Древесностружечные плиты

Группа изобретений относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к получению древесностружечных плит. Многослойная древесностружечная плита содержит по меньшей мере один центральный слой и поверхностный слой. Частицы поверхностного слоя связаны связующим, содержащим продукты реакции на основе углевода. Частицы центрального слоя связаны связующим, отличным от связующей смолы на основе углевода, применяемой в поверхностном слое. Связующее, содержащее продукт реакции на основе углевода, содержит продукты реакции восстанавливающего сахара и источник азота. Во втором варианте выполнения связующая композиция поверхностного слоя древесностружечной плиты содержит восстанавливающий сахар и источник азота. При осуществлении способа получения древесностружечных плит слои просмоленных частиц располагают с образованием слоистого мата. Мат из просмоленных частиц подвергают прессованию и отверждению. Улучшается гидрофобность и механические свойства древесностружечных плит. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Настоящее изобретение относится к древесностружечным плитам, более конкретно к многослойным древесностружечным плитам, таким как трехслойные древесностружечные плиты, и к способам их получения.

Древесностружечная плита представляет собой композиционный материал, изготовленный из древесных частиц, например, древесной стружки, древесных щепок и/или опилок при различных размерах частиц, удерживаемых вместе связующим и используемых специально для изготовления мебели, такой как шкафы, кухни и мебель для ванной комнаты. Как правило, древесстружечную плиту (которая иногда упоминается как «ДСП») получают путем смешивания древесных частиц и связующей композиции, например, термоотверждаемой смолы, затем формирования из полученной смеси лист или мат и прессования указанного листа или мата при повышенных температурах. Чтобы улучшить внешний вид и/или долговечность, на поверхность (поверхности) плиты можно наносить слой фанеры или меламина.

Коммерчески наиболее распространенными древесностружечными плитами являются так называемые трехслойные древесностружечные плиты, которые содержат центральный слой и два поверхностных слоя. Размер частиц, используемых для центрального слоя и размер частиц поверхностного слоя, как правило, являются разными, для поверхностных слоев обычно используются меньшие частицы, чем для слоя сердцевины. Это может привести к градиенту плотности через поперечное сечение плиты, причем поверхностные слои имеют большую плотность, чем центральный слой. Внешние поверхности известных древесностружечных плит, более конкретно связанных фенолформальдегидом или мочевиноформальдегидом многослойных древесностружечных плит, имеют тенденцию проявлять неровности, такие как ямки и/или пузырьки, которые могут в конечном итоге повлиять на окончательный поверхностный аспект после покрытия соответствующими листами шпона или листами, связанными меламиновой смолой. Не будучи связанным теорией, полагают, что связующее на основе формальдегида имеет тенденцию образовывать пузырьки или разлагаться при более высоких температурах плиты в прессе, тем самым создавая дефекты поверхности. Плиты, демонстрирующие этот тип дефектов поверхности, непригодны для последующего облицовки или нанесения поверхностного слоя меламина, потому что поверхностные дефекты древесностружечной плиты имеют тенденцию вызывать дефекты, которые видны на внешней поверхности лицевого шпона. Кроме того, такие дефекты часто проявляются только после применения шпона. Таким образом, способ получения таких плит создает относительно высокие уровни отбракованных плит; в результате затраты на производство таких плит, как правило, высоки.

Уже было предложено использование сложнополиэфирной пленки для заполнения неровного шпона из внутреннего слоя фанеры фанерной плиты и, таким образом, исключить телеграфинг дефектов поверхности в лицевой шпон. Однако использование дополнительной сложнополиэфирной пленки добавляет дополнительные затраты на получение окончательной доски и не подходит для недорогих древесностружечных плит.

Настоящее изобретение направлено на решение данной проблемы иным образом. Настоящее изобретение, более конкретно, направлено на обеспечение многослойных древесностружечных плит, которые показывают улучшенный поверхностный аспект и хорошо подходят для ламинирования, как например декоративные слоистые материалы или другие поверхностные покрытия, обычно наносимые на древесностружечные плиты, в частности, не показывающие или имеющие по меньшей мере уменьшенные ямки или пузырьки на внешних поверхностях, которые могут влиять на финишную поверхность после покрытия подходящими листами шпона, декоративными слоями или листами, связанными меламиновой смолой.

Другим объектом настоящего изобретения является способ получения таких улучшенных многослойных древесностружечных плит, в ходе которого образуется уменьшенное количество отработанных плит.

Настоящее изобретение обеспечивает многослойную древесностружечную плиту, содержащую по меньшей мере один центральный слой и поверхностный слой, предпочтительно по меньшей мере один центральный слой и два поверхностных слоя, причем частицы поверхностного слоя связаны связующем, содержащим продукты реакции на основе углевода, и причем частицы центрального слоя связаны связующей смолой, отличной от связующей смолы на основе углевода, применяемой в поверхностном слое, как например связующая смола, выбранная из фенолформальдегида, мочевиноформальдегида, меламин-мочевина-формальдегида и изоцианата, такого как метилендифенилдиизоцианат, или сложного полиэфира.

Многослойная древесностружечная плита может также включать частицы центрального слоя, связанные связующим, содержащим продукты реакции углевода, при условии, что образованная смола отлична от связующей смолы, применяемой в поверхностном слое, например, связующая смола, содержащая продукты реакции углевода при других соотношениях или концентрациях или продукты реакции углевода, отличные от содержащихся в поверхностном слое или слоях.

Древесностружечные плиты согласно настоящему изобретению могут содержать плиты, в общем называемые древесностружечные плиты или структурно ориентированные доски или древесноволокнистые плиты средней плотности или древесноволокнистые плиты высокой плотности.

Связующее поверхностного слоя предпочтительно содержит продукты реакции углеводного компонента, предпочтительно восстанавливающего сахара, и источника азота, предпочтительно аминного компонента, более конкретно компонента первичного амина. Указанные продукты реакции на основе углевода могут дополнительно содержать сложные эфиры на основе углевода, образованные посредством реакции углеводного компонента с кислотой или ангидридом кислоты. Предпочтительно, указанное связующее содержит по меньшей мере 25 мас. %, или по меньшей мере 50 мас. %, или по меньшей мере 75 мас. % или по меньшей мере 95 мас. % таких продуктов реакции на основе углевода.

