CN101061196B - 用于提供粉末涂布的再生纤维素基材的系统 - Google Patents
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Abstract
一种制备粉末涂布的再生纤维素基材的方法，其包括提供一种包含纤维素基颗粒和固化的甲醛基树脂的再生纤维素基材，其中无机盐分散在整个基材中；将粉末涂料组合物施涂到所述基材的至少一个表面上；使粉末涂料组合物固化。
Description
技术领域
本发明涉及用于粉末涂布的再生纤维素基材和用于提供粉末涂布的再生纤维素基材的系统。本发明包括用于制造再生纤维素基材的粘合剂组合物，将粉末涂料施涂到由该粘合剂组合物制备的再生纤维素基材上的方法。
发明背景
纤维素基材包括许多工程木材产品，目前常用在建筑中。这些工程木材产品可以比天然木材还要优越，因为工程木材产品可以连贯性地符合同样的品质标准。工程木材产品有时称为木质纤维素产品。纤维素产品包括胶合板、由天然木材层或工程木材产品层形成的层叠产品、和再生纤维素基材。
再生纤维素基材，有时也称为再生木质基材(“RWS”)是由木材颗粒如木粉或木板、木纤维、木片或木屑生产的基材。RWS的常规例子包括颗粒板(particle board)、碎木胶合板(chip board)、碎料板(flake board)、中密度纤维板(“MDF”)、高密度纤维板、硬质纤维板、刨花板(strand board)和华夫板(waferboard)。RWS通常通过将颗粒、纤维、刨花或碎屑与粘合剂混合并压制成平板形式来生产。对于本发明来说，再生纤维素基材或RWS不包括纸材产品。
用于RWS的粘合剂一般是甲醛基树脂，诸如脲甲醛(“UF”)树脂、酚甲醛(“PF”)树脂、酚脲甲醛(“PUF”)树脂、蜜胺脲甲醛(“MUF”)树脂、酚蜜胺脲甲醛(“PMUF”)树脂或酚蜜胺甲醛(“PMF”)树脂。这些树脂有时与如4，4N-亚甲基二(苯基异氰酸酯)(“MDI”)之类的异氰酸酯一起使用。在本说明书中，涉及这些树脂组合物和其它甲醛基树脂组合物时，树脂的非甲醛单体组分称为“共聚单体”。虽然选择合适的共聚单体可以提高所得再生纤维素复合板的耐水性，但是再生纤维素复合板一般对任何表面涂层中存在的水敏感。
RWS根据所用的基材和粘合剂的类型具有一些限制。大部分RWS是水敏感性的，必须采取措施保护基材。对水不那么敏感的RWS由于较高树脂含量通常较贵，而树脂含量较高也可能导致紫外敏感性增加，表面粘合剂树脂泛黄。而且，大体上RWS在美观角度上不如天然木材产品那么令人赏心悦目。
可以使用涂层如箔、叠层、饰面、油漆等来保护RWS，避免出现上述问题，改善外观。例如，目前常用于地板的颗粒板可以进行染色和树脂涂布，以保护颗粒板避免被水破坏，并改善地板的外观。但是，当颗粒板被涂布或染色时，一般用会向环境释放溶剂和其它VOC(挥发性有机化合物)的含溶剂产品或用水基产品对它们进行涂布。水基漆一般仍然含有一些会向环境释放的挥发性有机化合物。水基产品还会由于基材中的木质纤维或颗粒吸水而导致纤维鼓起，溶胀，得到较差的表面光洁度(finish)。
为了避免与再生纤维素基材的水敏感性相关的问题，并且为了避免或最大程度地减少VOC的使用，已经对开发将粉末涂料施涂到再生纤维素基板上的方法进行了大量研究。除了避免或最大程度地减少VOC的使用外，使用粉末涂布技术还提供了其它优点，因为在第一喷涂步骤中没有附着到再生纤维素复合板上的粉末可以再循环和再利用。使用溶剂或水基涂料不可能获得这样的效果，因为在此情况下任何在施涂的过程中没有附着到板上的产品都会损失在环境中。通过省去之前必须进行的染色和树脂涂布RWS地板的步骤还可以减少劳务成本。
一般来说，难以成功地粉末涂布温度敏感性的材料，诸如RWS板。与粉末涂料相关的高固化温度(一般约200℃或高于200℃)会导致板变形或内部爆裂(开裂)，并且由于从板中释放湿气和其它挥发性物质而导致释气(造成表面缺陷-气孔)。另一个与复合木材的粉末涂布有关的问题是粉末对板的粘合性较差。因为覆盖率高度取决于围绕着板的静电场，所以板边缘的覆盖率差通常是非常突出的一个问题。在有关文献中已经描述了为解决与粉末涂布再生纤维素复合板相关的问题所作的若干努力。
美国专利第4530778号(Nelson等)描述了一种使木材具有可静电涂布性的预处理溶液。该溶液包含水和/或有机溶剂有机季铵化合物、低挥发性多元醇和无机盐，诸如氯化铵、氯化镁或氯化钙。
美国专利第6153267号(Horinka等)描述了一种涂布多孔基材(包括颗粒板和MDF)表面的方法，该方法包括预热基材至130
(55℃)和300
(150℃)之间的温度，然后对基材施涂雾化的水或其它水性溶液。该预处理步骤据说可以提高基材的电荷携带能力，改善粉末涂层的粘合性。
美国专利第6458250号(Holliday等)描述了一种类似以上Horinka所述的系统。在施涂粉末涂料前，先通过蒸汽和加热(70℃至140℃)对板进行短时间处理。
美国专利第6146710号(Symons)描述了一种方法，该方法包括用在非水性溶剂中的二羧酸酐、三羧酸酐或异氰酸酯热固性树脂浸渍木质纤维素材料，包括碎木胶合板或纤维板。剩余的羧酸基据说具有介电损耗因子，可以使经过改性的木质纤维素导电。
