CN105073812A - 将粘合剂组合物施加至木质纤维基材的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于调节由包含含有可乳化的预聚物的乳液的组合物形成的粘合剂材料的粘性值的方法，所述可乳化的预聚物是(i)异氰酸酯化合物、(ii)多元醇化合物和(iii)一元醇化合物的反应产物，和其中所述方法包括：(a)确定所述乳液所希望的粘性分布，其中所述粘性分布包括通过粘性测试方法对于特定时间值所测量的从1至4的粘性值，和调节组分(i)与(ii)的活性基团比来实现所希望的粘性值分布；(b)将水引入组分(i)、(ii)和(iii)，以形成乳液组合物；和(c)将乳液组合物施加至木质纤维基材，从而形成具有7％至25％水含量的混合物，基于所述混合物的总重量。
Description
技术领域
本发明一般涉及将粘合剂组合物施加至木质纤维基材上的方法。具体地，本发明涉及调节施加至木质纤维基材上的粘合剂组合物的粘性值分布的方法。
背景技术
本质纤维复合板如木屑板通常通过将粘合剂施加至正在旋转混合机中翻滚的大量颗粒以形成混合物来生产。然后，使混合物经受使用热和压力的压制阶段，来固化混合物并最终形成复合物。
虽然脲醛(UF)基粘合剂通常已经用于复合板工业中，UF基粘合剂具有一些缺点，这已经迫使该工业中的制造商去寻找替代的粘合剂体系。例如，一个缺点是在复合板用于热环境之后可能从该板释放甲醛。因此，制造商已经尝试在复合板生产中使用聚亚苯基聚亚甲基多异氰酸酯(PMDI)基粘合剂。虽然PDMI基粘合剂没有许多与UF基粘合剂相关的缺点，但在制造工艺中使用PMDI基粘合剂仍然可能出现潜在的问题。例如，虽然PMDI基粘合剂一般具有许多UF基粘合剂表现的粘合特性，但当与UF基粘合剂体系相比时，PMDI基粘合剂可能表现出更低的粘性值。例如，粘合剂的低粘性值在木屑板制造过程期间可能引发多种问题，因为在制造过程期间由PMDI基粘合剂和木质纤维材料的混合物形成的"预-垫(pre-mat)"只能在有限的环境中使用。为了补偿低粘性值，制造商已经采取使用增粘剂。然而，这些增粘剂的使用有一些缺点，例如增加了制造复合板的成本和复杂性。例如，有时制造过程将必须停止，以便从制造过程中使用的设备除去"增粘剂累积"。
发明内容
一种用于调节由包含乳液的组合物形成的粘合剂材料的粘性值的方法，其中乳液包含水和可乳化的预聚物，和其中所述可乳化的预聚物是(i)异氰酸酯化合物、(ii)多元醇化合物和(iii)一元醇化合物的反应产物，所述方法包括：(a)确定所述乳液所希望的粘性分布，其中所述粘性分布包括通过粘性测试方法对于特定时间值所测量的从1至4的粘性值，和调节组分(i)与(ii)的活性基团比来实现所希望的粘性值分布；(b)将水引入组分(i)、(ii)和(iii)，以形成乳液组合物；和(c)将乳液组合物施加至木质纤维基材，从而形成具有7％至25％水含量的混合物，基于所述混合物的总重量。
附图说明
当与附图一起阅读时，从本发明某些实施方案的下列描述，可以得到本发明的充分理解，其中：
图1是描绘各种配制物对时间的粘性值的图线。
图2是描绘具有特定含水量的配制物对时间的粘性值的图线。
具体实施方式
如本文中使用的，除非另有明确说明，所有数字如表示数值、范围、数量或百分比的那些可以理解为犹如以措辞"约"开头，即使该术语没有明确地出现。复数包括单数，反之亦然。例如，虽然本文中提到"一种"聚合异氰酸酯化合物、"一种"多元醇、"一种"一元醇，但这些组分的组合(多个)可以用于本发明。
如本文中使用的，"多个"意指两个或更多。
如本文中使用的，"包括"和类似的术语意指"包括但不限于"。
当涉及数值的任何数值范围时，这种范围理解为包括所述范围最小值和最大值之间的每个值和/或部分。例如，范围"1至10"意欲包括在列举的最小值1和列举的最大值10之间(并且包括端值)(也就是说，具有等于或大于1的最小值和等于或小于10的最大值)的所有子范围。
如本文中使用的，"分子量"意指重均分子量(Mw)，如通过凝胶渗透色谱法测定的。