В настоящей заявке, термин "углеводный компонент" включает любое углеводное соединение, которое способно реагировать (например, с применением тепла) с кислотой или ангидридом или источником азота и необязательно дополнительными сшивающими агентами, чтобы сформировать подходяще отвержденное связующее. В соответствии с настоящим изобретением углеводный компонент может быть выбран из группы, состоящей из моносахаридов, дисахаридов, полисахаридов или их продукта реакции. Углеводный компонент может включать по меньшей мере один восстанавливающий сахар; он может состоять в основном из одного или более восстанавливающих сахаров.

Как применяется в настоящей заявке, термин "восстанавливающий сахар" означает один или более сахаров, которые содержат альдегидные группы, или которые могут изомеризоваться, т.е., таутомеризоваться, чтобы содержать альдегидные группы, причем группы могут быть окислены с помощью, например, Cu-ионов, с получением карбоновых кислот. Согласно настоящему изобретению, любой такой углеводный компонент может быть необязательно замещенным, как например с помощью одного или более из гидрокси, гало, алкил, алкокси. В любом таком углеводном компоненте, один или более хиральных центров могут присутствовать, и оба возможные оптические изомеры при каждом хиральном центре входят в объем настоящего изобретения, как описано в настоящей заявке. Кроме того, также понятно, что различные смеси, включая рацемические смеси, или другие диастереомерные смеси различных оптических изомеров любого такого углеводного компонента, а также их различные геометрические изомеры, могут применяться в одном или более вариантах выполнения настоящего изобретения, описанных в настоящей заявке.

Более того, тогда как невосстанавливающие сахара, например, сахароза, могут быть непредпочтительными, они могут, тем не менее, быть полезными в рамках настоящего изобретения, например, посредством in situ превращения в восстанавливающий сахар. Кроме того, также понятно, что моносахарид, дисахарид, или полисахарид могут частично реагировать с предшественником с образованием углеводного продукта реакции. До степени, когда углеводный продукт реакции образуется из моносахарида, дисахарида или полисахарида, и сохраняет реакционную способность, предпочтительно подобную реакционной способности аминного компонента с образованием продуктов реакции, подобных продуктам реакции моносахарида, дисахарида или полисахарида с аминным компонентом, углеводный продукт реакции входит в объем термина "углеводный компонент".

Связующее на основе углевода может содержать связующую композицию, как описано в любой из WO 2007/014236, WO 2009/019232, WO 2009/019235, WO 2011/138458, WO 2011/138459 или WO 2013/150123, каждая из которых включена в настоящую заявку посредством ссылки.

Предпочтительно, любой углеводный реагент должен быть достаточно нелетучим, чтобы максимизировать его способность оставаться доступным для реакции с полиамином. Этот углеводный реагент может быть моносахаридом в его альдозной или кетозной форме, включая триозу, тетрозу, пентозу, гексозу или гептозу; или полисахаридом; или их сочетаниями. Например, когда триоза служит в качестве углеводного реагента или используется в сочетании с другими восстанавливающими сахарами и/или полисахаридом, могут применяться сахар альдотриоза или кетотриоза (включая глицериновый альдегид и дигидроксиацетон, соответственно). Когда тетроза служит в качестве углеводного реагента, или ее используют в сочетании с другими восстанавливающими сахарами и/или полисахаридом, могут быть использованы сахара альдотетрозы (включая эритрозу и треозу), и сахара кетотетрозы (включая эритрулозу). Более того, когда пентоза служит в качестве углеводного реагента, или ее используют в сочетании с другими восстанавливающими сахарами и/или полисахаридом, могут быть использованы сахара альдопентозы (включая рибозу, арабинозу, ксилозу и ликсозу), и кетопентозные сахара (включая рибулозу, арабулозу, ксилулозу и ликсулозу). Когда гексоза служит в качестве углеводного реагента, или ее используют в сочетании с другими восстанавливающими сахарами и/или полисахаридом, могут быть использованы сахара альдогексозы (включая глюкозу (то есть, декстрозу), маннозу, галактозу, аллозу, альтрозу, талозу, гулозу и идозу), и кетогексозные сахара (включая фруктозу, псикозу, сорбозу и тагатозу). Когда гептоза служит в качестве углеводного реагента, или ее используют в сочетании с другими восстанавливающими сахарами и/или полисахаридом, могут быть использованы сахара кетогептозы (включая седогептулозу). Другие стереоизомеры таких углеводных реагентов, неизвестные как встречающиеся в природе. В одном варианте выполнения изобретения, углеводный реагент представляет собой кукурузную патоку с высоким содержанием фруктозы. (HFCS).

Углеводным компонентом может быть полисахарид с низкой степенью полимеризации, например, мелассы, крахмал, продукты гидролиза целлюлозы, или их смеси. Согласно конкретному примеру, углеводный компонент представляет собой продукт гидролиза крахмала, мальтодекстрин, или их смесь. Хотя углеводы с более высокими степенями полимеризации не могут быть предпочтительными, они могут, тем не менее, быть использованы в объеме настоящего изобретения в деполимеризации in situ.

Далее, согласно настоящему изобретению выражение "источник азота" включает любое химическое соединение или смесь химических соединений, которое (которые) содержит (содержат) по меньшей мере один атом азота и которое (которые) способно (способны) реагировать с по меньшей мере одним углеводным компонентом.

По меньшей мере один источник азота может быть выбран из NH₃, неорганического амина или органического амина, содержащего по меньшей мере одну первичную аминогруппу, а также их солей. Он может содержать NH₃, используемый как таковой (например, в виде водного раствора), или неорганическую и органическую соль аммония, например сульфат аммония (AmSO₄), фосфат аммония, например, диаммония фосфат, хлорид аммония, нитрат аммония или цитрат аммония.

