилацетата, которые могут быть использованы, включают поли(винилацетат-ко-бутилмалеат-ко-изоборнилакрилат, поли(винилацетат) цианометилдифенилкарбамодитиоат, поли(винилциннамат), поли(этиленвинилацетат) и поли(винилстеарат), и их сополимеры или терполимеры, включая полимеры, полученные из акрилатов и метакрилатов.

[0081] Коммерчески доступные адгезивы Titebond® III (компании Franklin International, Колумбус, Огайо, США) и аналогичные адгезивы Sika, Selleys и Bostik являются подходящими термопластичными адгезивами.

[0082] Как уже обсуждалось, термопластичная смола сшивается во время обработки, которая включает фазу уплотнения, а также после уплотнения. В частности, вещество термопластичной смолы, такое как ПВА, сшивается с использованием подходящего реакционноспособного сшивающего агента. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что искусственные древесные материалы, сформированные с использованием термопластичного адгезива, который не сшивается, демонстрируют более низкие физические свойства по сравнению с теми, которые сформированы с использованием термопластичного адгезива в сочетании со сшивающим агентом. Например, искусственные древесные материалы, сформированные из кусков древесины с толщиной ниже предельного уровня и с использованием адгезива ПВА, и без сшивающего агента, не выдерживали испытание прочности к кипячению в течение трех часов, тогда как материалы, которые сформированы с использованием ПВА и сшивающего агента, показывали хорошие характеристики в одном и том же испытании. Адгезив ПВА со сшивающим агентом, который не был в достаточной степени отвержден или сшит, также не выдерживал испытание прочности к кипячению в течение трех часов. Таким образом, сшивание термопластика на уровне, который выше предельного уровня, наделяет искусственный древесный материал предпочтительными физическими свойствами.

[0083] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения сшивающий агент представляет собой катализатор или реакционноспособный агент, выбранный из N-метилолакриламида, карбонатов алюминия-циркония, хлорида алюминия, буры, хлорида магния, p-толуолсульфоновой кислоты, ацетальдегида, формальдегида, мочевиноформальдегида, меламинформальдегида, триметилолмеламина, комплексов аммония меди, комплексов хрома, органических титанатов, дихроматов, полиальдегида, бутиральдегида, эфиров хлормуравьиной кислоты, мочевины, изоцианатов и карбонатов циркония аммония. Термопластичный адгезив также может сшиваться посредством этоксилирования, пропоксилирования, цианоэтилирования, воздействия гамма-излучения или посредством сшивки электронным пучком. При необходимости, термопластичную смолу можно изготовить для взаимодействия с конкретным сшивающим агентом. Используемый в настоящем документе термин «сшивание» используется в широком смысле, обозначая ковалентные поперечные связи, а также ионные поперечные связи (т.е. комплексообразование).

[0084] В некоторых конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения сшивающий агент представляет собой хлорид алюминия. В других конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения сшивающий агент представляет собой p-толуолсульфоновую кислоту.

[0085] Другими сшивающими агентами, которые можно использовать, являются диальдегиды. Диальдегид может иметь общую формулу OHC-R-CHO, при этом R представляет собой связь или двухвалентный органический радикал, например, алифатический, циклоалифатический, ароматический или гетероциклический радикал. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения R представляет собой двухвалентный алифатический углеводородный радикал, имеющий от 1 до 12 атомов углерода. Глиоксаль (R = связь), малондиальдегид (R = CH₂), сукциндиальдегид (R = CH₂CH₂) и глютаральдегид (то есть, R = CH₂CH₂CH₂) являются подходящими диальдегидами. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения сшивающий агент представляет собой глиоксаль. В других конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения сшивающий агент представляет собой глютаральдегид.

[0086] Сшивающий агент можно использовать в количестве от 0,1 до 20% по массе.

[0087] Как обсуждалось ранее, термопластичный адгезив сшивается с количеством сшивок, превышающем предельное количество. «Предельное количество сшивок» достигается, когда материал сохраняет свою уплотненную форму при повышенных температурах. Другими словами, и не ограничиваясь теорией, куски древесины в искусственном древесном материале имеют тенденцию разбухать до своей первоначальной формы, но сшивание наделяет адгезив достаточным механическим усилием, позволяющем адгезиву выдерживать внутреннее напряжение, создаваемое кусками древесины.

[0088] Термопластичный адгезив может быть сшит (или «отвержден») на любом соответствующем этапе во время формирования искусственного древесного материала. Соответственно, по меньшей мере, некоторое сшивание происходит, когда куски древесины прессуются на этапе прессования во время формирования искусственного древесного материала. Как описано более подробно ниже, куски древесины с адгезивным покрытием обычно прессуются в форме в условиях, позволяющих, по меньшей мере, частично отверждать термопластичный адгезив и формировать частично отвержденный искусственный древесный материал, который затем можно дополнительно отвердить для получения искусственного древесного материала. Хотя сшивающий агент можно добавлять на любом этапе технологического способа, может оказаться полезным, чтобы древесина, содержащаяся в кусках древесины, соприкасалась с термопластичным адгезивом и сшивающим агентом, перед тем, как эти куски будут собраны в форме, чтобы обеспечить относительно равномерное распределение количества сшивок во всем материале.

[0089] Физические свойства адгезива могут быть предварительно выбраны таким образом, чтобы T_g была ниже комнатной температуры, что делает его «резиноподобным» при нормальных рабочих температурах материала.

[0090] Добавки можно включать в сшитый термопластичный адгезив для наделения искусственного древесного материала благоприятными свойствами. Подходящие добавки включают, но этим не ограничиваются, агенты, регулирующие разбухание, фунгициды, инсектициды, красители, УФ-стабилизаторы, наполнители, разбавители, огнестойкие агенты, антипирены, волокна и тому подобное. Добавки можно добавлять к термопластичному адгезиву перед нанесением на куски древесины. Это приводит к простому технологическому способу введения добавок в искусственный древесный материал. В другом варианте осуществления настоящего изобретения добавки могут быть выполнены с возможностью перемещения из адгезива в куски древесины во время обработки.

[0091] Добавки также можно добавлять непосредственно к кускам древесины перед нанесением адгезива, чтобы они могли впитаться в куски древесины, обеспечивая тем самым защиту всему шпону и, в конечном счете, всему конечному материалу. Преимущество этого факта, состоит в том, что появляется возможность использовать более низкие уровни некоторых агентов, чем это возможно в древесных материалах на сегодняшний день.