美国专利第6214421号(Pidzanko)描述了一种预处理木质基材的方法，该方法包括清洗基材表面，然后在相对湿度不低于100％的情况下喷水。该预处理据说可以提高粉末涂层的粘合性。
美国专利第6136370号(Muthiah等)描述了一种提高粉末涂层对纤维素基材(木材或纤维板)的前表面的粘合性并减少破裂的方法，该方法包括对基材的背面进行造模铣切和机械加工。
美国专利第5851667号(Horinka等)描述了一种粉末涂料，该涂料的粒度分布据说特别适用于使用静电喷涂系统涂布木质基材。
美国专利RE36742(Correll等)(美国专利第5714206号的重新公布版本)描述了一种制备用于涂布热敏感性基材的粉末涂料的方法，该方法包括使用低温固化剂。通过单独混合固化剂与挤出和碎化的涂料可以解决在用于挤出的树脂组合物中结合入低温固化剂所涉及的问题。
EP933140A1(Mayger)描述了一种方法，其中，通过在涂布过程中使MDF板的温度升高到40℃至100℃来提高该板的导电性。
美国专利第6537671号(Muthiah)描述了一种粉末涂料制剂，该制剂具有提高的静电荷电率，用在如木质组合材料之类的基材上，包括颗粒板和导电颗粒板(ECP)。
美国专利第6005017号(Daly等)描述了可双重固化(热固化和紫外固化)的粉末涂料组合物在粉末涂布热敏感性基材如木材组合物中的应用。紫外引发剂用于在表面固化，热引发剂用于在基材固化。该种安排使固化温度降低，固化时间缩短。
从以上所述明显看出，现有的大部分尝试涉及对制造的基材进行预处理或粉末涂料配制策略。
为了其它目的，还进行了许多尝试，以生产导电性提高的颗粒板。
US4906484(Lambuth等)描述了用于制造地板、护墙板和家具以提供无静电(static free)环境的导电介质和高密度颗粒板。用于形成板的粘合剂含有导电碳颗粒。本发明的颗粒板看上去相当于称为Electrically ConductiveParticleboard(ECP
)的产品，该产品最初由Boise Cascade Corporation提供，目前由Eagle Manufacturing LLC提供。
该专利包括一系列实验的说明，从这些实验中可以得出结论，使用木质纤维素制造导电板存在许多问题，而解决的方法有限。人们认为实现导电性需要使用特定粒度的木材颗粒、金属粉末和碳颗粒。在认为NaCl不适用于具有无穷电阻的板的情况中，导电金属粉末和盐(NaCl、硼砂/硼酸和锆酸盐)最多占树脂粘合剂的17重量％。
US 6348119(Leonte等)描述了一种通过由高湿含量木材颗粒、电解质和典型的树脂胶粘剂(粘合剂)形成临时导电性颗粒板来固化颗粒板的方法。许多电解质被建议使用，包括金属盐、碳黑、金属粉末和导电聚合物。将混合物压制成所需形状，然后使电流通过，从而电加热和固化树脂。这样避免了使用热压的需要，减少了在形成板的过程中释放的VOC的量。没有提供具体的实施例。
现在已经发现，通过在制备再生纤维素复合板中使用合适的甲醛基树脂制剂可以提高粉末涂料对RWS的粘合性。
发明概述
依据本发明的一个方面，提供一种制备粉末涂布的再生纤维素基材的方法，所述方法包括：
提供一种再生纤维素基材，其包含纤维素基颗粒和固化的甲醛基树脂，其中无机盐分散在整个所述基材中；
将粉末涂料组合物施涂到所述基材的至少一个表面上；
固化所述粉末涂料组合物。
依据本发明的另一个方面，当用于粉末涂料法时提供一种再生纤维素基材，无机盐分散在整个所述基材中。
依据本发明的另一个方面，提供一种用于粉末涂布法的再生纤维素基材，其中无机盐分散在整个所述基材中。
使用在本发明上述方面中的无机盐优选不是氯化物盐，较优选不是氯化钠，更优选该盐是硫酸盐。
依据本发明的另一个方面，提供一种用于制造再生纤维素基材的粘合剂组合物，其包含甲醛基树脂和无机硫酸盐。
依据本发明的另一个方面，提供一种用于制造再生纤维素基材的粘合剂组合物，其包含蜜胺脲甲醛树脂和无机硫酸盐。
发明详述
已经发现，用于形成再生纤维素基材的粘合剂组合物中存在无机盐可以提高粉末涂布过程中粉末涂料对复合板的粘合性。包含无机盐还可以提高沿板边缘的粘合性。“边缘效应”已经成为其它粉末涂布再生纤维素基材的方法的主要问题。虽然不希望受限于理论，据信通过降低法拉第效应(Faraday effect)可以解决上述问题。人们认为基材粉末涂布性质的提高是由于基材导电性提高的结果。所述无机盐不是含有氯化物的盐。
无机盐可以是能在粘合剂组合物中离解为离子的任何无机盐。无机盐可以是碱金属盐、碱土金属盐、过渡金属盐或铵盐。无机盐可以具有选自卤离子、硫酸根、磷酸根、碳酸根、硫氰酸根等的阴离子。合适的盐的例子包括碱金属盐，诸如氯化钠、硫酸钠、碳酸钠、焦亚硫酸钠(sodiummetabisulphate)、氯化锂、氯化钾、硫酸钾、磷酸氢钠、碳酸氢钠、硫酸氢钠、硫代硫酸钠、磷酸钾、硫氰酸钾、碳酸锂；碱土金属盐，诸如硫酸镁、碳酸镁、氯化镁、亚硫酸氢镁、硫酸钙、硝酸钙、磷酸钙、氯化钙；和铵盐，诸如氯化铵。
