CN107849384A - 含水粘接组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含水粘接组合物，其包含：(A)糖；(B)无机酸铵盐；和(C)金属盐，其中所述金属盐(C)包含选自钾盐、钙盐、钠盐和镁盐中的至少一种。该含水粘接组合物的弯曲强度、湿条件下的弯曲强度、吸水厚度膨胀系数和剥离强度之间的平衡优异。该含水粘接组合物可有效地用于制造木基材料。另外，本发明提供了一种可通过使用该含水粘接组合物获得的木基材料。

Description

含水粘接组合物
相关申请的交互参引
本申请按照巴黎公约要求2015年8月5日递交的日本专利申请No.2015-154776的权益，在此将其全部内容通过援引加入的方式纳入本文。
技术领域
本发明涉及一种能够制备含水粘合剂的含水粘接组合物以及一种可通过使用该含水粘接组合物制造的木基材料。
背景技术
木基材料(例如，胶合板(饰面板等)、碎料板、纤维板(中密度纤维板MDF等)和层合木材)通常通过将粘合剂施涂或喷涂到木基元件(原材料)(例如，通过细碎木材或草本植物而获得的各种尺寸的纤维、小片和薄木板)上、然后通过任选存在的经由加压和加热的模塑而制造。木基材料是天然的可再生材料，并且是尺寸和强度稳定性提高的材料，因此在利用木材优点的同时可除去木材特有的缺陷。从保护地球环境和保护制造木基材料的工人的角度出发，已经开发了不导致甲醛扩散且不含有机溶剂的含水粘合剂作为待使用的粘合剂。
当木基材料(例如碎料板)通过使用脲醛树脂(urea resin)、酚醛树脂等制造时，将木基元件与粘合剂的混合物通常加热至约130～170℃的温度，然后模塑。因此，优选的是，也将含水粘合剂加热到大致相同的温度，由此使制造木基材料成为可能。然而，当使用含水粘合剂时，经常需要更高的温度。
还需要由此得到的木基材料(例如碎料板)的诸如弯曲强度、湿条件下的弯曲强度、吸水厚度膨胀系数、剥离强度等性能优异。但是，当使用含水粘合剂时，性能常常不令人满意。
专利文献1公开了一种含水溶液，其含有淀粉(小麦粉等)和糖(saccharide)(蔗糖、糖蜜等)以及能够转化二者的催化剂(氯化铵、氯化锌、氯化铝、硫酸铵、硝酸铵、磷酸氢二铵等)，以使木材接合(参见专利文献1的实施例)。
专利文献1教导了无水氯化铝可以是能够降低加热温度的催化剂。该专利文献公开了当使用氯化铝时，可以在175℃～190℃的压制温度下获得碎料板坯(particle mat)，并且厚度膨胀率为约3～10％(参见专利文献1的实施例的表1和2)。然而，由于对人体具有腐蚀性且与水发生剧烈反应生成氯化氢(从而导致刺激性气味的散发)，因此氯化铝是不合适的。
专利文献2公开了一种粘合剂，其包含糖(蔗糖等)和多元羧酸(柠檬酸等)，以使木材接合。包含多元羧酸改善了木材之间的接合力。但是，制造木基材料时的温度高达200℃。此外，吸水厚度膨胀系数高达约25％(参见专利文献2的表10中的测试2)。
专利文献3公开了一种粘合剂，其包含糖(蔗糖、麦芽糖等)和多元羧酸(柠檬酸、苹果酸、马来酸酐、聚马来酸、聚丙烯酸等)，以使木材接合。包含多元羧酸改善了木材之间的接合力。但是，通过模塑制造木基材料时的温度高达180～200℃。呋喃化合物的添加使得制造温度能够降低，并且使得吸水厚度膨胀系数也能够降低；然而，诸如弯曲强度、湿条件下的弯曲强度和剥离强度等性能以及其之间的平衡是不令人满意的(参见专利文献3的表2～7)。
因此，需要一种含水粘合剂作为用以制造木基材料的含水粘合剂，所述含水粘合剂的诸如弯曲强度、湿条件下的弯曲强度、吸水厚度膨胀系数、剥离强度等性能优异，而且这些性能之间的平衡也很优异，同时能够在较低的温度下粘接。
引文明细
专利文献
[专利文献1]JP 56-500414 A
[专利文献2]WO 2010/001988 A1
