Патент на изобретение №2344032

(54) ПРОДУКТ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ, ПОЛУЧАЕМЫЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КЛЕЕВОЙ СИСТЕМЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к продукту из древесины, получаемому путем склеивания его частей клеевой системой. Продукт содержит древесину и/или субстрат, содержащий древесину, где части древесины соединяют друг с другом в результате использования клеевой системы, содержащей фенолформальдегидную смолу и эмульсию поливинилацетатной смолы, которая дополнительно включает меламиноформальдегидную смолу; а клеевая смесь отвердевает под действием кислоты. Изобретение позволяет получить продукт из склеенных частей древесины различной формы (лицевое, торцевое, шиповое соединение пиломатериалов, или древесных субстратов, или материалов неправильной формы (с помощью перемычек или фланами)), причем клеевой шов обладает улучшенными адгезионными свойствами, что позволяет применить продукт в ряде промышленных областей. 11 з.п. ф-лы, 14 ил., 6 табл.

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к продукту из древесины, получаемому путем склеивания его частей клеевой системой, содержащей смесь меламиноформальдегидной смолы, фенолформальдегидной смолы и сшиваемой смолы на основе поливинилацетатной эмульсии, которая отвердевает под воздействием кислоты или в результате термообработки и обеспечивает синергетический эффект.

Уровень техники

Хорошо известны различные способы склеивания или соединения частей древесных материалов. Одним из типов клеевого соединения, широко применяемым в деревообрабатывающей промышленности, является шиповое соединение (finger-joint). Шиповое соединение используется в вертикальных каркасных конструкциях и клееных деревянных балках. Такое соединение осуществляют способом, в котором клиновидные шипы механически заделываются в торец или боковую текстуру подлежащих соединению кусков древесины и на наружные поверхности шипов наносят клей. Шипы на любом из двух кусков древесины совмещаются таким образом, чтобы выступающие шипы на одном куске древесины вдвигались в пазы, прорезанные в другом куске, после чего создают торцевое давление, в результате которого происходит совместная фиксация клиновидных шипов. В результате приложения торцевого давления возникает достаточное поперечное давление на клей между наклонными поверхностями шипов, вследствие чего адгезив удовлетворительно соединяет два куска древесины при достаточной прочности и надежности такого соединения. При использовании в клееных деревянных балках некоторые из частей склеивают лицевыми поверхностями и используют в условиях рабочей нагрузки. Шиповое соединение широко используется в неконструкционных целях для производства длинных, соединенных шипами кусков древесины хорошего качества из древесины с недопустимо большим числом дефектов.

Водные эмульсии поливинилацетата широко используются в качестве клея. Недостатком клеевых соединений, полученных с использованием традиционных сшиваемых поливинилацетатных эмульсий, является их низкая водостойкость. Для улучшения водостойкости и других свойств таких клеевых рецептур в водные эмульсии поливинилацетата добавляют такие водно-растворимые материалы, как резорцинформальдегидные, мочевиноформальдегидные, меламиноформальдегидные или фенолоформальдегидные смолы. Причиной этого является тот факт, что многие винилацетатные клеи, как таковые, не полностью удовлетворяют стандартам ASTM, касающимся экстерьера неконструкционной древесины, в особенности таким, как ASTM D-5751 и ASTM D-5752, в основном относящимся к древесине с торцевыми клеевыми и шиповыми соединениями.

Mudge с сотр. (US Patent No. 5434216) установил, что клей полученный из виниацетатной N-метилолакриламидной полимерной суспензии, стабилизированной введением 1,5-2,5 мас.% 88% гидролизованного поливинилового спирта и 1-4 мас.% 95-99,5% гидролизованного поливинилового спирта, удовлетворяет не только требованиям, предъявляемым к пиломатериалам с шиповым соединением, но и требованиям ASTM D3110, предъявляемым к пиломатериалам с торцевым клеевым соединением.

Walisser с сотр. (US Patent No. 5952440), на которого ссылаются в настоящем описании, описывает отверждаемую, щелочную, модифицированную меламином, фенолоформальдегидную смолу, полученную из исходной фенолформальдегидной резольной смолы, содержащей 0,5-2,5% свободного формальдегида, в результате удаления формальдегида обработкой 1-12 частями меламина в расчете на 100 частей исходной смолы.