Источник азота может содержать полиамин. Согласно настоящему изобретению, термин "полиамин" включает любое органическое соединение, имеющее две или более аминогруппы, которые могут независимо замещенными или незамещенными. Например, полиамином может быть первичный полиамин. Как применяется в настоящей заявке, "первичным полиамином" является органическое соединение, имеющее две или более первичные аминогруппы (-NH₂). В объем термина первичного первичный полиамин входят те соединения, которые могут быть модифицированы in situ или изомеризованы с получением соединения, имеющего две или более первичные аминогруппы (-NH₂). Первичным полиамином может быть молекула, имеющая формулу H₂N-Q-NH₂, где Q представляет собой алкандиил, циклоалкандиил, гетероалкандиил или циклогетероалкандиил, каждый из которых может быть необязательно замещен. Например, Q может представлять собой алкандиильную группу, выбранную из -С₂-С₂₄-, алкандиильную группу, выбранную из -С₂-С₉-, или алкандиильную группу, выбранную из -С₃-С₇-. Согласно предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения Q представляет собой С₆ алкандиил. В соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения Q может представлять собой циклогександиил, циклопентандиил или циклобутандиил или двухвалентный бензильный радикал. В этом контексте следует отметить, что некоторые авторы предпочитают использовать термин «алкил» вместо химически более правильной номенклатуры «алкандиил»; та же химическая группа.

Как применяется в настоящей заявке, термин «алкандиил» означает цепь атомов углерода, которая может быть необязательно разветвленной, предпочтительно ограниченной длины, включая -С₁-C₂₄-, -С₁-С₁₂-, -C₁-C₈-, -C₁-С₆-, и -С₁-С₄-. Более короткие алкандиильные группы могут придать меньшую липофильность соединению и соответственно будут иметь другую реакционную способность в отношении углеводного компонента и/или растворимость.

Как применяется в настоящей заявке, термин «циклоалкандиил» означает цепь атомов углерода, которая может быть необязательно разветвленной, где по меньшей мере часть цепи является циклической, а также включает полициклические структуры, например, циклопропандиил, циклопентандиил, циклогександиил, 2-метилциклопропандиил, 2-этилциклопентандиил, адамантанднил. Кроме того, цепь, образующая циклоалкандиил, предпочтительно имеет ограниченную длину, включая -С3-С24-, -С3-С12-, -С3-С8-, -С3-С6- и -С5-С6-. Более короткие алкандиильные цепи, образующие циклоалкандиил, могут добавить к липофильности меньшую липофильность и, соответственно, будут иметь другое поведение.

Как применяется в настоящей заявке, термин «циклоалкандиил» означает цепь атомов углерода, которая может быть необязательно разветвленной, где по меньшей мере часть цепи является циклической, а также включает полициклические структуры, например, циклопропандиил, циклопентандиил, циклогександиил, 2-метилциклопропандиил, 2-этилциклопентандиил, адамантандиил. Кроме того, цепь, образующая циклоалкандиил, предпочтительно имеет ограниченную длину, включая -С₃-С₂₄-, -С₃-С₁₂-, -С₃-C₈-, -С₃-С₆-, и -С₅-С₆-. Более короткие алкандиильные цепи, образующие циклоалкандиил, могут придать меньшую липофильность соединения и, соответственно, будут иметь другое поведение.

Как применяется в настоящей заявке, термин «гетероалкандиил» означает цепочку атомов, которая включает как углерод, так и по меньшей мере один гетероатом, и необязательно является разветвленной. Примеры таких гетероатомов включают азот, кислород и серу. В некоторых вариантах указанные гетероатомы также включают фосфор и селен. В одном варианте выполнения настоящего изобретения гетероалкандиил представляет собой простой полиэфир. Как применяется в настоящей заявке, термин «циклогетероалкандиил» включает в себя цепочку атомов, которая включает как углерод, так и по меньшей мере один гетероатом, такой как гетероалкандиил, и может быть необязательно разветвленной, где по меньшей мере часть цепи является циклической. В частности, примеры циклогетероалкандиила включают двухвалентный тетрагидрофурил, пирролидинил, тетрагидропиранил, пиперидинил, морфолинил, пиперазинил, гомопиперазинил, хинуклидинил.

Согласно настоящему изобретению, термин "необязательно замещенный" включает замещение одного или более атомов водорода другими функциональными группами. Такие другие функциональные группы могут включать амино, гидроксил, гало, тиол, алкил, галоалкил, гетероалкил, арил, арилалкил, арилгетероалкил, нитро, сульфокислоты и их производные, карбоновые кислоты и их производные.

Первичным полиамином может быть диамин, триамин, тетрамин или пентамин, например: триамин, выбранный из триэтилентриамина, 1-пиперазинэтанамина, или бис(гексаметилен)триамина; триэтилентетрамин; или тетраэтиленпентамин.

Одним признаком первичного полиамина является то, что он может обладать низким стерическим затруднением. Например, 1,2-диаминоэтан, 1,4-диаминобутан, 1,5-диаминопентан, 1,6-диаминогексан, 1,12-диаминодо декан, 1,4-диаминоциклогексан, 1,4-диаминобензол, диэтилентриамин, триэтилентетрамин, тетраэтиленпентамин, 1-пиперазин-этанамин, 2-метил-пентаметилендиамин, 1,3-пентандиамин, и бис(гексаметилен)триамин, а также 1,8-диаминооктан имеют низкие стерические затруднения.

Предпочтительно аминный компонент содержит или состоит из 1,6-диаминогексана (гексаметилендиамин, HMDA) или 1,5-диамино-2-метилпентана (2-метил-пентаметилендиамин).

В другом варианте выполнения настоящего изобретения, аминный компонент содержит или состоит из полиамина простого полиэфира, которым может быть диамин или триамин, например, трифункциональный первичный амин, имеющий среднюю молекулярную массу 440, известный как простой полиэфирамин Jeffamine Т-403 (например, Huntsman Corporation).

В другом варианте выполнения настоящего изобретения источник азота может содержать или состоять из полимерного полиамина, например хитозана, полилизина, полиэтиленимина, поли(N-винил-N-метиламина), полиаминостирола, поливиниламина (который может быть гомополимером или сополимером).

