甲板或地板的製作方法

2023-07-01 22:40:26 2

專利名稱：甲板或地板的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種工程或建築構件，其例如但非僅涉及地板板材及用於例如製造地板板材的那些構件的複合物或複合物品。該工程或建築構件包括竹子或竹製物品，該竹子或竹製物品以可聚合的組合物浸潰或填充，尤其但並非限於以糠醇，糠醇的衍生物或這些化合物的低聚物浸潰或填充，並隨後進行聚合。
背景技術：
多種方法已被用於木材的聚合物處理。EP1341648A 號、W02007/147804A 號、W02004/011216A 號及 EP1368167A 號專利公開了呋喃浸潰的木材組合物。雖然浸潰木材的方法被公開，但是使用糠醇或相關的化合物來浸潰非木質物質特別是竹子或由竹子製成的物品是沒有被公開過的。竹子是在真正草本科一禾木科(Poaceae)中的常綠植物。毛竹屬(Phyllostachys)中的物種特別適用於商業用途。竿或氣莖被廣泛地應用於建築和生產竹製物品中。用於建築用途的竹子通常在樹液中的糖水平處於最低值時進行收割，以降低害蟲侵擾的速度。在收割後，通過貯存砍下的竹子或通過泵水經過剛砍下的竿以過濾的方式除去樹液。用硼砂或硼酸處理計劃用於建築的竹子，以增強防蟲性和防腐性。由於容易腐爛和受到蟲害，竹子的收割和處理變得更為困難。此外，竹子有多適合在室外使用是受到該當地環境和具體應用的限制。在歐洲或其他的溫帶或寒帶氣候，竹子會顯著地褪色及降解。此外，竹子所形成的表面會變滑，特別是在長形的杆的節(culmsection)暴露在外的情況下。因此，用於建造行走通道，甲板或地板可能是不理想的。由於腐爛或蟲害，用於工程應用的竹子的強度在鄰近緊固處可能會變弱。由於竹子易於被生物降解(特別是褪色和由於微生物，真菌而導致的降解或受到昆蟲，白蟻或其他害蟲的攻擊)，在室外使用竹子或竹製物品受到限制。因此，有需要改良竹子對於此種降解的抵抗性。此外，未經處理的竹子的機械性質和外觀可能會不一致或不適用於特定的應用，特別是不適用於某種需要一致的高性能的工程或建築的應用。
發明內容根據本發明，提供了包括以聚合物浸潰過或處理過的竹子的工程或建築構件，該聚合物來自於一種或多種選自以下物質所組成的群組的可聚合單體或低聚物糠醇(FA)、二輕甲基呋喃(bishydroxymethyl fur an) (BHMF)、三輕甲基呋喃(trihydroxymethylfuran) (THMF)、FA, BHMF及THMF的低聚物、這些化合物及其混合物的縮合產物。該工程或建築構件可包括竹竿或條或竿塊。優選地，該組件包括使用粘合劑結合在一起的竿、條或塊，以形成工程或建築構件，例如板材、甲板、船用組件、面板、覆蓋層、運動裝備或其他模製的或成型的物品。[0012]根據本發明的包括竹子複合物的建築構件具有多個優點。浸潰或處理竿減少了易於受到生物降解或易於受到昆蟲、白蟻或其他害蟲攻擊的可能性。可避免或減少使用生物殺滅劑，例如硼酸進行處理的需要。可簡化收割及對砍下的竿的處理，因為可減少或避免降低樹液含量或樹液中糖濃度的需要。與未經處理的竹子相比，該建築構件可具有一個或多個改進了的性質。經處理後的竹子的硬度和尺寸的穩定性得以增強。抗彎強度和抗分層化也可得以增強。此外，可改進經處理後的竹子的顏色。例如，可獲得一致的深棕色，以允許生產具有統一的外觀和一致的機械性質的板材或其他組件。維持竿的糖含量是有益的，因為該糖可與浸潰的單體或低聚物產生反應，以形成整體上結合入細胞結構的聚合產物。可加強複合物的機械性質，並可減少可聚合的浸潰材料的消耗。本發明的包括竹子複合物的建築構件可被用作為工程材料，例如被用作為諸如閣柵、梁或腳手架(scaffolding)的長形建築構件。或者，該建築構件可被合併入另外的複合物材料中，例如可使用粘合劑將浸潰過的竹條結合在一起，並被製成板材、地磚、窗框、面板或諸如家具的室內或室外使用的物品。可提供諸如甲板的船用組件或諸如衝浪板及自行車車架的運動裝備。