CN105793381B - 木素纤维素复合材料制品 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了木素纤维素复合材料制品,其包含多个木素纤维素小件料;和附着于所述多个木素纤维素小件料上的粘合剂体系,用于粘合所述多个木素纤维素小件料。粘合剂体系含有粘合剂组分和增容剂组分。合适粘合剂组分的例子是异氰酸酯组分,例如二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、聚二苯基甲烷二异氰酸酯(pMDI)和它们的组合。增容剂组分包括磷酸三烷基酯。增容剂组分的用量是基于100重量份所述粘合剂组分计的至少约0.5重量份。增容剂组分用于减少在生产复合材料制品期间所需的压制时间。粘合剂体系可以包含额外组分,例如异氰酸酯反应性组分。复合材料制品可以是各种木素纤维素复合材料,例如定向刨花板(OSB)、刨花板(PB)、纤维板(例如中密度纤维板;MDF)等。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求分别于2013年9月30日和2014年8月1日递交的美国临时专利申请系列号61/884,223和62/032,123的优先权和全部权益,将这些申请的全部内容引入本文中的一种或多种非限定性实施方案以供参考。
发明领域
本发明总体涉及木素纤维素复合材料制品,更尤其涉及木素纤维素复合材料制品,其包含多个木素纤维素小件料(pieces)和附着于多个木素纤维素小件料上的粘合剂体系,以及涉及形成木素纤维素复合材料制品的方法。
相关技术的描述
木素纤维素复合材料制品,例如定向刨花板(OSB)、定向木片层积材(OSL)、刨花板(PB)、重组木、农业纤维板、碎纸胶合板、碎料板和纤维板,例如中密度纤维板(MDF),通常是通过将木素纤维素小件料与粘合剂组合物例如树脂共混或喷涂生产的,同时木素纤维素小件料在共混机或相似设备中搅动或搅拌。在共混达到足以形成粘合剂-木素纤维素混合物之后,已经被粘合剂组合物涂覆的木素纤维素小件料成型为产品,特别是疏松垫,它们在加热压盘/板之间压缩以固化粘合剂组合物,并与木素纤维素小件料一起以稠密形式粘合,例如板、板条或其它形状。用于压缩疏松垫的常规方法通常在约120-225℃温度下在不同用量的水蒸气存在下进行,将水蒸气有目的性地注入疏松垫中,或通过从疏松垫中的木素纤维素小件料释放夹带水产生。这些方法也通常要求在木素纤维素小件料与粘合剂组合物共混之前,木素纤维素小件料的水分含量在约2-20重量%的范围内。
木素纤维素小件料可以是碎料、刨花、条料、平纹料、薄片、纤维、锯末、甘蔗渣、麦秆和木屑丝。当木素纤维素小件料的尺寸较大时,例如1-7英寸,通过此方法生产的木素纤维素复合材料制品可以称为工程木材。这些工程木材包括层压木片层积材、OSB、OSL、重组木、单板条层积木和单板层积材。当木素纤维素小件料较小时,例如是典型的锯末和具有精细纤维尺寸,木素纤维素复合材料制品是刨花板(PB)和纤维板,例如MDF。其它工程木材,例如胶合板,使用较大的木片材,它们用粘合剂组合物按照三明治结构保持在一起。另外,其它工程木材,例如重组木,使用薄且长的具有平均直径为约2-10mm和长度为数英尺的不规则木材小件料。
已经致力于开发工程木材,因为用于切割木材的具有合适尺寸的树干越来越稀少。这种工程木材可以具有有利的物理性能,例如强度和稳定性。工程木材的其它优点是它们可以从由加工其它木材产生的废料和木素纤维素材料生产。这节省了循环工艺的效率和能源,并节省了场地空间。
已经用于生产这种木素纤维素复合材料制品的粘合剂组合物包括苯酚甲醛(PF)树脂、脲甲醛(UF)树脂和异氰酸酯树脂。基于异氰酸酯化学的粘合剂组合物是工业所需的,因为它们具有低的吸水性、高的粘合和粘结强度,配方灵活性,关于固化温度和速率的多用范围,优异的结构性能,与具有高水含量的木素纤维素材料之间的粘合能力,以及重要的是零甲醛释放。使用这种粘合剂组合物的木素纤维素复合材料制品被赋予相应的性能/益处。
木素纤维素材料可以用聚亚甲基聚异氰酸苯基酯(也称为聚合MDI或pMDI)处理以改进复合材料制品的强度。通常,这种处理涉及向木素纤维素材料施用异氰酸酯,并使得异氰酸酯通过加热或在室温下施加压力来固化。虽然可以使得pMDI在环境条件下固化,但是在一些情况下,残余的异氰酸酯(NCO)基团保留在经处理制品上达到数周或甚至数月的时间。甲苯二异氰酸酯(TDI)也可以用于这些目的,但是通常从环境角度考虑是不太接受的。异氰酸酯预聚物是优选的异氰酸酯材料,其已经用于粘合剂组合物中以解决各种加工问题,特别是减少与压板之间的粘合和降低异氰酸酯的反应性。
不利的是,使用异氰酸酯代替PF和/或UF树脂的缺点包括由于与板的粘合导致加工困难,缺少粘性或冷粘性(即,异氰酸酯不是“发粘”或“粘性的”),并且需要在特定情况下的特定储存。另外,异氰酸酯也可以具有延长的固化时间,这减少了使用它生产复合材料制品的产量。另外,一些异氰酸酯和相关组分可以具有过高的粘度,这不利于处理,并增加了使用这些组分生产复合材料制品的成本。
因此,仍然希望提供改进的用于形成木素纤维素复合材料制品的粘合剂体系。也仍然希望提供改进的木素纤维素复合材料制品以及改进的形成这种木素纤维素复合材料制品的方法。
发明概述和优点
木素纤维素复合材料制品(“制品”)包含多个木素纤维素小件料和位于多个木素纤维素小件料上的粘合剂体系,后者用于粘合多个木素纤维素小件料。粘合剂体系包含粘合剂组分和增容剂组分。在特定实施方案中,粘合剂组分含有异氰酸酯组分。增容剂组分含有磷酸三烷基酯(TAP)。增容剂组分的用量是基于100重量份粘合剂组分计的至少约0.5重量份。形成制品的方法包括向多个木素纤维素小件料施用粘合剂组分和增容剂组分的步骤。此方法还包括使得在其上已施用粘合剂组分和增容剂组分的多个木素纤维素小件料布置在载体上以形成物料(mass)的步骤。此方法还包括向物料施加压力和/或热量达到足以形成制品所需的时间。
虽然不受任何具体理论的束缚或限制,认为与没有使用增容剂组分形成制品时所需的时间相比,增容剂组分的存在能减少形成制品所需的时间。具体而言,认为增容剂组分能用于在生产制品期间减少粘合剂体系的固化时间。因此,可以通过提高的生产速度、例如压制速度(即较短的压制时间)增加制品的产量。也可以实现其它生产益处,例如与常规粘合剂相比,粘合剂体系的组分向多个木素纤维素小件料的施用得到改进。另外,认为所公开的制品具有优异的物理性能。例如,在特定实施方案中,制品可以具有一种或多种以下性能:各自与常规制品相比,提高的粘合强度,减少的边缘溶胀,改进的防粘着性,改进的挠曲模量,和/或减少的释放。认为通过使用增容剂组分所提供的其它潜在优点是:改进木素纤维素小件料的增塑;减少粘合剂组分的粘度,从而改进在木素纤维素小件料上的分布;以及改进制品的燃烧试验性能。认为增容剂组分也可以通过相转移催化和/或粘度降低机理改进用于形成制品的其它任选组分的性能,例如多元醇。
附图简述
下面将描述本发明的其它优点,这将参考以下详细描述和结合考虑附图而更好地理解,在这些附图中:
图1是显示在实施例部分中所述木素纤维素复合材料制品的密度的区间图;
图2是显示在实施例部分中所述木素纤维素复合材料制品的厚度(英寸)的区间图;
图3是显示在实施例部分中所述木素纤维素复合材料制品的内部粘结(IB)强度(psi)和压制时间(秒)的关系图;
图4是显示在实施例部分中所述木素纤维素复合材料制品的密度调节的IB强度(psi)和压制时间(秒)的关系图;
图5是显示在实施例部分中所述木素纤维素复合材料制品的IB强度(psi)和压制时间(秒)的关系图;
图6A是显示第一、第二和第三个样品在不锈钢上的水接触角的线图,是以十分之一秒为单位检测的;
图6B是显示去离子水液滴在不锈钢上的水接触角的照片;
图6C是显示去离子水和有机硅表面活性剂的混合物的液滴在不锈钢上的水接触角的照片;
图6D是显示去离子水、有机硅表面活性剂和TEP的混合物的液滴在不锈钢上的水接触角的照片;
图7A是显示第一、第二和第三个样品在钢上的水接触角的线图,是以十分之一秒为单位检测的;
图7B是显示去离子水液滴在钢上的水接触角的照片;
图7C是显示去离子水和有机硅表面活性剂的混合物的液滴在钢上的水接触角的照片;
图7D是显示去离子水、有机硅表面活性剂和TEP的混合物的液滴在钢上的水接触角的照片;
图8A是显示第一、第二和第三个样品在铝上的水接触角的线图,是以十分之一秒为单位检测的;
图8B是显示去离子水液滴在铝上的水接触角的照片;
图8C是显示去离子水和有机硅表面活性剂的混合物的液滴在铝上的水接触角的照片;
图8D是显示去离子水、有机硅表面活性剂和TEP的混合物的液滴在铝上的水接触角的照片;
本发明的详细描述
这里公开了木素纤维素复合材料制品(“制品”)。这些制品可以用于各种应用。这些应用的例子包括、但不限于:用于包装;用于家具和细木家具;用于屋顶和地板外壳;用于屋顶、地板和外墙挂板;用于窗户和门框;和用于壁板,例如用于工程I-束的壁板。
