專利名稱：高強度環(huán)保型瓦楞紙板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物可降解的并且不含甲醛的瓦楞紙板，尤其涉及一種具有基于 大豆黏合體系的瓦楞紙板。
背景技術(shù)：
脲甲醛(脲醛)樹脂被廣泛用作定向刨花板和刨花板的粘合劑。這些甲醛樹脂價 格低廉，無色，并且能夠很快凝固形成剛性聚合物。盡管甲醛樹脂非常有效，但是定向刨花 板和刨花板常常是低質(zhì)量的代名詞。低質(zhì)量問題中值得關(guān)注的是，當暴露于水或熱和潮濕 條件下時這些復(fù)合物的降解比率。甲醛樹脂黏合的木制產(chǎn)品還存在另一嚴重的缺點木制產(chǎn)品會緩慢地向周圍 環(huán)境釋放甲醛。甲醛是一種眾所周知的致癌物質(zhì)，同時也是被稱作Volatile Organic Compounds(VOCs)系列化合物中一種。出于環(huán)保、健康以及木制品甲醛散發(fā)監(jiān)管標準的需 要，對不同的不含甲醛的粘合劑存在著持續(xù)不斷的需求。最近一個或多個州的立法中，已經(jīng) 開始禁止或者嚴格限制在家具和建筑材料中使用甲醛。大量不含甲醛的化合物已經(jīng)被研制出來作為木制品的粘合劑。美國專利 4，395，504披露了一種在碎木板生產(chǎn)過程中使用的無甲醛粘合劑，該粘合劑由尿素與乙二 醛的反應(yīng)而得到。但是這種粘合劑凝固速率過慢，并且凝固需要酸性環(huán)境(低PH值)。美國專利5，059，488披露了在尿素循環(huán)反應(yīng)中戊二醛比乙二醛的優(yōu)勢之所在。該 專利披露了使用戊二醛-亞乙基脲樹脂生產(chǎn)木制面板。結(jié)果顯示，這種聚合樹脂的凝固速 度快于乙二醛尿素聚合樹脂，并且凝固可以在相對較高的pH條件下實現(xiàn)。但是，基于戊二 醛的聚合樹脂不夠經(jīng)濟可行。美國專利4，692，478披露了一種用于生產(chǎn)刨花板和膠合板的 無甲醛粘合劑，該粘合劑以碳水化合物為原料，如乳清，乳清滲透物，淀粉和糖。合成過程包 括使用無機酸水解碳水化合物，然后使用氨水中和以生成樹脂。盡管反應(yīng)所需的原材料價 格低廉且是可再生的，但是該反應(yīng)需要在PH值約為0. 5的條件下進行。這種使得處理過程 困難，危險性高且成本昂貴。美國專利6，822，042也披露了一種利用碳水化合物(玉米糖漿)為原料生產(chǎn)的成 本低廉的木材粘合劑。這種粘合劑的優(yōu)點諸多強勁的粘合力，成本低廉，原材料可再生。 但是，這種粘合劑的使用需要異氰酸鹽作為交聯(lián)劑，異氰酸鹽本身具有毒性，因此不能起到 完全替代甲醛的效果。美國專利6，599，455描述了一種用于生產(chǎn)碎木板的不含甲醛的粘合劑，這種粘合 劑包含固化熱塑性共聚物和交聯(lián)劑，其中交聯(lián)劑選自環(huán)氧樹脂、異氰酸鹽、N-羥甲基以及碳 酸乙烯脂化合物。這種粘合劑在凝固后具有很好的強度和防水性能。但環(huán)氧樹脂不夠經(jīng)濟會使得粘合劑的成本過高。美國專利6，348，530描述了一種用于生產(chǎn)定型木制品的無甲醛粘合劑，該粘合劑 由多胺聚合物和多元羧酸的混合物組成。這種粘合劑的制備過程過于復(fù)雜并且不夠經(jīng)濟可 行。Purebond 作為一種甲醛替代物而被用于硬木，膠合板，刨花板的制造生產(chǎn)。但是， Purebond 可能也含有有毒的化學(xué)物質(zhì)，如環(huán)氧氯丙烷。盡管Purebond 是本領(lǐng)域中的一種 改進，但是從表述上看，它并不能從根本上避免所有的危險以及潛在危險物質(zhì)，具體可參見 http://www. columbiaforestproducts. com/products/prodpb. aspx。同時也可參見美國專 利 7，252，735。美國專利 7，345，136 (Heartland Resources Technologies)被認為與 H2H 控股公司的產(chǎn)品Soyad 相關(guān)。Soyad :被認為包含以樹脂形式存在的大豆蛋白，但是它并 沒有在使用大豆蛋白的同時避免致癌粘合劑的使用。因此，盡管現(xiàn)有技術(shù)對解決尿素甲醛粘合劑的問題做了改進工作，但是仍然需要 研究一種真正無毒的、具有高強度的樹脂或者化合物系統(tǒng)，這種化合物系統(tǒng)中不含有任何 甲醛物質(zhì)或者其他致癌化合物，并且是環(huán)境友好的且非常穩(wěn)固。本領(lǐng)域的目標在于尋找一種樹脂，這種樹脂能夠有效地替代甲醛樹脂。還要提供 一種比現(xiàn)有技術(shù)中的顆粒板強度更好的板材。最好這種樹脂是生物可降解的，原料來源豐 富的，即使不完全是可再生資源，也是環(huán)境友好的，并且比現(xiàn)有技術(shù)中的顆粒板強度更好。 最好地，家具的板材具有厚實，堅固的輪廓，但同時重量較輕。