[0092] Добавки также можно применять после того, как куски древесины покрыты адгезивом, в результате чего добавки включаются в состав адгезива, но без оказания воздействия на стабильность, долговечность адгезива или на его такие свойства, как вязкость, перед нанесением покрытия на куски древесины.

[0093] Подходящие добавки включают лигнин и дубильную кислоту. На практике авторы изобретения обнаружили, что добавление лигнина и/или дубильной кислоты в качестве добавок, в сочетании со сшивающими агентами диальдегида, приводит к получению искусственного древесного материала, который показывает уменьшенное разбухание (по отношению к материалу, к которому не добавляли лигнин и/или дубильную кислоту), и который более устойчив к воздействию внешних погодных условий.

[0094] Подходящие фунгициды включают любое химическое вещество, которое будет убивать, разрушать, ингибировать или инактивировать грибок, предотвращая его рост. Фунгицид может быть синтетическим или биосинтетическим, и он может включать как органические, так и неорганические соединения. Фунгицид может быть твердым веществом (например, порошком), жидкостью или их комбинацией. См., например, Concise Chemical and Technical Dictionary, Fourth Enlarged edition, Bennett, Chemical Publishing Company, NY, N.Y. (1986); и McGraw-Hill Concise Encyclopaedia of Science & Technology, Fourth Edition, Parker, McGraw-Hill, NY, N.Y., (1998). Примеры подходящих фунгицидов включают муравьиную кислоту, уксусную кислоту, пропионовую кислоту, пеларгоновую кислоту, каприновую кислоту, уксуснокислую медь (САА), нафтенат меди и их комбинации.

[0095] Пестицид может представлять собой любое химическое вещество, но в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения – химическое вещество, которое одобрено соответствующим контролирующим государственным органом. Примеры подходящих пестицидов включают медьсодержащие пестициды, такие как углеаммонийная медь. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения пестицид полезен для уменьшения воздействия, для контроля или уничтожения термитов.

[0096] Подходящие УФ-стабилизаторы включают ряд бензофенонов, триазолов, салицилатов, форманидинов и бензоатов, которые являются известными УФ-стабилизаторами. Следующие вещества являются пригодными: Sanduvor VSU: 2-этил-2-этоксианилид (товарный знак Sandoz Corp.), Tinuvin 144 и 770: светостабилизаторы с затрудненными аминами (торговая марка Ciba Geigy для HALS), Irgastab 2002: фосфат никеля (товарный знак Ciba-Geigy), 2,2'-дигидроксибензофенон, 2,2,4,4'-тетрагидроксибензофенон, 2,2'-дигидрокси-4,4'-диметоксибензофенон, 2,2'-дигидрокси-4,4'-диэтоксибензофенон, 2,2'-дигидрокси-4,4'-дипропоксибензофенон, 2,2'-дигидрокси-4,4'-дибутоксибензофенон, 2,2'-дигидрокси-4-метокси-4'-этоксибензофенон, 2,2'-дигидрокси-4-метокси-4'-пропоксибензофенон, 2-гидрокси-4,4',5'-триметоксибензофенон, 2-гидрокси-4-этокси-4'-метилбензофенон, 2-гидрокси-4-этокси-4'- этилбензофенон, 2-гидрокси-4-этокси-4'-пропилбензофенон, 2-гидрокси-4-этокси-4'-метоксибензофенон, 2-гидрокси-4,4-диэтоксибензофенон, 2-гидрокси-4-этокси-4'-пропоксибензофенон, 2-гидрокси-4-этокси-4'-бутоксибензофенон, 2-гидрокси-4-этокси-4'-хлорбензофенон, 2-гидрокси-4-этокси-4; -бромобензофенон, 2-(2'-гидрокси-5'-метилфенил) бензотриазол, 2-(2'-гидрокси-5'-трет-бутилфенил)бензотриазол, 2-(2'-гидрокси-3'-метил-5-трет-бутилфенил)бензотриазол, 2-(2'-гидрокси-5'-циклогексилфенил)бензотриазол, 2-(2'-гидрокси-3',5'-диметилфенил)бензотриазол, 2-(2'-гидрокси-5'-трет-бутилфенил)-5-хлорбензотриазол и 2-(2'-гидрокси-3'-ди-трет-бутилфенил)бензотриазол, 2,2'-дигидрокси-4-метокси-4'-бутоксибензофенон, 2,2'-дигидрокси-4-этокси-4'-пропоксибензофенон, 2,3'-дигидрокси-4,4'-диметоксибензофенон, 2,3'-дигидрокси-4-метокси-4'-бутоксибензофенон, 2,3'-дигидрокси-4,4,5'-триметоксибензофенон, 2-гидрокси-4,4,5'-триметоксибензофенон, 2-гидрокси-4,4,6'-трибутоксибензофенон, 2-гидрокси-4-этокси-2,4'-дибутилбензофенон, 2-гидрокси-4-пропокси-4,6'-дихлорбензофенон, 2-гидрокси-4-пропокси-4',6'-дибромбензофенон, 2,4-дигидроксибензофенон, 2-гидрокси-4-метоксибензофенон, 2-гидрокси-4-этоксибензофенон, 2-гидрокси-4-пропоксибензофенон, 2-гидрокси-4-бутоксибензофенон, 2-гидрокси-4-метокси-4'-метилбензофенон, 2-гидрокси-4-метокси-4'-пропилбензофенон, 2-гидрокси-4-метокси-4'-бутилбензофенон, 2-гидрокси-4-метокси-4'-трет-бутилбензофенон, 2-гидрокси-4-метокси-4'-хлорбензофенон, 2-гидрокси-4-метокси-2'-хлорбензофенон, 2-гидрокси-4-метокси-4'-бромбензофенон, 2-гидрокси-4,4'-диметоксибензофенон, 2-гидрокси-4,4'-диметокси-3-метилбензофенон, 2-гидрокси-4,4'-диметокси-3-метилбензофенон, 2-гидрокси-4,4'-2'-этилбензофенон и 2-гидроксиацетофенон.

[0097] Наночастицы, такие как ZnO, также могут использоваться в качестве поглотителей УФ-излучения и защитных агентов в адгезиве. Не ограничиваясь теорией, эти наночастицы обладают преимуществом, состоящим в том, что они способны поглощать потенциально опасный ультрафиолетовый свет, оставаясь прозрачными в видимой области спектра, не влияя, таким образом, на цвет или внешний вид древесного материала. Другие наночастицы включают, но этим не ограничиваются, TiO₂.

