專利名稱：一種重組木及其制造方法
一種重組木及其制造方法技術領域：
本發明涉及木材或類似材料的加工技術領域，尤其涉及人造板的加工制 造，具體地說，是一種重組木及其制造方法。背景技術：
1973年，澳大利亞聯邦科學與工業學院(CSIRO)科學家JOHN DOUGLAS COLEMAN提出"重組木"(SCRIMBER OR VALW00D)的技術設想，即是將小徑 木、制材剩余木材等原料碾壓成一種縱向沒有斷裂、橫向分離的木束，經過 施膠粘合，.熱壓成各種規格的人造板。1986年，澳大利亞南方木材公司根據 這一技術建立工廠進行生產，但在實際生產中因存在諸多問題而導致工廠于 1991年停產。產生的技術問題主要是重組木產品的橫向翹曲和密度分布不 均等問題。由于重組木是將利用價值低的小徑木或制材剩余廢料進行充分利用，它 對緩解目前的木材資源緊張具有現實和重要的意義，因此，許多國家參與了 重組木的研究，到目前，美國有兩條生產線在積極籌建之中；日本探索利用 定向刨花板技術在重組木表層鋪蓋一層普通刨花以解決重組木橫向翹曲的研 究已取得突破；此外，沙特阿拉伯、英國、加拿大等國也都參與了該領域的 研究，重組木技術在世界范圍備受關注。在我國，對重組木的研究始于1986年后，南京林業大學兩教授對澳大利 亞南方木材公司進行了考察。之后，江西木材廠用空氣錘擊木束的方法完成 了我國第一代重組木的試驗；東北林業大學就碾壓原料的受力進行了分析， 并對形成機理進行了探索，從理論上分析了碾壓、扭搓的力學機理和強度條 件；姜新波對重組木工業化產品進行了試驗研究，分析了采用碾壓加工是分 離木束比較理想的方式等。另外，我國借鑒重組的概念結合我國森林資源特點而開始的重組竹的研究取得了一些進展，并相繼建立了一些工廠，但是， 由于重組竹產品出現了霉變、開裂等問題而導致大量退貨的現象正考驗著消 費者對重組竹產品的信心。因此，現有的重組竹技術對重組木研究的借鑒作 用還是有限的。
重組木技術發展至今已有20多年的歷史了，但是，重組木產品在市場上 還不多見，有關研究的報道也很少，這些都意味著，重組木技術的研究尚未
有新的突破，重組木產品還沒被市場所接受。這既有重組木產品質量的問題 如產品性能不穩定、易霉變、橫向易翹曲、易開裂等，也有產品成本價格的 問題，如生產周期長、耗能高、效能低等等。而這些問題的產生與其原料制 備過程是有密切關系的。重組木的原料制備為小徑木或制材剩余材料縱向沒 有斷裂、橫向己分離的木束，它們雖然保持了木質纖維原有的排列結構，能 使合成產品的性能接近木材，但是，由于這些木束纖維的性能是不均一的， 不同材質的性能明顯不同；此外，木質纖維的化學組成包括纖維素、木質素、 半纖維素、脂肪蠟質和微量灰分，其中半纖維素是一些低分子量的聚糖化合 物，主要由多聚戊糖和多聚己糖組成，其分子量小、聚合度小、化學性質很 不穩定，有比纖維素高得多的吸水性能，它很容易引起重組木產品的霉變、 翹曲和開裂；而現有的重組木原料制備工藝并沒有對上述問題作進一步的處 理，因此，其制造出來的產品免不了在性能上出現問題。
此外，現有重組木生產技術采用的是熱壓工藝，其熱壓周期長、產量低、 耗能高、冷卻水用量也大，但卻不能保證產品質量。這是因為在熱壓過程中， 膠粘劑進一步縮聚反應，還將釋放出水分，這些水分和原來木質纖維中的水 分會隨著溫度的升高變成氣體往外釋放，而現有技術采用卸壓來使這些氣體 往外排放，在卸壓之前或是最后一次卸壓之后，這些氣體會破壞膠粘劑的粘 接強度及纖維的物理性質，產生脫膠、內碳等現象。
