TW200810918A - Wood composite material containing paulownia - Google Patents

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200810918 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種木材複合材料，尤指一種含泡桐類之 木材複合材料。 【先前技術】 木材為用以建構門及其他建築學建築元件之常用材料。 即使在今天，在開發若干新穎種類之複合材料之後，木材 由於其優良之強度及硬度、合意之美觀性、良好之絕緣性能 及簡易之可使用性，而仍然為最廣泛使用之結構材料之一。 然而，近年來實木原木材之成本隨著老熟林及原始森林 之逐漸耗損引起其供應縮減而顯著增加。因為通常所砍伐 之原木材中少於一半轉化成天然實木用材，其餘均作為廢 料丟棄，所以由此材料製造門尤其昂貴。 口此，由於南級原木材之成本以及愈發強調節約自然資 源’因此已開發天然實木用材之木材基替代物，其更有效 地使用所砍伐之木材且減少作為廢料丟棄之木材量。膠合 板、粒子板、及定向條板（"OSB”）為天然實木用材之木材 基複合物替代物之實例，在過去七十五年中，其在許多結 構應用中已替代天然實木用#。此等木材基複合物不僅更 有效地使肖可彳ϋ材供應，且其亦可由低級木材種類且 甚至由廢木材形成。 …、而#官此等木材基複合物之諸如強度及絕緣特性之 效能㈣與天然實木用材相當或較其優越，但一些使用者 已抱心在某些馬水分環境（諸如外部板壁）中，當水渗入材 121809.doc 200810918 料之邊緣且使其膨脹時，複合材料之邊緣經受脹開且破 裂。為了防止此損害，已開發了多種技術，諸如，將金屬 或聚合嵌條黏附至木材之邊緣，或者將一聚合物塗層或薄 膜層塗覆至複合材料之易滲水邊緣。此等技術對於防止邊 緣脹開及破裂係有效的，但其具有大大增加材料之成本及 用以製備其之製造方法之複雜性的缺點。 鑒於前述内容，仍存在對可解決此等不足之木材複合材料 之需求。值得注意的是，此木材複合材料將具有比實木用材 優越或與其相當之效能，同時，其比習知〇SB材料輕（密度 低），具有較好表面修整，其將可能消除對於壓製後打磨步 驟之需要，且具有對邊緣脹開及其他此等水分相關缺陷之優 良抵抗性。另外，此木材複合材料在某種程度上併有獲自比 習知用於木材複合材料之彼等種類生長快之樹種之纖維。 【發明内容】 ' 本發明係關於一種木材複合材料，其包含··上表面層及 下表面層及一核心層；其中該核心層含有至少約85重量百 为比之泡桐類條片（paul〇wnia strands)，·且該等表面展人有 至少約85重量百分比之其他較高密度非泡桐類木材條片。 【實施方式】 ^ ° 除非另作說明，否則本文所使用之所有份數、百分比及 率均由重量表示。本文所引用之文獻以引用的方式併入。 如本文所使用，”木材”意指具有包含由木質素聚人物妹 合在一起之纖維素及半纖維素纖維之細胞壁的細胞結構= 應進一步注意，術語”木材”通常包含木質纖維素材料。 121809.doc 200810918 木材複“才料，，意謂包含木材及一或多種諸如黏著劑或 故之木材複合物添加劑之複合材料。木材通常呈薄板、薄 層、條月、薄片、粒子及碎片之形式。木材複合 限制性實例包括定向條板(”⑽”)、方薄片型粒片板 (waferb0_ard)、粒子板、碎木片板、中密度纖維板、膠合 板、平行束狀材、定向束狀材及層塵束狀材。木材複人材 料之共同特徵在於其為包含經聚合樹脂及其他特別添力口口劑 黏合之條片及層合薄板之複合材料。如本文所 |，薄層”、”條厂，、”碎片”、"粒子，，及，，薄片”彼此等效且; 互換使用。木材複合材料之非專有性描述可見於m Rothmer Encyclopedia of Chemical Techn〇i〇gy之增刊，第 765-810頁，第6版中。 本發明係針對包含泡桐類條片之木材複合材料（尤其木 材複合板及面板）。作為材料之泡桐類具有許多相對於通 常用於木材複合板中之其他木材材料之優勢。最值得注意 的疋泡桐類比其他類似木材種類生長快。另外，泡桐類受 咼水分環境的影響較小。此外，泡桐類具有優良的強度/ 重量比··密度比其他木材種類小得多。快速生長的木材種 類（諸如，泡桐類）之一缺點在於，彼等種類傾向於生產密 度較低的木材，且具有高份額之幼齡木材。在給定種類 中，由於幼齡木材之強度低，因此對於在木材複合物中使 用’其與成熟木材相比不夠理想。由於密度與硬度及強度 相關，所以低密度種類（諸如，泡桐類）傾向於具有較低的 在木材複合物中使用之價值。舉例而言，具有特定尺寸之 121809.doc 200810918 泡桐類：材不如具有相同大小之其他木材材料般結實，因 此必須藉由將泡桐類切割為較厚的片或將其與其他木材材 料起使用來獲得優越或相當的強度效能。 泡桐類樹（包括諸如以下之種類·毛泡桐（ρ_〇_ ㈣entosa)及蘭考泡桐（paui〇wnia心叫叫白桐 (PauWnia kawakamii)、白花泡桐（paui〇wnia f〇伽叫、 川泡桐（PaUl〇Wnia fargesii)、楸葉泡桐（Paulownia