在各实施方案中的制品可以表示为各种工程木素纤维素复合材料的各种形式,例如工程木材复合材料,例如定向刨花板(OSB);定向木片层积材(OSL);重组木;纤维板,例如低密度纤维板(LDF)、中密度纤维板(MDF)、和高密度纤维板(HDF);碎纸胶合板;碎料板或碎木板;刨花板(PB);胶合板等。通常,制品是OSB、OSL、PB、重组木、胶合板、LDF、MDF或HDF的形式,更通常是PB、MDF、HDF或OSB的形式;但是,应当理解的是,制品可以是其它工程木材的形式,例如、但不限于在这里举例描述的那些。应当理解的是,木素纤维素复合材料制品的名称通常可以在本领域中交换使用。例如,可以将复合材料称为OSB,同时可以将相同的复合材料称为碎木板。
制品包括多个木素纤维素小件料。木素纤维素小件料可以从多种木素纤维素材料得到。通常,木素纤维素小件料是从木材得到的;但是,木素纤维素小件料可以从其它木素纤维素材料得到,例如来自甘蔗渣、麦秆、亚麻残渣、坚果壳、谷粒壳等,以及它们的混合物。如果木材用作木素纤维素材料,则木素纤维素小件料可以从各种硬木和/或软木生产。木片、纤维或其它颗粒形式的非木素纤维素类型的材料也可以与木素纤维素材料混合,例如玻璃纤维、云母、石棉、橡胶、塑料等;但是,通常不需要这些材料。
木素纤维素小件料可以来自各种方法,例如通过将小木料、工业木材残余料、树枝、粗制造纸木材等粉碎成锯末、碎料、木片、薄片、条料、平纹料(scrim)、纤维、片材等的小件料形式。在特定实施方案中,木素纤维素小件料包括通常用于形成OSB、OSL、重组木和刨花板(PB)的那些小件料。在其它实施方案中,木素纤维素小件料包括通常用于形成纤维板、例如LDF、MDF和HDF的那些小件料。在另一个实施方案中,木素纤维素小件料包括通常用于形成胶合板的那些小件料。应当理解的是,制品可以包括上述材料和/或小件料的各种组合,例如条料和锯末。另外,制品可以成型为与板条和板不同的其它形状。
木素纤维素小件料可以通过各种常规技术生产。例如造纸木材级别的大木料可以在一种使用圆木刨片机的操作中被转变成木片。或者,大块木料和边角料可以用常规设备切成长度为约0.5-3.5英寸的碎料,并且这些碎料在常规环形刨片机中刨片。大木料通常在刨片之前去皮。制品不限于任何形成木素纤维素小件料的具体方法。
木素纤维素小件料的尺寸不是特别关键的。在特定实施方案中,例如用于形成OSB的那些,木素纤维素小件料通常包括条料,其具有平均长度为约2.5-6英寸,平均宽度为约0.5-2英寸,和平均厚度为约0.1-0.5英寸。应当理解的是,根据本领域技术人员的需要,也可以使用其它尺寸。在这些实施方案中的一部分中,除条料之外,制品可以包括其它类型的木素纤维素小件料,例如碎料。在特定实施方案中,通常具有约1.5英寸宽度和约12英寸长度的条料可以用于生产长条刨片层积材,而通常具有约0.12英寸宽度和约9.8英寸长度的条料可以用于生产单板条层积木。在特定实施方案中,例如用于形成碎料板的那些,木素纤维素小件料包括木片,其具有平均长度为约2-6英寸,平均宽度为约0.25-3英寸,和平均厚度为约0.005-0.05英寸。在其它实施方案中,例如用于形成重组木的那些,木素纤维素小件料包括薄且不规则的小件料,其具有平均直径为约0.25-20mm、约0.5-15mm或约1-10mm,且长度在数英寸到数英尺的范围内。关于木素纤维素小件料、例如平纹料的合适尺寸和形状以及生产重组木的方法的详细信息,可以参见Coleman的美国专利No.6,344,165,将其全部内容引入本文供参考。在其它实施方案中,木素纤维素小件料是通常用于形成常规PB的那些。木素纤维素小件料可以在使用之前进一步研磨,如果希望生产更适合于所需制品的尺寸的话。例如锤子、翼式击打器和齿盘磨可以用于形成各种尺寸和形状的木素纤维素小件料。
木素纤维素小件料可以具有各种水分含量,若存在分的话,水可以用作异氰酸酯反应性组分,这将在下文详述。通常,木素纤维素小件料的水分含量是基于100重量份木素纤维素小件料计的约1-20、约2-15、约3-12或约5-10重量份(水),或在其间的任何子范围。如果在木素纤维素小件料中(和/或其上)存在水,则水帮助固化或固定制品。应当理解的是,木素纤维素小件料可以具有固有的水分含量;或者,水可以加入木素纤维素小件料或从木素纤维素小件料除去,例如分别通过润湿或干燥木素纤维素小件料,从而在形成制品之前和/或在形成制品期间达到所需木素纤维素小件料的水分含量。
木素纤维素小件料按照各种用量用于制品中,这取决于要形成的制品的类型。通常,例如在OSB、PB、重组木或MDF应用中,木素纤维素小件料的用量是基于100重量份制品计的约75-99重量份、约85-98重量份、约90-97重量份或约92-95.5重量份,或在其间的任何子范围。应当理解的是,此用量可以根据各种因素更高或更低,包括木素纤维素小件料的水分含量。例如,木素纤维素小件料的水分含量可以根据地理位置、来源等变化,例如在磨机之间的变化。
制品还包含粘合剂体系。在特定实施方案中,制品包含木素纤维素小件料和粘合剂体系。在其它实施方案中,制品基本上由木素纤维素小件料和粘合剂体系组成。在其它实施方案中,制品由木素纤维素小件料和粘合剂体系组成。在其它相关实施方案中,制品还包含添加剂组分。
粘合剂体系附着于木素纤维素小件料上,从而粘合木素纤维素小件料。“附着于…上”表示粘合剂体系与至少一部分的木素纤维素小件料接触。粘合剂体系包含粘合剂组分和增容剂组分。粘合剂体系可以包含一种或多种额外组分,如下文所述。粘合剂体系通常是从粘合剂组分和增容剂组分形成的。应当理解的是,在许多实施方案中,粘合剂组分反应(例如与水反应,与其自身反应,和/或与其它组分反应),使得其仅仅可以在形成制品期间内存在。例如,大部分至全部的粘合剂组分可以在形成制品期间反应,使得在形成制品之后极少至没有粘合剂组分保留在制品中。在其它实施方案中,部分量的粘合剂组分可以在形成制品之后存在于制品中。
粘合剂组分通常选自异氰酸酯组分,甲醛树脂,基于蛋白质的粘结剂,或它们的组合。如果使用的话,异氰酸酯组分通常是聚二苯基甲烷二异氰酸酯(pMDI);但是,其它异氰酸酯也可以如下所述使用。如果使用的话,甲醛树脂通常是脲甲醛(UF)树脂或三聚氰胺UF树脂,但是也可以使用其它甲醛,例如苯酚甲醛(PF)树脂。如果使用的话,基于蛋白质的粘结剂通常是基于大豆的粘结剂,但是也可以使用其它基于蛋白质的粘结剂,例如基于酪蛋白的粘结剂。
一般而言,粘合剂组分在其反应产物固化成最终固化态之前仅仅存在一定时间以形成粘合剂体系,进而形成制品。换句话说,在用于形成制品的组分之间发生反应之后,例如在异氰酸酯组分和异氰酸酯反应性组分反应之后(如下文详述),反应产物通常是粘合剂体系的最终固化态。
粘合剂的组分可以预混合或组合以形成粘合剂体系,然后可以向木素纤维素小件料施用粘合剂体系。在特定实施方案中,可以向木素纤维素小件料分别施用粘合剂组分、增容剂组分和任选地一种或多种额外组分,和/或在形成制品期间已经存在且没有经过预混合和施用,这两种方式都将在下文中描述。在其它实施方案中,两种或更多种组分进行预混合并施用,例如粘合剂和增容剂组分、增容剂和异氰酸酯反应性组分等。
一旦固化,粘合剂组分通常将木素纤维素小件料彼此粘合。例如,异氰酸酯组分和异氰酸酯反应性组分的反应产物可以经由键连粘合木素纤维素小件料,例如经由脲键。增容剂组分通常是惰性的,使得其不是反应产物的一部分(但是可以存在)。用于木材复合材料的通用粘合机理可以详细参见“聚氨酯手册(POLYURETHANS HANDBOOK),第397-399页(David Randall&Steve Lee编辑,John Wiley&Sons,Ltd.2002),将其全部内容引入本文的各种非限定性实施方案中以供参考。
在粘合剂组分的第一个实施方案中,粘合剂体系包含异氰酸酯组分和能与异氰酸酯组分反应的异氰酸酯反应性组分形成的反应产物。异氰酸酯组分通常是具有两个或更多个官能团的多异氰酸酯,例如具有两个或更多个异氰酸酯(NCO)基团。另外,异氰酸酯组分可以仅仅是一种异氰酸酯,或是多种异氰酸酯的混合物。合适的有机多异氰酸酯包括、但不限于常规的脂族、脂环族、芳脂族和芳族的异氰酸酯。在特定实施方案中,异氰酸酯组分是选自二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI),聚二苯基甲烷二异氰酸酯(pMDI),以及它们的组合。聚二苯基甲烷二异氰酸酯也可以称为聚亚甲基聚亚苯基多异氰酸酯。在其它实施方案中,异氰酸酯组分是可乳化的MDI(eMDI)。其它合适的异氰酸酯的例子包括、但不限于:甲苯二异氰酸酯(TDI),六亚甲基二异氰酸酯(HDI),异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),萘二异氰酸酯(NDI),以及它们的组合。在一个具体实施方案中,异氰酸酯组分是MDI。在另一个具体实施方案中,异氰酸酯组分是pMDI。在另一个具体实施方案中,异氰酸酯组分是MDI和pMDI的组合。
在特定实施方案中,异氰酸酯组分是异氰酸酯封端的预聚物。异氰酸酯封端的预聚物是异氰酸酯与多元醇和/或多胺的反应产物。异氰酸酯可以是在聚氨酯领域中的任何异氰酸酯,例如一种多异氰酸酯。如果用于制备异氰酸酯封端的预聚物,则多元醇通常选自乙二醇,二甘醇,丙二醇,双丙甘醇,丁二醇,甘油,三羟甲基丙烷,三乙醇胺,季戊四醇,山梨醇,以及它们的组合。多元醇也可以是下面讨论异氰酸酯反应性组分中所描述和示例的多元醇。如果用于制备异氰酸酯封端的预聚物,多胺通常选自乙二胺,甲苯二胺,二氨基二苯基甲烷和聚亚甲基聚亚苯基多胺,氨基醇,以及它们的组合。合适的氨基醇的例子包括乙醇胺,二乙醇胺,三乙醇胺,以及它们的组合。异氰酸酯封端的预聚物可以从两种或更多种上述多元醇和/或多胺的组合形成。