[0098] Подходящие наполнители включают вещества, добавленные в адгезив, для улучшения его рабочих характеристик, прочности или других качеств. Например, наполнитель может представлять собой волокна для улучшения свойств под сжимающей нагрузкой и/или связывающих свойств адгезива и, следовательно, конечного искусственного древесного материала. Волокна могут представлять собой стекловолокна, углеволокна, целлюлозные волокна, целлюлозные нанотрубки, углеродные микроволокна, углеродные нановолокна, углеродные микротрубки, углеродные нанотрубки и тому подобное.

[0099] В адгезив можно добавлять разбухающие керамические частицы, чтобы наделить искусственный древесный материал огнезащитными свойствами. Подходящими веществами для этой цели являются гидратные силикаты металлов, бура, борат кальция, борат магния и борат цинка.

[00100] Гигидраты металлов, которые выделяют воду при нагревании, галогенированные антипирены, коксующиеся добавки и низкоплавкие стекла, можно добавлять к адгезиву, чтобы придать огнестойкие свойства искусственному древесному материалу.

[00101] Затем кускам древесины с адгезивным покрытием возвращают примерно равновесное содержание влаги. При необходимости, куски древесины с адгезивным покрытием можно высушить с использованием любого подходящего способа, включая сушку на воздухе или нагрев. Нагрев может быть обеспечен следующими способами: горячим воздухом, микроволновой печью, радиочастотным или инфракрасным излучением, которые имеют различное время, требуемое для нагрева, а затем удаляют влагу или растворители до предпочтительного уровня.

[00102] Куски древесины с адгезивным покрытием можно нагреть перед их сборкой в ​​предпочтительной конфигурации или, в другом варианте осуществления настоящего изобретения для инициирования сшивания термопластичного адгезива во время этапа прессования никакого нагрева не требуется. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения куски древесины с адгезивным покрытием нагревают до температуры, требуемой для формования, перед тем, как разместить их в форме, и, таким образом, отпадает необходимость их нагревания во время формования, ограничиваясь теплопроводностью искусственного монолита. Преимущество способа по настоящему изобретению состоит в том, что отсутствие необходимости дополнительного нагревания во время формования ускоряет процесс, так как нагрев способствует конформации кусков древесины в форме в дополнение к ускорению процесса отверждения, и это добавляет еще одно преимущество, которое состоит в том, что сокращается время нахождения под прессом, поскольку низкая теплопроводность древесины не ограничивает нагревание всего блока. Температура, при которой куски древесины с адгезивным покрытием нагреваются, является идеально низкой, и этого достаточно, чтобы предотвратить или свести к минимуму сшивание адгезива перед прессованием. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения куски древесины с адгезивным покрытием нагревают до температуры от примерно 50° С до примерно 200° С, например, от примерно 50° С до примерно 100° С. В некоторых конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения куски древесины с адгезивным покрытием нагревают до температуры примерно 75° С. Этот этап приводит к тому, что адгезив, по меньшей мере, частично высушивает и нагревает отдельные куски древесины с адгезивным покрытием. При нагревании кусков древесины с адгезивным покрытием до их сборки в форме, нагрев, требуемый на этапе прессования, не обеспечивается только посредством формы. Таким образом, толщина собранных кусков древесины в форме не так важна, как в случае, когда единственный источник тепла обеспечивается внешними источниками тепла АО во время этапа прессования. Это означает, что этап прессования можно выполнять быстрее, и требуется меньше времени для нагревания до предпочтительной температуры самых глубоколежащих в форме кусков древесины.

[00103] Куски древесины с адгезивным покрытием могут нагреваться в течение периода времени от примерно 1 минуты до примерно 40 минут, например, 5 минут, 6 минут, 7 минут, 8 минут, 9 минут, 10 минут, 11 минут, 12 минут, 13 минут, 14 минут, 15 минут, 16 минут, 17 минут, 18 минут, 19 минут, 20 минут, 21 минута, 22 минуты, 23 минуты, 24 минуты, 25 минут, 26 минут, 27 минут, 28 минут, 29 минут , 30 минут, 31 минута, 32 минуты, 33 минуты, 34 минуты, 35 минут, 36 минут, 37 минут, 38 минут, 39 минут или 40 минут. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения куски древесины с адгезивным покрытием можно нагревать в течение периода времени от примерно 10 минут до примерно 12 минут.

[00104] Затем куски древесины с адгезивным покрытием собирают перед их прессованием. Куски древесины с адгезивным покрытием можно собирать в форме, на плите пресса или на пластиковом антиадгезионном листе. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения куски древесины собирают в форме. Куски древесины обычно выровнены внутри формы. Чтобы предварительно сформировать форму монолита, можно подобрать любую подходящую форму, например, квадратную или прямоугольную, плоскую или слегка изогнутую. Преимущество способов, описанных в настоящем документе, состоит в том, что форму можно задать (например, изогнутую форму) для того, чтобы придать определенную форму древесным материалам. Например, тонкие искусственные древесные материалы могут использоваться в декоративных целях для мебели или для транспортных средств, и форму можно задать соответствующим образом, и она может включать характеристики поверхности (например, отступы, фиксаторы и т.д.), которые можно перенести на искусственный древесный материал.

[00105] Высота собранных кусков древесины может быть меньше, больше или, по существу, такой же, как и высота формы. Как правило, на этапе прессования куски древесины в сборе уплотняются и прессуются, таким образом, полученный материал будет иметь меньшее поперечное сечение, чем непрессованные собранные куски древесины.

[00106] Куски древесины обычно выровнены внутри формы. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения длина кусков древесины в направлении волокон, по существу – такая же, как и длина формы. Ориентацию кусков древесины относительно основания формы можно использовать для создания различных наглядных эффектов в конечных искусственных древесных материалах, как это видно лучше всего на Фигуре 1. Например, расположение кусков древесины параллельно основанию формы приведет к тому, что внешний вид искусственного древесного материала будет похож на верхний слой кусков древесины. Расположение кусков древесины в положении, как правило, перпендикулярном основанию формы приведет к тому, что внешний вид искусственного древесного материала будет похож на полоски. Расположение кусков древесины под углом к основанию формы приведет к тому, что внешний вид искусственного древесного материала будет похож на рисунок древесины. Также возможно использовать куски древесины, в состав которых входит древесина разных видов деревьев или разного цвета для того, чтобы достичь предпочтительного эффекта в искусственном древесном материале. В преимущественном варианте осуществления настоящего изобретения способы, описанные в настоящем документе, допускают широкий диапазон различных ориентаций кусков древесины без оказания существенного влияния на физические свойства искусственного древесного материала.