[专利文献3]WO 2012/133219 A1
发明内容
技术问题
鉴于这些情况，做出了本发明，本发明的一个目的在于：提供一种含水粘接组合物，其诸如弯曲强度、湿条件下的弯曲强度、吸水厚度膨胀系数和剥离强度等性能之间的平衡优异，同时能够在较低的温度下粘接，并且其特别可用以制造木基材料。此外，本发明的一个目的是提供一种可通过使用该含水粘接组合物获得的木基材料。
技术方案
本发明的发明人进行了持续而深入的研究，结果发现：含有糖、无机酸的铵盐、选自特定碱金属盐和碱土金属盐中的至少一种的含水粘接组合物的诸如弯曲强度、湿条件下的弯曲强度、吸水厚度膨胀系数和剥离强度等性能之间的平衡优异，同时能够在较低的温度下粘接，并且其特别可用以制造木基材料，由此完成了本发明。
在一个方面中，本发明提供了一种含水粘接组合物，其包含：
(A)糖；(B)无机酸铵盐；和(C)金属盐，
其中所述金属盐(C)包含选自钾盐、钙盐、钠盐和镁盐中的至少一种。
在一个实施方案中，本发明提供了一种含水粘接组合物，其中所述金属盐(C)是强酸盐。
在另一个实施方案中，本发明提供了一种含水粘接组合物，其中所述金属盐(C)包含氯化镁。
在另一个实施方案中，本发明提供了一种含水粘接组合物，其中所述糖(A)包含衍生自果糖的结构。
在优选的实施方案中，本发明提供了一种含水粘接组合物，其中所述无机酸铵盐(B)包含选自磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、硫酸铵和氯化铵中的至少一种。
本发明提供了一种含水粘接组合物，其中，基于100重量份的组分(A)～(C)的总重量，所述金属盐(C)的含量为2.0重量份以上。
在另一个方面中，本发明提供了一种可通过使用该含水粘接组合物获得的木基材料。
有益效果
根据本发明的实施方案的含水粘接组合物包含(A)糖、(B)无机酸铵盐和(C)包含选自钾盐、钙盐、钠盐和镁盐中的至少一种的金属盐，因此诸如弯曲强度、湿条件下的弯曲强度、吸水厚度膨胀系数和剥离强度等性能之间的平衡优异，同时能够在较低的温度下粘接，而且特别可用以制造木基材料。
具体实施方式
根据本发明的实施方案的含水粘接组合物包含：(A)糖；(B)无机酸铵盐；和(C)金属盐，并且所述金属盐(C)包含选自钾盐、钙盐、钠盐和镁盐中的至少一种。
在本发明中，“(A)糖”通常被称为糖，并且不受特别限制，只要可获得本发明的目标含水粘接组合物即可。糖(A)包括例如单糖、二糖、三糖、四糖、多糖和其它低聚糖。
“单糖”的具体实例包括以下：
己糖类，例如葡萄糖、阿洛酮糖、果糖、山梨糖、塔格糖、阿洛糖、阿卓糖、甘露糖、古洛糖、艾杜糖、半乳糖、塔罗糖、岩藻糖、墨角藻糖和鼠李糖；
丙糖类，例如酮丙糖(二羟基丙酮)和丙醛糖(甘油醛)；
丁糖类，例如赤藓酮糖、赤藓糖和苏糖；和
戊糖类，例如核酮糖、木酮糖、核糖、阿拉伯糖、木糖、lixose和脱氧核糖。
“二糖”的实例包括蔗糖、乳糖、麦芽糖、海藻糖、松二糖和纤维二糖。
“三糖”的实例包括棉子糖、松三糖、麦芽三糖和1-蔗果三糖(GF2)。
“四糖”的实例包括阿卡波糖、水苏糖和蔗果四糖(nystose)(GF3)。
“多糖”的实例包括糖原、淀粉(直链淀粉、支链淀粉等)、纤维素、糊精、葡聚糖、N-乙酰葡糖胺、甲壳质和菊糖(包括蔗果五糖(fructofuranosylnystose)：GF4)。
“其它低聚糖”的实例包括低聚果糖、低聚半乳糖和低聚甘露聚糖(mannanoligosaccharide)。
这些“糖”可以单独使用或组合使用。
“糖”优选包含衍生自果糖的结构。此种糖的实例可以包括果糖本身、蔗糖和菊糖。
菊糖通常是指果糖的聚合物，包括连接至末端的葡萄糖。因此，菊糖包括例如最简单的三糖中包括的1-蔗果三糖(GF2)、四糖中包括的蔗果四糖(GF3)、多糖中包括的蔗果五糖(GF4)等。1-蔗果三糖由两个果糖和一个葡萄糖组成，而蔗果四糖由三个果糖和一个葡萄糖组成。
