CN111163860A - 用于木质纤维素复合材料的压模友好性粘合剂 - Google Patents

用于木质纤维素复合材料的压模友好性粘合剂 Download PDF

Info

Publication number
CN111163860A
CN111163860A CN201880062993.1A CN201880062993A CN111163860A CN 111163860 A CN111163860 A CN 111163860A CN 201880062993 A CN201880062993 A CN 201880062993A CN 111163860 A CN111163860 A CN 111163860A
Authority
CN
China
Prior art keywords
steel gasket
slope
weight
metal loss
subjected
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201880062993.1A
Other languages
English (en)
Inventor
C·J·莫里亚蒂
D·P·赫伯勒
P·W·麦基
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huntsman International LLC
Original Assignee
Huntsman International LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huntsman International LLC filed Critical Huntsman International LLC
Publication of CN111163860A publication Critical patent/CN111163860A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L97/00—Compositions of lignin-containing materials
    • C08L97/02—Lignocellulosic material, e.g. wood, straw or bagasse
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/40—High-molecular-weight compounds
    • C08G18/64—Macromolecular compounds not provided for by groups C08G18/42 - C08G18/63
    • C08G18/6492—Lignin containing materials; Wood resins; Wood tars; Derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/70—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the isocyanates or isothiocyanates used
    • C08G18/72—Polyisocyanates or polyisothiocyanates
    • C08G18/74—Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic
    • C08G18/76—Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic aromatic
    • C08G18/7657—Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic aromatic containing two or more aromatic rings