[00107] После того, как куски древесины с адгезивным покрытием собраны, применяется давление, чтобы спрессовать собранные куски древесины с тем, чтобы уплотнить их. Для прессования можно использовать подходящий пресс. Любое подходящее прессовое устройство и/или средство можно использовать для прессования собранных кусков древесины с адгезивным покрытием. Давление с силой выбрасывает запертый воздух из собранных кусков древесины с адгезивным покрытием, создает молекулярный контакт между древесными поверхностями и заставляет адгезив проникать в структуру древесины для более эффективного механического связывания. Другими словами, адгезив реагирует сам с собой и с кусками древесины на этапе прессования. Кроме того, куски древесины механически деформируются на этапе прессования, и в результате смежные куски древесины соответствуют форме друг друга и, по меньшей мере, в некоторой степени сцепляются друг с другом, тем самым увеличивая твердость и долговечность материала. Собранные куски древесины с адгезивным покрытием могут подвергаться давлению примерно 0-100 МПа. В некоторых вариантах осуществления настоящего исследования собранные куски древесины с адгезивным покрытием подвергаются давлению примерно от 4 до 20 МПа, например, примерно 6-10 МПа.

[00108] Как обсуждалось ранее, куски древесины с адгезивным покрытием можно нагревать перед сборкой, и такое нагревание перед сборкой наделяет обработку определенными преимуществами. Однако также предполагается, что куски древесины в другом или дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения можно нагревать во время этапа прессования. Например, может использоваться нагретая форма.

[00109] Термопластичный адгезив сшивается с формированием, по меньшей мере, частично отвержденного древесного материала. Сшивание может быть инициировано нагреванием во время этапа прессования, или оно может быть инициировано при комнатной температуре на этапе прессования, в зависимости от термопластичной смолы и используемого сшивающего агента. Во время этого этапа собранные куски древесины с адгезивным покрытием могут выдерживаться при температуре от примерно 70° С до примерно 150° С. Такая кондуктивная теплопередача способствует эффективному отверждению адгезива. Этап прессования может длиться от примерно 5 минут до примерно 90 минут. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения этап прессования проводят в течение приблизительно 20 минут.

[00110] В результате этапов сшивания и прессования можно получить либо полностью отвержденный, либо частично отвержденный искусственный древесный материал. Термин «по меньшей мере, частично отвержденный искусственный древесный материал» включает в себя как частично, так и полностью отвержденные материалы.

[00111] Если куски древесины с адгезивным покрытием нагревают перед или во время этапа прессования, то, по меньшей мере, частично отвержденный искусственный древесный материал можно охладить перед тем, как он будет извлечен, или он может быть извлечен, пока он еще в теплом состоянии. В последнем случае преимущество способа состоит в том, что извлекают частично отвержденный древесный материал, пока он еще в теплом состоянии. В частности, для материалов, изготовленных с использованием фенолоформальдегидных смол, материалы должны быть охлаждены перед извлечением их из формы, потому что смолы формируются из мономеров/преполимеров, и это означает, что для отверждения требуется относительно длительный период времени, и если их извлекают в горячем состоянии из формы, то материал, как правило, разваливается. Требуется меньше энергии и времени, если частично отвержденный искусственный древесный материал можно извлечь из формы, пока он еще в теплом состоянии.

[00112] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения частично отвержденный искусственный древесный материал можно подвергнуть дальнейшему этапу отверждения для того, чтобы получить искусственный древесный материал. Дальнейшее отверждение может проводиться в течение 4 часов при температуре до 140° C, по мере необходимости.

[00113] После обработки искусственный древесный материал представляет собой монолит, который, по существу, не имеет пустот или щелей внутри материала. В зависимости от условий обработки и видов древесины, плотность может составлять от 0,6 до 1,2, и соответствующая твердость может составлять от 0,4 до 3,0 (с использованием модифицированного теста твердости по шкале Янка с шариком, размером 5 мм, см. Фигуру 8). Модуль упругости (MOE) и модуль упругости при разрыве (MOR) блока или части, вырезанной из блока, в которой древесные волокна внутри шпона имеют, по существу, такую же длину, что и исследуемый образец, аналогичны обычным частям одних и тех же видов древесины (см. Таблицу 1). Важно отметить, что искусственные древесные материалы имеют схожие механические свойства и внешнюю привлекательность, как и древесные материалы, которые используются для их изготовления, и они очень сильно отличаются от искусственных древесных материалов из предшествующего уровня техники.

[00114]

[00115] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения искусственный древесный материал содержит менее примерно 15% (в процентах по массе) адгезива, например, менее примерно 10% (в процентах по массе) или менее примерно 6% (в процентах по массе).

[00116] Также в настоящем документе представлен искусственный древесный материал, сформированный способом, описанным в настоящем документе.

ПРИМЕРЫ

[00117] Испытание - Разбухание искусственных древесных блоков в кипящей воде

[00118] Испытание прочности к кипячению представляет собой суровое испытание, которое использовалось для проверки стойкости адгезивов. Испытание прочности к кипячению проводили при температуре 100-105^o C (слабое кипение) в водопроводной воде в течение 3 часов. Затем блоки сушили при комнатной температуре в течение 2-3 дней перед проведением измерений.

[00119] Результаты были проанализированы путем получения начальных и конечных измерений для размеров x, z и y блока (Фигура 2) и использования следующего уравнения для расчета процента разбухания:

[00120] Таким образом, процент разбухания рассчитывался в каждом направлении, но из-за направлений шпонов, разбухание размеров y и z являются единственными результатами, которые показывают существенное изменение.

[00121] Испытание - Модифицированный тест твердости по шкале Янка

[00122] Твердость измеряли с использованием теста твердости по шкале Янка (в соответствии с ASTMD1037) с шариком, размером 5 мм, вычисляя средние 5 измерений, полученных с самой большой поверхности блока. Очевидно, что твердость относится к плотности блоков.

[00123] Испытание - Динамический механический анализ (DMA)

[00124] Термомеханические свойства адгезивов были испытаны на тонких пленках высушенных адгезивов с использованием TA Instruments Q800 DM в режиме растяжения при скорости нагрева 3° С/мин.

[00125] Испытание - модуль упругости (MOE) и модуль упругости при разрыве (MOR)

[00126] MOE и MOR испытывали с использованием разрывной испытательной машины Instron в трехточечном режиме изгибания с шагом, обычно составляющем 90 мм, в соответствии с ASTM D1037-06a.

[00127] Результаты всех испытуемых образцов показаны в Таблице 2, если не указано иное.