最好地，這種固化組合物包含 相對高含量的非揮發(fā)物質(zhì)，并且同時這些物質(zhì)也是穩(wěn)定的，能快速凝固的，并且在凝固過程 中以及后續(xù)過程中不會發(fā)出任何有毒氣體。最好這些產(chǎn)品在被拋棄時還是對環(huán)境無害的。 本發(fā)明涉及一個或多個前述和其他的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括一種高強度且輕質(zhì)的瓦楞紙板。該紙板由大豆蛋白基樹脂制得的第一 壓縮薄板和一層或多層植物纖維制備的薄板組成。第一層壓縮薄板與波浪形組件相連。在 本發(fā)明的一個實施例中，植物纖維選自以下組合中的一種或多種亞麻，大麻，苧麻，劍麻， 黃麻，木棉，香蕉，菠蘿和紅麻。在另一個實施例中，本發(fā)明還包含一第二壓縮薄板?？蛇x地， 第二壓縮板是由大豆蛋白基樹脂和一層或多層植物纖維制備的薄板組成。第一壓縮薄板比 第二壓縮薄板平坦很多。兩層壓縮薄板都與波浪形組件相連。在本發(fā)明的一個實施例中，高強度的瓦楞紙板由大豆蛋白基樹脂和一層或多層植 物纖維材質(zhì)的薄板組成。波浪形組件與第一層相連，連接之處厚度的最大值約為7cm，瓦楞 紙板的最小厚度為1. 8mm，瓦楞紙板的密度小于300kg/m3，ASTM D790的三點彎曲實驗表明 瓦楞紙板的強度大于600KPa。術(shù)語“瓦楞”指任何相對輕質(zhì)的材料，這些材料被設(shè)計和成型附著于一層或者兩層 之間的夾心層，使得相對于單獨的薄板，不同層之間會被分開并可增強瓦楞紙板的強度，同 時大幅度降低瓦楞紙板的密度。一種波浪形組件在其中一個實施例中包含凹槽單元。在另 一個實施例中，波浪形組件可包括一系列彼此之間進行周期性粘附的條紋，并且這些條紋 像手風(fēng)琴一樣被拉開以形成如像蜂巢一樣的式樣。波浪形組件還包括輕型填充物和泡沫， 這些物質(zhì)能夠被設(shè)置于兩層之間的中間層或夾心層。
在一個實施例中，瓦楞紙板相對于制備該瓦楞紙板的單個紙板具有更好的強度性 能。通常，在ASTM D790的ASTM D790三點彎曲實驗中，紙板的強度大于約600KPa，或者約 700KPa,或者約800KPa，或者約900KPa或者約IMPa。相對于同樣厚度的實心板，瓦楞紙板具有輕質(zhì)的特性。本發(fā)明中，紙板的密度小于 約 3kg/m3，約 2. 8kg/m3 或約 2. 7kg/m3。在另一個實施例中，瓦楞由一系列周期或系統(tǒng)分開的固定銷或墊片組成。優(yōu)選地，波浪形組件是生物可降解的、無毒的、環(huán)境友好的并且來源于可再生資 源。在一個實施例中，波浪形組件由膨脹的填充物制備，這些填充物由疏松的谷物制得，如 小麥、稻米和玉米。在另一個實施例中，波浪形組件是可形成凹槽單元的紙質(zhì)產(chǎn)品。本發(fā)明還提供了一種制備高強度瓦楞紙板的方法。該方法包括提供一系列植物基 纖維的薄板。在一個實施例中，植物纖維選自以下組合中一種或多種亞麻，大麻，高粱，芒 麻，劍麻，黃麻，木棉，香蕉，菠蘿及紅麻。該方法還包括將大豆基樹脂注入前述薄板的步驟。 然后，薄板被單獨干燥。在干燥過程中要防止折疊或彎曲這些薄板。然后分別堆疊這些薄 板。堆疊的薄板在溫度至少為80°C，壓強至少為3MPa，和時間至少為10分鐘的條件下被壓 縮為第一壓縮薄板。第一壓縮薄板粘附在一個波浪形組件上。或者，該方法還包括制備第 二壓縮薄板的步驟。在一個實施例中，第二壓縮薄板的制備與第一壓縮薄板的制備過程相 同。第二壓縮薄板與第一壓縮薄板共面，并且附著在波浪形組件上。在一個實施例中，第一和第二壓縮薄板的最大厚度約為1cm，約9mm，約8mm，約 7mm,約6mm或者約5mm，并且最小厚度為約Imm,約2mm，約3mm，約4mm，約5mm。在另一個實施例中，樹脂還包括含羧基多聚糖。通常，多聚糖選自瓊脂，結(jié)冷膠或 其混合物。在一個實施例中，樹脂實質(zhì)上不含淀粉。另一個實施例中，樹脂實質(zhì)上不含甲醛樹 脂。進一步，樹脂最好實質(zhì)上不含交聯(lián)劑。另一個實施例中，樹脂不含甲醛樹脂?！安缓?醛樹脂”指對材料進行分析沒有發(fā)現(xiàn)可檢測到的甲醛樹脂。在另一個實施例中，家具用品由前述的瓦楞紙板制得。用品至少有一個長度為18 英寸的水平承重部件，生產(chǎn)的用品選自椅子，書架，書桌，桌子，櫥柜，門，面板或辦公室的 隔間墻。在一個實施例中，紙板由兩層或多層厚度相同的薄板壓制而成，這些薄板分別 由等量的樹脂灌注而得，其中樹脂在組合物的總干重中所占的百分比最少約為30wt. %, 約 35wt. %，約 40wt. %，約 45wt. %，約 50wt. %，并且最大約為 75wt. %，約 70wt. %，約 65wt. % 或者約 30wt. %0在另一個實施例中，波浪形組件是生物可降解的。優(yōu)選地，在一實施例中，波浪形 組件是由大豆蛋白樹脂制備的。在另一個實施例中，干燥步驟中的最大的壓力為0. 9atm。