Использование сухого меламина в жидких фенольных резолах, предназначенных для соединения стекловолокна, имеет важное коммерческое значение по следующим причинам:

(i) меламин уменьшает выделение формальдегида из резола в ходе С-стадийных (связывание-отверждение) операций;

(ii) азот, содержащийся в продукте реакции меламина с формальдегидом, связывается молекулой высоко термоустойчивого меламина, в результате чего пахучие продукты разложения, такие как триметиламин, не образуются в ходе обычных высокотемпературных операций, используемых для отверждения связующего вещества. Образование обладающего сильным запахом триметиламина представляет собой серьезную проблему для некоторых применений при использовании в качестве связующего компонента фенольного резола, содержащего мочевину, поскольку мочевина не является термически устойчивым материалом;

(iii) меламин обладает достаточной растворимостью в воде, что позволяет осуществлять его непосредственное добавление для разбавления связующих компонентов из стекловолокна;

(iv) меламин образует устойчивую дисперсию с водными фенольными резолами; и

(v) меламин является нетоксичным, неопасным, относительно дешевым, высокотоннажным химическим продуктом.

Традиционные клеи для дерева содержат смолы, способные отвердевать в присутствии кислот, оснований или под воздействием тепла. Если рН отверждаемого клея уменьшается до значения менее 2,5, то согласно промышленным стандартам такой продукт считается бесполезным для строительного применения, поскольку древесина становится более подверженной разрушению. На рН клея до отвердения ссылаются, как на рН во влажном состоянии. Согласно ASTM D1583 на рН отвердевшей полоски клея на стекле ссылаются, как на рН в отвержденном состоянии. Традиционные двухкомпонентные, каталитически сшиваемые поливинилацетатные смолы имеют значение рН во влажном состоянии в интервале 1-3 и часто имеют значение рН в отвержденном состоянии ниже 2,5.

В соответствие со сказанным выше существует потребность в клеевой системе для лесоматериалов, обладающей исключительными адгезионными свойствами, способностью к быстрому склеиванию при окружающей температуре, воздействии радиочастотного излучения (R/F) и в условиях горячего прессования, представляющей собой светлый материал и имеющей значение рН полоски отвержденного клея выше 2,5, подходящей для конструкционного применения.

Сущность изобретения

Воплощения настоящего изобретения относятся к клеевым системам, содержащим смесь меламиноформальдегидной смолы, фенолформальдегидной смолы и сшиваемой поливинилацетатной эмульсионной смолы, которая отвердевает под действием кислоты или при термообработке.

Краткое описание чертежей

На Фигуре 1 приведено сравнение средней прочности отвержденных в естественных условиях деревянных заготовок из пихты Дугласа (Douglas Fir), полученных с помощью клея настоящего изобретения, со средней прочностью заготовок из пихты Дугласа, полученных с помощью индивидуальных компонентов клея со значением рН в интервале 2,5-4. Нагрузку, разрушающую заготовку, измеряли после одного цикла кипячения в течение четырех часов.

На Фигуре 2 приведено сравнение средней прочности отвержденных в естественных условиях деревянных заготовок из пихты Дугласа, полученных с помощью клея настоящего изобретения, со средней прочностью заготовок из пихты Дугласа, полученных с помощью индивидуальных компонентов клея со значением рН в интервале 2,5-4. Нагрузку, разрушающую заготовку, измеряли после AVP испытания.

На Фигуре 3 представлены результаты сравнения % повреждения древесины отвержденных в естественных условиях заготовок из Douglas Fir, полученных с помощью клея настоящего изобретения, с повреждением древесины в заготовках из Douglas Fir, полученных с помощью индивидуальных компонентов клея со значением рН в интервале 2,5-4. Повреждение древесины, выраженное в %, измеряли после одного цикла кипячения в течение четырех часов.

На Фигуре 4 представлены результаты сравнения % повреждения древесины отвержденных в естественных условиях заготовок из пихты Дугласа в присутствии клея настоящего изобретения со средней прочностью заготовок из пихты Дугласа, полученных с помощью индивидуальных компонентов клея со значением рН в интервале 2,5-4. Повреждение древесины в заготовках, выраженное в %, измеряли с помощью AVP теста.