异氰酸酯或异氰酸酯封端的预聚物也可以作为水乳液的形式使用,其中将这种材料与水在乳化剂的存在下混合。异氰酸酯组分也可以是改性的异氰酸酯,例如用碳二酰亚胺、脲基甲酸酯、异氰脲酸酯和缩二脲改性。
其它合适的异氰酸酯包括在以下美国专利中描述的那些:Nos.4,742,113,Gismondi等;5,093,412,Mente等;5,425,976,Clarke等;6,297,313,Hsu;6,352,661,Thompson等;6,451,101,Mente等;6,458,238,Mente等;6,464,820,Mente等;6,638,459,Mente等;6,649,098,Mente等;6,822,042,Capps;6,846,849,Capps;7,422,787,Evers等;7,439,280,Lu等;和8,486,523,Mente;和美国公开No.2005/0242459,Savino等;将这些文献的全部内容引入本文的各种非限定性实施方案中供参考。
合适的异氰酸酯组分的具体例子可以从BASF Corporation(Florham Park,NJ)以商品名商购,例如M,M20,MI,M20SB,M20HB,和M20FB异氰酸酯。在一个实施方案中,异氰酸酯组分是M20。在另一个实施方案中,异氰酸酯组分是M20FB。应当理解的是,异氰酸酯组分可以包括上述异氰酸酯和/或异氰酸酯封端的预聚物的任何组合。
如果使用的话,异氰酸酯组分通常具有适用于将异氰酸酯组分特定施用于木素纤维素小件料的粘度,例如通过将异氰酸酯组分喷涂、成雾和/或雾化到木素纤维素小件料上。通常,于25℃根据ASTM D2196检测,异氰酸酯组分的粘度是约100-5,000cps,约100-2,500cps,或约100-1,000cps,或在其间的任何子范围。与施用技术无关,异氰酸酯组分的粘度应当足以涂覆木素纤维素小件料。
粘合剂体系可以包含异氰酸酯组分和异氰酸酯反应性组分的反应产物。在一个实施方案中,异氰酸酯反应性组分是水,其可以施用到木素纤维素小件料上,和/或已经存在于木素纤维素小件料上,例如作为预先存在的水分含量(或其一部分)。在其它实施方案中,异氰酸酯反应性组分包含多元醇和/或多胺。在特定实施方案中,异氰酸酯反应性组分包含聚合物多元醇,其也可以称为接枝多元醇。异氰酸酯反应性组分可以包含上述异氰酸酯反应性组分的组合,例如水和多元醇。
通常,例如在OSB、PB、重组木或MDF应用中,异氰酸酯反应性组分的用量是基于100重量份木素纤维素小件料计的约1-20重量份,约1-15重量份,或约2-10重量份,或在其间的任何子范围。这里所述的用量通常是基于假设,即:木素纤维素小件料被完全干燥以计算木素纤维素小件料的水分含量的变化。更具体的用量如下文所述。如果水用作异氰酸酯反应性组分,则其可以按照这些用量存在,或按照关于木素纤维素小件料的水分含量所述的用量存在。
如果使用的话,多元醇通常是选自常规的多元醇,例如乙二醇,二甘醇,丙二醇,双丙甘醇,丁二醇,甘油,三羟甲基丙烷,三乙醇胺,季戊四醇,山梨醇,以及它们的组合。其它合适的多元醇包括、但不限于生物多元醇,例如豆油、蓖麻油,大豆蛋白,菜籽油等,以及它们的组合。认为特定的多元醇能赋予增塑和/或成膜,以及粘性,这可以在压力下增加。例如,一些多元醇可以用作增塑剂,尤其是与增容剂组分组合使用。
合适的聚醚多元醇包括、但不限于通过环状氧化物在多官能起始剂存在下的聚合反应得到的产物,环状氧化物例如是环氧乙烷(EO)、环氧丙烷(PO)、环氧丁烷(BO)或四氢呋喃。合适的起始剂化合物含有多个活泼氢原子;包括水,丁二醇,乙二醇,丙二醇(PG),二甘醇,三甘醇,双丙甘醇,乙醇胺,二乙醇胺,三乙醇胺,甲苯二胺,二乙基甲苯二胺,苯基二胺,二苯基甲烷二胺,乙二胺,环己烷二胺,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,以及它们的组合。
其它合适的聚醚多元醇包括聚醚二醇和三醇,例如聚氧亚丙基二醇和聚氧亚丙基三醇,以及聚(氧亚乙基-氧亚丙基)二醇和聚(氧亚乙基-氧亚丙基)三醇,它们是通过环氧乙烷和环氧丙烷向双官能或三官能起始剂的同时或顺序加成得到的。也可以使用共聚物,其具有的氧亚乙基含量是基于多元醇组分的重量计约5-90重量%,其中多元醇可以是嵌段共聚物、无规/嵌段共聚物或无规共聚物,其它合适的聚醚多元醇包括通过四氢呋喃聚合得到的聚四亚甲基二醇。
合适的聚酯多元醇包括、但不限于多元醇与多羧酸形成的羟基封端反应产物,多元醇例如是乙二醇、丙二醇、二甘醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、环己烷二甲醇、甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇或聚醚多元醇或这些多元醇的混合物,多羧酸尤其是二羧酸或它们的形成酯的衍生物,例如琥珀酸、戊二酸或己二酸,或它们的二甲基酯,癸二酸,邻苯二甲酸酐,四氯邻苯二甲酸酐或邻苯二甲酸二甲基酯或它们的混合物。也可以使用通过内酯与多元醇或羟基羧酸的聚合反应得到的聚酯多元醇,内酯例如是己内酯,羟基羧酸例如是羟基己酸。
合适的聚酯酰胺多元醇可以通过在聚酯化混合物中引入氨基醇例如乙醇胺得到。合适的聚硫醚多元醇包括通过硫代二甘醇单独或硫代二甘醇与其它二醇一起、环氧烷、二羧酸、甲醛、氨基醇或氨基羧酸进行缩合得到的产物。合适的聚碳酸酯多元醇包括通过二醇与碳酸二芳基酯或光气反应得到的产物,二醇例如是1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、二甘醇或四甘醇,碳酸二芳基酯例如是碳酸二苯基酯。合适的聚缩醛多元醇包括通过二醇与甲醛反应制备的那些,二醇例如是二甘醇、三甘醇或己二醇。其它合适的聚缩醛多元醇也可以通过环状缩醛的聚合得到。合适的聚烯烃多元醇包括羟基封端的丁二烯均聚物和共聚物,合适的聚硅氧烷多元醇包括聚二甲基硅氧烷二醇和三醇。
合适的多元醇的具体例子是可以从BASF Corporation以商品名商购。应当理解的是,异氰酸酯反应性组分可以包括两种或更多种上述多元醇的任何组合。
在使用聚合物多元醇的特定实施方案中,聚合物多元醇是接枝多元醇。接枝多元醇也可以称为接枝分散体多元醇或接枝聚合物多元醇。接枝多元醇通常包括通过一种或多种乙烯基单体例如苯乙烯单体和/或丙烯腈单体与大单体在多元醇例如聚醚多元醇中的现场聚合反应得到的产物,即聚合物粒子。在一个实施方案中,异氰酸酯反应性组分是苯乙烯-丙烯腈(SAN)接枝多元醇。
在其它实施方案中,聚合物多元醇是选自聚脲(PHD)多元醇,多异氰酸酯加聚(PIPA)多元醇,以及它们的组合。应当理解的是,异氰酸酯反应性组分可以包括上述聚合物多元醇的任何组合。PHD多元醇通常通过二异氰酸酯与二胺在多元醇中的现场反应得到,获得聚脲粒子的稳定分散体。PIPA多元醇是与PHD多元醇相似的,不同的是此分散体通常通过二异氰酸酯与链烷醇胺代替二胺的现场反应得到,获得在多元醇中的聚氨酯分散体。制品不限于任何用于制备聚合物多元醇的具体方法。
如果使用的话,聚合物多元醇可以用作施胶剂替代品,例如施胶蜡或蜡施胶剂替代品,尤其是在形成后向制品赋予一定程度的拒水性。石蜡、例如常规蜡施胶剂用于OSB和OSL应用。在特定实施方案中,制品基本上不含蜡组分,例如石蜡。“基本上不含”表示在这些实施方案中,蜡组分的存在量通常是基于100重量份木素纤维素小件料计的不大于约5重量份,不大于约2.5重量份,不大于约1.5重量份,或接近或等于0重量份,或在其间的任何子范围。在特定实施方案中,制品完全不含蜡组分。
聚合物多元醇赋予拒水性的一种方法是至少部分地涂覆木素纤维素小件料的表面,从而降低表面的表面张力。聚合物多元醇赋予拒水性的另一种方法是聚合物多元醇至少部分地填充在木素纤维素小件料内和在木素纤维素小件料之间的毛细管,从而提供对毛细吸水的阻断作用。另外,认为聚合物多元醇能减少在反应产物固化期间或固化之后在制品内由于成型形成微米裂纹和/或纳米裂纹,例如在粘结剂内。另外,如果这种裂纹已经存在于木素纤维素小件料中,则聚合物多元醇能至少部分地填充这种裂纹,如关于毛细管所述。认为水的阻断和裂纹的填充能减少在制品的使用期间暴露于水分时的分层和溶胀问题。还认为这种“填充”大部分是由于聚合物多元醇的聚合物粒子出现的。
在各种实施方案中,聚合物多元醇包含连续相和不连续相。聚合物多元醇的连续相通常不能与异氰酸酯组分混溶,这使得反应性基团更高程度地覆盖聚合物粒子,例如羟基(OH)。一旦反应性基团发生反应,这种反应性基团可以进一步赋予在制品中的交联。聚合物粒子进一步如下文所述。
在特定实施方案中,聚合物多元醇的多元醇是疏水性多元醇。在一个具体实施方案中,多元醇是疏水性聚醚多元醇。在另一个具体实施方案中,多元醇是疏水性聚酯多元醇。疏水性多元醇含有环氧烷。在这些实施方案中,基于100重量份的疏水性多元醇的环氧烷计,疏水性多元醇通常具有约0-50、约2-20或约5-15重量份的环氧乙烷(EO),或在其间的任何子范围。在其它实施方案中,疏水性多元醇通常具有基于100重量份环氧烷计的至少60、至少70或至少80重量份的环氧丙烷(PO),或在其间的任何子范围。因此在这些实施方案中,疏水性多元醇是富含环氧丙烷的多元醇,其向疏水性多元醇赋予疏水性,所以进而向制品赋予疏水性。