圖1是本發(fā)明一個實施例的瓦楞紙板的側(cè)視圖。圖2是本發(fā)明另一個實施例的瓦楞紙板的側(cè)視圖。圖3是本發(fā)明又一個實施例的瓦楞紙板的側(cè)視圖。
圖4是本發(fā)明一個實施例的瓦楞紙板的側(cè)視圖。圖5是本發(fā)明一個實施例的蜂巢狀瓦楞的高架側(cè)視圖。圖6是本發(fā)明一個實施例的蜂巢狀瓦楞的分解圖。圖7是由若干墊片組成的瓦楞系統(tǒng)的示意圖。圖8是實施例中單個墊片的示意圖。
具體實施例方式術(shù)語“生物可降解的”指可被自然界中的水、微生物和/或酶經(jīng)過一段時間的作用 而被降解(例如堆肥)，并且不會對環(huán)境造成損害。根據(jù)ASTM D790的定義，嚴格意義上的 生物可降解物質(zhì)在堆肥環(huán)境下180天內(nèi)至少要降解60%。術(shù)語“最大負荷應(yīng)力”指恰好折斷前的壓力，見拉力試驗中的應(yīng)力應(yīng)變圖中的測定結(jié)果。術(shù)語“斷裂應(yīng)力”指在拉力試驗中的應(yīng)力應(yīng)變圖中折斷時對應(yīng)的壓力。術(shù)語“斷裂應(yīng)變”指在折斷時候的變形(位移)，見拉力試驗中的應(yīng)力應(yīng)變圖中的 測定結(jié)果。術(shù)語“模數(shù)”指僵硬性，由拉力試驗中的應(yīng)力應(yīng)變圖中的起始斜率決定。術(shù)語“韌性”指使材料折斷時需要能量的大小，見拉力試驗中的應(yīng)力應(yīng)變圖中的測
定結(jié)果。術(shù)語“拉力試驗”指利用拉伸強度試驗機或者相似的測試設(shè)備進行的測試，測試的 操作流程見美國材料與試驗協(xié)會制定的樹脂薄片測試標準Test No. D882以及復(fù)合材料測 試標準Test No. D3039。測試是在溫度為21°C、相對濕度為65%條件保持3天后的環(huán)境中 進行的。術(shù)語“增強劑”指一種材料，這種材料被包含在本發(fā)明的生物可降解聚合物中，相 對于由沒有添加增強劑的物質(zhì)制備的實心物品，添加增強劑的材料可以使制備得到的實心 物品的如下特性中的任一個得到改善“最大負荷應(yīng)力”，“斷裂應(yīng)力”，“斷裂應(yīng)變”，“模數(shù)” 和“韌性”。術(shù)語“凝固”指使本發(fā)明的混合物在特定溫度環(huán)境下形成濕度最好低于約 0. 5wt. %的固體物品。短語“不含甲醛”或“甲醛不存在”指使用的材料不含有甲醛或者不含在生產(chǎn)制造 過程中或在產(chǎn)品的使用壽命期內(nèi)會釋放甲醛的化合物。纖維墊層或薄板在本發(fā)明中，大豆浸漬纖維墊層由生物可降解的纖維墊層或薄板以及由大豆蛋白 組成的生物可降解多聚樹脂制成。優(yōu)選地，墊層和薄板都是生物可降解的，并且都來源于可 再生的天然資源。在一個實施例中，墊層或薄板是編織或非編織的織物，這些織物由含有制造織物、 繩或線中所使用纖維的任何生物可降解材料制成。在一個實施例中，生物可降解纖維由棉， 絲，蜘蛛絲，麻，苧麻，紅麻，高粱，粗麻布，亞麻，劍麻，木棉，香蕉，菠蘿羊毛，毛發(fā)或毛皮，黃 麻，聚乳酸(PLA)，粘膠纖維，Lyocell纖維，或其組合制成。
在一個實施例中，織物更優(yōu)選地由大麻，高粱，苧麻，紅麻，麻袋，黃麻，亞麻，劍麻， 木棉，香蕉或鳳梨纖維制得。在一個實施例中，這些纖維是紗線的，編織的，非編織的，針織的或編結(jié)的。優(yōu)選 地，墊層具有相同的厚度和吸水性能以使得大豆基樹脂能夠被容易地注入到墊層中。在一 個實施例中，墊層是無紡布的，并且密度最少為約100g/m2，約200g/m2或約300g/m2，并且最 大為約 500g/m2，約 600g/m2 或約 800g/m2。在一個優(yōu)選的實施例中，墊層是無紡布的，并且由天然纖維(如紅麻纖維)制得， 天然纖維中混合有能夠在加熱和加壓條件下粘合到天然纖維上的粘合纖維。如粘合纖維是 聚乳酸。聚乳酸纖維被混合到天然纖維中?；旌侠w維被熱壓縮。聚乳酸在加熱加壓過程中 迅速熔化，并將紅麻纖維粘合到一起。降解纖維能夠與天然纖維結(jié)合以形成一種成型的墊 層，這些降解纖維包括羊毛，粘膠纖維，Lyocell纖維，和聚(乳酸)及其組合。在一個實施例中，在注入之前，無紡布墊層含有粘合纖維的最少量為約Iwt. %, 約2wt. %，約5wt. %，約7wt. %和/或最大量為約20wt. %，約17wt. %，約15wt. %，約 12wt. %或，約IOwt. %。可選擇地，在注入之前，無紡布墊層含有的天然纖維最少量約為 80wt. %，約 82wt. %，約 85wt. %，約 87wt. % 或約 90wt. %。MM在一個實施例中，樹脂包括大豆蛋白和可溶的增強劑(如在pH為7或者更高的水 中基本可溶解的)。在一個實施例中，可溶的增強劑是多聚糖。優(yōu)選地，多聚糖是含羧基的 多聚糖。在一個優(yōu)選的實施例中，可溶的增強劑選自以下組合洋菜、瓊脂、結(jié)冷膠及其混