[00128] Пример 1 – Получение искусственного древесного материала с сиднейским голубым эвкалиптом и сшивающим адгезивом

[00129] Куски шпона древесины сиднейского голубого эвкалипта толщиной 2-3 мм, имеющие, по существу, равновесное содержание влаги, разрезали на отдельные куски, которые умещались в форме, на них наносили термопластичную адгезивную эмульсию (Franklin Titebond 3 с 10-15% (в процентах по массе) добавленной воды, именуемой в дальнейшем «TB3»), с помощью щетки. Адгезив можно также нанести путем прокатки, распыления или погружения в этом этапе. Затем куски сушили до тех пор, пока адгезив не стал, по существу, прозрачным, и затем помещали в металлическую форму и прессовали. Адгезив отверждали при температуре 80-100° С при нагрузке 8-12 тонн в течение примерно 30 минут. После окончания времени формования форму, и искусственный древесный материал извлекали из пресса и оставляли охлаждаться до температуры окружающей среды. Блок не изменил форму или не деформировался при извлечении из формы.

[00130] Блок разрезали на куски для испытания, один из которых кипятили в воде в течение 3 часов. Другой кусок испытывали на твердость с использованием модифицированного теста твердости по шкале Янка, предполагающего вдавливание металлического шарика, размером 5 мм. Результаты испытания показаны в Таблице 2.

[00131] Пример 2 – Попытка получения искусственного древесного материала с несшиваемым адгезивом

[00132] Блок искусственного древесного материала получили способом, описанным в Примере 1, но использовали Selleys Aquadhere в качестве адгезива, который представляет собой несшивающий адгезив ПВА.

[00133] Этот пример показывает, что использование адгезива, который не сшивается, не может связать части шпона в достаточной степени и приводит к разрушению блока при испытании (Фигура 3).

[00134] Примеры 3-5 – Попытка получения искусственного древесного материала с низкоуровневыми сшивающими адгезивами

[00135] Блоки искусственного древесного материала получили способом, описанным в Примере 1, но с использованием Selleys Aquadhere+ в качестве адгезива (Пример 3), Bostik AVXL+ в качестве адгезива (Пример 4) и Henkel F8 в качестве адгезива (Пример 5), которые представляют собой низкоуровневые сшивающие ПВА-адгезивы.

[00136] Эти примеры показывают, что адгезив, демонстрирующий низкий уровень сшивания, не приводит к предпочтительным результатам.

[00137] Примеры с 6 по 8 – Получение искусственного древесного материала с другими сшивающими адгезивами

[00138] Блоки искусственного древесного материала получили способом, описанным в Примере 1, но с использованием Henkel DLAU7 в качестве адгезива, который представляет собой сшивающий ПВА-адгезив (Пример 6), Henkel KL325 в качестве адгезива, который представляет собой сшивающий ПВА-адгезив (Пример 7), и Henkel UK5400, сшивающий полиуретановый эмульсионный адгезив (Пример 8).

[00139] Эти примеры показывают, что с помощью адгезива, демонстрирующего достаточный уровень адгезии и сшивания, получают блок искусственного древесного материала, который проходит испытание прочности к кипячению.

[00140] Пример 9 – Получение искусственного древесного материала с дополнительной сшивающей добавкой (глиоксаль)

[00141] Блок искусственного древесного материала получили способом, описанным в Примере 1, но с добавлением 2,5% глиоксаля к адгезиву TB3 в качестве дополнительного сшивающего агента. Время прессования было увеличено до 40 минут для того, чтобы позволить любым происходящим реакциями завершиться.

[00142] Этот пример показывает, что с помощью сшивающей добавки, добавленной в коммерческий адгезив, получили блок искусственного древесного материала с удовлетворительным результатом и улучшенными характеристиками разбухания (испытание прочности к кипячению) (Фигуры 4-6).

[00143] Пример 10 – Получение искусственного древесного материала с дополнительной сшивающей добавкой (глютаральдегидом)

[00144] Блок искусственного древесного материала получили по способу, описанному в Примере 1, но с 2,5% глютаральдегидом, добавленным к адгезиву TB3, в качестве дополнительного сшивающего агента. Время прессования было увеличено до 40 минут для того, чтобы позволить любым происходящим реакциями завершиться.

[00145] Этот пример показывает, что с помощью сшивающей добавки, добавленной в коммерческий адгезив, получили блок искусственного древесного материала с удовлетворительным результатом и улучшенными характеристиками разбухания (испытание прочности к кипячению) (Фигура 6).

[00146] Пример 11 – Получение искусственного древесного материала с использованием других видов древесины (сосна)

[00147] Блок искусственного древесного материала получили с использованием способа, описанного в Примере 1, но со шпоном сосны лучистой.

[00148] Этот пример показывает, что другие виды древесины (в данном случае, хвойных деревьев) можно использовать для получения искусственного древесного материала с удовлетворительным результатом.

[00149] Пример 12 – Получение искусственного древесного материала с использованием других видов древесины (сосна) с несшивающим адгезивом

[00150] Блок искусственного древесного материала получили по способу, описанному в Примере 2, но со шпоном сосны лучистой.

[00151] Этот пример показывает, что с использованием адгезива, который не сшивает, невозможно связать куски шпона в достаточной степени, и поэтому блок разрушается при испытании.

[00152] Пример 13 – Получение искусственного древесного материала с использованием других видов древесины (сосна) со сшивающим адгезивом

[00153] Блок искусственного древесного материала получили по способу, описанному в Примере 7, но со шпоном сосны лучистой.

[00154] Этот пример показывает, что при использовании адгезива на основе сшивающего ПВА можно использовать другие виды древесины (в данном случае, хвойных деревьев) с получением искусственного древесного материала с удовлетворительным результатом.

[00155] Пример 14 – Получение искусственного древесного материала с использованием других видов древесины (эвкалипт голубой) со сшивающей добавкой

[00156] Блок искусственного древесного материала получили по способу, описанному в Примере 11, но с использованием адгезива Henkel KL442. Куски в блоке не прилипли, и блок развалился при извлечении из формы.

[00157] Этот пример показывает, что не все адгезивы можно использовать для образования монолита, сохраняющего свою уплотненную форму.

[00158] Пример 15 – Получение искусственного древесного материала с использованием других видов древесины (сосна) со сшивающей добавкой

[00159] Блок искусственного древесного материала получили с использованием способа, описанного в Примере 11, но с добавлением 5 масс. % глиоксаля к адгезиву и прессованием в течение 20 минут.