優選的粘合劑可選自以下物質所組成的群組環氧樹脂、脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、二苯基甲燒異氰酸酯(methylene diphenyl isocyanate)或聚氨酯樹脂或其他防潮的粘合劑。可使用熱壓、冷壓或其他用於生產木材複合物的技術來製造板材或其他層狀的建築組件。可按壓或模製由浸潰過的竹竿所形成的纖維或板條，以形成層狀的或成某種形狀的物品以直接使用或用機器製成更為複雜的構型。本發明的浸潰過的竹子組件提供了與未經處理的竹子相關有利的機械性質。在保留了未經處理的竹子的抗彎強度的同時，可增強彈性、硬度和耐衝擊性。竹子複合物品和包含浸潰過的竹子的複合物可展示出加強了的防滑性，這就促進了用於行走通道或甲板的建造。此外，因為減少了生物降解，就減少或避免了形成易滑的表面。可除去諸如螺栓、螺釘或其他機械聯接裝置的緊固設備。一種用於形成包括竹子和聚合材料的工程或建築構件的優選方法，其包括以下步驟用可聚合的組合物浸潰或處理竹子，以產生浸潰過或處理過的竹子或浸潰過或處理過的竹製物品，該可聚合的組合物包括(i) 一種或多種選自以下物質所組成的群組的可聚合的單體或低聚物糠醇(FA)、二羥甲基呋喃(BHMF)、三羥甲基呋喃(THMF)、FA，BHMF和THMF的低聚物、這些化合物及其混合物的縮合產物；(ii)催化劑；(iii)選自以下物質所組成的群組的溶劑水、C1-C4的醇及其混合物；和(iv)可選的一種或多種穩定劑或其他成分；將浸潰過或處理過的竹子或竹製物品進行除水處理；和、[0028]將浸潰過或處理過的竹子或竹製物品維持在較高的溫度，以使該組合物進行聚合而形成聚合物料，以產生聚 合物浸潰過或處理過的竹子構件。該竹子可完全地以該聚合物浸潰，或可被處理以致表層或多層以聚合物浸潰。優選的單體來自生物質或可再生的並可持續的資源，並且該單體能夠浸潰竹子或竹製物品。單一的單體因為簡單和易於進行均勻的浸潰，故可能是最為便利的。使用糠醇或二羥甲基呋喃是優選的。另外的單體或低聚物可包括2，5-呋喃二甲酸和琥珀酸。優選的，聚合物、單體和低聚物的沸點不低於50°C，並高於溶劑在大氣壓下的沸點。這允許在不揮發浸潰過的化合物的情況下，除去溶劑，例如水。可通過多種方法實現組合物的聚合。可使用W002/30638號或W004/011216號專利公開的方法，其公開的內容以引用的方式為了所有的目的在此併入。可先蒸汽加熱，再使用窯進行乾燥。或者，可在密封的容器中進行聯合的乾燥和固化過程，該密封的容器設有裝置，其用於收集從浸潰過的竹子中除去的水。該浸潰過的竹子可被加熱至例如為50°C至180°C的高溫(優選為100°C至130°C的高溫)幾個小時，以除去水，並之後形成固化了的聚合物。加熱可以預定的速度增加，以控制在最佳效率的條件下除水和固化。或者，可先使用真空乾燥的方法乾燥(dry)浸潰過的竹子，再將其加熱至較高的溫度，以產生聚合反應。優選的溶劑是水，雖然可使用甲醇、乙醇、丙酮或其他揮發性的溶劑。在乾燥或除去溶劑及固化之前，優選地對浸潰過的竹子施加真空以除去空氣。這可減少爆炸的危險或減少氧化對於基材的損害。該方法優選地包括將竹子或竹製物品維持在大氣帶有大約O. I巴至大約O. 5巴的氣壓以及大約50°C至大約90°C的溫度一段時間的步驟，該段時間足以使水從竹子或竹製物品中除去。該催化劑可選自以下物質所組成的群組酸，例如馬來酸酐、鄰苯二甲酸酐、馬來酸、蘋果酸、鄰苯二甲酸、苯甲酸、檸檬酸、氯化鋅、氯化鋁、其他環狀的有機酸酐或潛伏催化齊U，諸如銨鹽、有機酸酐及其混合物。優選地用作為緩衝劑的穩定劑可選自以下物質所組成的群組碳酸鈉、碳酸氫鈉、檸檬酸鈉、磷酸鈉以及木質素磺酸的鈣鹽或銨鹽。在優選的方法中，在除去水的過程中，將該相對溼度維持在大約80%至大約100%(更為優選地維持在大約90%) I至200小時(通常為120小時)，接著，優選以大約50°C至大約180°C的溫度進行固化，更為優選的溫度為大約90°C至大約140°C，最為優選的溫度為大約100°C至大約130°C，特別是大約120°C。