綜上所述，可以這么說，國內外對重組木的研究以及工業化生產的嘗試 還處于初始階段，目前重組木產品的缺陷是大家關心以及該產業發展急需解 決的問題。
發明內容
本發明的目的于克服現有技術的不足，針對重組木產品質量不穩定，易 霉變、易開裂、橫向易翹曲等的問題，提供一種質量好，不霉變、不開裂、 橫向不翹曲的重組木產品；本發明的另一各目的是，針對重組木現有生產技 術耗能高、效能低等問題，提供一種工藝合理，生產效率高、能耗低、產品 質量好的重組木的制造方法。
為實現以上目的，本發明采取的技術方案是
一種重組木，以樹枝為原料，將其截斷去皮并碾壓成束狀長纖維，并浸 漬有水溶性酚醛樹脂膠粘劑，其特征是，經去半纖維素和果膠、浸漬水溶性 酚醛樹脂膠粘劑、真空抽提含游離酚、游離醛的水分、溫壓成型材、固化及 后固化制得，其物理力學性能為密度為0. 9 1. 3 g/cm3 ，硬度為60 120MPa， 靜曲強度為90 150MPa,吸水膨脹率為0. 3 2%，甲醛釋放量為O. 1 0. 4mg/L。
為實現以上目的，本發明采取的技術方案是-
一種重組木的制造方法，其生產步驟包括 (1)原料準備
A、木質長纖維增強體的制備
A-l，取樹枝為材，用機械將其截斷后并剝去皮，將其碾壓成束狀長纖維；
A-2，將束狀長纖維放置在含0.5 2%的氫氧化鈉溶液中，加溫至80 90 °C,浸泡2 3小時后再用清水浸泡半小時，獲得半纖維素和果膠含量占纖維 整體12%以下的束狀長纖維；
A-3，將半纖維素和果膠含量占纖維整體12%以下的束狀長纖維放置在染 色池里浸煮，調制所需的顏色后取出；
如產品對顏色無特殊要求可省去A-3步驟；
如產品要求的顏色為咖啡色，可在碳化爐里碳化以替代A-3步驟； 如產品對顏色要求為本色，可將半纖維素和果膠含量占纖維整體12%以下 的束狀竹纖維放置在1 2%雙氧水溶液里浸煮2 4小時以替代A-3步驟； A-4，將以上處理好的束狀長纖維在IO(TC溫度下干燥至含水率為8 12%，經分撿后以等份重量捆扎好；
B、水溶性酚醛樹脂基體的制備
在反應釜里制備水溶性酚醛樹脂膠粘劑，苯酚、甲醛的摩爾比為1: 1. 15 1. 50，制得膠粘劑的樹脂分子量在100 400，固含量為18 25%，在25"下黏度為100 300 cPa;將水溶性酚醛樹脂膠粘劑置于浸膠池內；
水溶性酚醛樹脂為添加功能組分的改性水溶性酚醛樹脂；
(2) 浸膠
將捆扎好的束狀長纖維放入浸膠筐內，用行車吊至浸膠池里浸膠5 15分鐘，實現水溶性酚醛樹脂膠粘劑對束狀長纖維的滲透，之后提至瀝膠平臺瀝膠10 30分鐘；
(3) 提取
將瀝膠后含膠的束狀長纖維放入真空容室里，加溫并抽提真空，在纖維溫度在40 80°C、容室內真空度小于50KPa的條件下抽提含膠束狀纖維中含有游離酚、游離醛的水分，使纖維含水率保持在8 15%，溫度保持在70 80'C之間；
將抽提的含游離酚、游離醛的水分經冷卻貯存在ie存罐里，作下一次制
膠、配膠的用水；
(4) 溫壓
將提取步驟中溫度為70 8(TC之間、含水率為8 15%的束狀長纖維根據復合材料密度需要的重量放入液壓機的進料系統，由進料系統將束狀長纖維移入模腔進行壓制，壓力為3 30Mpa; '
較佳的壓力為6 9 Mpa;
(5) 固化