在特定实施方案中,疏水性多元醇的环氧烷包括EO和PO的混合物。在另一个实施方案中,疏水性多元醇的环氧烷仅仅包含PO,即疏水性多元醇不包含其它环氧烷,例如EO。在特定实施方案中,疏水性多元醇包含本领域公知的其它类型的环氧烷,例如环氧丁烷(BO),与PO组合,和任选地与EO组合。疏水性多元醇的环氧烷可以按照各种构型排列,例如无规(混杂)构型、嵌段构型、封端构型或它们的组合。例如,在一个实施方案中,疏水性多元醇包含EO和PO的混杂混合物。
在特定实施方案中,疏水性多元醇被EO封端。疏水性多元醇通常具有的端基是基于100重量份疏水性多元醇计的约5-25、约5-20或约10-15重量份EO,或在其间的任何子范围。在特定实施方案中,EO可以仅仅存在于环氧乙烷端基中;但是在其它实施方案中,EO也可以与PO一起存在,和任选地与其它环氧烷、例如BO一起存在于疏水性多元醇的环氧烷中。通常,认为提高疏水性多元醇的PO含量是优选的,从而向制品赋予改进的疏水性。
合适的疏水性多元醇包括、但不限于甘油起始的、三羟甲基丙烷起始的、丙二醇起始的和蔗糖起始的聚醚多元醇,以及它们的组合。在一个实施方案中,疏水性多元醇是甘油起始的聚醚多元醇。疏水性多元醇的环氧烷通常从疏水性多元醇的相应起始剂部分扩展。
接枝多元醇的不连续相包含聚合物粒子。如果微米裂纹和/或纳米裂纹存在于木素纤维素小件料中,则认为聚合物多元醇不连续相的聚合物粒子能至少部分地填充这些裂纹。聚合物粒子通常具有大尺寸,这是由于它们的大单体成分,即聚合物粒子具有微米级或更大的尺寸,例如微米级或更大的直径。在特定实施方案中,聚合物粒子的平均直径是约0.1-10微米,或者约0.1-1.5微米,或在其间的任何子范围。在其它实施方案中,聚合物粒子的平均直径小于0.1微米,这向聚合物多元醇赋予纳米聚合物粒子。水的阻断和裂纹的填充能在制品在储存或使用期间暴露于水分时减少分层和溶胀问题。除了填充裂纹之外,在特定实施方案中,聚合物粒子能与异氰酸酯组分反应,这可以提高制品的内部粘结(IB)强度。聚合物粒子通常包含选自以下单体的反应产物:苯乙烯,例如α-甲基苯乙烯,丙烯腈,丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯,烯属不饱和腈,胺,酰胺,以及它们的组合。在特定实施方案中,聚合物粒子还包括大单体的其它反应,例如具有不饱和度的多元醇,这允许聚合物制品的化学引入。在这些实施方案中,认为聚合物粒子可以赋予制品中的交联,这是由于与聚合物粒子连接的反应性基团,例如OH基团,其能与异氰酸酯组分反应。也认为聚合物粒子可以根据其具体化学组成用作“热熔”粘结剂,例如从苯乙烯和丙烯腈单体形成的聚合物粒子。
在一个实施方案中,聚合物粒子包含苯乙烯丙烯腈(SAN)共聚物,其是苯乙烯单体和丙烯腈单体的反应产物。通常,SAN共聚物具有的苯乙烯与丙烯腈之间的重量比率为约30:70至70:30,约40:60至60:40,约45:55至60:40,约50:50至60:40,或约55:45至60:40,或在其间的任何子范围。在一个实施方案中,SAN共聚物具有的苯乙烯与丙烯腈之间的重量比率为约66.7:33.3。在另一个实施方案中,聚合物粒子是脲,其是胺单体和异氰酸酯(NCO)基团的反应产物,例如二异氰酸酯的NCO基团。在另一个实施方案中,聚合物粒子是聚氨酯,其是醇单体和异氰酸酯(NCO)基团的反应产物,例如二异氰酸酯的NCO基团。
通常,聚合物粒子在聚合物多元醇中的存在量是基于100重量份聚合物多元醇计的约5-70、约15-55或约25-50重量份,或在其间的任何子范围。在一个实施方案中,聚合物粒子在聚合物多元醇中的存在量是基于100重量份接枝多元醇计的约65重量份。通常,增加聚合物粒子的量能提高制品的拒水性。
聚合物多元醇的分子量通常为约400-20,000,约500-10,000,约600-5,000,或约700-3,000,或在其间的任何子范围。在一个实施方案中,聚合物多元醇的分子量是约730。在另一个实施方案中,聚合物多元醇具有约3,000的分子量。
其它合适的聚合物多元醇及其制备方法包括在以下美国专利中描述的那些:Nos.4,522,976,Grace等;5,093,412,Mente等;5,179,131,Wujcik等;5,223,570,Huang等;5,594,066,Heinemann等;5,814,699,Kratz等;6,034,146,Falke等;6,103,140,Falke等;6,352,658,Chang等;6,432,543,Harrison等;6,472,447,Lorenz等;6,649,107,Harrison等;和7,179,882,Adkins等,将这些专利的内容引入本文的各种非限定性实施方案中以供参考。
合适的聚合物多元醇的具体例子是可以从BASF Corporation以商品名商购,例如1365,4600,4650,4800,4815,4830,和4850接枝多元醇。在一个具体实施方案中,异氰酸酯反应性组分包含4650。在另一个实施方案中,异氰酸酯反应性组分是2086和/或593。异氰酸酯反应性组分可以包括上述聚合物多元醇的任何组合。关于聚合物多元醇的细节可以参见“聚氨酯手册”的第104-105页(David Randall&Steve Lee编辑,John Wiley&Sons,Ltd.2002),将这些内容引入本文的各种非限定性实施方案中以供参考。
如果使用的话,聚合物多元醇通常具有适用于将聚合物多元醇施用于木素纤维素小件料的粘度,例如通过喷涂、成雾和/或雾化将聚合物多元醇施用到木素纤维素小件料上。通常,于25℃根据ASTM D2196检测,聚合物多元醇的粘度是约100-10,000cps,约500-5,000cps,或约500-3,000cps,或在其间的任何子范围。与施用技术无关,聚合物多元醇的粘度应当足以涂覆木素纤维素小件料。
如果使用的话,聚合物多元醇的用量通常是基于100重量份粘合剂体系计的约5-40、约10-30或约15-25重量份,或在其间的任何子范围。异氰酸酯反应性组分可以包括上述多元醇、聚合物粒子和/或任何类型的聚合物多元醇的任何组合。
如果异氰酸酯组分用作粘合剂组分,则粘合剂体系可以还包含辅助多元醇,其与在聚合物多元醇中的多元醇是不同的。合适的用作辅助多元醇的多元醇是关于异氰酸酯封端的预聚物所述的那些。辅助多元醇可以用于各种目的。例如,具有较高官能度(相对于聚合物多元醇的多元醇而言)的辅助多元醇可以用于提供用于与异氰酸酯组分反应的额外反应性基团,或辅助多元醇可以用于提高或降低粘合剂体系的粘度。辅助多元醇可以按照各种用量使用。
在粘合剂组分的第二个实施方案中,粘合剂体系中的粘合剂组分包含UF树脂,苯酚甲醛(PF)树脂,或三聚氰胺UF(MUF)树脂,或它们的组合。PF树脂可以是本领域中的任何类型。相似地,UF树脂可以是本领域中的任何类型的UF树脂或三聚氰胺UF树脂。合适的UF树脂和三聚氰胺UF树脂产品可以从各种供应者商购,例如Hexion Specialty ChemicalsInc.(Springfield,OR)。合适的UF树脂的具体例子是来自Hexion的Casco-Resin F09RFP。
在粘合剂组分的第三个实施方案中,粘合剂体系中的粘合剂组分是基于大豆的粘结剂。基于大豆的粘结剂通常包括大豆粉,其可以改性或未改性。基于大豆的粘结剂可以是分散体的形式。大豆可以具有各种官能团,例如赖氨酸、组氨酸、精氨酸、酪氨酸、色氨酸、丝氨酸和/或半胱氨酸。如果存在的话,这些基团可以各自是基于大豆本身计的约1-8重量%。在特定实施方案中,大豆粉可以共聚,例如与PF、UF、pMDI等共聚。合适的基于大豆的粘结剂可以参见:Wood Adhesives 2005:11月2-4,2005...San Diego,California,USA.Madison,WI:Forest Products Society,2005:ISBN:1892529459:第263-269页;将这些文献的内容全部引入本文中的各种非限定性实施方案以供参考。
在特定实施方案中,基于大豆的粘结剂包括聚酰氨基胺-表氯醇(PAE)树脂和大豆粘结剂的组合。PAE树脂和大豆粘结剂可以按照各种比率使用,通常大豆粘结剂的用量大于PAE树脂的用量。合适的PAE和大豆粘结剂产品可以从Hercules Incorporated(Wilmington,DE)商购,例如PTV D-41080树脂(PAE)和PTV D-40999大豆粘结剂。在一个实施方案中,粘合剂组分包含上述PAE树脂和大豆粘结剂的组合。
通常,例如在OSB、PB、重组木或MDF应用中,粘合剂组分的用量是基于100重量份木素纤维素小件料计的约1-25、约1-20、约1-15、约2-10、约5-15、约5-10或约5-12重量份,或在其间的任何子范围。
在特定实施方案中,异氰酸酯组分的用量是基于100重量份木素纤维素小件料计的约1.4-10.5重量份,约2-3重量份,约2.25-2.75重量份,或约2.5重量份,或在其间的任何子范围。在另一个实施方案中,UF、PF和/或MUF树脂的用量是基于100重量份木素纤维素小件料计的约5-10重量份,约5-12重量份,或约5-15重量份,或在其间的任何子范围。在另一个实施方案中,基于大豆的粘结剂的用量是基于100重量份木素纤维素小件料计的约7-8重量份,或在其间的任何子范围。通常,当使用过少的粘合剂组分时,所得制品不具有可工业利用的物理性能。同样,当使用过多的粘合剂组分时,生产制品的成本通常增加超过使用这种粘合剂组分用量所带来的益处。