[00160] Этот пример показывает, что с помощью сшивающей добавки (глиоксаля), добавленной в одну упаковку коммерческого адгезива, получили блок искусственного древесного материала с удовлетворительным результатом и улучшенными характеристиками разбухания (испытание прочности к кипячению).

[00161] Пример 16 – Получение искусственного древесного материала с использованием других видов древесины (сосна) со сшивающей добавкой и более продолжительного времени прессования

[00162] Блок искусственного древесного материала получили по способу, описанному в Примере 15, но с использованием более продолжительного (40 минут) времени отверждения в прессе.

[00163] Этот пример показывает, что с помощью сшивающей добавки (глиоксаля), добавленной в одну упаковку коммерческого адгезива, получили блок искусственного древесного материала с удовлетворительным результатом и улучшенными характеристиками разбухания (после испытания прочности к кипячению).

[00164] Пример 17 – Получение искусственного древесного материала с использованием других видов древесины (сосна) со сшивающей добавкой при более продолжительном времени прессования и с последующим нагреванием

[00165] Блок искусственного древесного материала получили по способу, описанному в Примере 16, но с последующим нагреванием при температуре 120° С в течение 2 часов в печи.

[00166] Этот пример показывает, что блок искусственного древесного материала, полученного по этому способу, проявляет стабильность при повышенной температуре.

[00167] Пример 18 – Получение искусственного древесного материала с использованием других видов древесины (бамбук)

[00168] Блок искусственного древесного материала получили по способу, описанному в Примере 1, но с использованием бамбуковой стренги вместо деревянного шпона.

[00169] Примеры 19-23 – Получение искусственного древесного материала с использованием других видов древесины

[00170] Блок искусственного древесного материала получили по способу, описанному в Примере 5, но с использованием стренг эквалипта шарикового (Пример 19), клена красного (Пример 20), дуба тасманского (Пример 21), эвкалипта большого (Пример 22) и шпонов осины (Пример 23).

[00171] Примеры с 18 по 23 показывают, что по этому способу можно использовать различные виды древесины для получения блока искусственного древесного материала, который удерживает свою форму после формования и после испытания прочности к кипячению в воде в течение 3-х часов. Механические свойства этих блоков имеют сходные свойства с обычными видами древесины лиственных деревьев.

[00172] Пример 24 – Попытка получения искусственного древесного материала со слишком толстым шпоном

[00173] Блок искусственного древесного материала получили по способу, описанному в Примере 1, но с толстыми кусками эвкалипта шарикового, вырезанного из толстой доски толщиной примерно 10 мм. Полученный блок искусственного древесного материала имел низкое качество, и в нем было много щелей, поэтому он не обладал монолитной структурой.

[00174] Пример 25 – Получение искусственного древесного материала без нагрева во время этапа прессования

[00175] Блок искусственного древесного материала получили по способу, описанному в Примере 1, но с прессованием без предварительного нагрева.

[00176] Это показывает, что блок искусственного древесного материала можно получить путем отверждения при комнатной температуре древесного блока, содержащего адгезив, отверждаемый при комнатной температуре.

[00177] Примеры 26 и 27 – Получение искусственного древесного материала с извлечением его из пресса в холодном состоянии

[00178] Блок искусственного древесного материала получен по способу, описанному в Примере 1, с использованием шпона эвкалипта голубого (Пример 26) или эвкалипта большого (Пример 27). В этих примерах блок охлаждали в форме до температуры < 40° С с использованием системы водяного охлаждения в горячем прессе.

[00179] Эти примеры показывают, что можно достичь более высокой плотности и твердости, изменяя условия обработки. Кроме того, на Фигуре 8 показан диапазон таких свойств, как плотность и твердость для блоков из соснового шпона, достичь которых можно, изменяя условия обработки.

[00180] Пример 28 – Попытка получения искусственного древесного материала со шпоном, имеющим высокое содержание влаги

[00181] Блок получили по способу, описанному в Примере 11, но без высушивания избыточной влаги из кусков шпона перед формованием. Блок был все еще влажным и гибким при извлечении его из формы, и куски шпона не прилипали друг к другу.

[00182] Этот пример показывает, что очень высокое содержание влаги нежелательно.

[00183] Пример 29 – Получение искусственного древесного материала с последующим нагреванием после извлечения его в горячем состоянии

[00184] Блок получили по способу, описанному в Примере 1, но с использованием древесины эвкалипта большого, а затем его нагревали в печи при температуре 140° С в течение 2-х часов. Блок сохранил свою монолитную форму.

[00185] Примеры 30-35 – Получение искусственного древесного материала с использованием различной ориентации шпонов

[00186] Шпоны были ориентированы по-разному в форме, как показано на Фигуре 7. По способу, описанному в Примере 1, получали блоки с использованием различных ориентаций шпона в форме. Ориентация в Примере 1 была такой, как на Фигуре 7С, ориентация в Примерах 30 и 31 была такой, как на Фигуре 7А, ориентация в Примерах 32 и 34 была такой, как на Фигуре 7Е, ориентация в Примере 33 была такой, как на Фигуре 7D, а ориентация в Примере 35 была такой, как на Фигуре 7F.

[00187] Эти примеры показывают, что ориентация шпонов, по существу, не влияет на механические свойства (плотность и твердость) (Таблица 3), хотя она сильно влияет на внешний вид плоской верхней поверхности или поверхности, обработанной резанием по длине блока.

[00188] Таблица 2 – Физические и механические свойства блоков искусственного древесного материала, полученного в Примерах (Пр. № обозначает номер Примера)

[00189] Примечание: термин «удерживание формы» означает удерживание монолитной прессованной формы материалом после его извлечения из формы; термин «испытание прочности к кипячению» означает удерживание, по существу, формы материалом, что материал не разваливается и, по существу, не трескается во время кипячения в воде в течение 3-х часов; MOE - модуль упругости, а MOR – модуль упругости при разрыве.

[00190] Таблица 3 - Влияние изменения ориентации шпонов древесины в форме на твердость и плотность (Пр. № обозначает номер Примера)

[00191] В соответствии с описанием и формулой изобретения, представленными ниже, если в контексте не указано иное, то слова «содержать» и «включать» и их варианты, такие как «содержащий» и «включающий», будут подразумевать включение упомянутого целого объекта или группы целых объектов, но не исключение какого-либо другого целого объекта или группы целых объектов.

[00192] Ссылка на какой-либо предшествующий уровень техники, приведенная в настоящем описании, не подразумевает и не должна восприниматься как подтверждение какого-либо предположения о том, что такой предшествующий уровень техники составляет часть общеизвестных сведений.