如下面将更详细讨论的，本发明涉及一种用于调节由包含乳液的组合物形成的粘合剂材料的粘性值的方法，其中乳液包含水和可乳化的预聚物。如本文中使用的，"粘性值"意指当向物质施加低的压缩力时，颗粒形成内聚性粘合物质的物理性质，通过在实施例中更详细描述的粘性测试方法测量。
异氰酸酯官能化预聚物("原位预聚物")
如下面将更详细讨论的，原位预聚物(其是可乳化的预聚物)是(i)异氰酸酯化合物、(ii)多元醇和(iii)一元醇的反应产物。
组分(i)
用作用于制备本发明原位预聚物的组分(i)的异氰酸酯化合物包括有机多异氰酸酯化合物，例如二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)。合适的MDI化合物包括但不限于4,4'-MDI、2,4'-MDI、聚合MDI、MDI变体或它们的混合物。
在一些实施方案中，组分(i)包括4,4'-MDI或4,4'-MDI和2,4'-MDI的混合物，其中混合物包含至少50％的4,4'-MDI，优选以大于约75％重量如大于约90％重量或大于约95重量％的量。在某些实施方案中，组分(i)包括"聚合MDI"。如本文中使用的，"聚合MDI"意指包含至少2.5如2.5-3.5或2.5-3.1官能度的聚亚甲基聚亚苯基多异氰酸酯组合物。例如，亚甲基桥联的聚苯多异氰酸酯(含有二异氰酸酯、三异氰酸酯和高官能度的多异氰酸酯)的聚合混合物可以称为"聚合MDI"。
可以用作组分(i)的其它合适的多异氰酸酯包括任何有机多异氰酸酯化合物或有机多异氰酸酯化合物的混合物，条件是所述化合物具有至少2个异氰酸酯基团。有机多异氰酸酯包括二异氰酸酯，特别是芳族二异氰酸酯，和更高官能度的异氰酸酯。可用于本发明组合物的有机多异氰酸酯的例子包括脂族异氰酸酯如六亚甲基二异氰酸酯；和芳族异氰酸酯如间-或对-亚苯基二异氰酸酯、甲代亚苯基-2,4-二异氰酸酯和甲代亚苯基-2,6-二异氰酸酯、二苯甲烷-4,4'-二异氰酸酯、氯代亚苯基-2,4-二异氰酸酯、亚萘基-1,5-二异氰酸酯、联亚苯基-4,4'-二异氰酸酯、4,4'-二异氰酸酯-3,3'-二甲基-联苯、3-甲基二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯和二苯醚二异氰酸酯；和脂环族二异氰酸酯如环己烷-2,4-和-2,3-二异氰酸酯、1-甲基环己基-2,4-和-2,6-二异氰酸酯和它们的混合物和双(异氰酸根合环己基)甲烷和三异氰酸酯如2,4,6-三异氰酸根合甲苯和2,4,4-三异氰酸根合二苯醚。也可以使用含有异氰脲酸酯、碳二亚胺或脲酮亚胺基的改性多异氰酸酯。可在本发明中使用另外的封闭型多异氰酸酯，例如异氰酸酯化合物与例如下列化合物的另一化合物的反应产物：酚(如辛基酚、壬基酚、十二烷基酚)、酮(如丁酮、乙酰丙酮)、酸(如无机酸、氯化苄、盐酸)、内酰胺(如文斯内酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮)、肟(如醛肟、甲基乙基酮肟、二甲基乙二肟)、咪唑(如乙基咪唑、咪唑盐)或它们的组合，只要它们具有低于使用多异氰酸酯组合物时施加的温度的解封温度。在某些实施方案中，在引入用于形成本发明的乳液预聚物的试剂中之前，可以用上述化合物封闭多异氰酸酯。可以使用异氰酸酯的混合物，例如甲代亚苯基二异氰酸酯异构体的混合物，例如可商购获得的2,4-和2,6-异构体的混合物，以及由苯胺/甲醛缩合物的光气化生产的二-和更高的多异氰酸酯的混合物。在某些实施方案中，要用于本发明的异氰酸酯是其中异氰酸酯为芳族二异氰酸酯或更高官能度的多异氰酸酯的那些，例如纯二苯甲烷二异氰酸酯或亚甲基桥联的聚苯多异氰酸酯(含有二异氰酸酯、三异氰酸酯和更高官能度的多异氰酸酯)的混合物。因此，在一些实施方案中，合适的多异氰酸酯包括异氰酸酯和异氰酸酯，它们可以从HuntsmanPolyurethanes获得。在一些实施方案中，多异氰酸酯在室温下是液体。可以按照本领域已知的任何技术生产多异氰酸酯混合物。如果必要的话，二苯甲烷二异氰酸酯的异构体含量可以通过本领域公知的技术引入所需的范围内。例如，用于改变异构体含量的一种技术是向含有比所需量高的聚合MDI的MDI混合物添加单体MDI。