Catalpif〇lia)、鄂川泡桐_州叫南方泡桐 (P滅wnia australis)及臺灣泡桐（paul。觀^ 繼））為 中國大陸原產之樹種。纟已尤其經曰本人用於裝飾目的以 及某些結構應用"數個世紀之久。其為在春天長出類似 於毛地黃之長形花及大柔軟葉子的具有吸引力之樹。其通 常生長於競爭較少之受擾區且可遍及美國之大部分地方發 現於礦地、廢棄地、路#以及人造林中。事實上，泡桐類 之快速生長概況意謂生長於種植園環境巾之泡桐樹已展示 在短達兩至三彳中達到可採伐用於木材複合材料的尺寸。 根據本發明製備之板或面板可以各種不同材料（諸如木 材或木材複合材料，諸如定向條板（”〇SB，，D之形式製得。 除了泡桐類之外，此等0SB面板亦併有來自其他合適：木 材種類材料（包括，天然存在的硬木或軟木種類，其為單 一型或混合型，不管此木材為乾材（具有2重量百分比與U 重重百分比之間的水分含量）或濕材（具有3〇重量百分比與 2〇〇重量百分比之間的水分含量））之條片。除了泡桐類^ 外，合適的木材種類包括松樹種類，諸如，火炬松、弗士 121809.doc 200810918 尼亞松（Virginia Pine)、濕地松 ^ ^ , . , 短葉松及長葉松，以及 白知或其他類似於白楊木之硬木種類。 在本發明中，泡桐類條隹 、條片-中於核心層中且其他木材種 卞片木中於表面層中。較佳地’表面層含有小於15重量 =之泡桐類，及大於約85重量百分比之其他非泡桐類 木材種類之條片。鲂^土 士 ^奴仏地，核心層含有小於15重量百分比 之其他木材種類及大於約85重量百分比之泡桐類條片。 關於泡桐類條片在木材複合物中之濃度增加的—個特定 結果為木材複合材料之密度將較小。舉例而言，滿足PS_2 標準且不含有任何泡桐類條片之〇SB板具有約％如如至 为48 lbs/ft之靶圍内的密度。南方松之密度在加…至 48 lbs/ft3^42 圍内。相反，完全由泡桐類條片製成且經製造以滿足PS。 標準之⑽板將具有約2〇 lbs/ft3至約4〇 —之範圍内的 松度。對於無須滿足仏2標準之其他應用，可製造密度低 至之適用木材複合物，且在此等其他應用中，將 泡桐類與其他木材種類混合可能為理想的。當然，在此等 -合型木材種類複合物中使用之泡桐類條片之份額愈高， 則該板或面板之密度愈低。面板應具有約o.“m(約1/4，，） 至約1 0.2 cm(約4”）之厚度。 通常’將原生或再生的原木材起始材料切割為具有所要 尺寸及形狀之條片、薄片或薄層，此對於—般熟習此項技 術者而言係熟知的。該等條片較佳地為長度大於2吋、寬 度大於G.3叶且厚度小肢叫。耗不意欲受理論束缚，、 121809.doc 200810918 但咸信，較异> Y文 而改良最終羞品即長Γ於约6物准許較好對齊 好產品品質而言為=。：已:均一寬度之條片對於較 使其對每-尺寸之你、H片幾何形狀允許製造商 |条{之加工最優化。與 條片皆為4吋4吋，g|| ^ 舉例而若所有 單-層内對齊。若、:：向器可經最優化以使彼等條片於 片右添加長度為1吋且 片，則彼等條片中之-此者可m， 5时之條 定向之條片降低彦口 _ μ疋向器滑向側面。交又 牛低產°σ之總機械強度/硬度。 在切割條片之德， 佳介於以至i8%之門、^ 乾燥至約1 %至20%，較 菩用切 更佳3%至約15%之水分含量，且接 =或多種聚合熱固性黏合劑樹脂、犧及其： 以主佈。即冑黏合劑及添加劑可 子之小粒子w ^務化粒子或固體粒 二子开以’其不在木材材料上形成連續塗層，但塗 = 材枓上之黏合劑樹脂及其他各種添加劑在本文+ r°f知地，黏合劑、壤及任何其他添加劑= 土或夕種噴塗、摻合或混合技術塗覆於木材材料上，較 t技術為當使木材條片在筒式摻合器中滾動時，將壞 脂及其他添加劑噴塗於該等條片上。 s、 在以所要塗料及處理化學品塗佈及處理之後，使 經塗佈之條片以形成多層範片。在用於形成多層乾片之羽 知方法中’使經塗佈之木材材料以兩層或兩層以上，較2 二層之系列展布於傳送帶上。較佳地，將該等條片以交互 層形j定位於傳送帶上，其中相鄰層中之，，條片，，通常彼此 垂直定向，但熟習此項技術者亦應理解，由此方法製得之 12l809.doc -10- 200810918 產品可具有皆在同一 方向上對齊或隨機而不具有特定對齊 之條片。 各種聚°树月曰（較佳為熱固性樹脂）可用作木材薄層或條 片之站口 j合適的聚合黏合劑包括異氰酸酯樹脂、尿 素/醛紛甲搭、三聚氮胺-甲路及其共聚物。 異氰酉义δθ為較佳黏合劑，且異氰酸酿較佳係選自二苯基甲 烧-Ρ’Ρ'·二異氰酸料之聚合物，其具有可與其他有機基 團反應以形成諸如聚脲、_NC〇N•及聚胺基甲酸酿、_ NCOO-之聚合物基團之则_官能基。4,4_二苯基_甲烷二 異亂酸S日（MDI”）為較佳。合適的商用pMDi產品為可講自 Huntsman，Salt Lake Chy，υτ 之 RuMnate 184〇 及可購自