    • C08G18/7664—Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic aromatic containing two or more aromatic rings containing alkylene polyphenyl groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L75/00—Compositions of polyureas or polyurethanes; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L75/04—Polyurethanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J175/00—Adhesives based on polyureas or polyurethanes; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J175/04—Polyurethanes
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/425—Cellulose series
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/58—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties by applying, incorporating or activating chemical or thermoplastic bonding agents, e.g. adhesives
    • D04H1/587—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties by applying, incorporating or activating chemical or thermoplastic bonding agents, e.g. adhesives characterised by the bonding agents used
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/36—Sulfur-, selenium-, or tellurium-containing compounds
    • C08K5/41—Compounds containing sulfur bound to oxygen
    • C08K5/42—Sulfonic acids; Derivatives thereof

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
  • Dry Formation Of Fiberboard And The Like (AREA)

Abstract

一种木质纤维素混合物，包含：(a)粘合剂组合物，其包含(i)异氰酸酯化合物、(ii)磺酸化合物及任选的(iii)催化剂化合物、(iv)不同于组分(ii)的酸化化合物和(v)其它添加剂化合物；和(b)一种或多种木质纤维素颗粒，其中至少一部分木质纤维素颗粒用所述粘合剂组合物部分涂覆，其中粘合剂组合物的粘合性记忆损失小于或等于50，与粘合剂组合物接触的金属制品表面上的金属损失大于或等于‑0.00009。

Description

用于木质纤维素复合材料的压模友好性粘合剂
背景技术
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年9月29日提交的美国临时专利申请No.62/565,692的权益，其全部公开内容在这里作为参考全文引入。
技术领域
本发明主要涉及用于粘合木质纤维素材料以形成木质纤维素复合材料制品的粘合剂组合物。
背景技术
聚亚苯基聚亚甲基聚异氰酸酯(“pMDI”)在纤维素基木质复合材料如木质纤维素复合材料板的工业生产中广泛用作粘合剂。在生产这种复合材料中应用pMDI的一个优点是除了增强这种复合材料的可加工性(例如生产时间)外，所述粘合剂还为产品赋予各种物理和机械特性。例如，改进的可加工性包括加工效率如更短的压制循环时间，这将导致终端产品产量的提高。
在一些实施方案中，通过向含有木质纤维素颗粒的旋转掺混机中引入粘合剂如pMDI来生产木质纤维素复合材料板。在粘合剂与颗粒混合后，可以将混合物引入模具或压机，在其中经受热和压力(例如压制过程)，从而形成复合材料板。但压制过程的一个缺点是为了固化粘合剂通常需要较长的压制时间。虽然复合材料板生产商可以应用本领域已知的氨基甲酸酯催化剂加快粘合剂的固化速率，但应用这种催化剂的一个缺点是在使粘合剂和颗粒的混合物经受压制过程前，必须应用附加粘合剂来补偿由于预先固化而失活的粘合剂。在这些例子中，生产商通常需承受与应用比预期更多粘合剂相关的附加成本。