Термин "связующая композиция", как применяется в настоящей заявке, означает все ингредиенты, наносимые на древесные частицы и/или присутствующие на древесных частицах, а именно до отверждения (кроме самих древесных частиц и любой влаги в древесных частиц), включая реагенты, растворители (включая воду) и добавки. Связующая композиция, в частности связующая композиция поверхностного слоя, может быть по меньшей мере частично предварительно подвергнута реакции и, следовательно, содержать один или более продуктов реакции реагентов. Термин «сухая масса связующей композиции», как применяется в настоящей заявке, означает массу всех компонентов связующей композиции, отличных от любой присутствующей воды (либо в виде жидкой воды, либо в виде воды кристаллизации).

В связующей композиции на основе углевода углеводный компонент может составлять:

- по меньшей мере 30%, предпочтительно по меньшей мере 40%, предпочтительно по меньшей мере 50%, более предпочтительно по меньшей мере 60%, более предпочтительно по меньшей мере 70%, даже более предпочтительно по меньшей мере 80% на основе сухой массы связующей композиции; и/или

- менее 97%, более предпочтительно менее 95% на основе сухой массы связующей композиции.

В связующей композиции на основе углевода источник азота может составлять:

- менее 50% или менее 40%, предпочтительно менее 30%, более предпочтительно менее 25% на основе сухой массы связующей композиции; и/или

- по меньшей мере 2.5%, предпочтительно по меньшей мере 5%, более предпочтительно по меньшей мере 10% на основе сухой массы связующей композиции.

Связующая композиция на основе углевода может содержать (i) по меньшей мере 25%, и предпочтительно по меньшей мере 40%, по меньшей мере 50% или по меньшей мере 60% на основе сухой массы: (а) углеводного компонента (компонентов) и источника азота (источников азота) и/или (b) отверждаемого продукта (продуктов) реакции углеводного компонента (компонентов) и источника азота (источников азота).

Предпочтительно, соотношение карбонильных групп в углеводном компоненте и реакционноспособных аминогрупп в источнике азота находится в интервале от 5:1 до 1:2. Например, соотношение карбонильных групп и реакционноспособных аминогрупп может быть в интервале от 5:1 до 1:1.8, от 5:1 до 1:1.5, от 5:1 до 1:1.2, от 5:1 до 1:1, от 5:1 до 1:0.8 и от 5:1 до 1:0.5. Другие примеры включают соотношения от 4:1 до 1:2, от 3.5:1 до 1:2, от 3:1 до 1:2, от 2.5:1 до 1:2, от 2:1 до 1:2 и от 1.5:1 до 1:2.

Согласно настоящему изобретению термин «реакционноспособная аминогруппа» означает любую аминогруппу в источнике азота, которая способна реагировать с углеводным компонентом. В частности, примеры таких реакционноспособных аминогрупп включают первичные и вторичные аминогруппы, амидные группы, иминные и имидные группы, а также цианатные и изоцианатные группы.

Связующая композиция (композиции) может быть нанесена на древесные частицы в форме водной композиции, предпочтительно водного раствора или дисперсии, в частности, в которой сухая масса водной связующей композиции составляет ≥10 мас. %, ≥20 мас. %, ≥30 мас. %, ≥40 мас. %, ≥45 мас. %, ≥50 мас. %, ≥55 мас. % или ≥60 мас. % и/или ≤95 мас. %, ≤90 мас. %, ≤85 мас. % или ≤80 от общей массы водной связующей композиции.

Было обнаружено, что многослойные древесностружечные плиты, как определено выше, показывают улучшенные внешние поверхности, которые не показывают или по меньшей мере показывают меньшие поверхностные неровности, которые оказывают нежелательный эффект на конечный лист фанеры или лист меламина. В результате количество отбракованных плит может быть значительно уменьшено или даже устранено.

Кроме того, было доказано, что прочность поверхности является особенно предпочтительной.

Комбинация связующего на основе формальдегида для связывания частиц центрального слоя со связующим на основе углевода для связывания частиц поверхностного слоя дополнительно позволяет работать при высоких температурах обработки из-за высокой термостойкости связующих на основе углевода; работа при высоких температурах линии может привести к сокращению времени пребывания между нагревательными плитами и, следовательно, к увеличению скорости линии. Кроме того, наличие стойкого к высоким температурам связующего поверхностного слоя особенно выгодно в случае получения древесностружечной плиты, требующего длительного времени прессования. В случае известного получения древесностружечной плиты, связанной связующем на основе формальдегида, требующего длительного времени прессования, связующее поверхностного слоя имеет тенденцию полимеризоваться слишком рано (по сравнению со связующим основного слоя), что приводит к неудовлетворительным поверхностным слоям. Эти удлиненные периоды прессования или высокая температура могут вызвать термическое разложение связующих на основе формальдегида. Предпочтительные варианты выполнения настоящего изобретения преодолевают эту трудность: связующее поверхностного слоя на основе углевода является более хорошо устойчивым к высоким температурам пресса в течение длительного периода времени, тем самым не подвергая опасности правильное формирование поверхности и обеспечение адекватной полимеризации связующего центрального слоя.

Связующее, содержащее продукт реакции на основе углеводов, является предпочтительно связующим, реагенты которого не содержат какого-либо добавленного формальдегида. Оно может быть «по существу не содержащим формальдегид», то есть оно высвобождает менее 5 частей на миллион формальдегида в результате сушки и/или отверждения (или соответствующих испытаний, имитирующих сушку и/или отверждение); более предпочтительно оно является «свободным от формальдегида», то есть оно высвобождает менее 1 части на миллион формальдегида в таких условиях.

Кроме того, было обнаружено, что поверхностный слой, содержащий связующее, по существу не содержащее формальдегид, образует барьер для миграции формальдегида из центрального слоя. Это предпочтительное свойство дополнительно может быть усилено присутствием в поверхностном слое поглотителей формальдегида. Кроме того, присутствие поверхностных слоев, по существу свободных от формальдегида, позволяет увеличить уровни формальдегида в центральных слоях, сохраняя при этом общее содержание формальдегида в плите в желаемых пределах. Увеличение содержания формальдегида в центральном слое (слоях) может привести к улучшению механических свойств древесностружечной плиты. В качестве альтернативы, для данных механических свойств, содержание связующего может быть уменьшено. Говоря иначе, комбинация центральных слоев, связанных связующим на основе формальдегида, и поверхностных слоев, связанных связующим на основе продуктов реакции углевода, дает возможность уменьшить общее содержание формальдегида в древесностружечных плитах.