Фигура 5 иллюстрирует срок службы заготовок из пихты Дугласа, полученных с помощью клея настоящего изобретения, Wonderbond MR-70 и фенолрезорцинформальдегидной смолы (PRF). Клеи отверждали воздействием радиочастотного (RJF) излучения при различных скоростях схватывания.

Фигура 6 иллюстрирует % повреждения древесины в заготовках из пихты Дугласа, полученных с помощью клея настоящего изобретения, Wonderbond MR-70 и фенолрезорцинформальдегидной смолы (PRF) после 6 циклов 24-часового кипячения и AVP тестов. Клеи отверждали воздействием радиочастотного (R/F) излучения при различных скоростях схватывания.

На Фигуре 7 приведены результаты сравнения средних нагрузок, приводящих к разрушению отвержденных в естественных условиях заготовок из пихты Дугласа, изготовленных с помощью различных количеств Wonderbond EPR-47 и Wonderbond MR-70 после 2 циклов кипячения длительностью в восемь часов.

На Фигуре 8 приведены результаты сравнения средних нагрузок, приводящих к разрушению отвержденных в естественных условиях заготовок из пихты Дугласа, изготовленных с помощью различных количеств Wonderbond EPR-47 и Wonderbond MR-70 после AVP теста.

На Фигуре 9 приведены результаты сравнения выраженного в процентах повреждения древесины отвержденных в естественных условиях заготовок из пихты Дугласа, изготовленных с помощью различных количеств Wonderbond EPR-47 и Wonder-bond MR-70 после двух циклов кипячения длительностью в восемь часов.

На Фигуре 10 представлены результаты сравнения выраженного в процентах повреждения древесины отвержденных в естественных условиях заготовок из пихты Дугласа, изготовленных с помощью различных количеств Wonderbond EPR-47 и Wonderbond MR-70 после AVP теста.

Фигура 11 демонстрирует средний % повреждения древесины отвержденных в естественных условиях заготовок из пихты Дугласа, изготовленных с помощью различных количеств забуференного Wonderbond EPR-47 и Wonderbond MR-70 после 2 циклов кипячения длительностью в восемь часов, 10 циклов кипячения длительностью в 40 часов и AVP испытания.

Фигура 12 иллюстрирует среднее значение нагрузки, приводящей к разрушению отвержденных в естественных условиях заготовок из пихты Дугласа, изготовленных с помощью различных количеств забуференного Wonderbond EPR-47 и Wonderbond MR-70 после 2 циклов кипячения длительностью в восемь часов, 10 циклов кипячения длительностью в 40 часов и AVP испытания.

Фигура 13 иллюстрирует результаты теста согласно ASTM В-2559 на расслаивание отвержденной в естественных условиях составной балки (из досок) из пихты Дугласа.

Фигура 14 иллюстрирует результаты теста согласно ASTM В-2559 на расслаивание отвержденной в естественных условиях составной балки из южной желтой сосны (Southern Yellow Pine).

Раскрытие сущности изобретения

В соответствие с воплощениями настоящего изобретения предусматривается клей, содержащий новую комбинацию компонентов, демонстрирующий превосходные адгезионные свойства в ряде промышленно важных применений, без конкретных ограничений включающих лицевое, торцевое, шиповое соединение пиломатериалов, или древесных субстратов, или материалов неправильной формы (соединение с помощью перемычек или фланцевое соединение). Клеевая система включает смесь, содержащую меламиноформальдегидную смолу, фенолформальдегидную смолу и сшиваемую поливинилацетатную эмульсионную смолу, которая отвердевает под воздействием кислоты и/или тепла. При изменении количеств компонентов, а также кислоты, клеевая система приобретает разнообразные связывающие свойства, удовлетворяющие различным требованиям, предъявляемым к соединению.