当木质纤维素颗粒和粘合剂的混合物不能及时经受压制时，粘合剂的预固化也是一个问题。为了处理预固化问题，配制者通常依赖各种强无机酸(例如盐酸)来封阻pMDI的异氰根酯官能团。这些酸将在高温下与异氰酸根基团分离，从而允许复合材料以更受控的方式固化。不幸的是，应用这些酸可能会导致处理设备(如钢模具)腐蚀，因为在过程各个阶段如热压过程中会释放出游离酸。因此，操作者的处理设备的寿命由于应用这些酸来减缓粘合剂组合物预固化而受限。
具体实施方式
正如这里所应用，除非另外明确指出，所有数字如表示数值、范围、量或百分比的那些，均可在其前冠有“约”，即使“约”本身并没有出现。复数包括单数，或者反之。
正如这里所应用，“复数”指两个或更多个，而术语"数字"指1或大于1的整数。
正如这里所应用，“包括”和类似术语指“包括但不限于”。
当指任何数值范围时，这种范围应理解为包括所述最小值和最大值范围之间的每一个数字和/或分数。例如，范围“1-10”拟在包括所述最小值1和所述最大值10之间(和包括)的所有子范围，也就是说，具有大于或等于1的最小值，和小于或等于10的最大值。
正如这里所应用，“分子量”指按凝胶渗透色谱测量的重均分子量(Mw)。
除非在这里另外指出，当指任何化合物时，也包括这种化合物的所有异构体(如立体异构体)。
粘合剂组合物和掺混的材料
这里公开的粘合剂组合物不仅解决了上文提到的预固化问题，也减少或消除了可能的处理设备腐蚀。
粘合剂组合物包含(i)异氰酸酯化合物、(ii)磺酸化合物及任选的(iii)催化剂化合物、(iv)与组分(ii)不同的酸化化合物和(v)其它添加剂化合物。在某些实施方案中，这里公开的粘合剂组合物的粘合性记忆损失(在实施例中定义)小于或等于50(例如40-0、30-5、20-10)。在其它实施方案中，与粘合剂组合物接触的金属基材(如金属压片)表面的金属损失(在实施例中定义)大于或等于-0.00009(例如-0.00005至1、-0.00002至0、-0.00001至0.000001、-0.000009至-0.000005或-0.000002至0)。
在某些实施方案中，本发明涉及掺混的木质纤维素混合物以及由其获得的木质纤维素复合材料制品，所述掺混的木质纤维素混合物包含(a)上述的粘合剂组合物和(b)一种或多种木质纤维素颗粒。
组分(i)：异氰酸酯化合物
这里公开的粘合剂组合物包含一种或多种异氰酸酯化合物，和各种异氰酸酯化合物可以用作组分(i)。例如，在某些实施方案中，异氰酸酯化合物如亚甲基二苯基二异氰酸酯(“MDI”)可以用作组分(i)。MDI的合适例子包括那些在可获得的RUBINATE序列MDI产品(由Huntsman International LLC获得)。在本领域公知的是这种MDI序列的许多异氰酸酯可以包括聚合MDI。聚合MDI为几种二苯基甲烷二异氰酸酯异构体和官能度大于2的高官能度聚亚甲基聚苯基异氰酸酯的液体混合物。这些异氰酸酯混合物通常包含约一半重量的高官能度物质。在聚合MDI中存在的剩余二异氰酸酯物质通常是4,4′-MDI异构体为主，还有少量2,4′异构体和微量2,2′异构体。聚合MDI为苯胺-甲醛缩合物的复合混合物的光气化产品。其通常包含30-34wt％的异氰酸根(—NCO)基团和其数均异氰酸酯根基团的官能度为2.6-3.0。
除了上述的异氰酸酯化合物，可在本发明中应用的其它合适的异氰酸酯化合物包括但不限于一种或多种数均异氰酸根(—NCO)基团官能度为2或更大和有机连接的异氰酸根基团浓度为约1-60wt％的脂族、芳基-脂族、芳脂族、芳族和杂环的聚异氰酸酯。可以应用的聚异氰酸酯化合物包括预聚物、假预聚物和本领域已知的含游离反应性有机异氰酸根基团的单体聚异氰酸酯的其它改性变体。在某些实施方案中，异氰酸酯化合物在25℃下为液体；在25℃下的粘度小于10,000cps，如5000cps；和其游离的有机连接的异氰酸根基团的浓度为10-33.6wt％。在某些实施方案中，将基本不含预聚物的MDI系列异氰酸酯可以用作组分(i)。在这些实施方案中，异氰酸酯包含小于1wt％(例如小于0.1wt％或替代地为0wt％)的预聚合物质。这些MDI序列的物质包括可具有31-32wt％的游离的有机连接的异氰酸根基团，数均异氰酸根(NCO)基团官能度为2.6-2.9，和在25℃的粘度小于1000cps。