粘合剂体系可以还包含添加剂组分。如果使用的话,添加剂组分通常选自:分隔剂,施胶剂,催化剂,填料,阻燃剂,增塑剂,稳定剂,交联剂,扩链剂,链终止剂,空气释放剂,润湿剂,表面改性剂,泡沫稳定剂,水分清除剂,干燥剂,降粘剂,增强剂,染料,颜料,着色剂,抗氧化剂,增容剂,紫外光稳定剂,触变剂,抗老化剂,润滑剂,偶联剂,溶剂,流变促进剂,粘合促进剂,增稠剂,抑烟剂,抗静电剂,抗微生物剂,杀真菌剂,杀虫剂,以及它们的组合。添加剂组分可以按照各种用量使用。
其它合适的添加剂包括在Kruesemann等的美国申请公开No.2006/0065996中描述的那些,将其全部内容引入本文的各种非限定性实施方案中以供参考。添加剂组分可以包括上述添加剂的任何组合。
在特定实施方案中,添加剂组分包括催化剂组分。在一个实施方案中,催化剂组分包括锡催化剂。合适的锡催化剂包括有机羧酸的锡(II)盐,例如乙酸锡(II)、辛酸锡(II)、乙基己酸锡(II)和月桂酸锡(II)。在一个实施方案中,有机金属催化剂包括二月桂酸二丁锡,其是有机羧酸的二烷基锡(IV)盐。合适的有机金属催化剂的具体例子,例如二月桂酸二丁锡,可以从Air Products and Chemicals,Inc.(Allentown,PA)公司以商品名商购。有机金属催化剂也可以包括其它有机羧酸二烷基锡(IV)盐,例如二乙酸二丁锡、马来酸二丁锡和二乙酸二辛基锡。
其它合适催化剂的例子包括氯化铁(II);氯化锌;辛酸铅;三(二烷基氨基烷基)-s-六氢三嗪,包括三(N,N-二甲基氨基丙基)-s-六氢三嗪;四烷基氢氧化铵,包括四甲基氢氧化铵;碱金属氢氧化物,包括氢氧化钠和氢氧化钾;碱金属醇盐,包括甲醇钠和异丙醇钾;和具有10-20个碳原子和/或侧挂羟基的长链脂肪酸的碱金属盐。
其它合适催化剂的其它例子尤其是三聚催化剂,包括N,N,N-二甲基氨基丙基六氢三嗪,钾,乙酸钾,N,N,N-三甲基异丙基胺/甲酸盐,以及它们的组合。合适的三聚催化剂的具体例子可以从Air Products and Chemicals,Inc.以商品名商购。
其它合适催化剂的其它例子尤其是叔胺催化剂,包括二甲基氨基乙醇,二甲基氨基乙氧基乙醇,三乙基胺,N,N,N',N'-四甲基乙二胺,N,N-二甲基氨基丙基胺,N,N,N',N',N"-五甲基二亚丙基三胺,三(二甲基氨基丙基)胺,N,N-二甲基哌嗪,四甲基亚氨基-二(丙基胺),二甲基苄基胺,三甲基胺,三乙醇胺,N,N-二乙基乙醇胺,N-甲基吡咯烷酮,N-甲基吗啉,N-乙基吗啉,二(2-二甲基氨基-乙基)醚,N,N-二甲基环己胺(DMCHA),N,N,N',N',N"-五甲基二亚乙基三胺,1,2-二甲基咪唑,3-(二甲基氨基)丙基咪唑,以及它们的组合。合适的叔胺催化剂的具体例子可以从Air Products and Chemicals,Inc.以商品名商购。催化剂组分可以按照各种用量使用。催化剂组分可以包括上述催化剂的任何组合。
在特定实施方案中,制品是基本上不含UF树脂和/或PF树脂的。“基本上不含”表示在这些实施方案中,UF树脂和/或PF树脂的存在量是基于100重量份制品计的不大于约15重量份,不大于约10重量份,不大于约5重量份,或者接近或等于0重量份,或在其间的任何子范围。在其它实施方案中,制品是完全不含UF树脂和/或PF树脂的。
粘合剂体系也包含增容剂组分,使得制品还包含附着于多个木素纤维素小件料上的增容剂组分。“附着于…上”表示增容剂组分是与至少一部分木素纤维素小件料接触的。应当理解的是,可以在生产期间存在各种形式的制品,例如湿/未固化的状态到干/固化的状态。“湿”形式的制品也可以称为物料(mass)、配料或垫(mat);而“干”形式通常是制品的最终形式,例如PB、OSB等。应当理解的是,制品的最终形式可以具有一些残余水分含量。增容剂组分通常在形成反应产物期间存在。增容剂组分可以被施用到木素纤维素小件料上(例如通过喷涂),或可以与木素纤维素小件料组合(例如在混合器中),或采用这两种方式。或者,可以将增容剂直接喷到传送带或其它加工设备上,这单独进行,或与施用操作或和木素纤维素小件料混合的操作一起进行。
增容剂组分包含磷酸三烷基酯(TAP),或者是磷酸三烷基酯。磷酸三烷基酯可以具有化学式R3PO4,其中每个R各自独立地是具有1、2、3、4、5或6个碳原子的烷基。例如,磷酸三烷基酯可以是磷酸三甲基酯(TMP),磷酸三乙酯(TEP),磷酸三丙基酯(TPP),磷酸三丁基酯(TBP),磷酸三戊基酯(TPP),磷酸三己基酯(THP),或它们的组合。每个R基团可以具有相同的碳原子数目,和可以彼此相同,或可以是彼此的异构体。或者,一个或多个R基团可以具有彼此不同的碳原子数目。
在特定实施方案中,增容剂组分是TEP。TEP具有化学式(C2H5)3PO4,也可以称为“磷酸,三乙基酯”。TEP通常归类为极性非离子溶剂。
在特定实施方案中,认为TAP(例如TEP)作为相转移催化剂用于异氰酸酯(例如MDI,pMDI等)与质子给体材料例如水、多元醇和/或多胺的反应。TAP也可以用作各组分之间的溶剂,例如异氰酸酯、水和各种多元醇和/或多胺,它们能溶于TAP中。认为TAP允许反应以更快的速率和更低的温度进行,这通过除去或至少减少在通常非混溶性液体反应物之间的相阻隔实现。一个例子是在水和MDI/pMDI之间的反应以形成聚脲键。其它例子是形成氨酯键,例如当使用一种或多种多元醇时。这种反应可以对于形成制品而言是速率决定性步骤。如下文所述,在粘合剂体系中包含TAP也允许用于生产制品的压制时间更短,这通过促进粘合剂体系的各组分的反应实现。在使用异氰酸酯反应性组分、例如多元醇的特定实施方案中,可以使用TAP以易于处理。TAP可以与其它组分一起使用,或可以独立于粘合剂体系中的其它组分使用。在使用高粘性的异氰酸酯树脂(例如在室温下为粘稠、半固体或固体的那些)的实施方案中,TAP可以用于降低粘度,这使得易于处理、生产等。例如,TAP可以与这种树脂共混以减少/省去加热需求,减少泵送设备的负荷,促进更快的施用,促进更快的反应等。也认为TAP可以用于降低形成制品所需的粘合剂组分的总量。
除了TAP之外,增容剂可以还包含介质或溶剂,例如水。这些溶剂可以按照各种用量使用。通常,例如在OSB、PB或纤维板(例如MDF)应用中,增容剂组分的用量是基于100重量份所述粘合剂组分计的至少约0.5重量份,1重量份,1.5重量份,2重量份,2.5重量份,3重量份,3.5重量份,4重量份,4.5重量份,5重量份,5.5重量份,6重量份,6.5重量份,或7重量份,约5-50重量份,约5-10重量份,约5-7重量份,约7-10重量份,约8.5-50重量份,约10-45重量份,约10-40重量份,或约10-35重量份,或在其间的任何子范围。在具体实施方案中,增容剂的用量是基于100重量份所述粘合剂组分(例如MDI/pMDI)计的约20-50重量份,约22.5-47.5重量份,或约25-45重量份,或在其间的任何子范围。
通常,粘合剂组分和增容剂组分在制品中的组合用量是基于100重量份木素纤维素小件料计的约1-25重量份,约1-15重量份,约1-10重量份,或约5-10重量份,或在其间的任何子范围。“组合用量”表示每种粘合剂组分和增容剂组分各自按照正数量用于制品中,即大于零(0)重量份,基于100重量份的木素纤维素小件料计。粘合剂组分和增容剂组分可以在制品中按照各种重量比率使用。在各种实施方案中,此比率是0.1:1至1:0.1。在另一个实施方案中,此比率是约1:1。应当理解的是,其它任选组分、例如添加剂组分也可以用于形成制品。在相关的实施方案中,粘合剂体系的用量是基于100重量份所述制品计的约1-15重量份,或约1-25重量份,或在其间的任何子范围。
在特定实施方案中,粘合剂体系包含MDI和TAP。在其它实施方案中,粘合剂体系基本上由MDI和TAP组成。在其它实施方案中,粘合剂体系是由MDI和TAP组成的。在其它相关的实施方案中,MDI是完全或部分地被pMDI代替。在这些实施方案中,水与MDI/pMDI反应以形成反应产物。除了粘合剂和增容剂组分之外,水也可以是预固化的粘合剂体系中的一部分(即,水是特意加入/使用的);和/或水已经与木素纤维素小件料一起存在(例如作为水分,预先喷水等)。在其它相关的实施方案中,除了TAP和MDI/pMDI之外,粘合剂体系还包含多元醇,例如聚合物多元醇。也可以存在其它组分,例如添加剂组分。TAP和MDI/pMDI可以按照任何重量比率存在。在各种实施方案中,此比率是0.1:1至1:0.1。在另一个实施方案中,此比率是约1:1。
粘合剂组分和增容剂组分可以供应给消费者以各种方式使用,例如用于机动有轨车、罐、大尺寸的鼓和容器或者小尺寸的鼓、装载物和套件。例如,一个鼓可以含有粘合剂组分,并且另一个鼓可以含有增容剂组分。一般而言,向消费者单独提供这些组分能减少这些组分的过早潜在反应,并且提供了改进的用于形成粘结剂的配方灵活性。例如,消费者可以选择特定的粘合剂组分和特定的增容剂组分以及它们的用量,以从它们生产制品。如果使用其它组分,例如添加剂组分,例如催化剂组分,则这些组分可以单独提供,或与一种或多种粘合剂组分或增容剂组分预混合。