Древесностружечная плита может предпочтительно комбинировать хорошие свойства гидрофобности или устойчивости к воде, присущие связующему поверхности на основе углевода, и механические свойства, присущие связующему центрального слоя низкой стоимости.

Кроме того, согласно предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения, связующее на основе углевода может быть использован в сочетании с неуглеводным полигидроксильным реагентом. Примеры неуглеводных полигидроксильных реагентов, которые могут быть использованы в сочетании с углеводным реагентом, включают, но без ограничения к этому, глицерин, полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль, триметилолпропан, пентаэритрит, поливиниловый спирт, частично гидролизованный поливинилацетат, полностью гидролизованный поливинилацетат, и их смеси. Глицерин, полиэтиленгликоль и полипропиленгликоль являются предпочтительными. Более конкретно добавление глицерина, как было показано, дополнительно улучшает поверхностные аспекты многослойных древесностружечных плит. Неуглеводный полигидроксильный компонент может применяться в интервале от 0.1 до 25 мас. %, предпочтительно от 2 до 20 мас. %, более предпочтительно от 5 до 15 мас. % по сухой массе в связующей композиции.

Было показано, что помимо обеспечения улучшенных поверхностных аспектов многослойных древесностружечной плиты согласно настоящему изобретению неуглеводный полигидроксильный компонент действует в качестве вспомогательного средства для обработки; его можно использовать для предотвращения прилипания и содействия в обеспечении подходящих свойств текучести смолы и/или предшественника смолы.

Связующее центрального слоя (слоев) и/или связующее поверхностного слоя (слоев) или состав частиц релевантных слоев может содержать один или более адъювантов, например, воски, красители, разделительную смазку и поглотители формальдегида (в частности, мочевина, танины, экстракт квебрахо, фосфат аммония, бисульфит).

Толщина древесностружечной плиты может составлять ≥5 мм, ≥8 мм, ≥10 мм, или ≥15 мм и/или ≤100 мм, ≤80 мм, ≤60 мм, ≤50 мм, ≤45 мм или ≤25 мм. Предпочтительные толщины находятся в интервале от 10 до 45 мм или от 16 до 22 мм. Длина древесностружечной плиты может составлять ≥1.5 м, ≥2 м, ≥2.5 м или ≥3 м и/или ≤8 м, ≤6 м или ≤5 м, хотя в зависимости от применяемого оборудования, может быть получена длина плиты более 8 м. Ширина древесностружечной плиты может составлять ≥1 м, ≥1.2 м, ≥1.5 м или ≥1.8 м и/или ≤4 м, ≤3 м или ≤3.5 м.

Древесностружечные плиты могут иметь кромки, которые обрезаются и/или разрезаются и/или обрабатываются; они могут складываться и поставляться в упаковке, содержащей множество плит, расположенных и/или связанных друг с другом, например, для облегчения транспортировки; упаковка может содержать оберточную пленку, например, из пластикового материала.

Термин «древесная частица», применяемый согласно настоящему изобретению, означает древесные частицы или волокна, включая древесные стружки, древесные щепки, лесопильные обрезки и древесные опилки опилок или их смеси. Частицы центрального слоя и поверхностного слоя имеют размер частиц, стандартный в данной области техники для таких многослойных древесностружечных плита, предпочтительно 1-10 мм для частиц центрального слоя и менее 1.5 мм для частиц поверхностного слоя. Размеры частиц менее 1 мм и до 0.05 мм также могут быть подходящими для поверхностного слоя в некоторых применениях. Вышеуказанные размеры частиц относятся к по меньшей мере 90 мас. % древесных частиц, предпочтительно по меньшей мере 95 мас. %. Можно использовать древесные частицы как из исходной древесины, так и из переработанной древесины; древесина может содержать березу, бук, ольху, сосну, ель, тропическую древесину или древесные смеси. Предпочтительно, древесные частицы, проконтактировавшие со связующей композицией(композициями) имеют содержание влаги менее 8%, менее 6% или менее 5% влаги, например, в следствии предварительной сушки; они могут быть предварительно высушены до содержания влаги от 1 до 5% влаги, например, от 2 до 4% влаги или от 1.5 до 3.5% влаги.

Другим объектом настоящего изобретения является способ получения многослойных древесностружечных плит, содержащих по меньшей мере один центральный слой и поверхностный слой, предпочтительно два поверхностных слоя, включающий обеспечение древесных частиц, подходящих для центральных слоев, и контакт частиц центрального слоя со связующей композицией центрального слоя, обеспечение частиц поверхностного слоя и контакт частиц поверхностного слоя со связующей композицией поверхностного слоя, расположение слоев релевантных просмоленных частиц, таким образом, чтобы сформировать слоистый мат из свободно расположенных частиц, содержащий последовательно или в обратном порядке по меньшей мере первый поверхностный слой, содержащий просмоленные частицы поверхностного слоя, и по меньшей мере один центральный слой, содержащий просмоленные частицы центрального слоя, и возможно второй поверхностный слой, и подвергание мата из просмоленных частиц прессованию и отверждению, где связующую композицию поверхностного слоя выбирают из связующих композиций, содержащих углеводный компонент и источник азота или кислоту или ее ангидрид, и связующую композицию центрального слоя выбирают из связующих смоляных композиций, которые образуют связующую смолу, отличную от связующего на основе углевода, применяемого в поверхностном слое (слоях), как например связующая композиция, содержащая фенол и формальдегид, мочевину и формальдегид или изоцианат, такой как метилендифенилдиизоцианат.

Связующая композиция (композиции) может наноситься на древесные частицы посредством распыления, например, посредством пропускания древесных частиц через спрей связующей композиции, или посредством распыления связующей композиции над древесными частицами, в то время как древесные частицы смешиваются. Предпочтительно, древесные частицы затем смешивают с применением связующей композиции, например, посредством опрокидывания, в частности в смесителе или бункере.