I=I O大豆蛋白是本發(fā)明中樹脂的主要原料。大豆蛋白可以從大豆粉，大豆?jié)饪s蛋白和 大豆分離蛋白中得到。每種來源都會增加大豆蛋白的含量。優(yōu)選地，選用大豆?jié)饪s蛋白，因 為它在費用和大豆蛋白濃度之間具有最佳的平衡點。以得到的板材的最終重量為基準，添加到纖維墊層、織物或者紡線中以形成復(fù)合 板的大豆蛋白的含量最小值為約30wt. %，約35wt. %，約40wt. %，約50wt. %和/或最大 值約 70wt. %，約 65wt. %，約 60wt. %，約 55wt. % 或者約 50wt. %。在過去，大豆蛋白被以不同方法修飾以用于制備樹脂，如在以下文獻中所描述的 Netravali, A. N. and Chabba, S. , Materials Today, pp.22-29, April2003 ；Lodha, P. and Netravali, A. N. , Indus. Crops and Prod. 2005,21,49 ；Chabba, S.and Netravali, A. N., J. Mater. Sci. 2005, 40, 6263 ；Chabba, S. and Netravali, A. N. , J. Mater. Sci. 2005,40, 6275 ；and Huang, X. and Netravali, A. N. , Biomacromolecules,2006, 7, 2783。大豆蛋白包含約20種不同的氨基酸，同時含有如-C00H，-NH2和-OH之類的活性 基團。一旦進行反應(yīng)，大豆蛋白自身可以交聯(lián)，具體是通過半胱氨酸上的-SH基團和通過去 除丙氨酸β-碳原子旁的側(cè)鏈而形成的脫氫丙氨酸(DHA)而實現(xiàn)。DHA能夠分別通過形成 賴氨酸丙氨酸交聯(lián)和羊毛硫氨酸交聯(lián)與賴氨酸和半胱氨酸反應(yīng)。天門冬氨酸和賴氨酸也能 反應(yīng)形成酰胺型連接。所有這些反應(yīng)能在較高的溫度以及使大豆蛋白凝固所應(yīng)用的壓力條 件下得以發(fā)生。除了用于大豆蛋白的自交聯(lián)，反應(yīng)基團還能用于對大豆蛋白進行進一步修飾以得 到所要求的機械或物理特性。最常見的大豆蛋白修飾包括添加交聯(lián)劑和內(nèi)增塑劑，添加其他樹脂，以及與其他交聯(lián)系統(tǒng)形成貫通的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(IPN)。在非局限于特定反應(yīng)機制的情況 下，這些修飾都被認為能改善大豆樹脂的機械或物理特性。大豆樹脂的特性(機械的和熱力學(xué)的)能夠進一步通過增加納米粘土粒子 和微納纖維狀纖維素(MFC，NFC)而得以改善，例如在如下文獻中描述的，Huang, X. and Netravali, Α. N. , " Characterization of flax yarn and flax fabric reinforced nana-clay modified soy protein resin composites, " Compos. Sci. and Technol.， in press,2007；and Netravali, A. N. ；Huang, X. ；and Mizuta, K. , " Advanced green Composites, " Advanced Composite Materials, submitted, 2007。樹脂也可包含不可溶的源自天然物質(zhì)的增強劑，天然物質(zhì)可以是一種特定的物 質(zhì)，一種纖維或者其混合。不可溶的增強劑可以是液晶(LC)纖維素納米粘土，微米纖維素 化纖維素，納米纖維素化纖維素。如本發(fā)明進一步所披露的，一種含有瓊脂，洋菜或結(jié)冷膠以及大豆蛋白的混合物 能夠任意地與天然的高強度的液晶纖維素纖維反應(yīng)而形成生物可降解物質(zhì)。液晶纖維素 纖維可通過如下方式制得在高濃度磷酸中溶解纖維素進而得到纖維素的液晶溶液，可 參見 Borstoel，H.，“ Liquid crystalline solutions of cellulose in phosphoric acid，” Ph. D. Thesis，Ri jksuniversiteit，Groningen，Netherlands，(1998)。利用空氣 間隙濕法紡絲技術(shù)將液晶溶液進行抽絲，可得到強度達1700MPa的高定向和結(jié)晶的纖維素 纖維。樹脂也可包含不可溶的源自天然物質(zhì)的增強劑，天然物質(zhì)可以是一種特定的物 質(zhì)，一種纖維或者其混合。不可溶的增強劑可以是液晶(LC)纖維素納米粘土，微米纖維素 化纖維素，納米纖維素化纖維素。結(jié)冷膠是一種線性的四糖，該糖包含有葡萄糖醛酸，葡萄糖和鼠李糖單元，該糖可 通過在葡萄糖醛酸位點實現(xiàn)陽離子交聯(lián)以得到凝膠，所使用的二價陽離子在多數(shù)的植物組 織和培養(yǎng)基都有自然存在。