[00193] Специалистам в данной области техники будет понятно, что использование настоящего изобретения не ограничивается описанием конкретного применения. Ничто из настоящего изобретения не ограничивается предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, с точки зрения конкретных элементов и/или признаков, описанных или изображенных в настоящем документе. Понятно, что настоящее изобретение не ограничено раскрытым вариантом или вариантами осуществления, но оно допускает многочисленные перегруппировки, модификации и замены, не выходящие за пределы объема настоящего изобретения, как это изложено и определено в нижеследующей формуле изобретения.

1. Искусственный древесный материал в виде уплотненного монолита, содержащий группу кусков натуральной древесины, адгезивно связанных друг с другом сшитым при обработке термопластичным адгезивом, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью сохранения своей уплотненной формы при повышенных температурах, и температура стеклования сшитого термопластичного адгезива представляет собой температуру нормального использования искусственного древесного материала или ниже ее.

2. Искусственный древесный материал по п. 1, отличающийся тем, что сшитый термопластичный адгезив имеет температуру стеклования менее примерно 70 градусов по Цельсию.

3. Искусственный древесный материал по п. 1, отличающийся тем, что сшитый термопластичный адгезив имеет температуру стеклования менее примерно 50 градусов по Цельсию.

4. Искусственный древесный материал по п. 1, отличающийся тем, что сшитый термопластичный адгезив имеет температуру стеклования менее примерно 30 градусов по Цельсию.

5. Искусственный древесный материал по п. 1, отличающийся тем, что сшитый термопластичный адгезив имеет температуру стеклования менее примерно 20 градусов по Цельсию.

6. Искусственный древесный материал по п. 1, отличающийся тем, что сшитый термопластичный адгезив имеет температуру стеклования ниже комнатной температуры.

7. Искусственный древесный материал по п. 1, отличающийся тем, что сшитый термопластичный адгезив имеет температуру стеклования от примерно -30 градусов Цельсия до примерно 25 градусов Цельсия.

8. Искусственный древесный материал по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что группа кусков натуральной древесины механически деформирована при обработке для того, чтобы смежные куски древесины соответствовали форме друг друга.

9. Искусственный древесный материал по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что он содержит менее 15% (в процентах по массе) адгезива.

10. Искусственный древесный материал по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что он содержит менее 10% (в процентах по массе) адгезива.

11. Искусственный древесный материал по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что он содержит менее 6% (в процентах по массе) адгезива.

12. Искусственный древесный материал в виде уплотненного монолита, включающий группу кусков натуральной древесины, адгезивно связанных друг с другом сшитым при обработке термопластичным адгезивом, отличающийся тем, что профиль шпона каждого из собранных кусков древесины после прессования отличается от профиля шпона каждого из собранных кусков древесины перед прессованием и температура стеклования сшитого термопластичного адгезива представляет собой температуру нормального использования искусственного древесного материала или ниже ее.

13. Искусственный древесный материал по п. 12, отличающийся тем, что сшитый термопластичный адгезив имеет температуру стеклования менее примерно 70 градусов Цельсия.

14. Искусственный древесный материал по п. 12, отличающийся тем, что сшитый термопластичный адгезив в искусственном древесном материале имеет температуру стеклования менее примерно 50 градусов по Цельсию.

15. Искусственный древесный материал по п. 12, отличающийся тем, что сшитый термопластичный адгезив имеет температуру стеклования менее примерно 30 градусов Цельсия.

16. Искусственный древесный материал по п. 12, отличающийся тем, что сшитый термопластичный адгезив имеет температуру стеклования менее примерно 20 градусов Цельсия.

17. Искусственный древесный материал по п. 12, отличающийся тем, что сшитый термопластичный адгезив имеет температуру стеклования ниже комнатной температуры.

18. Искусственный древесный материал по п. 12, отличающийся тем, что сшитый термопластичный адгезив имеет температуру стеклования от примерно -30 градусов Цельсия до примерно 25 градусов Цельсия.

19. Искусственный древесный материал по любому из пп. 12-18, отличающийся тем, что группа кусков натуральной древесины механически деформирована при обработке для того, чтобы смежные куски древесины соответствовали форме друг друга.

20. Искусственный древесный материал по любому из пп. 12-19, отличающийся тем, что он содержит менее 15% (в процентах по массе) адгезива.

21. Искусственный древесный материал по любому из пп. 12-19, отличающийся тем, что он содержит менее 10% (в процентах по массе) адгезива.

22. Искусственный древесный материал по любому из пп. 12-19, отличающийся тем, что он содержит менее 6% (в процентах по массе) адгезива.

23. Способ изготовления искусственного древесного материала, включающий: получение группы кусков натуральной древесины, имеющих, по существу, равновесное содержание влаги; нанесение термопластичного адгезива, содержащего термопластичную смолу и сшивающий агент, на куски древесины для образования кусков древесины с адгезивным покрытием; при необходимости, нагревание кусков древесины с адгезивным покрытием для образования нагретых кусков древесины с адгезивным покрытием; сборку кусков древесины с адгезивным покрытием в заданной конфигурации для формирования собранных кусков древесины с адгезивным покрытием; прессование собранных кусков древесины с адгезивным покрытием в прессе под давлением и в течение времени, достаточного для уплотнения и прессования собранных кусков древесины для выхода запертого воздуха и механической деформации собранных кусков древесины с адгезивным покрытием таким образом, чтобы смежные куски древесины соответствовали форме друг друга; сшивание термопластичного адгезива с, по меньшей мере, предельным количеством сшивок во время этапа прессования для формирования, по меньшей мере, частично отвержденного искусственного древесного материала, при этом предельное количество сшивок является достаточным, таким образом, по меньшей мере, частично отвержденный искусственный древесный материал, по существу, сохраняет свою прессованную форму и препятствует разбуханию кусков древесины, и возврату в их исходное состояние после сброса давления на этапе прессования; извлечение из пресса, по меньшей мере, частично отвержденного древесного материала; и при необходимости, дальнейшее отверждение частично отвержденного искусственного древесного материала для получения искусственного древесного материала, имеющего, по существу, равновесное содержание влаги.

24. Способ по п. 23, отличающийся тем, что куски древесины с адгезивным покрытием нагревают для сушки адгезива и поддержания, по существу, равновесного содержания влаги в кусках древесины с адгезивным покрытием.

25. Способ по любому из пп. 23, 24, отличающийся тем, что куски древесины с адгезивным покрытием предварительно нагревают перед их сборкой в предпочтительной конфигурации и прессуют.