优选盐限定为无机亚硫酸盐或硫酸盐，更优选限定为硫酸盐，诸如硫酸钠、硫酸钙、硫酸铵、硫代硫酸钠、硫酸钾，因为已经发现这些盐提供许多益处。硫酸钠容易以低成本得到，并且危险级别较低。
在树脂中使用无机硫酸盐还可以改善基材制造过程中树脂的固化。
基材中不包括含氯盐带来许多明显的益处。如果基材中存在大量氯离子，则只要基材被加热(例如，在制造过程中、在粉末涂料固化过程中)和基材被烧制，则都存在产生四氯二噁英的较大风险。四氯二噁英是高毒性化学品，一些人认为它是称为Agent Orange的落叶剂的破坏性组分。由于烧制基材可能(虽然可能性极小)形成这些化学物会导致基材无法商业利用。据信很多商家因为这个原因已经避免在含纤维素的基材中使用氯化物。因此，使用硫酸盐(或其它非氯化物盐)的另一个优点是没有氯离子加入到基材中。
使用无机硫酸盐的另一个优点是它们一般对板制造和其它处理中使用的设备的损害较小。相反，使用如氯化钠之类的氯化物盐会导致在基材制造过程中对工厂设备的严重腐蚀，也会损害在粉末涂布基材过程中使用的设备。湿气与氯化钠可以在基材表面或接近基材表面处结合，形成促进锈形成的盐溶液。因为氯化钠对软钢的腐蚀作用，一些商家实际上禁止在制造设备内使用氯化钠。
粘合剂组合物中含有的无机盐的量应该足以将所得再生纤维素基材的电导率提高到使粉末涂料组合物在固化前很好地粘合在基材上的水平。优选板的电导率大于10-10(欧姆·米)-1，更优选大于10-9(欧姆·米)-1，最优选大于10-8。应使用足够的量，以使粉末涂料的粘合性与对照(未加盐的)样品相比优选提高5％，更优选提高10％。所述无机盐在甲醛树脂中占1至15重量％。
无机盐的含量也应该不改变树脂的化学性质，或者至少不对树脂作为纤维素基颗粒粘合剂的能力造成不利影响。通常无机盐的含量为粘合剂组合物的1-15重量％，更优选为2-10％，最优选为3-7％。例如，以树脂为基准计，盐(优选硫酸盐)的含量(以重量计)选自：1-14％、1-13％、1-12％、1-11％、1-10％、1-9％、1-8％、1-7％、1-6％、1-5％、1-4％、1-3％、2-15％、2-14％、2-13％、2-12％、2-11％、2-10％、2-9％、2-8％、2-7％、3-15％、3-14％、3-13％、3-12％、3-11％、3-10％、3-9％、3-8％、3-7％、3-6％、3-5％、4-15％、4-14％、4-13％、4-12％、4-11％、4-10％、4-9％、4-8％、4-7％、4-6％、5-15％、5-14％、5-13％、5-12％、5-11％、5-10％、5-9％、5-8％、5-7％、6-15％、6-10％、7-15％、7-10％、8-15％和8-11％。
无机盐可以在树脂组合物制造时或制造后立即加入到树脂组合物中，或者无机盐可以在后续阶段中加入，例如就在制造板之前加入。还可以在板制造过程中单独加入盐组分。
如上所述，在制备再生纤维素基材中使用甲醛基树脂。甲醛基树脂结合了甲醛和一种或多种共聚单体。如上所述，术语“共聚单体”指一种或多种适用于形成甲醛基树脂的共聚单体。
在二元体系如脲-甲醛体系中，甲醛与共聚单体的摩尔比就是甲醛与共聚单体(即脲)的摩尔比。在三元或更复杂的体系中，甲醛与共聚单体的摩尔比是甲醛与共聚单体的摩尔量之和的摩尔比。
甲醛基树脂包含的甲醛的量使甲醛与共聚单体的摩尔比约为0.2∶1至5∶1。优选甲醛与共聚单体的摩尔比约为0.3∶1至4∶1。更优选甲醛与共聚单体的摩尔比约为0.4∶1至3.5∶1。所述固化的甲醛基树脂在基材中占3至40重量％。
适用于甲醛基树脂中的共聚单体包括多官能胺、酚和其它能与甲醛形成共聚物的共聚单体。
多官能胺包含两个或更多个伯胺、仲胺和/或叔胺基团。合适的多官能胺的例子包括蜜胺、脲、胍、对甲苯磺酰胺、三嗪、硫脲和双氰胺。优选的多官能胺包括蜜胺和脲。优选多官能胺是脲和蜜胺的组合。合适的酚的例子包括苯酚、间苯二酚、鞣酸类、木质素类、双酚A、甲酚和二甲苯酚。
甲醛基树脂可以选自下组：UF树脂、PF树脂、PUF树脂、MUF树脂、PMUF树脂和PMF树脂。优选的甲醛基树脂是MUF树脂。
在脲甲醛树脂中，优选甲醛与共聚单体的摩尔比约为0.3∶1至1.5∶1，较优选约为0.4∶1至1.4∶1，更优选约为0.5∶1至1.3∶1，最优选约为0.7∶1至1.2∶1。
在这些脲甲醛树脂中，部分脲可以被蜜胺替代。已经发现，用蜜胺对脲甲醛树脂进行改性对于制备用于粉末涂料的再生纤维素基材具有特别的优点。除了提高复合板的温度和尺寸稳定性，MUF和PMUF树脂还可以提高耐水性。
在本发明的一个优选方面，提供一种用于制造再生纤维素基材的粘合剂组合物，其包含蜜胺脲甲醛树脂和无机盐。
蜜胺最多可以替代85重量％的共聚单体。用蜜胺改性的脲甲醛树脂可以包含约0.5至60重量％、优选1至50重量％(固体)的蜜胺组分。
优选将脲甲醛树脂配制成在65％固体含量和25℃时粘度高达约700cps，较优选约为30至600cps，更优选为30至100cps。
较佳地，脲甲醛树脂包含约35重量％至70重量％固体、更优选约40重量％至70重量％固体。
较佳地，脲甲醛树脂的pH值约为7至10，更优选约为7.5至9.5。