组分(ii)
用作用于制备本发明原位预聚物的组分(ii)的多元醇化合物可以包括本领域已知的任何多元醇化合物，例如聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚二烯烃(polyalkadiene)多元醇。例如，合适的多元醇包括但不限于：基于数均包含每分子约1.2至约10如1.4至8或1.6至约8或1.8至6个活性氢基团的那些多元醇化合物。合适的活性氢基团的非限制性例子包括脂肪醇基团、酚、伯胺、仲胺或它们的组合。在某些实施方案中，多元醇化合物含有每分子至少两个活性氢基团。
在某些实施方案中，使用的多元醇是聚醚多元醇，它在多元醇的聚合结构中包含环氧丙烷(PO)、环氧乙烷(EO)或PO和EO基团或部分的组合。这些PO和EO单元可以在聚合结构中随机或以嵌段部分排列。在某些实施方案中，多元醇的EO含量从0至100％变化。在一些实施方案中，多元醇的PO含量从100至0％变化。因此，在一些实施方案中，多元醇的EO含量可以从99至33％变化，同时，PO含量从1至66％变化。此外，在一些实施方案中，这些单元可以位于聚合结构末端，或者在聚合主链结构的内部部分中。因此，合适的聚醚多元醇包括但不限于聚(氧亚乙基氧亚丙基)二醇和三醇，它们通过环氧丙烷和环氧乙烷连续加成至本领域已知的双或三官能引发剂而获得。在某些实施方案中，组分(ii)包括上述的二醇或三醇，或者，组分(ii)可以包括这些二醇和三醇的混合物。
在某些实施方案中，要用于制备原位预聚物的聚醚多元醇包括由环氧乙烷与另一环状氧化物(例如，环氧丙烷)在多官能引发剂存在下聚合获得的产物，所述引发剂例如水和低分子量多元醇，例如乙二醇、丙二醇、二乙二醇、二丙二醇、环己烷二甲醇、间苯二酚、双酚A、甘油、三羟甲基丙烷、1,2,6-己三醇、季戊四醇或它们的组合。
在一些实施方案中，用作组分(ii)的多元醇包含至少15％重量(基于多元醇的总重量)的环氧乙烷基团，例如50％至100％重量之间。聚醚多元醇一般具有2-6如2-4或2的平均标称官能度。它们具有从700至5000如从1000至4000、从1200至3500或者从1500至3000的数均当量重量。例如，在某些实施方案中，多元醇包含含有10至2000(例如，100-1500或500-1000)个碳原子的烃主链，其中在这些碳原子之间没有分散杂原子。
组分(iii)
用作用于制备本发明原位预聚物的组分(iii)的一元醇化合物包括可以为具有从200至1500分子量的一元醇。在一些实施方案中，一元醇包含式(I)描述的化学结构：
(I)
R1-(OCH2CH2)n-(CH2CHR2O)m-OH
其中，R1是不含活性氢的基团并且没有消除氧亚乙基单元的亲水性；R2是氢或具有1至4个碳原子的烷基；n是1至34的数字，且m是经选择的数字，使得氧亚乙基单元与其它氧亚烷基的重量比为100:0至50:50。
在某些实施方案中，R1是C1-C4烷基，R2是氢或甲基，n为4至25的数字，且m是经选择的数字，使得氧亚乙基单元与其它氧亚烷基的重量比为100:0至60:40。
在其它实施方案中，R1是甲基，R2是氢，n为6至20的数字，且m是经选择的数字，使得氧亚乙基单元与其它氧亚烷基的重量比为100:0至80:20。
在又其它的实施方案中，R1是甲基，R2是氢，n是6至20的数字，且m是零。
可以使用的其它合适的一元醇包括甲氧基聚氧亚乙基，例如CARBOWAX，它可以从DowChemicalCompany、Midlands、Michigan获得；和UCON50-HBFluids，它可以从DowChemicalCompany、Midlands、Michigan获得。例如，例如CARBOWAXTMMPEG350、MPEG550、MPEG750的产品是可用于本发明的一元醇的例子。