Известно множество меламиноформальдегидных смол и способов их получения. Меламиноформальдегидная смола включает метилированные и неметилированные меламиноформальдегидные смолы. Без конкретных ограничений их примерами могут служить Cascomel MF-2L, Wonderbond MR-70, Cascomel MF-1L, Cascomel MO-608B (поставляемые Borden Chemical, Inc. of Columbus, Ohio), а также их комбинации. Предпочтительной меламиноформальдегидной смолой является смола Wonderbond MR-70. Меламиноформальдегидная смола используется в количестве 5-50 мас.% в расчете на общую массу смеси.

Известно множество фенолформальдегидных смол и способов их получения. Без конкретных ограничений фенолформальдегидные смолы включают высокомолекулярные фенолформальдегидные смолы. Предпочтительными фенолформальдегидными смолами являются Cascophen 433-156 и Cascophen 433-156 A, выпускаемые Borden Chemical, Inc. of Columbus, Ohio. Фенолформальдегидная смола используется в количестве 10-50 мас.% в расчете на общую массу смеси.

Без конкретных ограничений сшиваемая поливинилацетатная эмульсионная смола включает Polyvac MB-CB, Polyvac MB-42 1 и их комбинации. Предпочтительной сшиваемой поливинилацетатной эмульсионной смолой является Polyvac MB-CB, поставляемый Franklin International of Columbus, Ohio. Количество сшиваемой поливинилацетатной эмульсионной смолой составляет 23-72 мас.% в расчете на общую массу смеси.

Фенолформальдегидный резол может использоваться совместно со сшиваемой поливинилацетатной эмульсионной смолой. Продукт, являющийся комбинацией фенолформальдегидного резола и сшиваемой поливинилацетатной эмульсии, представляет собой Wonderbond EPR-47, поставляемый Borden Chemical, Inc. of Columbus, Ohio.

Предпочтительная кислота может представлять собой кислоту Брэнстеда (т.е. любое молекулярное или ионное вещество, выполняющее функцию донора протонов) или кислоту Льюиса (т.е. любое молекулярное или ионное вещество, являющееся акцептором пары электронов). Без конкретных ограничений Брэнстедовские кислоты включают метансульфокислоту и толуолсульфокислоту. Предпочтительные Брэнстэдовские кислоты представляют собой Wonderbond Hardener M-400L и Wonderbond Hardener M-600L, поставляемые Borden Chemical, Inc. of Columbus, Ohio. Предпочтительная кислота Льюиса представляет собой хлористый алюминий, предпочтительно М-3 18 LY, поставляемая Borden Chemical, Inc. of Columbus, Ohio. Кислоту используют в количестве 1-20 мас.% в расчете на общую массу смеси. Однако указанное количество может изменяться в зависимости от конкретного разбавления. Типичный интервал разбавления для указанных кислот составляет 28-95 мас.%. Эффективное количество кислоты представляет собой такое количество, которое достаточно для создания в смеси рН 1-5, предпочтительно 3,5-4,5.

Компоненты клеевой смеси настоящего изобретения могут смешиваться в любом конкретном порядке. Клеевую смесь настоящего изобретения готовят смешиванием меламиноформальдегидной смолы с комбинацией фенолформальдегидной смолы и сшиваемой поливинилацетатной эмульсии. После этого полученную смесь меламиноформальдегидной смолы, фенолформальдегидной смолы и сшивающей поливинилацетатной эмульсии тщательно перемешивают и добавляют кислоту.

Кроме этого, клей настоящего изобретения может быть приготовлен предварительным смешиванием фенолформальдегидной смолы, сшиваемой поливинилацетатной эмульсии и кислоты. После этого к полученному премиксу примешивают меламиноформальдегидную смолу.

Клей настоящего изобретения также может быть приготовлен предварительным смешиванием кислоты с поливинилацетатной эмульсией или меламинформальдегидом с последующим добавлением оставшихся компонентов.

Предпочтительное воплощение настоящего изобретения включает смесь, состоящую из 70 (pbw) мас. ч. Wonderbond EPR-47, 30 pbw Wonder-bond MR-70 и 10 мас. ч. 95% водного раствора муравьиной кислоты или 10 мас. ч. 70% водного раствора метансульфокислоты.