Bayer Corporation, North America, Pittsburgh, PA^Mondur 54i pMD卜合適的商用Μυρ黏合劑為來自

Corporation之 LS 2358及 LS 2250產品。 黏合劑濃度較佳在約i ·5重量百分比至約2〇重量百分 比，更佳約2重量百分比至約1〇重量百分比之範圍内。蠟 添加劑通常用以增強OSB面板對水分滲透之抵抗性。較佳 的壤為粗蝶或乳躐。蝶負載量較佳在約〇 · 5重量百分比至 約2.5重量百分比之範圍内。 在根據以上討論之方法形成多層氈片之後，將其在熱遷 機下壓縮，該熱壓機將木材材料融合且黏合在一起以形成 具有各種厚度及尺寸之固結OSB面板。較佳地，將本發明 之面板在約100°C至約26CTC之溫度下壓製2-1〇分鐘。 現將關於以下具體的非限制性實例更詳細地描述本發 121809.doc -11 - 200810918 明0 實例 木材複合板係根據本發明製備以展示出經製備在核心層 中具有一定濃度之泡桐類條片的木板之優越木材效能特 徵。 獲得松木原材及泡桐類原材以使用。接著將該等原材切 割為長度介於1吋至6吋之間、寬度為0.25吋至4吋且厚度 為約0.025吋之條片。接著使該等條片（泡桐類）在實驗室中 於Gruenberg強制空氣烘箱中在103°C下或（松木）在習知全 製造規模乾燥機中乾燥隔夜。接著對此等條片進行揀選且 壓製為十二種不同類型的面板，每一者具有不同的條片組 合，且使最終面板密度如下： 表I # 材料· 密度(pcf) 泡桐類/松木濃度(％) 1 泡桐類表面、松木核心 40 70/30 2 泡桐類表面、松木核心 40 30/70 3 泡桐類表面、松木核心 34 70/30 4 泡桐類表面、松木核心 34 30/70 5 松木表面、泡桐類核心 40 70/30 6 松木表面、泡桐類核心 40 30/70 7 松木表面、泡桐類核心 34 70/30 8 松木表面、泡桐類核心 34 30/70 9 全部 40 70/30 10 全部 40 30/70 11 全部 34 70/30 12 全部 34 30/70 121809.doc 200810918 (第5至8號面板表示根據本發明製備的面板）。該等條片 僅在單一方向上定向（亦即，核心在與表面相同的方向上 定向）。以上實例中之面板含有5重量百分比之購自Bayer Corporation，Pittsburgh，PA之 Mondur G541 pMDI。（在實 驗中未使用堪。） 接著，將該等面板切割為更小尺寸且根據ASTM D1037 中指定之方案測試其若干種不同的木材複合物效能特徵。 此等效能特徵包括平行與垂直方向上的彈性模數 (ΠΜ〇Ε”，面板硬度之量測）；平行與垂直方向上的斷裂模 數（’’MOR’’，面板強度之量測）；24小時水浸泡之吸水性；1 吋厚度脹大及邊緣脹大。將對先前技術面板與本發明之面 板量測的效能特徵列於下表II中。