在酚甲醛树脂中，可以在酸固化或碱固化条件下配制树脂。在酸固化条件下，优选使用高酚含量。优选甲醛与共聚单体的摩尔比约为0.4∶1至1∶1，更优选约为0.4∶1至0.9∶1，最优选约为0.45∶1至0.7∶1。
在碱固化条件下，优选使用低酚含量。优选甲醛与共聚单体的摩尔比约为1.8∶1至4∶1，更优选约为2∶1至2.5∶1，约为3.5∶1至3.8∶1。
在这些酚甲醛树脂中，一部分酚可以被脲替代。
脲最多可以替代50重量％(以固体计)。较佳地，脲的含量可以约为1重量％至25重量％(以固体计)。
优选将PF树脂配制成在45％固体含量、25℃时粘度高达约400cps，更优选约为30至400cps，最优选约为50至250cps。
较佳地，酚甲醛树脂包含约30重量％至50重量％固体，更优选约35重量％至45重量％固体。
较佳地，酚甲醛树脂的pH值约为7至12，更优选约为9至12，例如约为10至12。
粘合剂组合物还可以包括含异氰酸酯的化合物。如果存在含异氰酸酯的化合物，则其含量为粘合剂组合物的0.5至50重量％。如果使用异氰酸酯，则应该将异氰酸酯与粘合剂组合物的其余组分隔开，直到开始制造板。
如在常规甲醛树脂制造中使用的许多添加剂可以结合到本发明的甲醛基树脂制剂中。这些添加剂包括pH调节剂，诸如酸、碱和缓冲剂。通常使用的酸可包括甲酸、盐酸、磷酸、乙酸和硫酸。通常使用的碱可包括氢氧化钠和氢氧化钾。可使用的缓冲剂包括三乙醇胺、三乙胺、氨、蜜胺和硼砂。其它添加剂包括六胺、亚硫酸盐、聚乙烯醇和焦亚硫酸钠和阳离子性二乙醇胺盐等。
可以有利地将甲醛基树脂组分与脱模剂混合，给制造者提供复合板。当使用异氰酸酯基粘合剂时，制造者一般使用脱模剂来促进板从压机上脱离。一般将如蜡之类的脱模剂单独施用于纤维素纤维。向甲醛基树脂中加入脱模剂可以使制造过程更便利，制造商的固定成本降低。使用脱模剂还可以降低使用错误剂量的可能性。或者，脱模剂可以包含在体系的其它组分中，诸如盐组分中或异氰酸酯组分中，前提是使用该组分。
较佳地，合适的脱模剂包括石蜡和合成蜡，诸如褐煤蜡、聚乙烯蜡和聚丙烯蜡。
如果加入含有异氰酸酯的化合物，则该化合物可以是包括封端异氰酸酯在内的多异氰酸酯。合适的多异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯(“TDI”)和4，4’-亚甲基二(苯基异氰酸酯)。优选用于本发明的含异氰酸酯的化合物是4，4’-亚甲基二(苯基异氰酸酯)或商品替代物，在本领域中一般称为MDI。合适的MDI的一个例子是Rubinate DUO B200(ex Orica Australia Pty Ltd)。含异氰酸酯的化合物可以各种形式提供，诸如纯产品形式或乳化形式。
当在本发明中使用含异氰酸酯的化合物时，其在粘合剂组合物中的含量为所述粘合剂组合物的0.5至50重量％。优选含异氰酸酯的化合物在粘合剂组合物中的含量为5至30％，更优选为10至25％。
在一个方面，甲醛基树脂优选与最多占树脂固体50％w/w的蜜胺进行预反应。由这种预反应的甲醛基树脂制造的粘合剂组合物可以使复合板具有优越的冷水和热水溶胀性质，即尺寸稳定性提高，特别是涉及热和湿气时。
在本发明的另一方面中，提供一种制造再生纤维素基材的方法，该方法包括将纤维素基颗粒与包含甲醛基树脂和无机盐的粘合剂组合物混合，使所述混合物形成所述基材的预形成品，固化所述粘合剂组合物，形成所述基材。
通常，基材的预形成品将是平板形状，因为RWS通常以该形状出售。但是，许多预形成品形状都是可以采用的，并且这些形状的基材也包括在本发明的范围内。一些更普通的非平板形状包括具有圆形或半圆形(四方形)截面的长条形状。
为制造基材所选择的纤维素基颗粒将取决于要生产的RWS的性质。纤维素基纤维、颗粒或碎屑的形式可以为原料纤维。纤维素基纤维、颗粒或碎屑的形式可以为没有经过预先干燥的纤维。在一种方法中，纤维素基纤维、颗粒或碎屑的形式可以为未经处理的、潮湿的原料纤维。如上文中所提及的，基材是RWS，因此可以根据本发明制造颗粒板、碎木胶合板、碎料板、中密度纤维板(MDF)、高密度纤维板、硬质纤维板、刨花板(strand board)和华夫板。在本发明范围内的其它形式的RWS包括定向刨花板(orientedstrand board)(OSB)和组合板，诸如三层夹心板(tri-board)，它是定向刨花板(oriented strand board)和中密度纤维板的组合。
可以由木材、特别是干燥木材的分立(discreet)小颗粒制造颗粒板。可通过切割或裂化木材来制造木材颗粒，它们的形状对于构建颗粒板来说不是非常重要的。干燥木材的颗粒的含湿量一般为2至10重量％。制造颗粒板一般包括将所述颗粒和粘合剂组合物机械混合，然后施加热量和压力，使树脂固化，形成颗粒板。用于固化树脂的典型压制温度为130℃至240℃，尽管根据制剂也可以使用其它温度。一般来说，颗粒板含有3至40重量％的树脂，优选5至20重量％的树脂，更特别约8至15重量％的树脂。