基于组合物的总重量计，组分(i)可以为所述粘合剂组合物的大于或等于90wt％(例如大于或等于94wt％、95wt％、96wt％、97wt％、98wt％或99wt％)。因此，在这些实施方案中，粘合剂组合物的所有其它组分(如组分(ii)、(iii)、(iv)和(v))组合起来将构成组合物的剩余部分。
组分(ii)：磺酸化合物
这里公开的粘合剂组合物包含磺酸化合物。不象在木质纤维素粘合剂组合物中通常应用的其它无机酸化合物，这里作为组分(ii)应用的磺酸化合物表现出与粘合剂组合物中通常应用的强无机酸(如盐酸或硝酸)相同的异氰酸根官能团封阻特性。不希望被任何特定理论所局限，据信所述磺酸化合物象盐酸一样，将与组分(i)的异氰酸根官能团相互作用(例如反应)，从而封阻所述官能基团。异氰酸根官能团的封阻防止了粘合剂组合物的预固化，因为异氰酸根官能团不再与空气和/或木质纤维素颗粒表面的水接触而发生反应。然后当磺酸化合物在热压制方法中经常出现的高温下(例如125-250℃、150-210℃或160-190℃)与异氰酸根官能团分开时，则可以恢复异氰酸根官能团的反应性。除了具有类似于强无机酸的异氰酸根官能团封阻性能外，用作组分(ii)的磺酸化合物对钢也是无腐蚀的，并因此不会腐蚀通常用于生产木质纤维素复合材料制品的钢处理设备。
可用作组分(ii)的合适磺酸包括十二烷基苯磺酸、苯磺酸、二壬基萘二磺酸、对-甲苯磺酸、对-甲苯磺酰氯、甲苯磺酰氯或它们的组合。
基于组合物的总重量计，组分(ii)可以为所述粘合剂组合物的0.05-6wt％(例如0.25-4wt％或0.5-3wt％)。
组分(iii)：催化剂化合物
这里公开的粘合剂组合物可以包含金属催化剂化合物。作为组分(iii)，可在本发明中应用的合适的金属催化剂包括但不限于有机金属化合物，如包含至少一种过渡金属的那些。过渡金属可以选自元素周期表的第IVB、VB、VIIB、VIIB和VIIIB族。在一些实施方案中，金属催化剂包括选自含有元素周其表第VIIIB族金属如铁的一种或多种金属的有机金属化合物。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位体。这种螯合配位体的非限定性例子包括但不限于乙酰基丙酮、烷基或芳基乙酰乙酸酯、葡糖酸盐、环戊二烯基或它们的组合。在一些实施方案中，可用作组分(iii)的金属催化剂可以为在如下美国专利中描述的任何一种，这些专利在这里作为参考全文引入：US 5,587,414、US 6,288,200、US 6,908,875、US 6,750,310、US 6,288,255和US 6,762,314。
可以用作组分(iii)的其它合适的催化剂包括但不限于：有机锡化合物如二烷基锡二羧酸盐(如二月桂酸二甲基锡、二月桂酸二丁基锡、二-2-乙基己酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、马来酸二丁基锡、二异辛基马来酸二丁基锡)；羧酸的锡盐(如辛酸亚锡、二乙酸亚锡、二油酸亚锡)；单和二有机锡硫醇(例如二丁基锡二硫醇、二辛基锡二硫醇、二异辛基巯基乙酸二丁基锡)；β-二酮的二有机锡衍生物(如二-乙酰丙酮二丁基锡)；二有机锡氧化物(如二丁基锡氧化物)；和单和二有机锡卤化物(如二氯化二甲基锡和二氯化二丁基锡)。可用作组分(iii)的其它合适的催化剂包括但不限于有机铋化合物如羧酸铋(如三(2-乙基己酸)铋、新癸酸铋和环烷酸铋)。
因此，在某些实施方案中，金属催化剂可以包括但不限于由铁衍生的有机金属化合物(如乙酰丙酮铁)、乙酰丙酮钴、乙酰丙酮镍、二月桂酸二丁基锡、二丁基锡硫醇、三(2-乙基己酸)铋或它们的组合。在某些实施方案中，金属催化剂为衍生自铁的有机金属化合物。本领域熟练技术人员将会认识到，在某些实施方案中，乙酰丙酮铁、乙酰丙酮钴、乙酰丙酮镍可以描述为包含螯合配位体和过渡金属。
在某些实施方案中，这里公开的粘合剂组合物不包含组分(iii)。
基于组合物的总重量计，组分(iii)可以为所述粘合剂组合物的0.0125-0.125wt％(例如0.05-0.10wt％)。
组分(iv)：其它酸化化合物