表II 特徵 泡桐類核心/松木表面 (本發明） 混合型泡桐類 及松木條片 泡桐類表面/ 松木核心 ΜΟΕ 1 ?0005000 925,000 980,000 MOR 73 65 69 吸水性(24小時， 厚度增加百分數） 24.5% 29% 31.50% 1吋厚度脹大(24小時 水浸泡，厚度增加 百分數） 18.5% 19.5% 23% 邊緣脹大(24小時水浸 泡，厚度增加百分數） 20% 20.5% 23.5% 如在表I中可看出，根據本發明製備之OSB板的效能特 徵顯著優於其他板。值得注意的是，根據本發明之OSB板 121809.doc -13- 200810918 的厚度、邊緣脹大及吸水性效能優於比較性板，此展示出 其對於在較高水分環境中使用而言更佳。至於強度特性， 當將根據本發明製備之板與比較性板比較時，其所有特徵 效此皆為優越的。 熟習此項技術者應瞭解，在不脫離上述實施例之廣泛發 明概念之情況下，可對其作出改變。因此，應瞭解本發明 =不限於所揭不之特定實施例，而意欲涵蓋在如由隨附申 明專利耗圍界定之本發明之精神及㈣内的修改。 121809.doc -14-

Claims (1)

1. 200810918 十、申請專利範圍： 1. 一種木材複合材料，其包含： 面層及下表面層及一核心層；其中該核心層含有 至少約8 5番旦\ 里百^刀比之泡桐類條片（Paulownia atrands); 且该等表面層含有至少、約8 5重量百*比之其他較高密度 的非泡桐類木材條片。 2·如凊求項1之木材複合材料，其中該木材複合板具有約 2〇lbs/ft3至約 5〇lbs/ft3之密度。 3·如明求項1之木材複合材料，其中該等其他非泡桐類木 材條片係、選自由松樹種類、白揚種類及其他硬木及軟木 種類組成之群。 4.如=求们之木材複合材料，其中該木材複合材料係呈 一定向條板之形式。 月长員1之木材複合材料，其中該木材複合材料包含 勺重里百分比至約20重量百分比之聚合黏合劑。 6· 一種木材複合材料，其包含： 上表面層及下表面層及一核心層；其中該核心層含有 至^85重量百分比之泡桐類條片；且該等表面層含有 至少約85重量百分比之選自由松樹種類、白揚種類及其 他硬木種類組成之群的木材條片。 7. 如請f項6之木材複合材料，其中木材複合板具有約20 lbs/ft 至約 5〇 lbs/ft3之密度。 8. 如請求項6之木材複合材料，丨中該木材複合板係呈一 121809.doc 200810918 定向條板之形式。 9.如請求項6之木材複合材料，其中木材複合材料包含約1 重量百分比至約2 0重量百分比之聚合黏合劑。 121809.doc 200810918 七、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：（無） (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： (無） 121809.doc