Клей настоящего изобретения может применяться на различной мягкой и твердой древесине, без конкретных ограничений включающей Douglas Fir (пихта Дугласа), White Fir (белая пихта), Hemlock (тсуга), Larch (лиственница), Southern Yellow Pine (Южная желтая сосна), Ponderosa Pine (сосна Пондероса) и их комбинации. Предпочтительной древесиной является Douglas Fir, Ponderosa Pine и Southern Yellow Pine.

Клей настоящего изобретения может применяться на различных лесоматериалах, когда требуется соединение двух или более частей плотной древесины или композитной древесины. Согласно одному из воплощений клей применяют для вертикальных шиповых соединений и фасадных ламинирующих поверхностей. Клей наносят между двух частей древесины и участок соединения на 30 секунд подвергают действию давления в (400-8000 фунт/дюйм²) 28,1-56,3 кг/см² для шиповых соединений, тогда как в случае ламинированных поверхностей давление в (150 фунт/дюйм²) 10,5 кг/см² применяют в течение 12 часов. После этого в течение 24 часов или более участку соединения древесины давали отвердевать при окружающей температуре выше (700°F) 371°С.

Клеевые системы настоящего изобретения оценивали в изготовлении двухслойных заготовок из пихты Дугласа. Древесину пихты Дугласа разрезали на полосы (шириной 2,5 дюйма, длиной 12 дюймов и толщиной 3/4 дюйма) размером 6,4×30,5×1,9 см. Индивидуальные полосы взвешивали и две из них, имеющие одинаковую массу и ориентацию зерен, соединяли с помощью клея, подлежащего оценке. При воздействии окружающей температуре выше (700°F) 371°C заготовки в течение 12 часов подвергали воздействию давления порядка (150 фунт/дюйм²) 10,5 кг/см². Эту операцию называют “отстаиванием на холоду или отвердеванием в естественных условиях”. Отвердевание других заготовок проводили под воздействием радиочастотного (R/F) излучения в течение указанного времени. После этого заготовки разрезали на пять равных опытных образцов. Испытательные образцы подвергали двум циклам кипячения в течение восьми часов; десяти циклам кипячения в течение 40 часов и ускоренному вакуумному испытанию в присутствии холодной воды (AVP). В испытании восьмичасовым кипячением в двух циклах опытный образец кипятили в воде в двух последовательных циклах длительностью четыре часа каждый. В испытании 40-часовым кипячением в десяти циклах опытный образец кипятили в воде в течение 10 последовательных циклов, каждый из которых длился 4 часа. AVP испытание и 8 часовое кипячение в двух циклах проводили согласно ASTM 575 1-99.

После кипячения и AVP теста клеевое соединение заготовок тестировали на предел прочности при сдвиге и повреждение древесины в соответствие с ASTM B-5572 и В-575 1. После сдвига опытных образцов исследовали площадь повреждения. Если вся площадь среза или площадь растянутой зоны присутствуют на древесине, это означает 100% повреждение древесины. Если же вся площадь фиксирована в клеевом соединении, то это означает 0% повреждения древесины. Чем выше процент повреждения древесины, тем лучше адгезионное сцепление. Исследование нагрузки, приводящей к разрушению, проводили согласно ASTM В-575 1 с использованием испытательной установки от Tinius Olsen Universal Testing Machine of Philadelphia, Pennsylvania.

Кроме этого, с помощью клеевых систем настоящего изобретения готовили шестислойные балки из пихты Дугласа или южной желтой сосны. Отдельные слои имели толщину (1/4 дюйма) 0,63 см, ширину (5 1/2 дюйма) 14 см и длину (18 дюймов) 45,7 см. Отдельные слои взвешивали и шесть полученных слоев с одинаковой массой и ориентацией зерен соединяли друг с другом с помощью клея, подлежащего оценке. При окружающей температуре выше (700°F) 371°C брус подвергали воздействию давления в (150 дюйм/м²) 10,5 кг/см² в течение 12 часов. Полученный брус разрезали на четыре одинаковых опытных образца.

Использование клеевых систем настоящего изобретения дополнительно оценивали при получении стоек с отвержденным в естественных условиях шиповым соединением и проводили тестирование на предел прочности (MOR) и прочность на сдвиг согласно WWPA 101.97.