在沒有二價陽離子存在的情況下，更高濃度的結(jié)冷膠也可通過 氫鍵結(jié)合形成堅韌的凝膠。將結(jié)冷膠與大豆分離蛋白混合可以改善其相應(yīng)的機械性能。例 如可參見 Huang, X. and Netravali, Α. N. , Biomacromolecules, 2006, 7, 2783 and Lodha, P. and Netravali, Α. N. , Polymer Composites,2005,26,647。結(jié)冷膠是商品化使用的，如Sigma-Aldrich生物技術(shù)公司的Phytagel 。結(jié)冷膠由 細菌發(fā)酵制得，并且是由葡萄糖醛酸，鼠李糖和葡萄糖組成，通常被用作電泳中的膠凝劑。 基于它的化學(xué)性質(zhì)，凝固的Phytagel 是能夠完全降解的。在本發(fā)明混合物的制備過程中， 結(jié)冷膠是特有的增強劑；根據(jù)不同濃度，Phytagel 可在水中溶解形成溶液或弱凝膠。將得 到的溶液或凝膠添加到最初的大豆蛋白懸浮粉末中，添加或不添加如甘油之類的可塑劑， 然后在合適的條件下可使所有的原料溶解以得到均一的混合物。優(yōu)選地，本發(fā)明的樹脂中大豆蛋白與增強劑的重量比例最小值為約20 1，約 15 1，約10 1，約8 1，約4 1，約3 1和/或最大值為約1 1，約2 1，約 2. 5 1，約 3 1 和約 4 1。混合物也可包含增塑劑。本發(fā)明中的增塑劑包括甘油，山梨醇，木糖醇，甘露醇， 丙二醇，以及任何油或脂肪酸。增塑劑在本領(lǐng)域是眾所周知的。優(yōu)選地，增塑劑是生物可降 解的，由可再生資源制備并且是無毒的。樹脂(不包括水)中增塑劑的重量比例最小值為約5wt. %，約8wt. %，約IOwt. %，約12wt. %或者約15wt. %和/或最大值為約20wt. %, 約 18wt. %，約 15wt. %，約 12wt. %或者為約 IOwt. V0o優(yōu)選地，本發(fā)明的生物可降解聚合物實質(zhì)上不包含淀粉添加劑。生物可降解聚合 物實質(zhì)上不含附加的交聯(lián)劑，如酸酐，氰酸和環(huán)氧化合物。樹脂的制備方法本發(fā)明的生物可降解樹脂可由如下所示的步驟制備得到在約70 85°C條件下，在混合用容器中添加50-150份水，1-5份甘油，10份濃縮 的或分離的大豆蛋白，以及1-3份結(jié)冷膠，洋菜，瓊脂或其混合。在強力攪拌下，向混合物中 添加氫氧化鈉的水溶液使得混合物的PH值達到約11。將得到的溶液攪拌10 30分鐘，之 后過濾除去任何不溶物質(zhì)?？蛇x地，可將粘土納米顆粒和/或纖維素纖維，納米纖維素化纖 維素(NFC)或微米纖維素化纖維素(MFC)作為增強劑添加到樹脂溶液中。復(fù)合板的制備方法制備的樹脂溶液用于灌注或涂覆于一個或多個纖維墊層或織物薄板上。墊層可由 如下物質(zhì)構(gòu)成，如黃麻，紅麻，麻布，亞麻，苧麻，劍麻，木棉，香蕉，高粱，菠蘿，大麻纖維或 其組合。在一個實施例中，織物薄板優(yōu)選是由亞麻制得。墊層優(yōu)選是由黃麻或紅麻制得。按照每15g纖維對應(yīng)50_100ml樹脂溶液的比例取樹脂溶液以使得能夠?qū)渲?液完全注入進或涂覆于纖維墊層或薄板表面上。將處理的墊層或薄板在溫度約為35 70°C的烤箱中烘干進行預(yù)凝固處理以形成預(yù)浸料坯。在一個實施例中，預(yù)浸料坯在最大壓 力為0. 9atm的壓力條件下進行干燥。低壓處理有助于將水分更快地從注入薄板中移除。根 據(jù)需要，預(yù)浸料坯薄板可能被再次注入樹脂溶液，并且在前述的一種或多種描述的條件下 進行干燥。預(yù)浸料坯薄板被放置在一起至足夠的尺寸(厚度)，并且是依次疊放在彼此的上 方。在一個實施例中，第一多個預(yù)浸料坯薄板和第二多個預(yù)浸料坯薄板要求有至少約2層 預(yù)浸料坯薄板，約3層預(yù)浸料坯薄板，約4層預(yù)浸料坯薄板，約5層預(yù)浸料坯薄板和/或最多 約10層預(yù)浸料坯薄板，約8層預(yù)浸料坯薄板，約7層預(yù)浸料坯薄板，約6層預(yù)浸料坯薄板。 當堆疊這些預(yù)浸料坯薄板時，要小心以免使得薄板發(fā)生任何折疊。預(yù)浸料坯薄板所要求的長和寬最好被設(shè)計為比推薦長度大至少1cm。經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，在 生產(chǎn)具有統(tǒng)一厚度的長度大于4英尺且寬度大于2英尺的復(fù)合板時需要尺寸稍微有點大的 裝配薄片。否則，板材的尺寸可能與構(gòu)建產(chǎn)品的要求厚度不一致。在一個實施例中，將五塊薄板按照前述的方式堆疊，并且在高壓和高溫條件下進 行凝固處理。例如，堆疊在約80°C以及0. 5-lMPa下熱壓2_10分鐘。處理約5分鐘之后，將 堆疊薄板置于120-130°C以及2-lOMpa下處理5_15分鐘，之后移除壓力。