溫壓后，將壓制好的型材立即進行固化，此時束狀長纖維制品的溫度在70 8(TC之間，對其繼續加溫至130 150。C，并保持3 4小時使其固化；
(6) 后固化
將固化好的木質長纖維復合材料型材經脫模后在倉庫里陳放7 15天，完成釋放內應力的后固化過程，7 15天后即成木質長纖維復合材料型材；其
物理力學性能為密度為0.9 1.3 g/cm3，硬度為60 120MPa，靜曲強度在 90 150MPa，吸水膨脹率為0. 3 2%，甲醛釋放量為0. 1 0. 4mg/L。
本發明的制造方法，其實質是將原料木質纖維束經過去半纖維素和果膠 成分的處理，使木質纖維內部細胞與細胞之間及細胞壁中的空隙空間增大和 增多，使水溶性酚醛樹脂膠粘劑可以通過溶劑水有效地滲透到這些空隙空間， 再通過對溶劑水分揮發后的木質纖維經過溫壓壓制和高溫固化，使酚醛樹脂 分子交聯成具有相當強度的不溶不熔的體型結構，網絡狀地將木質纖維牢固 地連接在一起。而這些處理后的木質纖維空隙，有的呈釘子狀，有的呈勾狀， 有的呈發散錐狀，有的空隙形狀往往很復雜，大空隙里還延伸著小空隙，像 樹根一樣，水溶性酚醛樹脂膠粘劑固化后在這些空隙中產生強大的機械結合 力，像釘子、像鉤子、像榫子、像樹根一樣形成牢固的結合力，使重組木材 料的物理力學性能保持在密度為0.9 1.3 g/cm3，硬度為60 120MPa，靜 曲強度為90 150MPa，吸水膨脹率為0. 3 2%,甲醛釋放量為0. 1 0. 4mg/L。
本發明一種重組木及其制造方法的積極效果是
(1) 提供一種質量好，不霉變、不開裂、橫向不翹曲的重組木產品，其 物理力學性能為密度在0. 9 1. 3 g/cm3之間，硬度在60 120MPa之間，靜曲 強度在90 150MPa之間，吸水膨脹率在0. 3% 2%之間，甲醛釋放量在0. l 0.4mg/L之間。
(2) 提供一種工藝合理，生產效率高、能耗低、無環境污染、且生產流 程連續性強，銜接度高，可實現規模化生產的重組木的制造方法。
(3) 為充分合理地利用樹枝資源提供了一種積極的技術方案，使植物纖 維復合材料的應用前景更為光明。
具體實施方式
以下結合實施情況具體說明本發明一種重組木的制造方法。
9規格為1500X200X200 mm的重組木的制造方法，其生產步驟包括 (1)原料準備
A、木質長纖維增強體的制備
A-l，取材為修剪后被棄的桑樹枝(也可采用蘋果樹、梨樹等其它樹種)， 用機械將其截成1500Mi長度后并剝去樹皮，再用碾壓機將其碾壓成束狀長纖 維；
取材時應注意選用同一材質的原料，至少在同一批產品的生產中應這樣， 使膠粘劑對纖維的滲透能達到了同一性，減少纖維粘接強度不均勻的問題， 使束狀纖維接觸膠粘劑的表面積最大化，有利于膠粘劑對纖維的滲透，并且 對束狀纖維在整個生產流程中的移動不構成影響。
A-2，將A-1步驟所得束狀長纖維放置在含1%的氫氧化鈉溶液中，加溫至 8(TC，浸泡2小時后再用清水浸泡半小時，獲得半纖維素和果膠含量占纖維 整體12%以下的束狀長纖維；
木質纖維的化學成分主要包括纖維素、半纖維素、木質素、果膠及微量 的礦物鹽類等，其中纖維素和木質素占整體的80%左右；半纖維素是一些低分 子量的聚糖化合物，主要由多聚戊糖和多聚己糖組成，其分子量小，聚合度 小，化學性質很不穩定，在纖維中呈粉末狀，吸水性比纖維素高很多；果膠