当“糖”包含衍生自果糖的结构时，本发明的含水粘接组合物的耐水性更优异。因此，对于本发明的木基材料而言，湿条件下的弯曲强度可以进一步提高，并且吸水厚度膨胀系数可以进一步降低。
作为“糖”，可以使用市售可得产品。
在本发明中，“(B)无机酸铵盐”通常被称为无机酸的铵盐，并且不受特别限制，只要可以获得本发明的目标含水粘接组合物即可。
“无机酸铵盐”的实例可包括硫酸铵、硫酸氢铵、卤化铵(例如氯化铵、氟化铵、溴化铵、碘化铵等)、磷酸铵、磷酸氢二铵和磷酸二氢铵。
“无机酸铵盐”优选为选自硫酸铵、氯化铵、磷酸氢二铵和磷酸二氢铵中的至少一种。
当“(B)无机酸铵盐”是选自硫酸铵、氯化铵、磷酸氢二铵和磷酸二氢铵中的至少一种时，本发明的含水粘接组合物具有更优异的可固化性，从而使得进一步改善木基材料的粘接性能(弯曲强度和剥离强度)成为可能。
“无机酸铵盐”可以单独使用或组合使用。
作为“无机酸铵盐”，可以使用市售可得产品。
在本发明中，“(C)金属盐”包含选自钾盐、钙盐、钠盐和镁盐中的至少一种。
金属盐(C)的实例包括：
钾盐，例如硫酸钾、硫酸氢钾、卤化钾(如氟化钾、氯化钾、溴化钾和碘化钾)、磷酸钾、磷酸氢二钾和磷酸二氢钾；
钙盐，例如硫酸钙、硫酸氢钙、卤化钙(如氟化钙、氯化钙、溴化钙和碘化钙)、磷酸钙、磷酸氢钙和磷酸二氢钙；
钠盐，例如硫酸钠、硫酸氢钠、卤化钠(如氟化钠、氯化钠、溴化钠和碘化钠)、磷酸钠、磷酸氢二钠和磷酸二氢钠；和
镁盐，例如硫酸镁、硫酸氢镁、卤化镁(如氟化镁、氯化镁、溴化镁和碘化镁)、磷酸镁、磷酸氢镁和磷酸二氢镁。
金属盐(C)优选为选自以下盐中的至少一种：
硫酸钾、硫酸氢钾、氯化钾、磷酸氢二钾和磷酸二氢钾；
硫酸钙、硫酸氢钾、氯化钙、磷酸氢钙和磷酸二氢钙；
硫酸钠、硫酸氢钠、氯化钠、磷酸氢二钠和磷酸二氢钠；和
硫酸镁、硫酸氢镁、氯化镁、磷酸氢镁和磷酸二氢镁。
金属盐(C)优选为强酸的金属盐，更优选为硫酸的金属盐和金属卤化物。当金属盐(C)是强酸的金属盐时，通过使用本发明的含水粘接组合物制造的木基材料可以通过在较低温度下加热和加压较短的时间而固化。
金属盐(C)特别优选为选自硫酸钾、氯化钾、硫酸钙、氯化钙、硫酸钠、氯化钠、硫酸镁和氯化镁中的至少一种。当金属盐(C)是选自硫酸钾、氯化钾、硫酸钙、氯化钙、硫酸钠、氯化钠、硫酸镁和氯化镁中的至少一种时，通过使用本发明的含水粘接组合物制得的木基材料可以通过在较低温度下加热和加压较短的时间而固化，因此可以表现出较低的吸水厚度膨胀系数和较高的湿条件下弯曲强度。
金属盐(C)最优选包含氯化镁。当金属盐(C)包含氯化镁时，本发明的木基材料可通过在较低温度下加热和加压较短的时间而固化，因此可表现出较低的吸水厚度膨胀系数和较高的湿条件下弯曲强度。
这些金属盐(C)可以单独使用或组合使用。
作为金属盐(C)，可以使用市售可得产品。
组分(A)～(C)各自的量不受特别限制，只要可得到本发明的目标含水粘接组合物即可。
基于100重量份的组分(A)～(C)的总量，组分(A)的含量优选为20～95重量份，更优选为50～90重量份，特别优选为60～85重量份。
基于100重量份的组分(A)～(C)的总量，组分(B)的含量优选为1～50重量份，更优选3～35重量份，特别优选5～25重量份。
基于100重量份的组分(A)～(C)的总量，组分(C)的含量优选为0.5～50重量份，更优选为1～25重量份，特别优选为2～15重量份。
如果组分(A)的含量为20～95重量份，则通过使用本发明的含水粘接组合物制得的木基材料可具有更优异的湿条件下弯曲强度和吸水厚度膨胀系数。
如果组分(B)的含量为1～50重量份，则本发明的含水粘接组合物的可固化性得到改善，从而使得木基材料可以通过在较低温度下加热和加压较短的时间而固化。