通过当与组分(ii)或(iii)相比时过量的组分(i)的反应，来制备原位预聚物。例如，在一些实施方案中，组分(i)占60重量％至95重量％，组分(ii)包含35重量％至1重量％，且组分(iii)包含10重量％至1重量％，基于用于形成异氰酸酯官能化原位预聚物的组分(i)、(ii)和(iii)的总重量。
本发明的原位预聚物的特征在于：在50℃下小于1000cps的粘度，优选在50℃下小于500cps的粘度。本发明的原位预聚物的特征在于：具有6％至32％如6％至30％或7％至30％的最终异氰酸酯含量(％NCO)，基于预聚物的总重量。
在一些实施方案中，从制备原位预聚物中多异氰酸酯与聚醚多元醇反应得到的基团的至少90％是氨基甲酸酯基团。在某些实施方案中，可以将少量另外的多异氰酸酯化合物或其变体加入原位聚合物，条件是异氰酸酯(NCO)值保持在如上述所指出的范围内。加入的量通常优选小于约20％重量，基于原位预聚物和另外的多异氰酸酯化合物的总重量。另外的多异氰酸酯化合物或变体可以选自如上所述的异氰酸酯化合物。
制备原位预聚物的方法可以是本领域已知的形成预聚物的任何方法。例如，通过将异氰酸酯化合物与含有羟基的组分(即组分(ii)和(iii))反应，可以制备原位预聚物。在一些实施方案中，改性的多异氰酸酯化合物(其一般不同于异氰酸酯化合物)可以在引入含羟基的组分之后或之前作为试剂加入。反应一般用高效混合进行，有或没有施加热，并且通常在惰性气氛(例如，氮气或干燥空气)中制备。如果使用热，使用本领域已知的加热方法，将混合物加热至40℃至90℃的温度范围。另外，反应一般在环境温度(即室温，25℃)下进行。在一些实施方案中，在已经混合试剂之后，施加热。使用催化剂如可以从HuntsmanCorp.获得的JEFFCATZF-20双-(2-二甲基氨基乙基)醚凝胶化催化剂来催化给反应是任选的。
用于形成原位预聚物的各种试剂、组分(i)、(ii)和(iii)的相对量将取决于所希望的NCO。例如，可以改进组分(i)与(ii)的活性基团比，以使得下面讨论的乳液组合物或粘合剂组合物表现出特定的"粘性值分布"。如本文中使用的，"粘性值分布"包括通过粘性测试方法对于给定时间期间或时间值测量的1至4的粘性值。例如，关于图1中的配制物B，该材料的"粘性值分布"包括在时间期间或时间值"时间20"下1.0的"粘性值"。如本文中使用的，"活性基团比"意指：组分(i)的异氰酸酯官能团数量与组分(ii)的羟基活性基团数量之间的比。在某些实施方案中，组分(i)与(ii)的活性基团比可以从400:1至4:1变化，例如，从200:1至20:1和80:1至8:1。已经发现，增加异氰酸酯化合物与多元醇化合物的活性基团比，产生具有降低的"粘性值"(在实施例中所确定的)的乳液组合物。或者，减少异氰酸酯化合物与多元醇化合物的活性基团比，产生具有增加的"粘性值"的乳液组合物。通过具有增加或减少最终形成的乳液组合物的粘性值的能力，本发明的用户可以具有获得类似于或大于一般在UF基粘合剂中看到的"粘性值"的"粘性值"的能力。因此，本发明可以解决如上所述的异氰酸酯(如PMDI)基粘合剂的至少一个固有缺点。
因为可以调节乳液组合物的"粘性值"，用户可以实现特定的目标值或目标分布。例如，在一些情况下，当乳液组合物与目标基材(如大量木质纤维材料)在"混合阶段"(如图1中"时间0")最初混合时，可能希望具有1的"粘性值"。然而，当在"形成阶段"(如在图1中"时间10")期间将木质纤维材料形成特定的物件时，然后，在一些实施方案中，可能希望具有高于1的"粘性值"。此外，取决于使用的工艺，粘合剂材料在"垫在线阶段(matonlinestage)"或"压缩阶段"的粘性值可以与上述那些相同或不同。应注意的是：上述的阶段(如"混合阶段"、"形成阶段"等)是本领域技术人员已知的，并且对于本发明的目的不需要讨论各个特定的阶段。