26. Способ по любому из пп. 23-25, отличающийся тем, что куски древесины с адгезивным покрытием нагревают до температуры от примерно 50°C до примерно 200°C.

27. Способ по любому из пп. 24-26, отличающийся тем, что куски древесины с адгезивным покрытием нагревают в течение периода времени от примерно 1 минуты до примерно 40 минут.

28. Способ по любому из пп. 23-27, отличающийся тем, что температура стеклования сшитого термопластичного адгезива представляет собой температуру нормального использования искусственного древесного материала или ниже ее.

29. Способ по любому из пп. 23-27, отличающийся тем, что сшитый термопластичный адгезив в искусственном древесном материале имеет температуру стеклования менее примерно 70 градусов Цельсия.

30. Способ по любому из пп. 23-27, отличающийся тем, что сшитый термопластичный адгезив в искусственном древесном материале имеет температуру стеклования менее примерно 50 градусов Цельсия.

31. Способ по любому из пп. 23-27, отличающийся тем, что сшитый термопластичный адгезив в искусственном древесном материале имеет температуру стеклования менее примерно 30 градусов по Цельсию.

32. Способ по любому из пп. 23-27, отличающийся тем, что сшитый термопластичный адгезив в искусственном древесном материале имеет температуру стеклования менее примерно 20 градусов Цельсия.

33. Способ по любому из пп. 23-27, отличающийся тем, что сшитый термопластичный адгезив имеет температуру стеклования ниже комнатной температуры.

34. Способ по любому из пп. 23-27, отличающийся тем, что сшитый термопластичный адгезив в искусственном древесном материале имеет температуру стеклования от примерно -30 градусов Цельсия до примерно 25 градусов Цельсия.

35. Способ по любому из пп. 23-34, отличающийся тем, что группа кусков натуральной древесины механически деформируется на этапе прессования, таким образом, смежные куски древесины соответствуют форме друг друга.

36. Способ по любому из пп. 23-35, отличающийся тем, что профиль шпона каждого из собранных кусков древесины после прессования отличается от профиля шпона каждого из собранных кусков древесины перед прессованием.

37. Способ по любому из пп. 23-36, отличающийся тем, что термопластичная смола представляет собой поливиниловый эфир.

38. Способ по п. 37, отличающийся тем, что термопластичная смола представляет собой поливинилацетат или его гидролизованную форму.

39. Способ по любому из пп. 23-38, отличающийся тем, что термопластичный адгезив, содержащий термопластичную смолу и сшивающий агент, представляет собой эмульсию на водной основе.

40. Способ по любому из пп. 23-39, отличающийся тем, что сшивающий агент представляет собой катализатор или реакционноспособный агент, выбранный из группы, включающей N-метилолакриламид, буру, карбонаты алюминия-циркония, хлорид алюминия, хлорид магния, р-толуолсульфоновую кислоту, ацетальдегид, формальдегид, мочевинный формальдегид, меламинформальдегид, триметилолмеламин, медноаммиачные комплексы, комплексы хрома, органические титанаты, дихроматы, полиальдегид, бутиральдегид, эфиров хлорформиат, мочевину, изоцианаты и карбонаты циркония аммония.

41. Способ по п. 40, отличающийся тем, что сшивающий агент представляет собой хлорид алюминия.

42. Способ по п. 40, отличающийся тем, что сшивающий агент представляет собой р-толуолсульфоновую кислоту.

43. Способ по любому из пп. 23-42, отличающийся тем, что куски древесины с адгезивным покрытием собраны в предпочтительной конфигурации по форме.

44. Способ по любому из пп. 23-43, отличающийся тем, что собранные куски древесины прессуют под давлением приблизительно от 4 до 20 МПа.

45. Способ по любому из пп. 23-44, отличающийся тем, что сшивание инициируется нагреванием во время этапа прессования.

46. Способ по п. 45, отличающийся тем, что собранные куски древесины выдерживаются при температуре от примерно 70°C до примерно 150°C на этапе прессования.

47. Способ по любому из пп. 23-46, отличающийся тем, что на этап прессования требуется от примерно 5 минут до примерно 90 минут.

48. Способ по любому из пп. 23-47, отличающийся тем, что, по меньшей мере, частично отвержденный искусственный древесный материал извлекают из формы, пока он еще в теплом состоянии.

49. Способ по любому из пп. 23-48, отличающийся тем, что частично отвержденный искусственный древесный материал подвергают дальнейшему этапу отверждения для получения искусственного древесного материала.

50. Способ по любому из пп. 23-49, отличающийся тем, что искусственный древесный материал содержит менее 15% (в процентах по массе) адгезива.

51. Способ по любому из пп. 23-49, отличающийся тем, что искусственный древесный материал содержит менее 10% (в процентах по массе) адгезива.

52. Способ по любому из пп. 23-49, отличающийся тем, что искусственный древесный материал содержит менее 6% (в процентах по массе) адгезива.

53. Способ по любому из пп. 23-52, отличающийся тем, что куски натуральной древесины имеют максимальную толщину от примерно 0,1 мм до примерно 10 мм.

54. Способ по любому из пп. 23-53, отличающийся тем, что древесина для кусков натуральной древесины выбрана из группы, включающей эвкалипт, сосну, клен красный, клен квинслендский, ясень, осину, дерево грецкого ореха, дуб, красное дерево, березу, махагониевое дерево, эбеновое дерево, вишневое дерево, сосну орегонскую, тополь и травянистые растения, такие как бамбук.

55. Способ по любому из пп. 23-54, отличающийся тем, что древесина представляет собой сосну.

56. Способ по любому из пп. 23-54, отличающийся тем, что древесина представляет собой эвкалипт.

57. Способ по любому из пп. 23-56, содержащий сборку кусков древесины с адгезивным покрытием или высушенных кусков древесины с адгезивным покрытием в такой конфигурации, что длина кусков древесины в направлении волокон является, по существу, такой же, как и длина искусственного древесного материала для получения собранных кусков древесины.

58. Способ по любому из пп. 23-57, отличающийся тем, что искусственный древесный материал подходит для использования на внешней поверхности и обладает предпочтительными физическими свойствами и эстетичным внешним видом, подходящим для конечного использования.

59. Способ по любому из пп. 23-58, отличающийся тем, что адгезив содержит, по меньшей мере, одну добавку, выбранную из группы, включающей агенты регулирования разбухания, фунгициды, инсектициды, красители, УФ-стабилизаторы, наполнители, разбавители, огнестойкие агенты, антипирены и волокна.

60. Искусственный древесный материал, полученный способом по любому из пп. 23-59.