如果组分(C)的含量为0.5～50重量份，则本发明的木基材料可具有更优异的低温可固化性。
本发明的含水粘接组合物含有水，并且具有其中将所有上述组分(A)～(C)溶解在水中的含水溶液的形式、或者其中将上述组分(A)～(C)中的至少一种分散但不溶于水中的分散体的形式。
本文中使用的“水”通常被称为“水”，并且不受特别限制，只要可获得本发明的目标含水粘接组合物即可。其实例可以包括蒸馏水、去离子水、纯水、自来水和工业用水。
根据本发明的实施方案的含水粘接组合物中含有的水量不受特别限制，只要可获得本发明的目标含水粘接组合物即可，并且考虑待使用的组分(A)～(C)和添加剂而适当地选择。
基于100重量份的组分(A)～(C)的总量，根据本发明的实施方案的含水粘接组合物优选包含10～90重量份、更优选20～80重量份、特别优选30～60重量份的量的水。
本发明的含水粘接组合物为含水溶液或水分散体的形式，从而易于施涂或喷涂到被粘物上。此外，根据本发明的含水粘接组合物在保护地球环境和保护工人的工作环境方面是优异的，因为不优选使用有机溶剂。
根据本发明的实施方案的含水粘接组合物可以包含其它组分。该组分的实例可包括增稠剂、防腐剂、防霉剂、防锈剂和分散体稳定剂。
使用增稠剂以防止组合物的粘度在加压和加热的情况下降低，并且不受特别限制，只要可获得本发明的目标含水粘接组合物即可。增稠剂可分类为例如有机增稠剂和无机增稠剂。
无机增稠剂的实例可以包括粘土、滑石和二氧化硅。
有机增稠剂的实例可以包括羧甲基纤维素、聚乙烯醇和植物粉(例如小麦粉、玉米淀粉、高档米粉(top-grade rice flour)、核桃粉和椰子粉)。
这些增稠剂可以单独使用或组合使用。
根据本发明的实施方案的含水粘接组合物可以通过将上述组分(A)～(C)以及任选存在的其它组分和水混合、然后搅拌来制备。混合各组分(A)～(C)、水和其它组分的顺序、混合方法和搅拌方法不受特别限制，只要可获得本发明的目标含水粘接组合物即可。
本发明的木基材料通过以下方式制备：将本发明的实施方案的含水粘接组合物施涂或喷涂到木基元件(原材料)(例如，木基或草本植物的纤维、小片和薄木板等)上、对所述木基元件加热以粘接并模塑所述木基元件。
木基元件(原材料)的实例包括：通过研磨木材而获得的那些，例如锯碎板(sawnboard)、薄木板、木基线材(strand)、木基碎片(chip)、木基纤维和植物纤维等。
木基材料的实例包括通过使用粘合剂粘接木基元件而获得的那些，例如层合木材、胶合板、碎料板、纤维板和MDF等。
本发明的实施方案的含水粘接组合物可以用以粘接各种被粘物(例如，纸、木基纤维、胶合板等)，并且可以合适地用以制造上述木基材料。
在通过模塑来制造木基材料的情况下，根据木基元件的类型、形状和尺寸、要制造的木基材料的尺寸来适当地选择制造条件，例如含水粘接组合物的涂布量、涂布方法、模塑压力、模塑温度、模塑时间，并且其不受特别限制，只要可获得本发明的目标木基材料即可。
基于100重量份的经干燥的木基元件，含水粘接组合物的涂布量优选为5～80重量份，更优选为10～60重量份，特别优选为20～40重量份。
含水粘接组合物的涂布方法优选为使用辊和刷的涂布方法、使用喷涂的喷涂方法、用含水粘接组合物浸渍的方法等。
模塑压力优选为0.5～6.0MPa。如果模塑压力为6.0MPa以下，则木基材料几乎不会劣化，因为未施加过大的压力。如果模塑压力为0.5MPa以上，则可以令人满意地粘接木基元件。
模塑温度优选为140～230℃，更优选为140～200℃，特别优选为140～170℃。如果模塑温度为230℃以下，则由于温度不过高，实现了低能量消耗，而且木基材料也几乎不会劣化。如果模塑温度为140℃以上，则粘接可以在适当的时间内进行。