在特定实施方案中,制品还包含聚合物粒子。这些实施方案中,聚合物粒子是通常与木素纤维素小件料混合。聚合物粒子可以用于降低制品的重量。在这些实施方案中,粘合剂体系是通常附着到木素纤维素小件料和聚合物粒子上,用于粘合木素纤维素小件料和聚合物粒子。
如果使用的话,聚合物粒子可以具有各种尺寸、分布、形状和形式。通常,聚合物粒子是珠粒的形式。在特定实施方案中,聚合物粒子是发泡的聚苯乙烯珠粒;但是,聚合物粒子可以从各种热塑性材料和/或热固性材料形成。合适的聚合物粒子的具体例子可以从BASF Corporationn以商品名商购。合适的聚合物粒子的其它例子可以参见Schmidt等的美国专利No.8,304,069,将其全部内容引入本文的各种非限定性实施方案中以供参考。
如果使用的话,聚合物粒子的用量可以是基于100重量份木素纤维素小件料计的约1-30重量份,约1-20重量份,或约1-10重量份,或在其间的任何子范围。
制品可以具有各种尺寸、形状和厚度。例如,制品可以设计成模拟常规复合材料制品,例如OSB、PB、重组木和MDF束,板,或板条。制品也可以具有各种复杂的形状,例如模塑品、饰面材料、家具等。在特定实施方案中,制品是纤维板,例如MDF。在其它实施方案中,制品是OSB、重组木或OSL。在其它实施方案中,制品是PB。制品可以包括一层或多层。例如如果制品是OSB,则制品可以包括一层,例如芯层;包括两层,例如芯层和面层/饰面层;或包括三层或更多层,例如芯层和两个饰面层。
在特定实施方案中,例如用于OSB应用,制品具有第一饰面层,其包含一起压缩且基本上沿着第一个方向定向的第一部分的多个木素纤维素小件料。制品还具有第二饰面层,其与第一饰面层分开并平行,并且包含一起压缩且基本上沿着第二个方向定向的第二部分的多个木素纤维素小件料。制品还具有芯层,其位于第一个和第二个饰面层之间,并且包含一起压缩且基本上沿着与第一个方向不同的第二个方向定向的剩余部分的多个木素纤维素小件料。在这些实施方案中,至少一部分的多个木素纤维素小件料与粘合剂体系一起压缩。饰面层也可以除了芯层之外或代替芯层包含粘合剂体系。在特定实施方案中,芯层包含聚合物粒子以及木素纤维素小件料。这些层可以各自包含不同的粘合剂体系,根据用于各层的相应粘合剂体系中的具体组分。在特定实施方案中,这些层中的至少一层,例如一层或两层饰面层,可以包含PF树脂。各层可以具有各种厚度,例如用于常规OSB层的厚度。OSL通常具有基本上沿着仅仅一个方向定向的木素纤维素小件料。其它类型的复合材料制品,例如木材复合材料,以及例如通过使用粘合剂体系生产它们的方法,可以参见聚氨酯手册第395-408页(David Randall&Steve Lee编辑,John Wiley&Sons,Ltd.2002),将其全部内容引入本文的各种非限定性实施方案中以供参考。
制品具有初始厚度,即在生产之后、例如在垫压制以形成最终制品之后、即固化制品的厚度。通常,由于粘合剂体系,制品显示溶胀率小于约10%,小于约5%,或小于约3%,基于根据ASTM D1037进行的24小时冷浸泡实验检测。厚度可以变化,但通常是约0.25-10英寸,约0.25-5英寸,或约0.25-1.5英寸,或在其间的任何子范围。应当理解的是,当描述与板或板条不同的复杂形状时,所述的厚度可能是不合适的。因此,根据制品的最终构型,制品可以具有各种尺寸。
制品具有内部粘结(IB)强度。通常,根据ASTM D1037,IB强度是大于约20、大于约30、大于约40、大于约50、大于约60、大于约70、大于约80、大于约90、或大于约100磅/平方英寸(psi)。在特定实施方案中,制品的IB强度根据ASTM D1037检测是约50-500psi,约100-300psi,或约150-250psi,或在其间的任何子范围。
IB强度是拉伸性能。通常,在常规制品中,随着IB强度的增加,挠性性能例如弹性模量(MOE)和破坏模量(MOR)变化,特别是,MOE通常随着IB强度的增加而降低。
通常,根据ASTM D1037检测,制品的MOE大于75,000psi,大于95,000psi,大于100,000psi,或大于110,000psi。通常,根据ASTM D1037检测,制品的MOR大于3,000psi,大于3,250psi,大于3,300psi,或大于3,500psi。
也公开了形成制品的方法。为了形成制品,通常提供木素纤维素小件料。木素纤维素小件料可以从各种木素纤维素来源得到,和可以从各种方法形成。
将粘合剂组分和增容剂组分和通常其它组分、例如异氰酸酯反应性和/或添加剂组分(在下文中都简称为“所述组分”)施用到多个木素纤维素小件料上以形成物料。这些组分可以同时施用到木素纤维素小件料上,或可以在不同的时间施用到木素纤维素小件料上。在一个实施方案中,将粘合剂组分在增容剂组分之前施用到木素纤维素小件料上。在另一个实施方案中,将粘合剂组分在增容剂组分之后施用到木素纤维素小件料上。在另一个实施方案中,粘合剂组分和增容剂组分同时被施用到木素纤维素小件料上。例如,可以将粘合剂组分施用到木素纤维素小件料上,然后可以在一定时间后将增容剂组分施用到木素纤维素小件料上,或按照相反顺序进行。或者,这些组分可以同时施用,单独施用,和/或预混合。在一个实施方案中,这些组分混合以形成粘合剂体系,从而将粘合剂体系施用到木素纤维素小件料上。这些组分可以通过各种方法施用到木素纤维素小件料上,例如通过混合、翻滚、辊涂、喷涂、压片、吹塑管道树脂化、共混(例如吹塑管道共混)等。例如,所述组分和木素纤维素小件料可以在形成物料期间一起混合或研磨,也称为粘合剂-木素纤维素混合物或“配料”,如下文所述。
通常,所述组分是通过喷涂、雾化或成雾方法被施用到木素纤维素小件料上。已施用粘合剂组分和增容剂组分的多个木素纤维素小件料然后置于载体上,并通常形成(或界定)物料。物料可以然后形成垫,例如通过将物料滴落到载体、例如传送带上进行,或者可以在载体上直接形成垫,即粘合剂-木素纤维素混合物是直接在载体上形成的。换句话说,已施用粘合剂组分和增容剂组分的多个木素纤维素小件料可以排布在载体上,从而通过各种方式形成物料。然后,可以将物料加入成型机中,这通常使得物料成型为具有预定宽度和预定厚度的垫,其中多个木素纤维素小件料在载体上疏松定向。垫的预定宽度和厚度是根据制品所需的最终宽度和厚度确定的,如下文所述。然后,垫可以成型为各种形状,例如板或板条,或成型为更复杂的情况,例如通过模塑或挤出垫以形成制品。
在特定实施方案中,使得所述组分喷涂、雾化和/或成雾到木素纤维素小件料上,同时木素纤维素小件料在合适的设备中进行搅拌。喷涂、雾化和成雾可以经由喷嘴进行,例如每个喷嘴用于供应每个组分,或者使用具有两种或更多种组分的喷嘴,其中这些组分预混合和供料。通常,至少一个喷嘴用于施加粘合剂组分,和至少一个喷嘴用于施加增容剂组分。为了使得木素纤维素小件料的覆盖率最大化,所述组分通常通过在木素纤维素小件料上喷涂液滴或雾化或成雾所述组分粒子来施用,同时木素纤维素小件料在旋转共混机或相似装备中翻滚。作为另一个例子,木素纤维素小件料可以用所述组分在旋转鼓共混机中涂覆,所述旋转鼓共混机配备有至少一个、通常至少两个或三个旋转盘雾化器。也可以使用具有挡板的翻滚机、转鼓或辊。认为向所述组分施加剪切力是重要的,尤其是当所述组分具有高粘度时。剪切力可以用于获得所述组分相对于木素纤维素小件料的恰当分布,并且可以通过特定的喷嘴设计实现,从而实现组分的恰当雾化。认为在施用到木素纤维素小件料上之前或之后,所述组分应当很好地混合。当然,希望用所述组分完全覆盖木素纤维素小件料以确保恰当的粘合。雾化用于使得所述组分在木素纤维素小件料上的分布最大化,部分地基于所述组分的液体尺寸分布。通常,所述组分在施用之前没有预混合,从而防止过早反应。因此,所述组分经由一个或多个喷嘴各自被施用到木素纤维素小件料上,通常经由一个喷嘴施用单个组分,从而防止过早反应和/或污染。
或者,可以向载体直接供应木素纤维素小件料,并可以将所述组分施用到木素纤维素小件料上,例如通过喷涂或压片,从而形成物料。例如,可以将木素纤维素小件料置于传送带或板上,然后用所述组分喷涂以形成物料。另外,至少一种所述组分、例如增容剂组分可以已经存在于木素纤维素小件料上,使得可以然后将粘合剂体系中的其余一种或多种组分、例如粘合剂组分施用到木素纤维素小件料和增容剂组分上以形成物料。
要施用和与木素纤维素小件料混合的所述组分的量取决于多种因素,包括使用的具体组分,所用木素纤维素小件料的尺寸、水分含量和类型,制品的预期用途,和所需的制品性能。所得物料是通常成型为单层垫或多层垫,其被压缩成例如OSB、PB、重组木、MDF,或具有所需形状和尺寸的其它制品。物料也可以成型为更复杂的形状,例如通过模塑或挤出物料进行。
垫可以按照任何合适的方式形成。例如,物料可以从一个或多个位于带上方的料斗排布到在无端点带或传送器上携带的板状输送装置上。当形成多层垫时,使用多个料斗,其各自具有沿着输送装置的宽度延伸的分配头或成型头,用于随着输送装置在成型头之间移动而成功地布置单独的物料/配料层。垫的厚度将根据这种因素变化,例如木素纤维素小件料的尺寸和形状,用于形成垫的技术,所需最终制品的厚度和密度,以及在压制循环期间使用的压力。垫的厚度通常是最终制品厚度的约5-20倍。例如,对于厚度为0.5英寸和最终密度为约35lbs/ft3的碎料板或刨花板的板条,垫通常初始具有约3-6英寸的厚度。垫的宽度通常基本上与制品的最终宽度相同;但是,根据制品的结构,最终宽度可以是厚度的一部分,与厚度所述的内容相似。