图1的配制物C显示：可以调节本发明的乳液组合物，使得它表现出与"静态粘性"相反的"动态粘性"，因此，可以调整本发明的乳液或粘合剂组合物，以实现所希望的"粘性值分布"，从而允许用户使其中使用该乳液组合物的工艺最优化。如本文中使用的，"动态粘性"意指：组合物的"粘性值"可以在给定的时间期间变化。换言之，组合物可以具有不平的"粘性值分布"，但是变化取决于何时测量组合物"粘性值"(参见图1中配制物C的"粘性水平"对"时间"值)。另一方面，具有"静态粘性"的组合物具有恒定的"粘性值"，它在给定的时间期间不变化。也就是说，具有"静态粘性"的组合物具有基本上平的"粘性值分布"(参见图1中的配制物A和B)。
乳液组合物
如本文中其它地方说明的，乳液组合物包含原位预聚物和水。不像其中在引入水之前完成预聚物化合物形成的其它工艺，本发明的原位预聚物可以用水原位形成。因此，在一些实施方案中，在向工艺引入水之前，部分形成原位预聚物。如用于形成原位预聚物的试剂(如组分(i)至(iii)，和如果使用的话，如上所述的改性多异氰酸酯化合物)可以允许彼此反应从1秒至5分钟的时间范围。然而，在其它的实施方案中，试剂允许反应大于1至5秒的时间范围，以便满足各种工艺要求。在这两个例子中，在原位预聚物形成期间加入水，并且最终用水原位形成原位预聚物。或者，本发明的方法也允许用于形成原位预聚物的试剂和水彼此同时地加入。在这个特定的实施方案中，在引入水之前未形成原位预聚物，因为用于形成原位预聚物的试剂没有与另一个预反应。因此，用水原位发生原位预聚物的完全形成。
不管原位聚合物是否与水原位地部分或完全形成，最终，通过将水引入用于形成原位预聚物的试剂中，形成乳液组合物，并且该乳液组合物是施加至本文中公开的各种基材上的粘合剂材料的一部分。
同时可以预料的是，任何类型的水(如去离子水、自来水或生活用水、过滤水或"软化"水)可以用于形成本文中描述的乳液。
用于形成乳液的方法可以是本领域已知的任何方法。在一些实施方案中，通过将水和用于形成原位预聚物的所有试剂引入在线静态混合器(如可以从Koflow公司获得的Model275)中，并且将混合物彻底混合1分钟至30分钟的时间期间，来形成乳液。虽然与在线静态混合器有关描述了水和上述试剂的引入，还可以使用本领域已知的用于制备乳液的其它间歇或连续方法。可以在使用或没有使用热的情况下形成乳液。如果使用热，可以使用本领域已知的加热方法，将混合物加热至15℃至65℃的温度范围。另外，一般在环境温度下(即，室温，25℃)形成乳液。
本发明的原位预聚物以90重量％至10重量％的量存在于乳液中，同时，水以10重量％至90重量％的量存在，基于乳液中原位预聚物和水的总重量。在一些实施方案中，原位预聚物和水两者各自占乳液的50重量％，基于乳液中两个组分的总重量。
为了进一步改进乳液组合物的储存稳定性和/或工艺稳定性，可以向乳液组合物加入其它辅助添加剂。如可以向乳液组合物加入稀释剂。合适的稀释剂包括在由R.Gachter和H.Muller,CarlHanserVerlagMunchen编辑的"TaschenbuchderKunststoff-Additive",第三版,1989中提到类型的增塑剂。优选的稀释剂是邻苯二甲酸酯、脂族羧酸酯、脂肪酸酯、亚麻子油、豆油和碳酸丙烯酯。这些稀释剂可以按0.5重量％至50重量％的量添加，基于乳液的总重量。乳液组合物可包含常规的添加剂，例如阻燃剂、木质纤维防腐剂、灭菌剂、蜡、上浆剂、填料、表面活性剂、触变剂和其它粘合剂如甲醛缩合物粘合剂树脂和木质素(任选地与例如在PCT专利申请号EP96/00924中描述的木质素溶剂结合)。
在又其它的实施方案中，可以向如上所述用于形成原位预聚物的活性成分或者用于形成乳液的成分加入脱模剂。可以使用的合适脱模剂包括但不限于脂肪酸、蜡、有机硅以及各种肥皂和清洁剂。这些脱模剂可以按0.33重量％至33重量％如0.66重量％至16.5重量％的量使用，基于组合物的总重量。
可以添加至乳液组合物的其它辅助添加剂还包括但不限于本领域已知的上浆蜡、杀菌剂、阻燃剂、阻滞(blocking)剂。如阻滞剂可以按0.01重量％至1.0重量％的量使用，基于乳液组合物的总重量，并且杀菌剂可以按0.005重量％至0.5重量％的量使用，基于乳液组合物的总重量。
