CN107921658A - 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)磷酸盐；以及(C)选自氨和具有至少一个羟基的胺化合物中的至少一种中和剂。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，并且几乎不会造成金属生锈。该含水粘接组合物可以有效地用于制造木基材料。

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.2015-154777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、然后通过具有任选存在的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)和酚醛树脂制造时，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教导了无水氯化铝作为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。包含多元羧酸导致了木材之间的粘接力的改善。但是，在制造木基材料的情况下的温度高达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)。由于包含多元羧酸而pH降低，以致于储存粘合剂变得困难。此外，在通过使用施涂器而施涂粘合剂的情况下，施涂器的金属部件容易生锈。
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。包含多元羧酸导致了木材之间的接合力的改善。但是，通过模塑制造木基材料的情况下的温度高达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(参见专利文献3的表2～7)。然而，由于包含多元羧酸而pH降低，以致于储存粘合剂变得困难，并且施涂器的金属部件容易生锈。
因此，需要用以制造水基材料的含水粘合剂的诸如吸水厚度膨胀系数等性能优异，同时能够在较低的温度下粘接，而且还容易储存且不会造成施涂器的金属部件生锈。
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，其目的在于：提供一种含水粘接组合物，其吸水厚度膨胀系数优异，同时能够在较低的温度下粘接，且其几乎不造成金属生锈，并且特别可用以制造木基材料；以及制造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、磷酸盐以及选自具有羟基的胺化合物和氨中的特定中和剂的含水粘接组合物的吸水厚度膨胀系数优异，同时能够在较低的温度下粘接，且其几乎不会造成金属生锈，并且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)磷酸盐；以及(C)选自氨和具有至少一个羟基的胺化合物中的至少一种中和剂。
在一个实施方案中，本发明提供了一种含水粘接组合物，其中中和剂(C)的沸点为300℃以下。
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pH范围为6.5～10.0。
在还有一个实施方案中，本发明提供了一种含水粘接组合物，其中糖(A)包含非还原糖。
在另一个方面中，本发明提供了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)磷酸盐、以及(C)选自氨和具有至少一个羟基的胺化合物中的至少一种中和剂，因此吸水厚度膨胀系数优异，同时能够在较低的温度下粘接，且其几乎不造成金属生锈，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)磷酸盐、以及(C)选自氨和具有至少一个羟基的胺化合物中的至少一种中和剂。
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、松三糖和麦芽三糖。
“四糖”的实例包括阿卡波糖和水苏糖。
“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。
“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”优选包含非还原糖。当“糖”包含非还原糖时，本发明的含水粘接组合物的耐水性更优异，从而使得本发明的木基材料的吸水厚度膨胀系数可进一步降低。
非还原糖的实例包括蔗糖、海藻糖、麦芽三糖、菊糖、低聚糖和糊精。当非还原糖包含蔗糖时，木基材料的吸水厚度膨胀系数可进一步降低。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(nystose)(GF3)、多糖中包括的蔗果五糖(fructofuranosylnystose)(GF4)等。
可以使用市售可得产品作为“糖”。
在本发明中，“(B)磷酸盐”通常被称为磷酸盐，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。
“磷酸盐”的实例包括磷酸氢盐和磷酸二氢盐。
“磷酸盐”的实例包括磷酸(phosphonic acid)铵盐(磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵)、磷酸钠盐(磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠)、磷酸钾盐(磷酸钾、磷酸氢二钾和磷酸二氢钾)、磷酸钙盐(磷酸钙、磷酸氢钙和磷酸二氢钙)和磷酸镁盐(磷酸镁、磷酸氢镁和磷酸二氢镁)等。
“磷酸盐”优选为选自磷酸铵盐(磷酸铵、磷酸氢二铵和磷酸二氢铵)中的至少一种。
当“(B)磷酸盐”是选自磷酸铵盐(磷酸铵、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的可固化性优异。
“(B)磷酸盐”可以单独使用或组合使用。
可以使用市售可得产品作为“(B)磷酸盐”。
在本发明中，“(C)中和剂”包含选自氨和具有至少一个羟基的胺化合物中的至少一种。
“具有至少一个羟基的胺化合物”是指具有一个或多个羟基的胺化合物，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。
“氨”通常是指通常被称为氨的化合物，并且可以是通过被溶解在水中而制备的含水溶液的形式(通常被称为氨水)，而且不受特别限制，只要可获得本发明的目标含水粘接组合物即可。
“(C)中和剂”的实例包括氨、2-氨基-2-甲基丙醇、二乙醇胺、N,N-二甲基氨基乙醇和三乙醇胺，并且更优选为：
选自氨、2-氨基-2-甲基丙醇、二乙醇胺和N,N-二甲基氨基乙醇中的至少一种。
当中和剂(C)是选自氨、2-氨基-2-甲基丙醇、二乙醇胺和N,N-二甲基氨基乙醇中的至少一种时，木基材料的吸水厚度膨胀系数可减小。
中和剂(C)的沸点优选为300℃以下，更优选为-40℃～280℃。如果中和剂的沸点为300℃以下，则在使用本发明的含水粘接组合物时，粘合剂施涂器的金属部件更加几乎不会生锈，因此木基材料的吸水厚度膨胀系数可进一步减小。
中和剂(C)可以单独使用或组合使用。
可以使用市售可得产品作为中和剂(C)。
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1～35重量份，特别优选为2～25重量份。
如果组分(A)的含量为20～95重量份，则本发明的木基材料的吸水厚度膨胀系数可进一步减小。
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可具有更优异的可固化性。
如果组分(C)的含量为0.5～50重量份，当使用本发明的含水粘接组合物时，粘合剂施涂器的金属部件可能更加几乎不会生锈，并且因此木基材料的吸水厚度膨胀系数可进一步减小。
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。
根据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等。
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、滑石和二氧化硅等。
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)、核桃粉和椰子粉等)。
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的pH优选为6.5～10.0，更优选为7.5～9.5，特别优选为7.0～9.0。
含水粘接组合物的pH更优选为6.5～10.0，因为该组合物可以更容易地储存并且几乎不会使施涂器的金属部件生锈。
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)、任选存在的其它组分和水混合、然后搅拌来制备。混合顺序、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，木基或草本植物的小片、薄木板和纤维等)上、对所述木基元件加热并加压以使所述含水粘接组合物固化(从而粘接所述木基元件)、然后进行模塑。
木基元件(原材料)的实例包括例如：可例如通过研磨木材而获得的锯碎板(sawnboard)、薄木板、木基线材(strand)、木基碎片(chip)、木基纤维和植物纤维等。这些木基元件可以单独或组合使用。
木基材料的实例包括例如：可例如通过使用粘合剂粘接木基元件而获得的层合木材、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、以及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、模塑时间等，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150～230℃，更优选为155～200℃，特别优选为160～180℃。如果模塑温度为230℃以下，则温度不过高，能量消耗低，而且木基材料也几乎不会劣化。如果模塑温度为150℃以上，则粘接可以在适当的时间内进行。
模塑时间优选为5～10分钟，更优选为6～9分钟，特别优选为7～8分钟。如果模塑时间为10分钟以下，则由于时间不过长而能够实现低能量消耗，并且木基材料也几乎不会劣化。如果模塑时间为5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。
首先，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.)