處理后得到的第 一和第二薄板會呈現(xiàn)固體外形并具有約5mm的厚度。然后，外圍被切割至要求的尺寸。第一薄板和第二薄板通過波浪形組件連接。所述波浪形組件在一個實施例中包含一凹槽單元。在另一個實施例中，很多長條 彼此之間周期性地進行粘附，并且像手風(fēng)琴一樣被拉開形成像蜂巢一樣的式樣。波浪形組 件還包括輕型填充物和泡沫，這些物質(zhì)能夠被粘附于兩層之間的中間層或夾心層。在另一 個實施例中，瓦楞由一系列周期或系統(tǒng)分開的固定銷或墊片組成。優(yōu)選地，波浪形組件是生物可降解的、無毒的、環(huán)境友好的并且來源于可再生資源。在一個實施例中，波浪形組件由疏松的谷物制得的膨脹的填充物制備，所述谷物如小 麥、稻米和玉米。在另一個實施例中，波浪形組件是可形成凹槽單元的紙質(zhì)產(chǎn)品。在一個實施例中，波浪形組件是由大豆蛋白混合物壓縮而成的。在另一個實施 例中，波浪形組件是生物可降解的混合物，紙，硬紙板，波浪形組件薄板的厚度最小為約 0. 5mm,約0. 7mm,約Imm,約2mm和最大值為約5mm,約3mm,約2mm或約1mm。一個實施例中 凹槽的寬度的最小值為約2mm，約5mm或約IOmm和/或最大值為約40mm、約30mm、約20mm、 約17mm、約15mm、約12mm、約10mm。凹槽的形狀是能夠被改變的。在一個實施例中，波浪形 組件有如下形狀的凹槽棱角的，方形的，正弦的或者這些形狀的變化。在另一個實施例中， 高度也可根據(jù)需要進行改變。同時凹槽可以是三維形狀，如像華夫餅干一樣的形狀。波浪形組件可由常規(guī)的熱成型工藝制備，使用的設(shè)備屬于美國專利分類第425大 類，第369小類(設(shè)備中的形狀鑄造工具通過使自身的一部分朝向中心線發(fā)生扭曲以形成 一系列反轉(zhuǎn)的曲面而制備像手風(fēng)琴一樣的褶子或褶皺或預(yù)成型件)和第336小類(設(shè)備包 含可以使得工件的長度部分轉(zhuǎn)變?yōu)榧购蜏喜鄣难b置)。在本發(fā)明的一個實施例中，瓦楞紙板的一層或兩層表面壓制有飾面薄板。飾面薄 板能夠改善瓦楞紙板的外觀和防水性能。一個實施例中的飾面薄板是木制飾面薄板或者是 印刷紙質(zhì)的飾面薄板。飾面薄板可以壓制或者覆蓋以形成防水層。根據(jù)本領(lǐng)域的常識，一 個優(yōu)選的實施例中，覆蓋處理的同時還會注入天然乳清以改善其環(huán)境友好性。另一個實施 例中，覆蓋層是非生物可降解的。例如，聚氨基甲酸乙酯或者環(huán)氧化物被使用以覆蓋到瓦楞 紙板的表面。在另一個實施例中，麗光板被用作壓制外層。但是從生態(tài)學(xué)的出發(fā)點來看，非 生物可降解材料是不太可取的，在家具或其他物體的表面使用原油產(chǎn)品通常是有價值的， 因為可以使得用可再生和生物可降解材料制備的產(chǎn)品的主體持久耐用。同樣為本發(fā)明所揭示的，一種生物可降解的熱固性成型聚合物品是通過將前述的 生物可降解聚合混合物置于有效的溫度和壓力條件下形成的。有效的溫度和壓力環(huán)境優(yōu) 選地由溫度最小值約為35°C和最大值約為130°C和壓力最小值約為0. IMPa和最大值約為 20MPa組成，更優(yōu)選地，溫度最小值約為80°C和最大值約為120°C以及壓力最小值約為2MPa 和最大值約為20MPa。在一個優(yōu)選的實施例中，熱固性成型聚合物品包含一系列堆疊的熱固性薄板中的一個?？蛇x地，生物可降解壓縮成型的熱固性聚合物品可由一個模具定型。優(yōu)選地，生物可降解壓縮成型的熱固性聚合物品是在壓力最大值約為20MPa和/ 或模數(shù)至少為300MPa條件下定型的。在一個實施例中，瓦楞紙板的尺寸約為8英尺X4英尺，4英尺X 2英尺，和12英 尺X4英尺。這些面板有極好的釘子和螺絲釘保持能力，能被有效地油漆且很堅固。這些 瓦楞紙板能夠在沒有邊緣磨損地情況下被裁剪和鉆孔且表面的寬度保持一致。在另一個實 施例中，面板能夠有效地被用于生產(chǎn)辦公室隔間和隔墻。在另一個實施例中，它們能夠被用 來制備細木工家具。在另一個實施例中，面板尤其適合用來生產(chǎn)家具，尤其是輕薄型家具。 其他的應(yīng)用包括椅子，書架，書桌，桌子和門。相對于形成波浪形組件的單獨薄板，波浪形組件具有改善的強度性能。它們被認 為比具有相同厚度的實心瓦楞紙板更加輕盈。在一個實施例中，第一薄板與一個波浪形組件連接。第一薄板的最大厚度為約7毫米，約6毫米或約5毫米。同樣地，瓦楞紙板的最小 厚度為1. 8mm, 2. 0mm, 2. 2mm或2. 4mm。紙板的密度是由每平方分米紙板的重量除以該紙板 的長度與寬度與厚度的乘積而得。板的強度是根據(jù)ASTM D790三點彎曲測定實驗測定的。板的強度大于600KPa， 700KPa，800KPa，900Kpa和 IMPa。圖1描繪了本發(fā)明的包含一個波浪形組件101的生物可降解瓦楞紙板100，波浪形 組件101與本發(fā)明的一個或多個實施例中制備的第一熱壓縮薄板102是共存的。