在一些实施方案中，除上述添加剂之外，乳液组合物可以包含催化剂，例如金属催化剂。可以用于本发明的合适的金属催化剂包括但不限于有机金属化合物，例如包含至少一种过渡金属的那些。过渡金属可选自元素周期表的IVB、VB、VIIB、VIIB和VIIIB族。在一些实施方案中，金属催化剂包括有机金属化合物，它包含一种或多种选自周期表的VIIIB族的金属(如铁)。在某些实施方案中，有机金属化合物包含一种或多种螯合配体。这种螯合配体的非限制性例子包括但不限于：乙酰丙酮、烷基或芳基乙酰乙酸酯、葡糖酸酯、环戊二烯基或它们的组合。在一些实施方案中，可用作组分(ii)的金属催化剂可以是任意在下列US专利中描述的那些：美国专利号5,587,414、美国专利号6,288,200、美国专利号6,908,875、美国专利号6,750,310、美国专利号6,288,255和美国专利号码6,762,314。
可以用作组分(ii)的其它合适的催化剂包括但不限于：有机锡化合物，例如二烷基锡二羧酸盐(如二甲基锡二月桂酸盐、二丁基锡二月桂酸盐、二丁基锡二-2-己酸乙盐、二丁基锡二乙酸盐、二辛基锡二月桂酸盐、二丁基锡二马来酸盐、二丁基锡二异辛基马来酸盐)；二价锡的羧酸盐(如二价锡辛酸盐、二价锡二醋酸盐、二价锡二油酸盐)；单-和二有机锡的硫醇盐(如二丁基锡二硫醇盐、二辛基锡二硫醇盐、二丁基锡二异辛基巯基乙酸盐)；β-二酮的二有机锡衍生物(如二丁基锡双-乙酰丙酮)；二有机锡氧化物(如二丁基锡氧化物)；和单-或二有机锡卤化物(如二甲基锡二氯化物和二丁基锡二氯化物)。可用作组分(ii)的其它合适的催化剂还包括但不限于有机铋化合物，如羧酸铋(如铋三(2-乙基己酸盐)，新癸酸铋和环烷酸铋)。
因此，在某些实施方案中，金属催化剂可包括但不限于：来源于铁的有机金属化合物(如乙酰丙酮铁)、乙酰丙酮钴、乙酸丙酮镍、二丁基锡二月桂酸盐、二丁基锡硫醇盐、铋三(2-乙基己酸盐)或它们的组合。在某些实施方案中，金属催化剂是有机金属化合物，它是铁的衍生物。本领域技术人员将认识到：在某些实施方案中，乙酰丙酮铁、乙酰丙酮钴、乙酸丙酮镍可以被描述为包含螯合配体和过渡金属。
目标基材材料的描述
本发明的乳液组合一般施加到目标基材材料上，以便形成具有7％至25％如10％至20％水含量的混合物，基于混合物的总重量。在某些实施方案中，目标基材材料包括木质纤维材料，它可以包括但不限于：木材、树皮、软木、甘蔗渣草、亚麻、竹、细茎针草、稻壳、剑麻纤维、椰纤维、木片、木材纤维、刨花、木屑、木粉、洋麻、坚果壳、来自谷粒(如稻米和燕麦)的外壳或它们的组合。另外，可能将木质纤维材料与其它粒状或纤维状材料混合，例如研磨的泡沫废物(如研磨的聚氨酯泡沫废物)、矿物填料、玻璃纤维、云母、橡胶、纺织废物如塑料纤维和织物。这些材料可以按粒状、削片或碎片、纤维、股、球或粉末的形式使用。在某些实施方案中，这些材料可具有2％至50％的含水量，例如约5％至20％，或8％至20％。当将本发明的乳液组合物施加至木质纤维材料时，乳液组合物与木质纤维材料的重量比将根据使用的木质纤维材料的体积密度而改变。可以按这种量施加乳液组合物，以产生从1:99至1:4如从1:40至1:8的乳液组合物与木质纤维材料的重量比。如果希望，其它常规的粘合剂如本领域已知的甲醛缩合物粘合剂树脂可以与本发明的乳液聚合物一起使用。
用于制备木质纤维复合物的方法的说明
1.制备木质纤维目标基材
在本发明的某些实施方案中，首先将木质纤维目标材料干燥至所需的含水量。所需的含水量可以从1％至20％重量。
2.将乳液组合物施加至目标基材
然后，可以按从1重量％至30重量％的量，将乳液组合物加入目标材料，基于乳液和目标材料的总重量。
3.形成预-垫(Pre-Mats)/预-形状(Pre-Shape)