在本发明的一个特别优选的实施方式中，基材是中密度纤维板。中密度纤维板包含形式为木质浆料的纤维素基纤维。向木质浆料中加入粘合剂，使混合物干燥，形成干燥纤维和粘合剂的缠结物(mat)。选择用于干燥混合物的温度优选使混合物得到干燥，同时不会使粘合剂处于会发生明显固化的状态。干燥的缠结物被加固成所需的预形成品，然后对该预形成品施加热量和压力，以使粘合剂固化，产生所需的复合物。纤维素纤维可以在80℃至160℃的温度干燥。
依据本发明的方法，将纤维素基颗粒与粘合剂组合物混合。粘合剂组合物可以作为整体加入，或者将粘合剂组合物的一种或多种组分与纤维素基颗粒预混，随后将剩余的组分与预混材料混合。例如，可以将纤维素基颗粒与甲醛基树脂混合，然后将含有无机盐和一种或多种单体的组合物加入到预混组合物中。或者，将甲醛基树脂和无机盐与纤维素颗粒混合，然后向预混组分中加入其它共聚单体，以降低甲醛与共聚单体的摩尔比。
纤维素颗粒与树脂组合物的混合可以原位进行，例如在混合机或风管(blow line)中进行混合。
一般来说，粘合剂组合物固化形成复合板可以通过热压法来进行，在该方法中，粘合剂组合物的固化在较高温度和施加压力的情况下进行。
可根据板类型、设备和板厚度来改变用于升高温度和施加压力的方法。仅仅对经过树脂化处理的纤维缠结垫进行热压对较薄的板来说可能是足够的，因为形成的板应该具有一致的纤维和树脂密度。可以使用这种压制系统来形成最终厚度最多为24毫米(例如，8、12、14和18毫米)的板。这类板可以在连续进料系统中形成，或者产生固定尺寸的板。连续进料系统可以在两个面之间压制所述缠结垫，这样缠结垫在下表面的支撑下沿着下表面行进，下表面和上表面之间的间隙随着缠结垫在两个面之间通过而减小。采用这种系统可以生产超过24米的板。
较厚的板需要在板制造方法中采用不同的压力和温度。许多连续压机使得能对压制曲线进行程序化设计，由此经过树脂化处理的纤维缠结垫在制造过程中经历不同压力和温度。实际上，这种机器使两个面之间的间隙随着缠结垫沿着下表面行进而发生增大或减小，从而，对缠结垫施加不同压力。还可以改变缠结垫行进的速度和对板施加的温度，从而提供所需的压制曲线。可用于制造较厚的板(例如25至32毫米的板)的压制曲线是对缠结垫迅速施加高压(即将上表面的前部设置为高入射角，两个面之间的间隙较小)，然后降低压力(即增加之后的机器部分的两个面之间的间隙)，然后随着缠结垫通过机器的剩余部分而慢慢增加施加给缠结垫的压力(即低入射角，慢慢减小机器之后部分的两个面之间的距离)。这种曲线可以提供具有较一致的树脂纤维密度的较厚的板，改善了板的品质和机械加工能力(例如在边缘处使用刨削机的能力)。
通常粘合剂组合物在基材中的含量为3至40重量％。粘合剂组合物的加入比例一般取决于基材所需的物理性质，并且将取决于纤维素颗粒的性质。优选粘合剂组合物在复合板中的含量为5至30重量％，更优选为10至18重量％。通常，根据粘合剂组合物的树脂中含有的无机盐的量，最终产品中存在的盐的量以基材的重量为基准计为0.2至6重量％、较优选为0.3至3重量％、更优选为0.5至2.0重量％、更优选为0.6至1.8重量％。例如，占基材总质量13％的树脂制剂可包含占树脂重量5％，即占基材重量0.65％的硫酸盐。
为了便于理解本发明，将描述涉及使用依据本发明MUF树脂形成MDF和颗粒板的典型方法。但是，应理解本发明也可以应用于其它甲醛基树脂和复合板。
如上所述，用于制造依据本发明的基材的优选甲醛基树脂是MUF树脂。根据以下方法制备典型的MUF树脂。
在典型的MUF树脂制造方法中，将甲醛加入到反应器中，用水稀释到所需浓度，通常是40-50％w/w。将温度调节到30-40℃，将pH值调节到大于9。向该搅拌的混合物中加入蜜胺和脲，蜜胺和脲的加入量应使蜜胺与甲醛的摩尔比被调节到所需比例，通常是1.4-1.8。将该反应混合物加热到所需缩合温度，通常是90-100℃。将pH值维持在所需水平，通常是大于8.5，保持所述温度，直到得到所需粘度。然后将树脂的pH值调节到大于9.5，停止缩合，将树脂冷却到环境温度。
制造RWS板如MDF或颗粒板的方法对本领域技术人员来说是众所周知的，给出以下例子作为说明。典型的MDF方法包括多个连续步骤：-制备纤维、对纤维进行树脂化处理、干燥经过树脂化处理的纤维、使纤维沉积为缠结垫形式，在热压机中在加热和加压下固结。
树脂和其它组分(蜡、硬化剂、添加剂)可单独或作为混合物在生产工艺的不同点加入。
根据工艺设备和最终板产品的要求和厚度，可以对普遍采用的条件进行较大的变化。控制含湿量非常重要，但是通常经过树脂化处理的纤维在热压前的含湿量为5-14％，对于标准密度板(650-800千克/立方米)，通常使用的树脂负载量为5-20％，更通常为8-15％。可以调节压制时间、温度和压力以符合生产产量和经济成果要求。
在压制后，一般对板进行磨砂处理，以提供平整的饰面，180号粗砂纸通常是足够的。
可使用类似的方法制备颗粒板。但是，为了制造颗粒板，将树脂施加到木质碎屑的精细表面和较粗糙的核部分上。然后形成这样的结构，即在板的上表面和下表面形成精细的碎屑饰面，在中间形成较粗糙的中间层。所形成的缠结垫在加热和加压下固结，对该板进行磨砂处理，提供平整的饰面。按照与MDF生产类似的方式控制方法变量，加入树脂和添加剂的选择也与MDF生产中采用的类似。