波浪形組 件101通過最好是生物可降解的粘合劑103與第一薄板102粘附。合適的粘附劑包括在瓦 楞纖維板生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的淀粉基粘合劑或者本發(fā)明一個或多個實施例中涉及的大豆基 樹脂。當大豆基粘附劑被使用時，最好施加壓力和加熱以熱固大豆基樹脂。在另一個實施 例中，聚(乙烯醇)或聚(醋酸乙烯酯)粘合劑被用作木材膠水。在一個實施例中，木材膠 水可以是如商品名為Titebond 的富蘭克林粘膠。圖2描繪了本發(fā)明的包含一與第一熱壓縮薄板102共存的波浪形組件201的生物 可降解瓦楞紙板200。波浪形組件201通過最好是生物可降解的粘附劑103與第一薄板102 粘附。板200與圖1中描述的板100是不同的，不同之處在于波浪形組件201有接近于V 型的脊和谷，而板101具有接近于U型的脊和谷。圖3描繪了本發(fā)明的生物可降解的瓦楞紙板300，所述瓦楞紙板300包含一與本 發(fā)明一個或多個實施例揭示的第一壓縮薄板102共存的波浪形組件201。波浪形組件201 通過最好是生物可降解的粘附劑103與第一薄板102粘附。板300不同于圖2中描述的板 200，不同之處在于添加了本發(fā)明一個或多個實施例中可供選擇的一第二層薄板302。粘附 劑103被用于將第二層薄板302與波浪形組件201進行粘合。第一和第二層薄板102和 302組成了波浪形組件201的一個套子，進而提供了更好的抗彎剛度，尤其在板300的瓦楞 方向。圖4描繪了本發(fā)明中的生物可降解瓦楞紙板400，所述瓦楞紙板400包含一本發(fā) 明一個或多個實施例揭示的第一壓縮薄板102共存的波浪形組件201。波浪形組件201通 過最好是生物可降解的粘附劑103與第一薄板102粘合。板400與圖3中描述的板300是 不同的，不同之處在于還包含了一相對于第一瓦楞薄板201被正交設(shè)置的第二波浪形組件 401，所述第二波浪形組件401通過最好是生物可降解的粘附劑103粘附到第二薄板302和 第一波浪形組件201上。彼此間的瓦楞是垂直設(shè)置的兩組疊加的波浪形組件201和401分別通過粘附劑 103牢固地黏附到外板102和302上，進而在兩個方向都可提高瓦楞紙板400的剛度。盡管在圖1-4中描繪的波浪形組件101，201和401優(yōu)選地是由本發(fā)明的熱固性大 豆蛋白混合物制備的，為了某些應(yīng)用，他們也可由其他的材料制備，如，紙。圖5是蜂巢狀波浪形組件500的高架側(cè)視圖。波浪形組件的形成是將紙501的第 一條紋與紙502的第二條紋在等距離的間隔處粘合(503a，503b，503c，503d，etc)。這些間 隔定義了第一種間隔形式。紙502的第二條紋與紙504的第三條紋在等距離的間隔處粘合 (505a, 505b, 505c, 505d, etc)以填充于第一種間隔形式之中。紙506的第四條紋與紙504 的第三條紋在與第一種間隔形式對齊的等距離間隔處粘合(507a，507b，507c，507d，etc)。 紙508的第五條紋以第二種間隔方式對齊的等距離間隔處與紙506的第四條紋粘合。隨后的層以第一種間隔形式和第二種間隔形式交替的形式被添加和粘附到前面的層上。波浪形 組件隨后由層的分開而得到，形成像手風(fēng)琴一樣的通常是六角形或蜂巢形式樣。在生產(chǎn)過程中，大的紙板被沿著粘附線在前述披露的間隔位置彼此粘附。薄板之 后能夠按照預(yù)定的厚度切割并且能夠拉伸至蜂巢狀式樣。圖6是瓦楞紙板中如圖5所示的蜂巢狀瓦楞的爆炸示意圖。蜂巢狀波浪形組件 500像手風(fēng)琴一樣被拉開而形成瓦楞式樣。波浪形組件500的第一邊510被粘附到第一復(fù) 合層511。波浪形組件500的第二邊512被粘附到第二復(fù)合層513。波浪形組件500支撐 著兩個復(fù)合層并且將他們隔開了具有波浪形組件寬度的間隔。圖7顯示了由一系列間隔組成的瓦楞系統(tǒng)。利用本發(fā)明中的大豆蛋白復(fù)合物制備 的第一和第二層的強度允許更大范圍地適應(yīng)不同的瓦楞系統(tǒng)。在一個實施例中瓦楞系統(tǒng)是 由分開的間隔或固定銷構(gòu)成的。根據(jù)一個或多個不同的實施例，間隔彼此之間的距離最小 值為3cm，4cm, 5cm和最大值為15cm，12cm, 10cm, 8cm或6cm。在一個實施例中間隔可以是木 塊，紙方，固定銷。圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中制備的紙方700。紙方700有一第一紙單 元702和一第二紙單元704。第一紙單元有一第一狹槽706和一第二狹槽708。狹槽的寬度與紙的厚度相等，并且狹槽的深度的最小值最好是紙寬度的1/2。第 二紙單元704有與狹槽706和708具有同樣的尺寸和形狀的，但具有相反方向的對應(yīng)的狹 槽710和712。每個紙中的第一紙單元702與第二紙單元703中位于兩個狹槽之間的折疊 (714和716)是等距離的。第一紙中的狹槽706和708被插入到第二紙中的狹槽710和712 中以形成一個三維空間，該三維空間能被設(shè)置于第一薄板和第二薄板間以構(gòu)成一波浪形組 件。盡管本發(fā)明是以前述各種具體實施例的形式而被描述的，但是應(yīng)當知曉的是在本 發(fā)明的精神和范圍內(nèi)是可以做很多變動的。相應(yīng)地，應(yīng)當認為本發(fā)明不局限于具體記載的 實施例。