<(B)无机酸铵盐>
(B-1)磷酸二氢铵(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.)
<(C)中和剂>
(C-1)氨(25％氨水，Wako Pure Chemical Industries,Ltd.)
(C-2)2-氨基-2-甲基丙醇(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.)
(C-3)二乙醇胺(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.)
(C-4)三乙醇胺(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.)
(C’-5)氢氧化钠(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.)
实施例1的含水粘接组合物以下述方式制备。
<实施例1：含水粘接组合物的制备>
将78.0份(A-1)蔗糖(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.)和19.5份(B-1)磷酸二氢铵(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.)溶解于92.5份蒸馏水中。向该含水溶液中，加入2.5份(C-1)氨(由于使用10.0份25％氨水而包含2.5份氨和7.5份水，Wako PureChemical Industries,Ltd.)。在常温下搅拌后，得到实施例1的含水粘接组合物。表1中示出了实施例1的含水粘接组合物的组成。
<pH的测量>
实施例1的含水组合物的pH通过使用pH计(由DKK-TOA CORPORATION制造的HM-25R型(商品名))在23℃下测量。结果，pH为7.0。结果示于表1中。
<锈蚀测试>
将实施例1的含水粘接组合物(40g)装入带有盖子的100mL玻璃容器中。在该含水粘接组合物中放入经异丙醇脱脂的市售可得的70mm长的铁钉。在23℃放置7天后，观察到锈蚀的产生。
A：7天没有生锈。
B：3～7天内生锈。
C：1～3天内生锈。
D：1天内生锈。
<实施例2～6和比较例7～10：含水粘接组合物的制备>
表1～2中示出实施例2～6和比较例7～10的各含水粘接组合物的组成。
以与实施例1中相同的方式，制备实施例2～6和比较例7～10的含水粘接组合物，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1～2中所示的组分和其量。
以与实施例1中相同的方式，测量pH并进行锈蚀测试。结果示于表1～2中。
[表1]
[表2]
通过使用上述实施例1～6和比较例7～10的含水粘接组合物，制造实施例11～16和比较例17～20的木基材料(碎料板)。
<实施例11：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76份木基元件上，从而使得固体含量变为24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11的9mm厚且具有0.8g/cm3密度的木基材料(碎料板)。实施例11的木基材料的组成和制造条件示于表3中。
<实施例12～16和比较例17～20：木基材料的制造>
用以制造实施例12～16和比较例17～20的碎料板的原材料、其量和压制模塑条件示于表3～4中。
以与实施例11相同的方式，制造实施例12～16和比较例17～20的木基材料(碎料板)，不同之处在于，将实施例11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3～4中所示的值。其它条件(例如各个碎料板的尺寸和密度等)与实施例11的碎料板相同。
对于由此获得的碎料板，根据JISA5908:2003测量各自的吸水厚度膨胀系数(％)。
“吸水厚度膨胀系数(％)”优选为12以下。
上述碎料板对应于JISA5908:2003中公开的“基础碎料板”的“未抛光板”。
[表3]
[表4]
*坍塌：木基材料破损，因此在评估过程中保持完整形式变得困难。
如表3和4中所示，通过使用实施例1～6的含水粘接组合物制造的实施例11～16的各木基材料均具有较小的吸水厚度膨胀系数。此外，实施例1～6的各含水粘接组合物均可防止钉子生锈。因此，本发明的粘接组合物可以合适地用于(或施涂于)木基元件以制造木基材料。
如表4中所示，通过使用比较例7～10的含水粘接组合物制造的比较例17～20的木基材料的吸水厚度膨胀系数较差。此外，比较例9和10的含水粘接组合物由于低pH而不能防止钉子生锈。
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于粘接木基元件(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
本发明可以提供可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 (5)

1.含水粘接组合物，其包含：(A)糖；(B)磷酸盐；以及(C)选自氨和具有至少一个羟基的胺化合物中的至少一种中和剂。
2.如权利要求1所述的含水粘接组合物，其中所述中和剂(C)的沸点为300℃以下。
3.如权利要求1或2所述的含水粘接组合物，其pH范围为6.5～10.0。
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)包含非还原糖。
5.木基材料，其涂布有权利要求1～4中任一项所述的含水粘接组合物。
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