Пример 1

Синергетический эффект клеевой смеси настоящего изобретения демонстрировали сравнением физических свойств бруса из пихты Дугласа, изготовленного с использованием отдельных компонентов клеевой смеси настоящего изобретения со свойствами бруса из пихты Дугласа, изготовленного с использованием новой смеси настоящего изобретения с различными значениями рН. Опытные образцы бруса из пихты Дугласа подвергали кипячению и ускоренному вакуумированию в присутствии холодной воды (AVP) и тестировали на разрушающую нагрузку (psi) и повреждение древесины (WF). В качестве меламиноформальдегидной смолы применяли Wonderbond MR-70. В качестве системы их фенолформальдегидной смолы и сшиваемой поливинилацетатной эмульсии использовали Wonderbond EPR-47. Сшиваемая поливинилацетатная эмульсия представляла собой Polyvac MB-CB (PVAc). Клеевая смесь настоящего изобретения содержала 70 мас.ч. Wonderbond EPR-47 и 30 мас.ч. Wonderbond MR-70. Желаемое значение рН клеевых систем устанавливали с помощью 95% муравьиной кислоты (Wonderbond Hardener M-600L). Готовили двадцать образцов, содержащих каждый из упомянутых клеев. Средние значения разрушающей нагрузки и повреждение древесины определяли суммированием всех значений, полученных в каждой группе образцов, и делением на число образцов в каждой группе. Полученные результаты представлены на Фигурах 1-4.

Как следует из Фигур 1-4, клеевая смесь настоящего изобретения демонстрирует лучшую прочность при кипячении и AVP испытании, а также большие повреждения древесины, чем отдельные компоненты смеси. Клеевая смесь настоящего изобретения также обладает лучшей AVP прочностью и лучшими свойствами, касающимися повреждения древесины, чем меламиноформальдегидные смолы (Wonderbond MR-70) при значении рН в отвержденном состоянии 2,5.

Пример 2

Заготовки из пихты Дугласа готовили с использованием различных клеев, которые отвердевали под воздействием радиочастот (R/F). R/F отверждение осуществляли с помощью радиочастотного генератора мощностью 5 кВт от L&L Machinery of N.Wilkesboro, North Carolina, при силе тока 0,44-6,0 ампер. Образцы подвергали воздействию радиочастотного излучения в течение 20, 40 и 60 секунд. Опытные образцы, содержащие каждый из указанных выше клеев, подвергали 6 цикловому, 24 часовому испытанию кипячением и AVP тесту. Во всех клеевых системах, за исключением Cascophen RE 5445S и Cascoset FM-6310L, устанавливали рН 3,5 с помощью Wonderbond Hardener M-600L. В клеевых системах Cascophen RE 5445S и Cascoset FM-63 1 OL устанавливали рН 8. Оценивали следующие клеевые системы: смесь Cascophen RE 5445S: Cascoset FM-63 1 OL в соотношении 2,3:1; Wonderbond MR-70 забуференный 3 мас.% формиата натрия (в расчете на общую массу композиции); смесь Wonderbond MR-70: Cascophen 433-156 в соотношении 70:30; смесь Wonderbond EPR-47: Wonderbond MR-70 в соотношении 50:50; Wonderbond MR-70; и смесь, состоящая из 90 частей Wonderbond MR-70 и 10 частей Cascomel MO-608B. На Фигурах 5 и 6 приведены значения среднего срока службы и повреждения древесины.

Клеевые система, состоящая из Cascophen RE 5445S и Cascoset FM-63 1 OL, представляет собой фенолрезорцинформальдегидную (PITh) термореактивную смолу с высокой степенью сшивки. Cascoset FM-631 OL представляет собой параформальдегидный катализатор. Как следует из данных, представленных на Фигуре 5, клеевая смесь настоящего изобретения демонстрирует сравнимые значения AVP прочности и лучшие значение повреждения древесины в тесте AVP, чем клеевая система из Cascophen RE 5445S и Cascoset FM-63 1 OL.

Из данных, представленных на Фигурах 5 и 6, также следует, что клеевая система настоящего изобретения демонстрирует лучшие значения устойчивости к кипячению в воде и AVP прочности, чем смолы на основе одного меламина.