是一種具有酸性的混雜糖，分布在纖維細胞之間、纖維細胞與非纖維細胞之 間，以及填充在初生壁的一些空隙里，半纖維素和果膠的存在是重組木產品 易發生霉變的主要原因。這些小分子量物質在原有纖維中起著粘接作用，但 其粘接力遠不足以抵消重組木產品受高壓而形成的內應力，加上半纖維素極 好的吸水性能，這些成為重組木產品易開裂的主要原因。
由于半纖維素具有很不穩定的化學性質，果膠是含有糖醛酸單元的一種 混雜鏈構成的物質，它們在稀堿溶液中很容易被去除，因此，本發明采用加 入少量稀堿來除去樹枝纖維中的半纖維素和果膠成分，使處理后的木質纖維 中半纖維素和果膠的含量很低。
A-3，將A-2步驟所得半纖維素和果膠含量占纖維整體12%以下的束狀長纖維放置在碳化爐里，在2KG壓力，3小時的條件下進行碳化，制得深色束狀 長纖維；
如產品對顏色無特殊要求可省去此步驟；
如產品對顏色的要求為本色，可將半纖維素和果膠含量占纖維整體12% 以下的束狀竹纖維放置在l 2y。雙氧水溶液里浸煮2 4小時以替代A-3步驟；
如產品要求的顏色為其他顏色，可將半纖維素和果膠含量占纖維整體12% 以下的束狀長纖維放置在染色池里浸煮，調制所需的顏色后取出；
A-4，將A-3步驟所得的深色束狀長纖維在IO(TC溫度下干燥至含水率為 12%，經分撿后以等份重量5KG—捆扎好；
經過上述處理，木質纖維細胞之間及細胞壁中的空隙空間增大和增多， 使后面的膠粘劑對木質纖維的滲透能更加充分，能保證重組木產品的質量。
B、水溶性酚醛樹脂基體的制備
在反應釜里制備水溶性酚醛樹脂膠粘劑，苯酚、甲醛的摩爾比為1:1.3， 制得膠粘劑的樹脂平均分子量在150,固含量為19%，在25匸下黏度為200cPa; 將水溶性酚醛樹脂膠粘劑置于浸膠池內；
采用B步驟所得水溶性酚醛樹脂作為基體，制得的膠粘劑為甲階樹脂， 有優良的滲透性能，固化物有耐高溫、耐燃燒的特性，粘接強度高，熱變形 溫度高，脫模時變形小，使用水為溶劑，既環保，成本也低，苯酚、甲醛的 摩爾比使重組木產品的甲醛釋放量得到有效控制，固體含量又使上膠量得到 控制。
(2) 浸膠
將捆扎好的束狀長纖維放入浸膠筐內，用行車吊至浸膠池里浸膠5分鐘， 實現水溶性酚醛樹脂膠粘劑對束狀纖維的滲透，之后提至瀝膠平臺瀝膠15分 鐘。
以浸膠的方式進行施膠，可通過被浸纖維的含水率、膠水的溫度、黏度 及固體含量對上膠量進行控制。
(3) 提取
ii將瀝膠后的含膠纖維放入真空容室里，加溫并抽提真空，由于水溶性酚
醛樹脂膠粘劑是甲階的酚醛樹脂，當溫度達到8(TC后，其縮聚反應就會加快， 因此，在木質纖維溫度達到80'C、容室內真空度小于50Kpa的條件下抽提含 有游離酚、游離醛的水分，并將抽提的含游離酚、游離醛的水分經冷卻IC存 在貯存罐里作下一次制膠、配膠的用水，使木質纖維含水率保持在12%左右， 溫度保持在70 80"C之間。
采用真空抽提含有游離酚、游離醛的水分這樣的方式是非常環保的，既 避免了有害物質揮發到空氣中去污染環境，又有效地回收了游離酚、游離醛， 減少了溶質揮發的損失，節省了成本。
在"提取"步驟中，真空容室內的壓力始終低于大氣壓，氣體分子量少、 密度低、含氧率低又起到了滅菌的作用，而霉菌的滋生對重組木產品質量的 影響是非常大的，現有技術正是因為始終沒有滅菌處理，其晾干的方式又使
霉菌有了滋生的機會，因此影響了產品的質量。所以說，本發明的這一工藝 步驟是非常合理、可行和有效的，它既控制了甲階樹脂的反應進程，又控制 了產品的染菌機會。