通常,木素纤维素小件料是在物料和垫中疏松定向的。提供载体例如传送带或板,以及物料,并且将最终的垫布置在载体上。物料可以是直接在载体上形成的,和/或在形成之后转移到载体上,例如在转鼓中。认为在处于载体上时,粘合剂体系基本上保持多个木素纤维素小件料在物料中的定向。对于粘合剂体系保持木素纤维素小件料的定向,不要求完美地保持定向。例如可以出现小的变形。一般而言,粘合剂体系用作“增粘剂”或用作“粘性”胶,并且可以作为替代品或补充粘结剂用于UF树脂和/或PF树脂,以及用于其它常规粘结剂。因此,粘合剂体系具有粘性或冷粘性。冷粘性可以按照各种方式检测。例如,一种方式可以使用“重陷”实验,其中使用装满物料的漏斗,然后将漏斗倾倒在表面上并取走,使得物料(按照漏斗的形状)保留在表面上。可以然后观察具有漏斗形状的物料随着时间的形状变化,例如由于漏斗状物料的塌陷/崩塌产生的角度变化。另一个例子是所谓的“雪球”实验,其中可以抓取一手物料,在手中制得物料球,并将球上下翻滚以确定球是否散开。其它合适的实验可以参见ASTMD1037。
当物料成型为垫时,粘合剂体系也基本上保持垫的宽度和厚度,同时垫处于载体上。可以理解的是,当载体移动、例如传送时,粘合剂体系保护垫以防其由于振动而散落。也可以出现振动,例如如果载体是板,并且板正在向压机移动时。这种振动会导致木素纤维素小件料的定向问题,可以导致内部粘结(IB)强度降低,并导致其它相似问题。
制品通常从垫形成,其中将从物料形成的垫在高温和压力下压制。通常,向垫至少施加压力达到足以形成制品的时间。也通常施加热量。这种条件促进了粘合剂体系的反应,尤其是至少粘合剂组分的反应,以形成反应产物。通过赋予粘性,粘合剂体系可以减少木素纤维素小件料在垫中的移动,例如通过减少当向垫施加压力时木素纤维素小件料被吹散的机会。特别是,向垫施加压力以形成制品的速度可以比用于形成常规复合材料制品的常规压制速度和/或压力更高,这向制品生产者提供了经济益处,例如提高产量。粘合剂体系所赋予的相同粘性是在垫的移动期间有用的,例如当进行输送时。
通常,向垫施加热量以促进粘合剂体系的固化。压制温度、压力和时间可以在宽范围内变化,这取决于所需制品的形状、厚度和密度,木素纤维素小件料的尺寸和类型,例如木片或锯末,木素纤维素小件料的水分含量,和所用的具体组分。压制温度例如可以在约100℃-300℃范围内。为了尽可能减少产生内部水蒸气和将最终复合材料制品的水分含量降低到所需的水平,压制温度通常小于约250℃,最通常是约180-240℃,或在其间的任何子范围。所用的压力通常是约300-800磅/平方英寸(psi),或在其间的任何子范围。通常,压制时间是120-900秒,或在其间的任何子范围。所用的压制时间应当足以至少基本上固化粘结剂(为了基本上形成反应产物)和提供具有所需形状、尺寸和强度的复合材料制品。为了生产例如碎料板或PB板条,压制时间主要取决于所生产的复合材料制品的板条厚度。例如,对于厚度为约0.5英寸的复合材料制品,压制时间通常是约200-300秒。可以考虑的是,在没有任何外部热量的情况下在任何上述步骤中施加压力。或者,可以在没有任何外部压力的情况下在任何上述步骤中施加外部热量。此外,外部热量和压力可以同时用于任何上述步骤中。
其它合适的形成制品的方法可以参见以下美国专利:Nos.6,451,101,Mente等;6,458,238,Mente等;6,464,820,Mente等;6,638,459,Mente等;6,649,098,Mente等,美国专利No.6,344,165,Coleman;7,439,280,Lu等;和8,486,523,Mente;和U.S.公开No.2005/0242459,Savino等,将这些内容引入本文中的各种非限定性实施方案以供参考。
不限于或束缚于任何具体理论,认为增容剂组分的存在能比不使用增容剂组分时形成制品所需的时间减少形成制品所需的时间。特别是,认为增容剂组分能用于减少在生产制品期间粘合剂体系的固化时间。因此,制品的产量可以通过提高生产速度来增加,例如压制速度(即较短的压制时间)。也可以实现其它生产益处,例如粘合剂体系的所述组分向多个木素纤维素小件料的施用比常规粘结剂得到改进。另外,认为制品具有优异的物理性能。例如,在特定实施方案中,制品可以具有一种或多种以下性能:改进的粘合强度,减少的边缘溶胀,改进的脱模性能,改进的挠曲模量,和/或减少释放,各自相对于常规制品而言。认为通过使用增容剂组分提供的其它潜在优点是:改进的木素纤维素小件料的增塑;减少的粘合剂组分粘度,导致在木素纤维素小件料上的改进的分布;和改进制品的阻燃性能。认为增容剂组分也可以通过相转移催化和/或降粘机理改进其它任选的用于形成制品的组分的性能,例如多元醇。
在各种实施方案中,增容剂组分的使用可以使得处理速度提高1%,2%,3%,4%,5%,6%,7%,8%,9%,10%,15%,20%或更多。提高处理速度可以在施加到正在成型的制品上的破坏力增加程度最小(如果有的话)的情况下实现。或者,增容剂组分的使用可以降低施加到正在成型的制品上的破坏力。
在其它实施方案中,增容剂组分可以降低一种或多种脱模剂和/或皂/洗涤剂的粘度和/或表面张力。这种相互作用通常是物理相互作用,并不必须是化学相互作用。例如,增容剂组分可以降低有机硅表面活性剂的粘度和/或表面张力,包括任何上述那些。这种表面张力的降低可以改进脱模剂和/或皂/洗涤剂的按单位重量计的覆盖率。这种降低可以通过表面张力实验用测角仪定量。
更具体而言,接触角数据可以在保持为20℃的温控室中获取。测角仪可以是KrussDSA Model 100液滴形状分析系统。例如,可以将5微升的液滴用测角仪的自动化剂量移液管置于透明基板上。接触角的检测可以然后按照每十分之一秒至12秒(即120个十分之一秒)的间隔自动记录。可以记录左接触角和右接触角,并且用测角仪的软件平均。
在各种实施方案中,可以观察到改进了脱模剂。TAP可以在生产线中的金属带或压板上形成涂层,并可以帮助脱模剂和/或皂/洗涤剂保持在金属带或压板的表面上。这降低了压制操作对制品施加的破坏力(和/或在从连续压机排出时)。即使在停止向金属带或压板施加脱模剂和/或皂/洗涤剂之后,这种效果也可以持续数分钟或数小时,或甚至在制品本身中常规使用脱模剂和/或皂/洗涤剂之后也是如此。换句话说,即使在所述方法或所述制品中不再使用脱模剂和/或皂/洗涤剂,也可以惊奇地保留所述益处。参见上述处理速度的提高,这种提高可以即使在从此方法除去TAP之后也能观察到。例如,即使在从形成制品的方法中取出TAP来源之后,仍然能观察到处理速度增加。不限于任何具体理论,这可能是由于一部分TAP仍然存在于加工机械或设备的一个或多个工件上,例如传送带、压板、轮等。在取出TAP来源之后的1、2、3、4、5、6、7、8小时或更长的时间,可以观察到这种效果。
TAP可以直接加入脱模剂和/或皂/洗涤剂中,并可以完全不包括在制品中。或者,可以将TAP加入脱模剂和/或皂/洗涤剂以及制品中。另外,TAP可以用于制品中,且完全不加入脱模剂和/或皂/洗涤剂中。TAP可以用于本文所述制品的任何一种或多种部分或组分中,和/或用于本文所述方法的任何一个或多个部分或步骤中。
也可以考虑的是,TAP可以加入脱模剂(例如有机硅表面活性剂)和/或皂/洗涤剂中,独立于这里所述的任何制品和独立于用于形成制品的方法或工艺。不同的是,本文提供TAP和脱模剂和/或皂/洗涤剂的独立混合物,其可以用于这里没有描述的目的。
以下描述制品的实施例用于说明本发明,但不限制本发明。
实施例
制备对比制品(实施例1)和本发明制品(实施例2、3和4)。这些制品是刨花板。采用生产刨花板(PB)的常规方法制备这些制品,从而生产方法对于这些制品而言没有区别。用于形成制品的配料的各组分的用量和类型显示在表I中。
表I
*各自基于100重量份的木素纤维素小件料计
木素纤维素小件料具有通常用于形成PB的形状和尺寸。具体而言,木素纤维素小件料包含松木,其具有干重量含量为约88重量%,水分含量为约7重量%,基于100重量份的木素纤维素小件料计。
粘合剂是异氰酸酯,包括MDI和pMDI(下文简称为"MDI")。异氰酸酯具有约2.7的官能度,NCO含量为约31.5重量%,并且在25℃下的粘度是约200cps。异氰酸酯可以从BASFCorporation商购。
用于实施例1-4中的增容剂是TEP。用于实施例2和4中的增容剂是100%TEP,用于实施例3中的增容剂是200克水和200克TEP的混合物。这些用量是作为上表I中的总量计算的。TEP可以从各种来源商购。
每种配料是通过将所述组分在混合器中喷洒和共混形成的。向混合器中的添加顺序如下:木素纤维素小件料,水,粘合剂,和增容剂。实施例3使用水和TEP增容剂的混合物(使得它们在加入混合器之前预混合)。在实施例2和3之间的唯一区别是组分的添加顺序,其中实施例3使用一部分用量的水和全部用量TEP的预混物。每种配料是在环境温度下制备的。
在形成之后,每种配料平均分成六个物料(或垫),重量各自为约4800克。这些垫是使用标准PB成型设备在本领域常规使用的温度和压条件下压缩,从而形成各个相应制品。这些制品(即刨花板)是约1"厚、约20"宽和约20"长。不同的压制时间用于形成各制品,如下表II所示。在形成制品之后,目测观察各制品的分层或其它缺陷。根据ASTM D1037检测制品的内部粘结(IB)强度。使用加热天平检测制品的最终水分含量,并显示在上表I中。