模塑时间优选为3～10分钟，更优选为3～9分钟，特别优选为3～7分钟。如果模塑时间为10分钟以下，则由于时间不过长而实现了低能量消耗，并且木基材料也几乎不会劣化。如果模塑时间为3分钟以上，则可确保适当的粘接时间，并由此使得确保适当的粘接成为可能。
像常规木基材料一样，以上述方式如此获得的木基材料可以用于各种应用，例如建筑材料、家具等。
实施例
以下将通过实施例和比较例来描述本发明。但是，应该注意的是，这些实施例旨在描述本发明，而本发明不限于此。
制备以下组分作为含水粘接组合物的组分。商标名称和制造商名称示于括号内。份数基于重量计。
<(A)糖>
(A-1)蔗糖(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.)
(A-2)果糖(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.)
(A-3)菊糖(Fuji Nihon Seito Corporation制造，Fuji FFSC(商品名))
<(B)无机酸铵盐>
(B-1)磷酸二氢铵(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.)
(B-2)磷酸氢二铵(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.)
(B-3)硫酸铵(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.)
(B’-4)乙酸铵(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.)
<(C)金属盐>
(C-1)氯化镁(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.)
(C-2)硫酸镁(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.)
(C-3)氯化钠(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.)
实施例1～13的含水粘接组合物通过以下方式制备。
<实施例1：含水粘接组合物的制备>
将72.7份(A-1)蔗糖(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.)、18.2份(B-1)磷酸二氢铵(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.)以及9.1份(C-1)氯化镁(Wako PureChemical Industries,Ltd.)加入到100份蒸馏水中，接着在常温下搅拌溶解，得到实施例1的含水粘接组合物。实施例1的含水粘接组合物的组成示于表1中。
<实施例2～13和比较例14～18：含水粘接组合物的制备>
实施例2～13和比较例14～18的各含水粘接组合物的组成示于表1～3中。
以与实施例1中相同的方式，制备实施例2～13和比较例14～18的含水粘合组合物，不同之处在于，将实施例1中使用的组分(A)、(B)和(C)改变为表1～3中示出的组分和其量。
组成(比较例)17的含水粘接组合物通过将15.0份(B-1)添加到100份蒸馏水中来制备。因此，添加在表3中以这种方式提及。在表3中的组成17中，没有添加组分(A)和(C)。
[表1]
[表2]
[表3]
通过使用实施例1～13和比较例14～18的上述含水粘接组合物，制造实施例19～35和比较例36～42的木基材料(碎料板)。
<实施例19：木基材料的制造>