(4) 溫壓
將提取步驟中溫度為70 8(TC之間、含水率在12%左右的束狀木質纖維 12捆/批放入液壓機的進料系統，由進料系統將束狀纖維移入模腔進行壓制， 壓力為9MPa。
本發明采用了真空條件下的水分揮發方式，由于木質纖維內里與表面的 壓力差較大，在壓力梯度的作用下，水分很快移向表面，不會出現表面硬化； 此外，由于木質纖維被壓制時溫度保持在70 80。C之間，含水率在8 15%之 間，在此物理條件下，木質纖維的柔軟性非常好，所以其所需壓力不大，只 有3 30 Mpa，因此，壓制時的能耗就大大減少。
以溫壓的方式實現束狀木質纖維成型，對產品密度的要求可通過壓機的 壓力及纖維的含水率、柔軟程度等來進行控制。
(5) 固化溫壓后，將壓制好的型材立即進行固化，此時束狀木質纖維的溫度在70 8(TC之間，對其繼續加溫至135。C，并保持3小時，使其固化。
"提取"、"溫壓"、"固化"這三個步驟是不間斷連續操作的，可在最大 程度上節省能源含膠束狀木質纖維在真空容室內被加溫并保持在70 80°C 之間，隨后就進行溫壓，溫壓后立即進行固化，這樣，束狀木質纖維制品的 溫度基本上沒有浪費，固化也是在這個溫度上繼續加溫的，非但沒有浪費能 源并且還縮短了固化步驟的時間(省卻了將束狀木質纖維從室溫加熱到70 8(TC的時間和能源)。
固化工藝可通過時間和溫度來進行控制。 (6)后固化
后固化是本發明最后的生產程序，是將固化好的重組木型材經脫模后在 倉庫里陳放15天，完成釋放內應力的后固化過程，15天后即成重組木型材。
本發明的制造方法同樣適合生產以小徑材、灌木材為原料的木質纖維重 組木產品。
權利要求
1、一種重組木，以樹枝為原料，將其截斷去皮并碾壓成束狀長纖維，并浸漬有水溶性酚醛樹脂膠粘劑，其特征在于，經去半纖維素和果膠、浸漬水溶性酚醛樹脂膠粘劑、真空抽提含游離酚、游離醛的水分、溫壓成型材、固化及后固化制得，其物理力學性能為密度為0.9～1.3g/cm3，硬度為60～120MPa，靜曲強度為90～150MPa，吸水膨脹率為0.3～2％，甲醛釋放量為0.1～0.4mg/L。
2、 一種如權利要求1所述的重組木的制造方法，其生產步驟包括(1) 原料準備A、 木質長纖維增強體的制備A-l，取樹枝為材，用機械將其截斷后并剝去皮，將其碾壓成束狀長纖維;A-2，將束狀長纖維放置在含0.5 2%的氫氧化鈉溶液中，加溫至80 90 °C，浸泡2 3小時后再用清水浸泡半小時，獲得半纖維素和果膠含量占纖維 整體12%以下的束狀長纖維；A-3，將半纖維素和果膠含量占纖維整體12%以下的束狀長纖維放置在染 色池里浸煮，調制所需的顏色后取出；A-4，將以上處理好的束狀長纖維在IO(TC溫度下干燥至含水率為8 12%， 經分撿后以等份重量捆扎好；B、 水溶性酚醛樹脂基體的制備在反應釜里制備水溶性酚醛樹脂膠粘劑，苯酚、甲醛的摩爾比為1: 1. 