依据本发明的一个方面，提供一种制备粉末涂布的再生纤维素基材的方法，该方法包括：
提供一种包含纤维素基颗粒和固化的甲醛基树脂的再生纤维素基材，其中无机盐分散在所述整个基材中；
将粉末涂料组合物施涂到所述基材的至少一个表面上；
固化所述粉末涂料组合物。
较佳地，无机盐分散在整个甲醛树脂中。优选无机盐是硫酸盐，最优选是硫酸钠。
可以使用本领域中已知的任何合适的静电技术将粉末涂料施涂到再生纤维素基材上。优选使用可以最大程度地降低涂布的基材在涂料固化过程中经受的温度的技术来施涂粉末涂料组合物。优选的方法涉及使用可紫外固化的粉末涂料、可以在低温下固化的粉末涂料如包括低温固化剂的那些涂料、或可紫外固化的涂料和低温固化涂料的组合。
使用的粉末涂料可以是任何合适的商购粉末涂料组合物。通常，粉末涂料是基于聚酯、环氧化物、聚酯和环氧化物的混合物、聚氨酯和其它合适的树脂的。优选该粉末涂料是可紫外固化的。
一般可通过向预混机中加入所需量的原料形成均一混合物来制备涂料，其中各组分在预混机中通过金属刀片进行机械混合。将该预混材料通过挤出工艺。在该工艺中，在加热(通常80℃至140℃)下处理混合物，并且使用机械剪切进行混合。这样导致粉末涂料组合物熔化，以类似于半液体的形式运行，从而使各组分充分地混合成粉末涂料组合物。在材料离开挤出机后进行冷却，冷却一般在冷却带上进行。然后，将冷却的混合物碾磨(研磨)到良好施涂所需的粒度分布。标准的粒度分布为2至200微米，优选为10至150微米，通常约为50-60微米的中等粒度。
通常将涂料粉末施涂到实现固化后厚度为0.04至0.6毫米、优选小于0.1毫米。通常将粉末施涂到厚度为0.08毫米至0.13毫米。可以对基材施涂多个层，以提高涂层的厚度。
垂直(悬挂基材)或水平涂布系统可用于所述涂布方法。各系统各有优点。例如US2003/0211252中描述的水平粉末涂布系统特别适合用于长度超过能够恰当地被连接到悬挂的输送系统并且对主要接触面和边缘面进行粉末涂布的基材。悬挂系统使基材在单次通过时得到完全涂布，使用多个静电枪将粉末施涂到所有面。或者，可以使用静电枪将粉末喷涂到悬挂的基材的至少一个面上。水平系统可用于以连续粉末涂布步骤提供完全涂布的基材。
粉末涂料组合物可含有着色颜料、增量颜料、交联剂和其它添加剂。颜料和填料的例子包括金属氧化物，诸如氧化钛、氧化铁、氧化锌等；金属氢氧化物；金属粉末；硫化物；硫酸盐；碳酸盐；硅酸盐，诸如硅酸铝；碳黑；滑石；高岭土；重晶石；铁蓝；铅蓝；有机红；有机紫红等。
例如US 5925698中所述的，可加入增滑添加剂，以提高涂料的耐磨损性。
粉末涂料组合物可含有其它涂料改性剂，诸如聚四氟乙烯改性的蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、聚酰胺蜡、有机硅氧烷和它们的混合物。
可以用任何合适的静电技术施涂粉末涂料。使用的两种主要技术是电晕静电技术和摩擦静电技术。依据电晕静电技术，粉末颗粒在从粉末涂料电晕枪末端出来时在位于枪管末端的电极作用下带电。用可产生高达100000伏(100千伏)的电源组对电极供电。通常的电压工作范围是50千伏至100千伏。将粉末喷涂(粉末被携带在空气流中)到接地的复合板上。粉末颗粒上的电荷使粉末颗粒附着到基材上。在喷涂了粉末涂料之后，需要进行烘烤步骤，以使粉末熔化，并且使粉末涂料树脂和交联剂发生化学反应和交联(产生热固性油漆饰面)。
摩擦静电技术涉及摩擦枪，摩擦枪也是通过使朝向接地的板材的粉末颗粒带电来工作的。在此情况下，电荷不是由电源组产生的。摩擦枪通常是聚四氟乙烯(PTFE)长管。在粉末涂料和PTFE管之间产生摩擦，通过除去电子在粉末上产生电荷。
用于粉末涂布本发明基材的技术涉及使用可紫外固化的粉末涂料。对于这类涂料，将粉末施涂到基材上，并加热到粉末涂料组合物的熔点和熔点以上。熔化相中实现的温度通常为90℃至160℃。通过红外(IR)加热烘箱、或对流气体或电加热烘箱、或这两种系统的组合进行熔化相的操作。在粉末熔化和流出阶段后，将涂布的板材在紫外固化炉下通过。在此阶段，用紫外光辐照涂料。该紫外光由汞灯或掺合镓的汞灯产生，波长为205至405纳米。
适于包含在紫外粉末中的光引发剂包括芳族羰基化合物，诸如二苯甲酮和烷基化或卤代衍生物、蒽醌及其衍生物、噻吨酮及其衍生物、苯偶姻醚、芳族或非芳族阿尔法双酮(alphadione)、苯二烷基缩醛、苯乙酮衍生物和氧化膦。
可以使用与需要烘烤的标准涂布类似的技术将紫外固化粉末涂料施涂到基材上。
紫外固化和低温固化组合物的组合使用上述两种技术的组合。美国专利第5922473和6005017号中包括这类技术的详细说明。
粉末涂布方法还可以包括其它用于提高粉末涂料对基材的粘合性的技术，例如在70℃对基材预加热5分钟，或者在涂布前不久用蒸汽进行爆喷。使用红外灯局部加热可以加强低温固化技术，该技术减少了基材的热暴露。已经发现，含汞的灯对于紫外固化是有效的。
下文中提供一些典型的粉末涂料制剂的一些实施例。
典型紫外固化粉末涂料
紫外固化树脂 50-95％