Пример 3

Брус из пихты Дугласа изготовляли с использованием различных соотношений между Wonderbond EPR-47 и Wonderbond MR-70 при рН 2,5. Тестировали десять опытных образцов, которые содержали каждое из соотношений компонентов. Смесь, состоящую из Wonderbond EPR-47 и Wonderbond MR-70, подкисляли 10 мас.ч. Hardener M-600L. Процентные значения прочности и повреждения древесины в опытных образцах после двухциклового, восьмичасового кипячения и AVP теста приведены на Фигурах 7, 8, 9 и 10.

Как следует из данных, представленных на Фигурах 7, 8, 9 и 10, клеевые смеси, содержащие более 50% Wonderbond EPR-47, обладают желаемыми свойствами, касающимися прочности связи и повреждения древесины.

Пример 4

Двухслойные заготовки из пихты Дугласа готовили в соответствие с методикой, описанной в ASTM D 5751-99; однако в качестве клея использовали смеси с различным соотношением Wonderbond EPR-47, забуференной 3 мас.% формиата натрия, и Wonderbond MR-70. Шесть заготовок из каждой группы подвергали 2 циклам кипячения, 10 циклам кипячения и AVP, после чего определяли процент повреждения древесины и разрушающие нагрузки. Полученные результаты представлены на Фигурах 11 и 12.

Как следует из данных, представленных на Фигуре 11, использование смеси Wonderbond EPR-47, забуференной 3 мас.% формиата натрия, и Wonderbond MR-70 в соотношении 70:30 обеспечивает наивысший процент повреждения древесины после 10 циклов кипячения и AVP теста.

Как следует из данных, приведенных на Фигуре 12, смесь из Wonderbond EPR-47, забуференной 3 мас.% формиата натрия, и Wonderbond MR-70 в соотношении 70:30 демонстрирует лучшие характеристики в тестах на прочность после 2 и 10 циклового кипячения в воде.

Пример 5

Шестислойные опытные образцы из отвержденной в естественных условиях пихты Дугласа, вырезали из балок, изготовленных с использованием различных количеств клеевой системы настоящего изобретения. Балки изготовляли в соответствие с методикой ASTM D-2559. Оценивались следующие клеевые системы: смесь из 70 мас. ч. Wonderbond EPR-47, 30 мас. ч. Wonderbond MR-70 и 10 мас. ч. 70% метансульфокислоты; смесь из 70 мас. ч. Wonderbond EPR-47, забуференной 3 мас.% формиата натрия, 30 мас. ч. Wonderbond MR-70 и 10 мас. ч. 70% метансульфокислоты; и смесь из 70 мас. ч. Wonderbond EPR-47, забуференной 3 мас.% формиата натрия, 30 мас. ч. Wonderbond MR-70 и 9 мас. ч. 95% муравьиной кислоты. Опытные образцы тестировали на расслаивание согласно ASTM D-2559. Полученные результаты представлены на Фигуре 13.

Пример 6

Образцы заготовки из южной желтой сосны (Southern Yellow Pine) получали в соответствие с методикой, описанной в Примере 5. Результаты теста на расслоение согласно ASTM D-2559 приведены на Фигуре 14.

Пример 7

Распорки размером (2 дюйма × 2 дюйма × 8 футов) 5,1×5,1×20,3 см с шиповыми соединениями изготовляли с использованием клея настоящего изобретения. Спецификации для отвержденных в естественных условиях деревянных каркасов с шиповым соединением содержатся в части А документа Procedures For Mill Certification and Quality Control, Glued Products, Western Wood Products Association (Август 1998).