这里公开的粘结剂组合物也可以包含不同于组分(ii)的其它酸化化合物。可用作组分(iv)的合适的酸化合物包括无机和有机酸。合适的无机酸包括但不限于无水无机酸(如氯化氢、溴化氢、氟化氢、硫酸、硝酸、磷酸)；无水Lewis酸(如四氯化钛、四氯化锆、三氯化铝、三氟化硼)；无水氯化物(如亚硫酰氯)。合适的有机酸包括但不限于芳族羧酸卤化物(如苯甲酰氯、间苯二甲酰二氯、对苯二甲酰二氯、邻苯二甲酰二氯、4-硝基苯甲酰氯)；脂族或环脂族羧酸卤化物(如乙酰氯、b-丁酰氯、硬脂酰氯)；芳族、脂族或环脂族氨基甲酰氯(如n-苯甲基-n-苯基氨基甲酰氯、n-甲基-n-苯基氨基甲酰氯、丁基氨基甲酰氯)；芳族氯化物(如二苯基氯甲烷)或它们的组合。可用作组分(iv)的其它酸化合物包括但不限于易溶于pMDI中和一旦进入粘合剂中具有低蒸气压的那些。这种酸化合物的例子包括但不限于气态氯化氢、间苯二甲酰二氯、对苯二甲酰二氯、苯甲酰氯、亚硫酰氯或它们的组合。
以粘合剂组合物的总重量计，组分(iv)在粘合剂组合物中的存在量可以为0.01-5wt％(例如0.25-3wt％或0.75-2wt％)。
组分(v)：其它添加剂化合物
这里公开的粘合剂组合物也可以包含不同于组分(i)-(iv)的其它添加剂化合物或材料。这些添加剂可以包括但不限于：阻燃剂如磷酸三-(氯丙基)酯(TCPP)、磷酸三乙酯(TEP)、磷酸三芳酯如磷酸三苯酯、三聚氰胺、三聚氰胺树脂和石墨；颜料；染料；抗氧化剂如亚磷酸三芳酯(如亚磷酸三苯酯)和受阻酚(如丁基化的羟基甲苯(BHT)、十八烷基-3-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯酚)丙酸酯)；光稳定剂；膨胀剂；无机填料；有机填料(不同于这里描述的木质纤维素材料)；抑烟剂；疏松石蜡(液态或低熔点烃蜡)；抗静电剂；内部脱模剂如肥皂、分散的固体蜡、有机硅和脂肪酸；惰性液体稀释剂，特别是非挥发性稀释剂如甘油三酯油(如豆油、亚麻籽油等)；溶剂如相对不挥发的溶剂如碳酸亚丙酯；杀菌剂如硼酸；或前述的任意组合。本领域熟练技术人员应理解应用这些和其它已知的任选添加剂的方法以及具体的例子和合适的用量，不需要进行详细讨论。
处理
本发明的粘合剂组合物应用本领域公知的方法和设备来制备。因此，没有必要对方法进行详细讨论。但所述方法通常包括使组分(i)、(ii)和任选的任何附加化合物或材料(如组分(iii)、(iv)和/或(v))一起混合以形成粘合剂组合物。
掺混的混合物和复合材料
如上所述，本发明也涉及一种掺混混合物或物质以及木质纤维素复合材料制品。在某些实施方案中，所述掺混的混合物和/或木质纤维素复合材料制品包含上述的粘合剂组合物和下文更为详细描述的木质纤维素材料，其中应用本领域已知的各种方法使两种组分组合并形成想要的复合材料。
用作掺混混合物或木质纤维素复合材料的组分(b)的木质纤维素材料可以选自多种材料。例如，木质纤维素材料可以是大量木质纤维素颗粒材料。这些颗粒可以包括但不限于木片或木质纤维或木质颗粒，例如在生产如下物质中应用的那些：取向刨花板(OSB)、纤维板、颗粒板、地毯屑、粉碎的非金属汽车废料如泡沫屑和织物屑(有时统称为“轻绒毛”)、颗粒状塑料废料、橡胶屑、无机或有机纤维状物质、农业副产品如稻草、甘蔗渣、大麻、黄麻、废纸产品和纸浆或它们的组合。
正如下文更为详细地描述，木质纤维素复合材料可以通过在至少一种木质纤维素材料上施用上述粘合剂组合物来形成。将这些材料充分混合以形成掺混的混合物，随后使混合物经受热、压力或它们的组合，从而形成木质纤维素复合材料。
在某些实施方案中，在旋转掺混机或滚筒中通过位于掺混机中的一种或多种设备如喷嘴或旋转盘将上述粘合剂组合物施用于至少一部分木质纤维素材料，所述木质纤维素材料通常以小片、纤维、颗粒或它们的混合物的形式存在。木质纤维素材料翻搅一定时间，和足以确保粘合剂组合物充分分配在至少一部分木质纤维素材料中，从而形成掺混的混合物。随后，将混合物倒入大约为最终木质纤维素复合材料形状的筛子或类似设备。方法的这个阶段称为成型。在成型阶段，木质纤维素材料松散地堆集并准备好进行压制。通常应用限制设备如成型箱来防止松散的物料溢出箱子的侧面。成型阶段后，使木质纤维素材料经受压制阶段或压制过程，在其中使木质纤维素材料(包括粘合剂组合物)经受高温和高压足够时间，以固化粘合剂组合物并形成想要的木质纤维素产品。在某些实施方案中，压制阶段可以为连续或不连续压制形式。在一些实施方案中，木质纤维素材料在148.0-232.2℃的温度下压力，压制时间循环为1.5-10分钟。压制阶段后，通常形成的木质纤维素产品可以具有0.25-7.62cm的厚度。
在生产压模(压制)板如OSB的过程中，成型操作通常在将粘合剂组合物施用至木质纤维素材料之后立即进行。在一些实施方案中，成型基材的最终热压制在成型操作后一小时内发生。在某些实施方案中，虽然在工业实践过程中通常会发生延迟，但在将粘合剂组合物施用于木质纤维素材料之后应尽可能快地进行热压制阶段。在一些实施方案中，热压制阶段发生在将粘合剂组合物施用于木质纤维素材料后2小时例如1小时或30分钟或20分钟内。