15 1.50，制得膠粘劑的樹脂分子量在100 400，固含量為18 25%，在25'C下黏 度為100 300 cPa;將水溶性酚醛樹脂膠粘劑置于浸膠池內；(2) 浸膠將捆扎好的束狀長纖維放入浸膠筐內，用行車吊至浸膠池里浸膠5 15 分鐘，實現水溶性酚醛樹脂膠粘劑對束狀長纖維的滲透，之后提至瀝膠平臺 瀝膠10 30分鐘；(3) 提取將瀝膠后含膠的束狀長纖維放入真空容室里，加溫并抽提真空，在纖維溫度在40 80°C、容室內真空度小于50KPa的條件下抽提含膠束狀纖維中含 有游離酚、游離醛的水分，使纖維含水率保持在8 15%，溫度保持在70 80 "C之間；(4) 溫壓將提取步驟中溫度為70 8(TC之間、含水率為8 15%的束狀長纖維根據 復合材料密度需要的重量放入液壓機的進料系統，由進料系統將束狀長纖維 移入模腔進行壓制，壓力為3 30Mpa;(5) 固化溫壓后，將壓制好的型材立即進行固化，此時束狀長纖維制品的溫度在 70 8(TC之間，對其繼續加溫至125 135。C，并保持3 5小時使其固化；(6) 后固化將固化好的木質長纖維復合材料型材經脫模后在倉庫里陳放7 15天， 完成釋放內應力的后固化過程，7 15天后即成一種重組木型材。
3、 根據權利要求2所述的重組木的制造方法，其特征在于，在生產步驟 (1)中，所述的水溶性酚醛樹脂為添加功能組分的改性水溶性酚醛樹脂。
4、 根據權利要求2所述的重組木的制造方法，其特征在于，在生產步驟 (4)的溫壓中，壓力為6 9 Mpa，木質長纖維增強體的溫度在70 8(TC之間。
5、 根據權利要求2所述的重組木的制造方法，其特征在于，在生產步驟 (3)的提取中，將抽提的含游離酚、游離醛的水分經冷卻貯存在貯存罐里，作下一次制膠、配膠的用水。
6、 根據權利要求2所述的重組木的制造方法，其特征在于，如產品對顏 色無特殊要求可省卻生產步驟A-3。
7、 根據權利要求2所述的重組木的制造方法，其特征在于，如產品對顏 色要求為本色，可將半纖維素和果膠含量占纖維整體12%以下的束狀竹纖維放 置在1 2%雙氧水溶液里浸煮2 4小時以替代生產步驟A-3。
8、 根據權利要求2所述的重組木的制造方法，其特征在于，如產品顏色要求為咖啡色，可將半纖維素和果膠含量占纖維整體12%以下的束狀長纖維放 置在碳化爐里碳化以替代生產步驟A-3。
9、 根據權利要求8所述的重組木的制造方法，其特征在于，所述的碳化， 其工藝為將半纖維素和果膠含量占纖維整體12%以下的束狀長纖維放置在碳 化爐里，在2公斤壓力、3小時的條件下進行碳化，制得深色束狀長纖維。
10、 根據權利要求2所述的重組木的制造方法，其特征在于，經生產步 驟(6)后固化完成的一種重組木型材，其物理力學性能為密度為0.9 1.3 g/cm3 ，硬度為60 120MPa，靜曲強度為90 150MPa，吸水膨脹率為0. 3 2%， 甲醛釋放量為0. 1 0. 4mg/L。
全文摘要
本發明一種重組木及其制造方法，所述的重組木是以樹枝為原料，將樹枝截斷、去皮并碾壓成束狀長纖維，經去半纖維素和果膠、浸漬水溶性酚醛樹脂膠粘劑、真空抽提含游離酚、游離醛的水分、溫壓成型材、固化及后固化制得，其物理力學性能為密度為0.9～1.3g/cm³，硬度為60～120MPa，靜曲強度為90～150MPa，吸水膨脹率為0.3～2％，甲醛釋放量為0.1～0.4mg/L。本發明的優點是提供了一種不霉變、不開裂、橫向不翹曲的重組木產品；其制造方法工藝合理、效率高、能耗低、無環境污染、且生產流程連續性強，銜接度高，可規模化生產；使充分利用樹枝資源的前景更為光明。
文檔編號B27N3/04GK101642924SQ20081004152
公開日2010年2月10日 申請日期2008年8月8日 優先權日2008年8月8日
發明者峰 仇 申請人:峰 仇