Отверждение может осуществляться отдельно от прессования или одновременно с прессованием, например, в прессе, между нагретыми плитами. Другие методики отверждения, по сути известные, применяющие различные источники энергии, также могут применяться. Как например, электромагнитная или инфракрасная энергия может применяться для процессов отверждения. УФ излучение также может служить для отверждения.

Связующая композиция, применяемая для поверхностного слоя (слоев) может представлять собой связующую композицию, в ходе отверждения которой высвобождается вода, а именно в ходе реакции конденсации, например, отверждение которой высвобождает по меньшей мере 5%, по меньшей мере 8% или по меньшей мере 10 мас. % воды в отношении сухой массы связующей композиции до отверждения. Предпочтительно, связующая композиция, применяемая для центрального слоя, представляет собой связующую композицию i) отверждение которой не высвобождает воду, и, в частности, которая не участвует в реакции конденсации, или ii) в ходе отверждения которой высвобождается меньше воды, чем в ходе отверждения связующей композиции (композиций) поверхностного слоя. Комбинация:

a) образования пара в поверхностном слое (слоях) в ходе прессования и нагревания древесностружечной плиты, а именно происходящего из комбинации воды, присутствующей в водном поверхностном слое, связующей композиции и воды, образующейся в ходе отверждения связующей композиции поверхностного слоя, способствующего теплопередаче к центральному слою для отверждения центрального слоя; и

b) исключения или ограничения образования воды в результате отверждения связующей композиции центрального слоя, которое создавало бы количество пара в центральном слое, для которого испарение было бы затруднительным; обеспечивает более короткий по времени процесс прессования.

Углеводное связующее, содержащее продукты реакции углевода, когда отверждено, может содержать продукты реакции Майяра, например, меланоидины; оно может содержать сложнополиэфирные компоненты.

В ходе отверждения древесностружечной плиты, внутренняя температура плиты, а именно температура в центре плиты в направлении ее толщины, может возрастать до температуры:

a) ≥100°С, ≥110°С, ≥115°С, ≥120°С, ≥130°С или ≥140°С, и/или

b) ≤200°С, ≤180°С, ≤170°С или ≤160°С.

Температура отверждения, а именно температура поверхности пресса или плит пресса, может находиться в диапазоне от 110°С до 280°С. Другие примеры температуры отверждения включают диапазоны от 110 до 260°С, до 240°С, до 220°С или до 210°С.

Мат из просмоленных частиц может быть прессован, например, в прессе для горячего прессования, при давлении, которое составляет ≥20 бар, ≥25 бар или ≥30 бар и/или ≤80 бар, ≤75 бар, ≤70 бар или ≤65, с получением отвержденной древесностружечной плиты.

Мат из просмоленных частиц может быть прессован при факторе сжатия в единицах секунды на мм толщины древесностружечной плиты, которое составляет ≥2 секунд/мм, ≥3 секунд/мм, ≥4 секунд/мм or≥5 секунд/мм и/или ≤60 секунд/мм, ≤40 секунд/мм, ≤30 секунд/мм или ≤20 секунд/мм, с получением отвержденной древесностружечной плиты. Таким образом, время прессования может зависеть от толщины древесностружечной плиты.

Древесностружечные плиты, а именно только что отвержденные, могут содержать по меньшей мере 70%, по меньшей мере 80%, по меньшей мере 90% или по меньшей мере 95 мас. % древесных частиц.

Варианты выполнения настоящего изобретения далее описываются только в качестве примеров.

Пример:

Несколько образцов трехслойной древесностружечной плиты размера 300×300 мм², имеющих общую толщину 16 мм с поверхностными слоями толщиной около 5 мм и целевой плотностью 650 кг/м³, получили согласно стандартной методике. Для центрального слоя на древесные частицы, имеющие размеры частиц от 1.25 мм до 4 мм и имеющие минимальное остаточное содержание влаги около 7 мас. % (на основе сухого веса древесины, высушенного в печи) распылили связующую композицию, имеющую состав и содержание твердых веществ, как описано ниже, таким образом, чтобы достичь загрузку связующего, как описано ниже, и возможные добавки, как описано ниже, и опрокидывали для равномерного покрытия. Подобным образом, для поверхностного слоя, на частицы поверхностного слоя, имеющие размеры частиц около 1.25 мм или менее и содержание влаги около 3%, распылили релевантные связующие композиции при релевантных загрузках, и возможные добавки, как описано ниже, и опрокидывали для равномерного покрытия.

Центральные слои каждого из образцов были одинаковыми и содержали древесные частицы (1,25-4 мм), имеющие остаточное содержание влаги около 7 мас. % и связующее на основе мочевиноформальдегида при загрузке 7,5 мас. % (твердые вещества связующего по массе просмоленных древесных частиц). Древесные частицы обрабатывали с помощью 0,60 мас. % SP45-воска. Мочевиноформальдегидная смола содержала 4,5 мас. % (от всего связующего) катализатора на основе нитрата аммония.

Различные образцы древесностружечной плиты имели различные поверхностные слои, как показано в Таблице 1 ниже. Загрузка связующего поверхностного слоя составляла 10 мас. % для всех образцов. Для образцов B1 - В9 применяли связующее на основе углевода, как описано ниже; для образцов В10 - В12, применяли то же самое мочевиноформальдегидное связующее как в центральном слое, но при указанной загрузке 10 мас. %.

связующие композиции поверхностного слоя на основе углевода, применяемые в этом примере, содержат водную смесь моногидрата декстрозы ("DMH") и фруктозы и гексаметилендиамин ("HMDА"), как описано в Таблице 1 ниже:

Содержание твердых веществ в таблице 1 представляет собой содержание твердых веществ (мас. %) водной связующей композиции до любого добавления глицерина. Для примеров B1, В2 и В3 начальный водный раствор связующего получали путем объединения DMH, фруктозы и воды; 5 мас. частей глицерина добавляли к 95 мас. частям этого исходного водного раствора связующего для получения водной связующей композиции. Аналогично, для примеров В4 и В4 10 мас. частей глицерина добавляли к 90 мас. частям исходного водного раствора связующего для получения водной связующей композиции.