紫外引发剂-类型1 1-3％
紫外引发剂-类型2 1-3％
颜料 1-30％，取决于颜色
添加剂 0-5％，按照需要
(对于类型1和类型2的紫外引发剂-见下文)
紫外固化的树脂一般具有以下性质：
玻璃化温度： 50+/-10℃
不饱和当量 1300克/当量+/-200
锥/板粘度(175℃) 6000mPa.s+/-1000
紫外固化树脂一般是可以通过自由基聚合机理交联的无定形树脂。涂料树脂可含有不饱和官能团(可能是甲基丙烯酸类和丙烯酸类不饱和官能团)。
加入紫外引发剂，在吸收紫外辐射能量后开始自由基聚合机理。这些紫外引发剂包括但不限于(类型1)α-羟基酮类，即1-(4-(2-羟基乙氧基)-苯基)-2-羟基-2-甲基-1-丙烷-1-酮和(类型2)BAPO(双-环氧化膦(cylophoshinoxide))，即双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)-苯基氧化膦。按照需要，可以加入其它添加剂。
典型低烘烤粉末涂料
将低烘烤粉末涂料设计为在90℃(或小于90℃)至160℃的温度固化，烘烤(在常规气体或电加热烘箱中)的总时间为10至40分钟。低烘烤粉末的红外固化要快得多(30秒至5分钟)。低烘烤粉末涂料可以具有不同的化学性质。通常使用环氧树脂和丙烯酸类树脂。
典型的低烘烤制剂
颜料 0-40％
环氧树脂 40-90％
交联剂 0-15％
添加剂 0-10％
环氧树脂一般具有以下性质：
环氧化物当量： 400-900
粘度： 500-5000厘斯，在150℃时
软化点： 70-110℃
可以使用各种交联剂，包括但不限于双氰胺或2-甲基咪唑的加合物。
典型的标准聚酯粉末涂料
聚酯 50-95％
交联剂 2-10％
颜料 1-40％，取决于颜色
添加剂 0-5％，按照需要
聚酯树脂通常具有以下性质：
酸值(或羟值) 20-80
粘度 200-700dPa.s(在165℃)
玻璃化温度 50-70℃
现在将参考以下非限制性实施例描述本发明。
实施例
实施例1-制备树脂
将2000克54％w/w的甲醛加入到反应器中，用571克水稀释到浓度为42％。将温度调节到30℃，将pH值调节到9.4-9.7。向搅拌的反应器中加入1763克蜜胺，然后加入339克脲。将反应混合物加热到95℃，树脂在pH值为8.8至9.2的情况下缩合。继续对树脂加热，直到耐水性达到150％。将树脂猝灭到pH值为9.3，加入占总反应物质量5％的盐，搅拌直到溶解。然后使树脂冷却到环境温度，产生固体含量为63％的树脂。
树脂制剂(A)含有作为盐的硫酸钠。树脂制剂(B)含有氯化钠。树脂制剂(对照样)在不加入任何盐的情况下制造。
实施例3-制备MDF薄板
使用木质纤维制备MDF板，用相当于干燥纤维质量13％的树脂喷射该木质纤维，加入0.5％的蜡乳液和足够的水，使胶合板的含湿量(gluedmoisture content)达到12-14％。将经树脂化处理的纤维缠结垫放置在金属压板上，放入到热压机中，施加热量和压力，形成薄(12和18毫米厚度)板。将这些板冷却，切割成13厘米×26厘米的片段。
使用来自实施例1的树脂制剂(A)、(B)和(对照)形成板。板的密度为700-720千克/平方米，内部结合强度大于1.0牛顿/平方米。测试18毫米板，发现破裂模量大于20牛顿/平方米。根据Interim Australian/New ZealandStandard AS/NZS 4266.6(Int)：2001测量内部结合强度。根据Australian/NewZealand Standard AS/NZS 4266.5：2004测量破裂模量。
实施例4-制备MDF厚板
使用新西兰辐射松(radiata pine)纤维制备MDF板，用相当于干燥纤维质量13％的树脂(约3％湿气)喷涂该纤维，加入0.5％的蜡乳液和足够的水，使胶合板的含湿量达到12-14％。将经树脂化处理的纤维缠结垫放置在金属压板上，使用各种压力的压机形成平板。使用的压制曲线一开始迅速地使纤维承受高压压制，然后降低压力，再缓慢增加压力。将这些板冷却，切割成13厘米×26厘米的片段。发现所得的厚板(25和32毫米厚度)可加工性高，具有一致甚至均一的电荷密度。
使用来自实施例1的树脂制剂(A)、(B)和(对照)形成板。当依据上述标准测试时，板的密度为700-720千克/平方米，内部结合强度大于1.0牛顿/平方米。
实施例5-粉末涂料制剂
将以下组分混合、并依据标准方法挤出和碎化来制备粉末涂料制剂。
组分 重量％(以粉末的重量为基准计)
双酚A环氧树脂(类型2-4) 60.00
双氰胺(Dicyandimide)(固化剂) 6.60
丙烯酸(流动控制剂) 0.8
PTFE蜡 2.5
颜料和填料 27
配制粉末提供灰色织构化饰面。在150℃进行20分钟来实现固化。
实施例6-粉末涂布
用摩擦枪将20克实施例5的粉末涂料粉末施涂到实施例2的板上。将涂料施涂到由树脂制剂(A)制备的三个厚度不同的样品板、由树脂制剂(B)制备的三个厚度不同的样品板、在不加入盐的情况下由树脂制剂(对照)制备的三个厚度不同的样品板上。所有板具有相同的质量和表面积。通过测量各板施涂前和施涂后的重量确定粘合到各板上的粉末的质量。