使用通过60目筛的针叶树的木基纤维作为木基元件(原材料)。将实施例1的含水粘合剂组合物通过使用喷涂器均匀地施涂到72份木基元件上，从而使得固体含量变为28份。将经涂布的木基元件在烘箱中于80℃干燥2小时。在170℃的加热板温度、4MPa的压力下压制模塑9分钟后，制得实施例19的9mm厚且具有0.8g/cm3密度的木基材料(碎料板)。实施例19中使用的组成和制造条件示于表4中。
<实施例20～35和比较例36～42：木基材料的制造>
用以制造实施例20～35和比较例36～42的碎料板的组成和制造条件示于表4～6中。
以与实施例19相同的方式，制造实施例20～35和比较例36～42的木基材料(碎料板)，不同之处在于，将实施例19中所用的含水粘合剂组合物、其量、木基元件的量和压制模塑条件(加热板温度、压力和模塑时间)改变为表4～6中所示的值。其它条件(例如各个碎料板的尺寸和密度)与实施例19的碎料板相同。
对于由此获得的碎料板，根据JISA5908:2003测量各自的弯曲强度(N/mm2)、湿条件下的弯曲强度(B测试)(N/mm2)、吸水厚度膨胀系数(％)和剥离强度(N/mm2)。
上述碎料板对应于JISA5908:2003中公开的“基础碎料板”的“未抛光板”。在宽度方向上的“弯曲强度”与在长度方向上的弯曲强度几乎相同，并且使用较小值作为“弯曲强度”和“湿条件下的弯曲强度”的结果。
“弯曲强度(N/mm2)”优选为8.0以上，更优选为13.0以上，特别优选为18.0以上。
“湿条件下的弯曲强度(N/mm2)”优选为6.5以上，更优选为9.0以上。
“吸水厚度膨胀系数(％)”优选为12以下。
“剥离强度(N/mm2)”优选为0.15以上，更优选为0.2以上，特别优选为0.3以上。
[表4]
[表5]
[表6]
*表示“坍塌”：木基材料破损，因此在评估过程中无法完整保持其形式。
**表示“部分坍塌”：木基材料部分破损，因此在评估过程中不能保持一半形式。
如表4和5中所示，通过使用实施例1～13的含水粘接组合物制造的实施例19～35的木基材料的弯曲强度、湿条件下的弯曲强度和剥离强度优异，并且表现出较小的吸水厚度膨胀系数，而无论其是否在170℃的较低温度下模塑。这些木基材料的这些性能之间的平衡也优异。因此，可以将本发明的粘接组合物适当地使用并施涂于木基元件以制造木基材料。
相反，如表6中所示，通过使用比较例14～18的含水粘接组合物制造的木基材料在弯曲强度、湿条件下的弯曲强度、剥离强度、吸收厚度膨胀系数和可分离性的任一方面中有问题。这些木基材料在湿条件下的性能特别差。因此，比较例的粘接组合物不能令人满意地制造木基材料。
这些结果表明，包含上述三种组分(A)～(C)的含水粘接组合物可用以粘接木基元件(原材料)，并且通过使用该组合物模塑木基元件可以模塑出优异的木基材料。
产业实用性
本发明可以提供用于粘接木基元件的含水粘接组合物。木基材料可以通过使用本发明的含水粘接组合物模塑木基元件来适当地制造。

Claims (6)

1.含水粘接组合物，其包含：(A)糖；(B)无机酸铵盐；和(C)金属盐，其中所述金属盐(C)包含选自钾盐、钙盐、钠盐和镁盐中的至少一种。
2.如权利要求1所述的含水粘接组合物，其中所述金属盐(C)是强酸盐。
3.如权利要求1或2所述的含水粘接组合物，其中所述金属盐(C)包含氯化镁。
4.如权利要求1～3中任一项所述的含水粘接组合物，其中所述糖(A)包含衍生自果糖的结构。
5.如权利要求1～4中任一项所述的含水粘接组合物，其中所述无机酸铵盐(B)包含选自磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、硫酸铵和氯化铵中的至少一种。
6.木基材料，其涂布有权利要求1～5中任一项所述的含水粘接组合物。
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