然后，可以将目标材料和乳液组合物的所得混合物形成为用于板生产的预-垫，或者任何其它所需形状。本发明的乳液组合物的使用可以增加预-垫的粘性值，从而由于在压制之前改善垫/形状整体的一致性，允许更有效的生产最终制品，因此，可以由于木质纤维分布不均导致更少的损耗。
4.压制预-垫/预-形状
然后，可以将预-垫/预-形状压缩，以形成板或三维成形的模型制品，并在受热和压力下固化。用于压缩方法的合适温度通常在70℃至250℃范围内，例如120℃至220℃，或者140℃至205℃。在压缩方法中使用以获得所需产品尺寸的压力可以从15巴至300巴。压缩时间将取决于要生产的产物的厚度和密度。在一些实施方案中，使用本发明的乳液组合物可以允许用户形成具有大于25mm或更大厚度的制品，而不使用蒸汽喷射预加热器、射频预加热器和蒸汽喷射压制。
以类似的方式，从单板、纸或织造织物，通过用如上所述的乳液组合物处理所述层，接着通常在高温高压下压制它们，可以生产多层板材或模型制件。由复合物表面直接经受的温度可以从100℃至205℃如从140℃至220℃。为保证当使用本发明的多异氰酸酯组合物时生产具有所希望尺寸稳定性和物理性能的复合物，由复合物芯经受的温度可以从70℃至140℃，例如从80℃至130℃，或者从85℃至120℃。初始压缩压力可以从15巴至300巴，例如从50巴至200巴。
要注意的是：在这个步骤中，乳液或粘合剂组合物基本被固化。
5.后压制/最终产品
用本发明的粘合剂生产的复合木材产品可以表现出优异的外观，这是由于与减少的循环时间有关的显著更低的压制温度，这导致显著减少的表面降解或外部脱模剂的炭化。另外，获得了所得材料的优异的内部粘合特性、良好的尺寸稳定性和优异的室外耐久性，因而它们可以用于通常使用这种制品的任意情形中。此外，不像在形成复合产品后具有相对低含水量的其它复合木材产品，本发明的复合木材产品(木质纤维复合物)表现出相对较高的含水量。如本发明的复合木材产品的含水量可以从5％至15％，如从6％至15％，或者从8％至15％，基于复合木材产品的总重量，然而使用常规生产方法的复合木材产品具有1％至5％的含水量。
虽然已经详细描述了本发明的特定实施方案，本领域技术人员将理解的是：根据本公开的全部教导，可以发展这些细节的各种调整或替代。因此，公开的特定配置仅仅意味是说明性的，且不限定为本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求及其任意和全部等同物的全部宽度所给出。因此，上面列出的任意特征和/或要素可以在任意组合中彼此结合，并且仍然在本公开的宽度内。
实施例
制备乳液组合物：
通过使用在表1中发现的组分，将多元醇共混物混合至pMDI，之后是将多元醇共混物和pMDI混合物水乳化，来制备乳液。在250ml的玻璃罐中制备混合物，手动摇动约30秒，直至形成一致的乳白色乳液。
表1：配制物A-D
粘性测试方法：
在混合有按照表1和如上所述方法制备的粘合剂配制物的木材颗粒上，进行粘性测试。按照如下的粘性测试方法进行测试：
将从商业木屑板工艺获得的木材颗粒利用Cason筛选机筛选，以除去小的和大的颗粒。然后，将颗粒在湿度箱中平衡2周，至10％的平衡含水量(EMC)。将30克制备的木材颗粒加入小食品加工机。通过在250ml的玻璃罐中将水和原位预聚物各50克混合，来制备乳液，手动摇动约30秒，直至形成一致的乳白色乳液。将颗粒在食物加工机中混合大约60秒，同时将粘合剂乳液在混合同时滴加至木材颗粒。在混合后，从食物加工机取出混合材料，并放在实验者的手中(持物手。紧接着，在手中通过压缩材料三秒，试图制备球。通过用持物手和另一只自由手挤压球，来完成压缩。然后，通过在持物手中拍球，来评价所得材料球(或不形成球)。然后，基于所形成的球整体性，给出材料球的粘性等级("粘性值")。这个等级系统示于下表2中。在粘性评价之后，然后将材料放在实验台顶部的整洁桩柱中，并每10分钟再次测试粘性，直至时间从混合时间过去40分钟。
表2：粘性等级系统(粘性值或粘性水平)：
| 粘性等级* | 描述 |
| 1 | 无粘性(未形成球) |
| 2 | 轻粘性(形成弱的球，在拍下破裂) |