Клей готовили предварительным смешиванием 75 мас. ч. Wonderbond EPR-47 с 2 мас. ч. Hardener M-400L, после чего смесь помещали в бак-сборник. Полученный премикс автоматически смешивали с 25 мас. ч. Wonderbond MR-70, используя автоматический смеситель Rook, поставляемый Rook Metering/Michael Engineering of Mount Pleasant, Michigan, снабженный 30″ статической смесительной лампой. Клей наносили на заготовку и помещали под пресс непрерывного действия, создающий давление (400-800 фунт/дюйм²) 28,1-56,2 кг/см² в течение 3 секунд. Номинальное значение давления изменялось в зависимости от сорта древесины, например, использовалось давление (800 фунт/дюйм²) 56,2 кг/см² для пихты Дугласа (Douglas Fir) и (400 фунт/дюйм²) 28,1 кг/см² для белой пихты (White Fir). Склеенную древесину в течение 210 секунд подвергали поперечному передвижению, и в течение этого времени склеенная заготовка дополнительно отвердевала и оставалась целой при грубой обработке. В качестве сырья использовали белую пихту (White Fir) и ель (Spruce), тсугу (Hemlock) и комбинацию из пихты Дугласа (Douglas Fir) и лиственницы (Larch). Температура заготовок составляла (380°F) 193°C при содержании влаги 19% или ниже. Опытные образцы размером (1,5×1,5×36 дюймов) 3,8×3,8×91,4 см тестировали на модуль разрыва, который представляет собой максимальное поверхностное натяжение в изгибаемом брусе в точке разрыва (MOR), и на повреждение древесины. Полученные результаты представлены в Таблицах 1, 2 и 3.

Пример 8

Отвержденные в естественных условиях каркасы с шиповым соединением, размером 2”×6”×8′, готовили по методике, описанной в примере 8 с использованием тсуги (hemlock) и комбинации из пихты Дугласа и лиственницы. Образцы тестировали на MOR и повреждение древесины. Полученные результаты представлены в Таблицах 4, 5 и 6.

Пример 9

10 мл клеев, указных в Таблице 6, помещали в пробирку с внутренним диаметром (ID) 15 мл. Значения рН клеев, указанные в Таблице 6, устанавливали с помощью 95% муравьиной кислоты. Затем пробирки погружали в водяную баню при температуре 70°С. Два металлических сенсора погружали в пробирку и осуществляли быстрое вращение. При внезапном явном увеличении вязкости клея поступает сигнал с Sunshine 22A Gel Timer, от Sunshine Instruments of Philadelphia, Pennsylvania. Время от начала погружения в воду и поступлением сигнала определяется как “время гелеобразования”. Чем короче время гелеобразования, тем выше скорость отверждения смолы. Полученные результаты представлены в Таблице 6.

Как следует из Таблицы 6, максимальную скорость отверждения при рН 3,85 обеспечивает клеевая смесь, содержащая 50 частей Wonderbond MR-70 и 50 частей Wonderbond EPR-47.

Формула изобретения

1. Продукт, содержащий древесину и/или субстрат, содержащий древесину, где части древесины соединяют друг с другом в результате использования клеевой системы, содержащей фенолформальдегидную смолу и эмульсию поливинилацетатной смолы, которая дополнительно включает меламиноформальдегидную смолу; а клеевая смесь отвердевает под действием кислоты.

2. Продукт по п.1, в котором клеевая система содержит меламиноформальдегидную смолу в количестве 10-50 мас.% в расчете на общую массу клеевой смеси.

3. Продукт по п.1, в котором фенолформальдегидная смола присутствует в системе в количестве 10-50 мас.% в расчете на общую массу смеси.

4. Продукт по п.1, в котором эмульсия поливинилацетатной смолы, представляющая собой водную эмульсию сшиваемой поливинилацетатной смолы, присутствует в системе в количестве 23-72 мас.% в расчете на общую массу смеси.

5. Продукт по п.1, в котором кислота представляет собой 95%-ный водный раствор муравьиной кислоты.

6. Продукт по п.5, в котором муравьиная кислота присутствует в системе в количестве 1-20 мас.% в расчете на общую массу смеси.

7. Продукт по п.1, в котором кислота, используемая для отвердевания клея, представляет собой 70%-ный водный раствор метансульфокислоты.

8. Продукт по п.1, в котором кислота, используемая для отвердевания клея, представляет собой 70%-ный водный раствор толуолсульфокислоты.

9. Продукт по п.1, в котором кислота, используемая для отвердевания клея, представляет собой хлористый алюминий.

10. Продукт по п.1, в котором рН смеси имеет значение в интервале 1-5.

11. Продукт по п.1, в котором рН смеси имеет значение в интервале 3,5-4,5.

12. Продукт по п.1, в котором клеевую смесь вулканизуют под действием тепла.

РИСУНКИ