Плиты B10, В11 и В12 включают поверхностное связующее на основе мочевиноформальдегида, содержащее древесные частицы (<1,25 мм), имеющее остаточное содержание влаги около 10 мас. % и мочевиноформальдегидное связующее при загрузке 10 мас. % (твердые вещества связующего по массе просмоленных древесных частиц). Древесные частицы обрабатывали с помощью 0,5 мас. % SP45 воска. Композиция мочевиноформальдегидной смолы содержала 0,5 мас. % (от всего связующего, на основе сухой массы) катализатора на основе нитрата аммония.

Чтобы изготовить образцы плит, массу покрытых древесных частиц, предназначенную для достижения целевой плотности плиты 650 кг/м³, была перенесена в формовочную коробку, чтобы сформировать образцы трехслойных плиты размером 300×300×16 мм, при этом используются большие размеры частиц для центрального слоя и меньшие размеры частиц, используемых для поверхностных слоев. Количество просмоленных частиц поверхностного слоя было адаптировано для образования поверхностных слоев, каждый из которых имеет толщину около 3 мм. Образцы плиты прессовали под давлением 56 бар до толщины 16 мм с использованием металлических упоров, при заданной температуре плиты пресса 230°С в течение заданного периода времени, чтобы достичь факторов сжатия (в секундах на мм толщины для плиты толщиной 16 мм), указанных в Таблице 2.

Тестируемые образцы подвергали тестированию прочности внутреннего сцепления, как например EN319, предназначенного для оценки прочности при растяжении, перпендикулярной к плоскости тестируемого куска и выраженной в Н/мм².

Образцы древесностружечных плит были также протестированы на прочность поверхности. Для этого круглую канавку (внутренний диаметр 35,7 мм) вырезали на 0,3 мм в глубину образца. Стальную прокладку приклеивали к поверхности плиты, на части вырезанной поверхности. После того, как клей затвердел, растягивающая сила прикладывается с постоянной скоростью, так чтобы произошло разрушение, предпочтительно в поверхностном слое, и сила, при которой происходит разрушение, сообщается и выражается в Ньютонах на квадратный миллиметр. Смотрите, например, BS EN311.

Карбо: связующее на основе углевода как в Таблице 1

МФ: связующее на основе мочевиноформальдегида

IB: прочность внутреннего сцепления

Было замечено, что плиты В10, В11 и В12, содержащие частицы поверхностного слоя, связанные связующим (57% твердых веществ) на основе мочевиноформальдегида, показали небольшие поверхностные дефекты на более чем 60% нижней поверхности плиты и около 25% верхней поверхности плиты.

Напротив, плиты В8 и В9, содержащие частицы поверхностного слоя, связанные связующим (69% твердых веществ) на основе углевода, содержали всего значительно меньше дефектов поверхности на задней стороне (около 40%), а также на верхней стороне (около 15%). Плиты В6 и В7, содержащие частицы поверхностного слоя, связанные связующим на основе углевода (61% твердых веществ), показали еще уменьшенное число дефектов поверхности (около 5% и 15%, соответственно, на обеих сторонах).

При добавлении 10 мас. % (на основе сухой массы) глицерина к связующей композиции на основе углевода для связывания частиц поверхностного слоя, смотрите плиты В4 и В5, поверхности показали дальнейшее уменьшение дефектов: менее 5% на обеих сторонах В4 и менее 10% на задней стороне, с отсутствием дефектов на верхней стороне В5.

При добавлении только 5 мас. % глицерина к связующей композиции на основе углевода, как в случае плит B1, В2 и В3, присутствие дефектов поверхности варьировалось от 40 до 50% на задней поверхности, но падало от около 15% на верхней стороне для В1 до отсутствия дефектов на верхней стороне для В2 и В3.

Вышеупомянутые дефекты представляют собой небольшие белые пятна, которые являются индикаторами поверхностных дефектов, которые становятся очевидными после обработки меламином.

Прочность поверхности значительно улучшается при сравнении плит B1 - В9 и плит, известных из уровня техники, представленных образцами В10, В11 и В12. Более конкретно в случае В7, прочность поверхности на задней поверхности была такой, что разрыв происходил в центральном слое. Это показывает, что поверхностный слой был сильно сцеплен. Напротив, в случае плит В10 и В11, связанных мочевиноформальдегидом, разрыв происходил в верхней внешней поверхности, и в случае В12, разрыв происходил в задней внешней поверхности.

1. Многослойная древесностружечная плита, содержащая по меньшей мере один центральный слой и поверхностный слой, причем частицы поверхностного слоя связаны связующим, содержащим продукты реакции на основе углевода, и частицы центрального слоя связаны связующим, отличным от связующей смолы на основе углевода, применяемой в поверхностном слое, в которой связующее, содержащее продукт реакции на основе углевода, содержит продукты реакции восстанавливающего сахара и источник азота.

2. Многослойная древесностружечная плита по п. 1, в которой связующее центрального слоя выбирают из связующих, содержащих: фенолформальдегидную смолу; мочевиноформальдегидную смолу; и связующей смолы на основе изоцианата, такого как метилендифенилдиизоцианат.

3. Многослойная древесностружечная плита по п. 1 или 2, в которой источник азота представляет собой аминный компонент, более конкретно компонент первичного амина.

4. Многослойная древесностружечная плита по любому из пп. 1-3, в которой восстанавливающий сахар выбирают из группы, состоящей из моносахаридов, дисахаридов, полисахаридов или их продукта реакции.

5. Многослойная древесностружечная плита по любому из пп. 3-4, в которой источник азота выбирают из: NH₃; неорганического амина; органического амина, содержащего по меньшей мере одну первичную аминную группу; полиамина; органической или неорганической соли, в частности аммониевых солей, любого из вышеуказанных.

6. Многослойная древесностружечная плита по п. 5, в которой источник азота содержит полиамин, имеющий структуру H₂N-Q-NH₂, в которой Q представляет собой: алкандиил, в частности алкандиильную группу, выбранную из -С₂-С₂₄-; алкандиильную группу, выбранную из -С₂-С₉-; или алкандиильную группу, выбранную из С₃-С₇-; предпочтительно Q представляет собой С₆ алкандиил, циклоалкандиил, такой как циклогександиил, циклопентандиил или циклобутандиил, гетероалкандиил или циклогетероалкандиил, каждый из которых при необходимости может быть замещен; или двухвалентный бензильный радикал.