可設有熱交換器或熱電池(heat battery),以允許在容器內直接加熱大氣。優選地，可通過將過熱蒸汽注入容器提供更進一步的加熱。為了乾燥竹子，過熱蒸汽是優選的。相對溼度可以通過在給定溫度下的實際壓力以在此溫度下的飽和蒸汽壓中所佔的百分比的差別而確定。室內的相對溼度通常在乾燥過程中降低，因為水從腔室中被除去。優選地，在加熱階段中和乾燥過程結束時，相對溼度被維持在最低水平以上，從而將竹子的變形和裂開減至最少。相對溼度的範圍為大約30%至大約100%。優選最低相對溼度為大約35%，更為優選的為大約40%，這取決於竹子的種類和正被處理的竹塊或竹製物品的尺寸。可通過調節壓力和溫度來控制容器內的相對溼度。在乾燥步驟之後，將該竹子或竹製物品加熱至更高的溫度以固化聚合物。在固化之前，從竹子或竹製物品中除去水是有利的。這使得固化更為快速，因為熱能不會由於蒸發而損失。與慣常的方法相比，可使用更低的溫度。並且，由於減少了蒸發而帶來的損失，故可使用更少的時間和能量將竹子加熱到固化溫度。乾燥和固化步驟可在同一容器內進行，這就無需從乾燥爐中卸載，並重新裝載入單獨的固化爐。 在固化過程中，在該容器內的該壓力可維持在大約I巴，相對溼度維持在大約40至大約100%，優選為大約50至大約90%。或者,可使用大於I巴的壓力，例如大約I巴至大約4巴。由於該容器內熱傳遞差以及需要強力的真空泵以除去竹子所釋放出的水，故對於乾燥或固化步驟，用低於O. I巴的壓力是不建議的。根據優選的本發明的第二方面，一種用於以聚合物浸潰竹子或竹製物品的設備，其包括適用於容納要處理的一些竹子或一個或多個竹製物品的容器，該容器具有用於向該容器施加減壓的泵，其還包括適用於向腔室提供過熱蒸汽的蒸汽發生器，以及適用於監測選自以下的參數的傳感器容器內的壓力、溫度、溼度和揮發性有機物的濃度。可設有過熱蒸汽的入口。可設有位於容器內的熱交換器以進行直接加熱。根據本發明的方法可被應用於整個竹竿及其塊或具有一定形狀的竹製物品，例如屋頂、柱子、腳手架或其他部分或全部加工過的或處理過的組件。本發明特別應用於處理竹塊，例如板條或纖維，該板條或纖維隨後使用粘合劑結合，以形成地板板材、地磚、甲板、覆蓋層或諸如衝浪板的船用組件或物品。在本說明書中，除另有說明，百分比和其他的量是以重量計算的。百分比和其他的比例是選自任何範圍以總計至100%。

本發明進一步通過不具有任何限制性的例子並參考附圖進行描述，其中圖I是根據本發明的竹子浸潰設施的示意圖；圖2所示為該設施的乾燥容器；圖3a所示為長形建築構件的實施例；和圖3b所示為相對為薄的建築構件中的實施例。
具體實施方式
圖I是竹子浸潰設施的示意圖。大量的竹子或竹製物品，例如裂開的竿(1)，被整理成使用分隔物分開的，並置於手推車或其他運載工具(未圖示)上的堆砌物(2)，以致每一條竿都與鄰近的竿分開。該堆砌物之後在手推車上被移送至浸潰高壓釜(3 )。[0062]高壓釜(3)充滿了來自於緩衝槽(4，5)的浸潰溶液，緩衝罐的浸潰溶液由儲存槽(6，7，8)經由混合及計量槽(9)供給。在浸潰後，將浸潰過的竹子或竹製物品傳送至四個乾燥腔室(10)的其中一個。每個乾燥腔室設有熱交換器，或過熱蒸汽的入口以及連接至出口的冷凝器(14)，該冷凝器用於將從冷凝器(14)收集到的冷凝液回收至儲存槽(7)。來自冷凝器的氣體被安排為流經空氣淨化器(26)。竹子或竹製物品可通過慣常技術浸潰，該慣常技術包括施加高達15個大氣壓的壓力，施加真空後再加壓或施加常壓或低壓後再施加較高的壓力以及最後施加真空的步驟。該浸潰溶液可包括一種或多種選自以下物質的單體糠醇、二羥甲基呋喃、三羥甲基呋喃或這些化合物的低聚物。可使用單體的混合物或單體和低聚物的混合物，只要其具有足夠的流動性，以滲透並浸潰竹子。一種可使用的通常方法包括以下步驟固定竹子，以致其不會浮動；關上高壓釜並施加部分真空；以處理混合物填滿高壓釜，同時維持真空，以淹沒竹子；將高壓釜加壓至5-14個大氣壓的壓力，這取決於竹子或竹製物品的尺寸和所期望的浸潰速度；將壓力降低至2-3個大氣壓，並利用高壓釜內剩餘的壓力排出液體。最後，釋放壓力並移除處理過的竹子。一種典型的處理溶液可包括