權(quán)利要求
一種高強度瓦楞紙板，其特征在于包括一由大豆蛋白基樹脂制成的第一薄板和一層或多層植物基纖維的薄板；一連接于所述第一薄板的波浪形組件，其中，所述第一薄板的最大厚度約為7毫米，且所述瓦楞紙板的最小厚度為1.8毫米，所述紙板的密度低于300kg/m3，且在ASTM D790的ASTM D790三點彎曲試驗中的強度大于600Kpa。
2.如權(quán)利要求1所述的瓦楞紙板，其特征在于，所述植物基纖維包括但不限于高粱，亞 麻，大麻，苧麻，劍麻，黃麻，木棉，香蕉，菠蘿和紅麻中的一種或多種。
3.如權(quán)利要求1所述的紙板，其特征在于，所述紙板還包括一由大豆蛋白基樹脂制成 的第二薄板和一層或多層植物基纖維的薄板。
4.如權(quán)利要求3所述的紙板，其特征在于，所述第二薄板與所述第一薄板共面，且連接 于所述波浪形組件。
5.如權(quán)利要求3所述的紙板，其特征在于，所述第一和第二薄板是在溫度至少為80°C， 壓力至少為3Mpa和時間至少為IOmin的條件下壓制而成。
6.如權(quán)利要求3所述的紙板，其特征在于，所述樹脂還包括一種含羧基的多聚糖，所述 多聚糖選自洋菜，瓊脂，結(jié)冷膠及其混合物。
7.如權(quán)利要求2所述的紙板，其特征在于，所述樹脂實質(zhì)上不含淀粉。
8.利用權(quán)利要求3所述的紙板制成的家具用品，其特征在于，所述用品具有至少一個 長度至少為18英寸的水平承重部件，所述家具用品選自椅子，書架，書桌，桌子，櫥柜和其 他柜子，門，面板或辦公室的隔間墻。
9.如權(quán)利要求3所述的紙板，其特征在于，所述紙板由兩層或多層用等量樹脂分別 浸漬的、厚度相同的薄板壓制而成，其中，樹脂的量占混合物的總干重的百分比最少為 30wt. %，且最大為 75wt. %0
10.如權(quán)利要求3所述的紙板，其特征在于，所述波浪形組件是生物可降解的。
11.一種高強度瓦楞紙板的制備方法，其特征在于包括提供植物基纖維的第一和第二薄板；向所述第一和第二薄板中注入大豆基樹脂；分別干燥所述第一和第二薄板，其中，所述干燥步驟防止薄板的折疊或彎曲；堆疊所述第一和第二薄板；在溫度不低于80°C，壓力不小于3MPa和時間不少于10分鐘的條件下，壓縮所述第一和 一第二薄板，形成一第一壓縮薄板和一第二壓縮薄板；使所述第一壓縮薄板和第二壓縮薄板共面；和通過一波浪形組件將所述第一壓縮薄板粘附到所述第二壓縮薄板上。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述樹脂還包括一種含羧基的多聚糖，所 述多聚糖選自洋菜，瓊脂，結(jié)冷膠及其混合物。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述樹脂實質(zhì)上不含淀粉。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述纖維薄板包括紗線，有機織物，針織 布，無紡布墊或其組合。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述波浪形組件中被注入有大豆蛋白混 合物。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述波浪形組件是生物可降解的混合物， 紙或硬紙板。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述波浪形組件形成一定的板材厚度，以 在所述第一薄板和第二薄板之間形成最小約2mm、最大約30mm的間隔。
18.如權(quán)利要求1所述的紙板，其特征在于，所述波浪形組件是生物可降解的混合物， 紙或硬紙板。
19.如權(quán)利要求1所述的紙板，其特征在于，所述波浪形組件被設(shè)置成將所述第一薄板 和第二薄板隔開最少約2mm、最大約20mm的間隔。
全文摘要
本發(fā)明包括一種高強度輕質(zhì)瓦楞紙板。所述瓦楞紙板包括一由大豆蛋白基樹脂制成的第一薄板和一層或多層植物基纖維的薄板。所述第一薄板連接于一波狀組件。本發(fā)明的一個方面，還提供了一種生產(chǎn)高強度瓦楞紙板的方法。
文檔編號C09J189/00GK101970592SQ200880125328
公開日2011年2月9日 申請日期2008年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月17日
發(fā)明者帕特里克·高萬, 阿尼爾·耐特瓦利 申請人:E2E材料股份有限公司