为了分析检测IB强度,将刨花板切成两半。然后从其中一半部分切出2"条料。然后将条料切成八个2"条料,用于检测IB。认为从实验室规模板尺寸得到的边缘效果(例如压出)对于条料的最终IB值有影响。例如,八个条料中的两个或三个条料具有比其余条料更低的值。认为这通常是由于在边缘压出引起的。
表II
压制时间和配料对单层刨花板条的IB(psi)的影响
(1)以纯形式加入;(2)与水混合,总体水分含量未变;(3)密度变化
虽然一些制品在目测观察时显示一些边缘缺陷或分层,但是本发明制品都没有完全分层(这例如表现为贯穿制品的裂纹)。总之,与对比制品相比,本发明制品需要较短的压制时间。各种制品的额外性能和结果可以参见附图1-5理解。
第一组添加实施例:
第一组添加实施例模拟向pMDI添加TAP和水溶液(或混合物)。水和磷酸酯混合物通常必须溶解pMDI以加速其反应。
更具体而言,将四种TAP中的每种1.5克加入在开口烧杯中的20克水中,以形成四种独立的混合物。磷酸三甲基酯(TMP)和磷酸三乙酯(TEP)完全溶解。磷酸三丙基酯(TPP)部分地溶解,而非常少的(TBP)溶解。在搅拌到最大溶解程度之后,将2.0克的pMDI(LupranateM20FB)加入每种上述混合物中。
这些混合物都不是透明的。磷酸三丙基酯(TPP)最快速地形成固体pMDI脲。磷酸三丁基酯(TBP)混合物是第二个最快的,而磷酸甲基酯和磷酸乙基酯表现为相似地反应,并在4小时之后仍然是液体。因此,第一组添加实施例证明了TPP能比其它TAP更大程度地促进水和pMDI反应。
第二组添加实施例:
第二组添加实施例模拟将pMDI作为单独料流在混合期间加入木材配料的情况。
更具体而言,将四种TAP中的每种1.5克加入5.0克的pMDI以形成四种独立的混合物。所有TAP在最小搅拌下溶解在pMDI中。然后将10克蒸馏水加入每种混合物中,并将混合物搅拌约20秒。
这四种混合物都不是透明的。包含磷酸三甲基酯(TMP)的混合物的反应速度最快。其余混合物按照以下速度顺序反应:磷酸三乙酯(TEP),磷酸三丙基酯(TPP),和磷酸三丁基酯(TBP)。
在水和pMDI之间的反应速率可以通过这两种反应物之一在增容剂和其余反应物的溶液/混合物中的溶解度确定。与水和pMDI的混合物相比,TAP在水或异氰酸酯中的存在能提高在不含催化剂下的反应速率。
与向TAP加入pMDI相比,磷酸三丙基酯和磷酸三丁基酯仅仅在添加速率下部分溶解于水中。无论如何,它们各自是用于pMDI的合适溶剂,使得脲的形成比其中磷酸三甲基酯和磷酸三乙酯完全混溶的混合物的情况更快速地进行。
第三组添加实施例:
第三组添加实施例证明了TEP对有机硅表面活性剂的表面张力的影响。更具体而言,在不锈钢、钢和铝表面上评价三个样品的液滴的表面张力。
第一个样品是去离子水。
第二个样品是Gorapur OS 1701W有机硅表面活性剂在去离子水中的2重量%溶液,可以从Evonik商购。
第三个样品是上述有机硅表面活性剂和2重量%TEP在去离子水中的2重量%溶液。
将每个样品的液滴置于各种表面上,并按照十分之一秒的间隔从0至12秒(即120个十分之一秒)评价检测水接触角,这根据上述方法使用Kruss DSA Model 100Drop形状分析系统检测。这些评价的结果参见附图6A(对于第一个、第二个和第三个样品是不锈钢)、7A(对于第一个、第二个和第三个样品是钢)和8A(对于第一个、第二个和第三个样品是铝)。
此外,每种样品的液滴的照片参见附图6B-6D(对于第一个、第二个和第三个样品是不锈钢)、附图7B-7D(对于第一个、第二个和第三个样品是钢)和附图8B-8D(对于第一个、第二个和第三个样品是铝)。
这些评价显然表明包含TEP能降低液滴的水接触角。液滴的水接触角降低,表明包含TEP的液滴将显示在各种表面上更好的润湿,这将减少在成型期间对木素纤维素复合材料制品起作用的摩擦和破坏力,例如使用这里所述的工艺和方法。
提高的pMDI/水反应速率(例如提高的板条生产速率)也使用常规单开口(间歇工艺)实验室压机观察到。当在停止添加TEP之后速度增加持续6小时的情况下,在连续压机上的工业试验中观察到生产速度的增加,这是由于与脱模剂的协同作用。
要理解的是,所附权利要求书不限于详述中描述的明确和特定的化合物、组合物或方法,它们可以在落入所附权利要求书范围内的具体实施方案之间变化。关于本文中用于描述各种实施方案的特定特征或方面的任何马库什群组,要认识到,可以由各马库什群组的各成员独立于所有其它马库什成员获得不同、特殊和/或出乎意料的结果。马库什群组的各成员可以独立和/或组合,并为所附权利要求书范围内的具体实施方案提供足够的支持。
还应当理解的是,用于描述本文公开的各种实施方案的任何范围和子范围独立地并共同地落入所附权利要求书的范围内,并被理解为描述和考虑了包括其内的整数和/或分数值的所有范围,即使在本文中没有明确写出这些值。本领域技术人员容易认识到,所列举的范围和子范围足以描述和实现本文公开的各种实施方案,且这样的范围和子范围可进一步描绘成相关的1/2、1/3、1/4、1/5等等。仅仅作为一个例子,“0.1至0.9”的范围可进一步描绘成下1/3,即0.1至0.3;中间1/3,即0.4至0.6;和上1/3,即0.7至0.9,它们独立地并共同地在所附权利要求书的范围内,并可独立地和/或共同地赖以为所附权利要求书范围内的具体实施方案提供足够的支持。此外,对于界定或修饰范围的词语,如“至少”、“大于”、“小于”、“不大于”等,应当理解的是,这样的词语包括子范围和/或上限或下限。作为另一实例,“至少10”的范围固有地包括至少10至35的子范围、至少10至25的子范围、25至35的子范围等等,并且可以独立地和/或共同地依赖各子范围并为所附权利要求书范围内的具体实施方案提供足够的支持。最后,可以依赖所公开的范围内的独立数值并为所附权利要求书范围内的具体实施方案提供足够的支持。例如,“1至9”的范围包括各种独立整数,例如3,以及含小数点的独立数值(或分数),如4.1,可以依赖它们为所附权利要求书范围内的具体实施方案提供足够的支持。
已经以示例性方式描述了本发明,并且应当理解的是,所用术语意为描述性而非限制性的。可以根据上述教导作出本文公开的许多修改和变动。在所附权利要求书的范围内可以按照与具体描述不同的方式实施本公开。在这里也考虑独立权利要求和从属权利要求的所有组合的主题,不论是单项引用还是多项引用。
Claims (16)
1.木素纤维素复合材料制品,其包含:
来源于木材的多个木素纤维素小件料;和
附着于所述多个木素纤维素小件料上的粘合剂体系,用于粘合所述多个木素纤维素小件料;
其中所述粘合剂体系含有:
粘合剂组分,其用量是基于100重量份所述多个木素纤维素小件料计的2-10重量份,其中所述粘合剂组分是异氰酸酯组分,和
增容剂组分,其是磷酸三烷基酯,并且其用量是基于100重量份所述粘合剂组分计的10-50重量份。
2.权利要求1的制品,其中所述增容剂组分是磷酸三乙酯(TEP)。
3.权利要求1的制品,其中所述增容剂组分是选自磷酸三甲基酯,磷酸三乙酯,磷酸三丙基酯,磷酸三丁基酯,以及它们的组合。
4.权利要求1的制品,其中所述异氰酸酯组分是选自二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI),聚二苯基甲烷二异氰酸酯(pMDI),以及它们的组合。
5.权利要求1的制品,其中所述粘合剂体系还含有异氰酸酯反应性组分。
6.权利要求5的制品,其中所述异氰酸酯反应性组分是选自水、多元醇、多胺以及它们的组合。
7.权利要求5的制品,其中所述异氰酸酯反应性组分含有聚合物多元醇,其具有含有多元醇的连续相和含有聚合物粒子的不连续相。
8.权利要求7的制品,其中所述聚合物粒子含有苯乙烯丙烯腈(SAN)共聚物。
9.权利要求7的制品,其中所述聚合物粒子在所述聚合物多元醇中的存在量是基于100重量份所述聚合物多元醇计的5-70重量份。
10.权利要求7的制品,其中所述连续相含有疏水性多元醇。
11.权利要求1-3中任一项的制品,其中所述多个木素纤维素小件料的用量是基于100重量份所述制品计的75-99重量份。
12.权利要求1-3中任一项的制品,其中所述粘合剂体系的用量是基于100重量份所述制品计的1-25重量份。
13.权利要求1-3中任一项的制品,其中所述制品是:
i)定向刨花板(OSB);
ii)刨花板(PB);或
iii)纤维板。
14.一种形成权利要求1的制品的方法,所述方法包括以下步骤:
将粘合剂组分和增容剂组分施用到多个木素纤维素小件料上;
使得已施用粘合剂组分和增容剂组分的多个木素纤维素小件料布置到载体上以形成物料;和
向物料施加压力和/或热量达到能形成制品的时间;
其中与在形成制品期间不存在增容剂组分时所需的时间相比,增容剂组分减少了形成制品所需的时间。
15.权利要求14的方法,其中粘合剂组分含有异氰酸酯组分,并且还包括向多个木素纤维素小件料施用异氰酸酯反应性组分的步骤。
16.权利要求14或15的方法,其中增容剂组分是磷酸三乙酯(TEP)。
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