7. Многослойная древесностружечная плита по п. 6, в которой полиамин выбирают из 1,6-диаминогексана (гексаметилендиамин, HMD А) и 1,5-диамино-2-метилпентана (2-метил-пентаметилендиамин).

8. Многослойная древесностружечная плита по п. 5, в которой полиамин выбирают из полиамина простого полиэфира и полимерного полиамина.

9. Многослойная древесностружечная плита по любому из пп. 3-8, в которой соотношение карбонильных групп в восстанавливающем сахаре и реакционноспособных аминогрупп в аминных компонентах связующего поверхностного слоя находится в интервале от 5:1 до 1:2, предпочтительно в интервале от 5:1 до 1:1.8, от 5:1 до 1:1.5, от 5:1 до 1:1.2, от 5:1 до 1:1, от 5:1 до 1:0.8 и от 5:1 до 1:0.5, от 4:1 до 1:2, от 3.5:1 до 1:2, от 3:1 до 1:2, от 2.5:1 до 1:2, от 2:1 до 1:2 и от 1.5:1 до 1:2.

10. Многослойная древесностружечная плита по любому из предшествующих пунктов, в которой связующее поверхностного слоя содержит: неуглеводный полигидроксильный компонент, в частности, выбранный из глицерина, полиэтиленгликоля, полипропиленгликоля, триметилолпропана, пентаэритрита, поливинилового спирта, частично гидролизованного поливинилацетата, полностью гидролизованного поливинилацетата и их смесей; и/или продукты реакции неуглеводного полигидроксильного компонента, в частности, выбранного из вышеуказанных.

11. Многослойная древесностружечная плита по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащая по меньшей мере один покрывающий поверхность лист или ламинат.

12. Способ получения многослойных древесностружечных плит, содержащих по меньшей мере один центральный слой и поверхностный слой, включающий: обеспечение древесных частиц центрального слоя, подходящих для центрального слоя, и контакт древесных частиц центрального слоя со связующей композицией центрального слоя с обеспечением просмоленных древесных частиц центрального слоя, обеспечение древесных частиц поверхностного слоя и контакт древесных частиц поверхностного слоя со связующей композицией поверхностного слоя с обеспечением просмоленных древесных частиц поверхностного слоя, расположение слоев просмоленных частиц с образованием слоистого мата из свободно расположенных частиц, содержащего последовательно или в обратном порядке первый поверхностный слой, содержащий просмоленные частицы поверхностного слоя, и по меньшей мере один центральный слой, содержащий просмоленные частицы центрального слоя, и возможно второй поверхностный слой, содержащий просмоленные частицы поверхностного слоя, и подвергание мата из просмоленных частиц прессованию и отверждению, где связующую композицию поверхностного слоя выбирают из связующих композиций, содержащих i) восстанавливающий сахар и ii) источник азота и/или продукты реакции (i) и (ii), и связующая композиция центрального слоя представляет собой связующие композиции, отличные от связующей композиции поверхностного слоя.

13. Способ по п. 12, в котором связующую композицию центрального слоя выбирают из: связующих композиций на основе фенолформальдегида; связующих композиций на основе мочевиноформальдегида и связующих композиций на основе изоцианата, в частности метилендифенилдиизоцианата.

14. Способ по п. 12 или 13, в котором источник азота представляет собой аминный компонент, предпочтительно компонент первичного амина.

15. Способ по п. 14, в котором связующая композиция поверхностного слоя содержит соотношение карбонильных групп в восстанавливающем сахаре и реакционноспособных аминогрупп в источнике азота в интервале от 5:1 до 1:2.

16. Способ по любому из пп. 12-15, в котором связующая композиция поверхностного слоя содержит: (а) реагент (реагенты) восстанавливающего сахара и источник азота и/или (b) отверждаемый продукт (продукты) реакции реагента (реагентов) восстанавливающего сахара и источника азота и в котором объединенная масса (а) и (b) составляет по меньшей мере 30%, предпочтительно по меньшей мере 50%, более предпочтительно по меньшей мере 70% по сухой массе связующей композиции поверхностного слоя.

17. Способ по любому из пп. 12-16, в котором связующая композиция поверхностного слоя содержит от 50 до 90% на основе сухой массы восстанавливающего сахара (восстанавливающих сахаров) и от 10 до 50% на основе сухой массы компонента (компонентов) источника азота, на основе объединенной сухой массы восстанавливающего сахара и источника азота.

18. Способ по любому из пп. 12-17, в котором связующая композиция поверхностного слоя дополнительно содержит 0.1-25% на основе сухой массы неуглеводного полигидроксильного компонента (компонентов), предпочтительно выбранного из глицерина, полиэтиленгликоля, полипропиленгликоля, триметилолпропана, пентаэритрита, поливинилового спирта, частично гидролизованного поливинилацеталя, полностью гидролизованного поливинилацеталя и их смесей, предпочтительно 2-18% по сухой массе глицерина.

19. Способ по любому из пп. 12-18, в котором связующая композиция поверхностного слоя является по меньшей мере частично предварительно прореагировавшей.

20. Способ по любому из пп. 12-19, в котором применяется последующее отверждение, в частности, посредством приложения энергии к древесностружечным плитам после высвобождения из вулканизационного пресса.

21. Многослойная древесностружечная плита, содержащая по меньшей мере один центральный слой и поверхностный слой, в которой поверхностный слой содержит древесные частицы поверхностного слоя, удерживаемые вместе связующим, полученным отверждением связующей композиции поверхностного слоя на основе углевода; и центральный слой содержит древесные частицы центрального слоя, удерживаемые вместе посредством отверждения связующей композиции центрального слоя, причем связующая композиция центрального слоя представляет собой связующую композицию, которая отлична от связующей композиции поверхностного слоя, предпочтительно связующую композицию на неуглеводной основе, где связующая композиция поверхностного слоя содержит восстанавливающий сахар и источник азота.