糠醇22.5%
馬來酸酐 0.5%
檸檬酸 1.0%
乙醇71.0%
水5.0%幹竹子對液體的攝取量為對其質量可以到達150%。W02004/011216號及W02004/011214號專利公開了替代的浸潰溶液，其公開的內容以引用的方式為了所有的目的被併入本說明書。圖2是如圖I所示的乾燥腔室(10)的示意圖。該腔室(10)包括九個風扇(11)和空氣進口閥(12)。蒸發了的水的出口(13)與冷凝器(14)相通。蒸汽入口(15)將過熱蒸汽從鍋爐(未圖示)輸送至入口(16)，以向腔室(10)提供熱量和溼度。熱交換器(17)使來自於熱交換器(18)、由蒸汽入口(15)提供的熱水循環。通過這種方式，可在需要時向腔室提供乾熱(dry heat)ο冷凝槽(19)用於從槽(10)的底部收集冷凝液。該冷凝液在分離器(27)中被分離。來自於冷凝器(14)的冷凝液被輸送至計量槽(20)，以量度已冷凝的水蒸氣的量。泵槽(pump tankX 21)將計量了的冷凝液輸送至標明為水的出口的泵(22)和冷凝液儲存槽
(23)。氣水分離器(24)將氣體從已冷凝的水中分離。熱交換器(25)為已冷凝的水降溫。[0075]在使用乾燥器時，可通過入口(16)直接地向槽(10)提供蒸汽，並且可通過熱交換器(17)提供乾熱，以致能夠獨立地控制槽內的溫度和溼度。當浸潰過的竹子或竹製物品已被放置在乾燥腔室內時，短時間施加預真空(pre-vacuum),以從腔室內除去任何空氣，以防止起火或爆炸的危險。由於水從浸潰過的竹子中蒸發，在預真空階段的壓力可達O. 3巴。接著，將容器在3-6小時期間加熱至大約70°C。在這加熱升溫階段，壓力可從預真空時的小於O. 2巴升高至大約O. 2巴到大約O. 4巴，優選地升高至大約O. 3巴。相對溼度可大約為90%。通過控制壓力，注入過熱蒸汽以及外部加熱而維持容器內的狀態。通過量度從容器所收集到的水量而確定竹子的含水量。當竹子的含水量達到大約 15%或更低時，可以完成乾燥階段。在乾燥階段完成之後，允許壓力升高至大約I巴，並通過將過熱蒸汽加入到容器中，使溫度升高到大約100°c至140°C(優選地，升高到大約100°C)，同時使相對溼度增加到大約60到80%，以防止竹子變形或裂開。固化條件可維持大約10個小時，這取決於聚合物組合物的特性和竹子或竹製物
品的厚度。當固化完成時，以聚合物浸潰過的竹子或竹製物品可從容器中移出，以進行加工，包裝和分送。可使用粘合劑將浸潰過的或處理過的竹子板條或纖維結合在一起，以形成複合物結構，例如如上所述的甲板或地板。圖3a顯示了建築構件30的實施例。該建築構件30是由兩條次級構件32，34製造，各包括如上所述已浸潰的竹子物料。所述兩條32，34的次級構件是以粘合的方式結合在一起，雖然也可使用其他適合的粘合或連接的方式。所述建築構件30為大體上長形。可以想像建築構件30可用於覆蓋地板。圖3b也是建築構件36，其與建築構件30相似。所述建築構件36帶有較長的相對表面和是由兩層次級構件38，40製造，各包括如上所述已浸潰的竹子物料。所述兩層38，40次級構件以粘合的方式結合在一起，雖然也可以使用其他適合的粘合或連接方式。可以想像建築構件36為牆板或為障礙物或間隔物。
權利要求1.甲板或地板，其中所述的甲板或地板包括聚合物浸潰過的竹子板條或纖維，所述的聚合物浸潰過的竹子板條或纖維是使用粘合劑結合在一起的，以形成複合物結構。
2.如權利要求I所述的甲板或地板，其中所述的甲板或地板是由兩條次級構件製造的，各個次級構件包括聚合物浸潰過的竹子物料，其中所述次級構件是以粘合的方式結合在一起，以形成長形。
專利摘要甲板或地板，其中所述的甲板或地板包括聚合物浸漬過的竹子板條或纖維，使用粘合劑將所述的聚合物浸漬過的竹子板條或纖維結合在一起，以形成複合物結構。
文檔編號F16S1/00GK202381966SQ20112031650
公開日2012年8月15日 申請日期2011年8月26日 優先權日2011年5月3日
發明者帕爾·克裡斯汀·本茨羅德, 斯蒂格·蘭德, 珀爾·布呂尼爾森 申請人:科博尼Asa