| 3 | 粘性(形成球，在拍时大部分保持在一起) |
| 4 | 高粘性(形成紧球，并且在拍时保持不变) |
*1/2等级用于结果落在粘性等级度量上的两个等级之间的情况中。
表3显示用表1中所列的试剂制备的粘合剂配制物的粘性测试结果。粘性结果使用如上所述的粘性测试方法来确定。
表3：粘性测试结果(按照粘性测试方法的粘性等级1-4)
参考图1和表3，数据显示：配制物A和B不仅表现出"静态粘性"特性，而且它们无论如何也没有粘性特性(即它们具有1的粘性值)。相反，配制物C表现出"动态粘性"特性。因此，可以将粘性特性赋予如本发明中公开的pMDI基原位预聚物。此外，如从图1和表3中可以看出，通过调整多元醇的类型和/或在本发明中使用的多元醇和异氰酸酯化合物之间的活性基团比，可以控制粘性值，从而将动态粘性特性赋予本发明的粘合剂材料。因此，通过使用本发明，可以获得基本上模拟脲醛树脂(它一般在工业中使用)的粘性分布的乳液。因此，本发明可以允许使用无甲醛的乳液，作为用于木质纤维材料的粘合剂。
含水量
使用配制物D来表明含水量对可以由本发明的乳化组合物产生的粘性量的影响。表4显示用表1中对于配制物D所列的试剂制备的粘合剂配制物的粘性测试结果。粘性结果使用如上所述的粘性测试方法来确定。
表4：粘性测试结果(按照粘性测试方法的粘性等级)
参考图2和表4，数据显示：在任何给定的时间，当混合物含水量增加时，配制物D的粘性值增加。
Claims (14)
1.一种用于调节由包含乳液的组合物形成的粘合剂材料的粘性值的方法，其中乳液包含水和可乳化的预聚物，和其中所述可乳化的预聚物是(i)异氰酸酯化合物、(ii)多元醇化合物和(iii)一元醇化合物的反应产物，所述方法包括：(a)确定所述乳液所希望的粘性分布，其中所述粘性分布包括通过粘性测试方法对于特定时间值所测量的从1至4的粘性值，和调节组分(i)与(ii)的活性基团比来实现所希望的粘性值分布；(b)将水引入组分(i)、(ii)和(iii)，以形成乳液组合物；和(c)将乳液组合物施加至木质纤维基材，从而形成具有7％至25％水含量的混合物，基于所述混合物的总重量。
2.根据权利要求1的方法，其中在步骤(b)之前调节组分(i)与(ii)的活性基团比。
3.根据权利要求1的方法，其中所述方法进一步包括(d)在步骤(c)后固化所述混合物。
4.根据权利要求3的方法，其中所述方法进一步包括在固化前将所述混合物混合。
5.根据权利要求4的方法，其中所述方法进一步包括在固化所述混合物之前添加辅助添加剂化合物。
6.根据权利要求5的方法，其中所述辅助添加剂包含脱模剂、稀释剂或它们的组合。
7.根据权利要求1的方法，其中所述多元醇化合物包含含有4至2000个碳原子的烃主链，并且其中在这些碳原子之间没有分散杂原子。
8.根据权利要求1的方法，其中所述多元醇化合物包含聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚二烯烃多元醇或它们的组合。
9.根据权利要求1的方法，其中组分(i)占60重量％至95重量％，组分(ii)占1重量％至35重量％，和当存在时，组分(iii)占1重量％至10重量％，基于组分(i)、(ii)和(iii)的总重量。
10.根据权利要求1的方法，其中水与可乳化的预聚物的比从7:1至1:1变化，基于可乳化的预聚物和水的总重量。
11.根据权利要求1的方法，其中所述可乳化的预聚物具有18％至28％重量百分比的NCO含量，基于所述可乳化预聚物的总重量。
12.根据权利要求1的方法，其中在步骤(b)期间调节组分(i)与(ii)的活性基团比。
13.根据权利要求1的方法，其中组分(iii)包含下面的化学结构：
CH3-(OCH2CH2)n-OH
其中，n为1至34。
14.一种由权利要求3的方法制得的木质纤维复合物，其中所述复合物具有6％至15％的水含量，基于所述复合物的总重量。
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