发现含盐的板的平均转移质量明显大于对照板。对照板的转移效率(粘合到板上的粉末的质量/施涂的粉末的总质量)为20％。实施例2的含有硫酸钠盐的板的转移效率为30％。
仔细检查所有板，发现具有含盐树脂的板在所有边缘处都得到涂布，在整个板边缘处覆盖率没有明显降低。相反，发现对照板有1-2毫米的前缘缺少粉末，显示出裸露的木材。
实施例7-电导率测量
使用标准设备测量实施例2的含盐的板和对照板的电导率。在进行测量之前，各片段用大约5毫升的水浸泡，然后使其干燥(摸上去是干燥的)。实施例2的含盐的板的电导率至少比对照板的电导率大一个数量级。
实施例8-颗粒板
使用标准制造技术制造对照颗粒板。按照相同的方式制造含盐的颗粒板，不同的是将硫酸钠混入到用于制造颗粒板的树脂中。该树脂占板重量的约15重量％，盐占树脂重量的约7重量％，所以形成的颗粒板中含有约1重量％的硫酸钠。
用实施例2的粉末涂料制剂粉末涂布颗粒板。检查该板，发现含盐的板具有令人满意的覆盖率(包括边缘处)，而对照板在边缘处具有较差的覆盖率，可以看见底层基板。
在该说明书和所附权利要求书中，除非文本另有要求，词“包含”和变体诸如“包含有”和“包含着”都应理解为是指包括所述整数或步骤或所述整数或步骤的组，但是不排除任何其它整数或步骤或整数或步骤的组。
本领域技术人员将意识到，文中所述的本发明容许变化和修改，而不仅仅是那些进行了描述的内容。应理解，本发明包括所有这类落入本发明精神和范围内的变化和修改。本发明还包括在本说明书中单独或整体提及或指出的步骤、特征、组合物和化合物，以及所述步骤或特征中的任何两种或更多种的任何和全部组合。
该说明书中的任何现有技术的参考不是并且不应被作为明示或任何形式或暗示现有技术形成澳大利亚公知技术中的一部分。
Claims (16)
1.一种制备粉末涂布的再生纤维素基材的方法，其包括：
提供一种包含纤维素基颗粒和固化的甲醛基树脂的再生纤维素基材，其中有无机盐分散在整个基材中；
将粉末涂料组合物施涂到所述基材的至少一个表面上；以及
固化所述粉末涂料组合物。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述盐不是含有氯化物的盐。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述盐是无机硫酸盐。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述盐选自硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙、硫酸铵和硫代硫酸钠。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述无机盐以足以使板的电导率提高到大于10-10(欧姆米)-1的量存在。
6.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述盐的量为基材重量的0.2至6重量％。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述盐的量为基材重量的0.5至2重量％。
8.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述固化的甲醛基树脂在基材中占3至40重量％。
9.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述无机盐在甲醛树脂中占1至15重量％。
10.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
提供一种包含甲醛基树脂和无机盐的粘合剂组合物，
将纤维素基颗粒与粘合剂组合物混合，以及
使所述混合物固化，以提供所述再生纤维素基材，其中无机盐分散在整个所述基材中。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述无机盐在所述粘合剂组合物中占1至15重量％。
12.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述甲醛基树脂选自脲甲醛树脂、酚甲醛树脂、酚脲甲醛树脂、蜜胺脲甲醛树脂、酚蜜胺脲甲醛树脂和酚蜜胺甲醛树脂。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述甲醛基树脂是蜜胺脲甲醛树脂。
14.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述基材是中密度纤维板、高密度纤维板、颗粒板、碎木胶合板、碎料板、硬质纤维板、刨花板、华夫板或定向刨花板。
15.一种含有甲醛基树脂和无机硫酸盐的粉末涂布的再生纤维素基材。
16.一种根据如权利要求1至14中任一项所述的方法制备的粉末涂布的再生纤维素基材。
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