在其它实施方案中，木质纤维素复合材料如包括单独表面层和芯层的取向刨花板可以应用这里描述的粘合剂组合物和木质纤维素材料形成。例如OSB通常应用两个表面层和一个芯层构成，其中表面和芯片长度的取向交替地成90度。这为最终木质纤维素复合材料赋予某些机械特性和尺寸稳定性。一个或多个表面和芯层(在下文中称为“基材”)可以只用本发明的粘合剂组合物处理，或者可以用本发明粘合剂组合物和其它粘合剂组合处理，所述其它粘合剂可以为异氰酸酯基粘合剂(不同于本发明的粘合剂组合物)，或者为PF(酚醛树脂)类粘合剂。
一旦将粘合剂施用于基材上，则将基材在足够的压制温度下移入压制和压缩模具中并保持足够时间(压制停留时间)，以固化粘合剂组合物和任选的其它粘合剂。在压制过程中施用的压力应足以达到最终复合材料的所需厚度和形状。压制可以任选地在一系列不同的压力(阶段)下实施。最大压力通常为200-800psi，但更优选为300-700psi。对于典型的OSB生产过程，压制过程的总停留时间理想地为每毫米板厚度6-18秒，但更优选为每毫米板厚度8-12秒。压制通常用金属压台来完成，其在称作隔板的金属面板后施加压力。隔板为在压制过程中与粘合剂处理的胚料(预成形板)直接接触的表面。隔板通常为碳钢板，但有时也用不锈钢板。与粘合剂处理的木质纤维素基材接触的隔板的金属表面理想地用至少一种外部脱模剂涂覆，以在没有损坏的条件下回收产品。适用于在生产由颗粒状基材和异氰酸酯基粘合剂制备的压塑木质纤维素制品中应用的压制表面的外部脱模处理是公知的和它们的应用为本领域熟练技术人员所理解。当应用三层方法(例如酚醛树脂用于两外层而异氰酸酯基粘合剂用于芯层)时，应用外部脱膜不是很重要，但仍是希望的。合适外部脱模剂的非限定性例子包括脂肪酸盐如油酸钾肥皂或其它低表面能的涂层、喷雾或层。
在压制阶段后，固化的压塑木质纤维素制品/复合材料从压机中移出，并分离任何剩余设备如成型筛和隔板。通常从木质纤维素复合材料上切掉粗糙边缘。然后可以使新压制的制品在指定的环境温度和相对湿度下调节指定时间，从而调节木材的湿含量至所需水平。但这种调整步骤是任选的。虽然OSB通常地为平板，但生产具有更复杂三维形状的压塑木质纤维素制品也是可能的。
虽然本发明的具体实施方案已针对OSB生产进行了详细描述，但本领域熟练技术人员能够将其用于生产其它类型的压塑木质纤维素产品如纤维板、中密度纤维板(MDF)、颗粒板、稻草板、稻壳板、单板层积材(LVL)等。
调整
虽然已详细描述了本发明的具体实施方案，本领域熟练技术人员应理解在本发明总体教导下，可以开发对于所述细节的各种调整和替代方案。因此，所公开的具体方案只是示例性的，和不限制本发明的范围，本发明范围由所附权利要求及其任意或全部等价方案的总范围确定。因此，上面所列的所有特征和/或元素可以彼此间任意组合，并且仍在本发明范围内。
实施例
粘合剂组合物组分：
在实施例中提到了如下化合物：
RUBINATE M：可由Huntsman International LLC获得的NCO值为30.5％的聚合MDI。
HCl：可由Sigma-Aldrich获得的盐酸。
DBSA：可由Sigma-Aldrich获得的十二烷基苯磺酸。
粘合性测试的描述：
应用通过粘合性测试收集的各数据点计算组合物(例如表1描述的粘合剂组合物)的粘合性记忆损失。粘合性测试包括如下步骤：(i)将60mg的粘合剂组合物施用于尺寸为115mm(L)x 20mm(W)x 1mm(H)的黄杨(即北美鹅掌楸)薄木板样品(例如可由CertainlyWood,East Aurora,New York,U.S.A.获得)的尖部，所述样品用小型涂料刷预调整至12％湿含量(“预负载样品”)；(ii)将所述预负载样品和具有相同尺寸的另一薄木板样品(统称“木质样品”)放入培养箱(例如可由Thermo Scientific Marietta,Ohio,U.S.A获得的Model 3911)中，并在60℃和90％相对湿度下预固化指定时间(例如0、2、2.5和3小时的间隔)；(iii)从培养箱取出木质样品，并放入热压/剪切测试设备(例如可由AdhesiveEvaluation Systems,Inc.获得的Model 311c)中，并在116℃和130psi下压制150秒，以粘合木质样品形成复合材料；和(iv)在应用热压/剪切测试设备的步骤(iii)后立即测量复合材料的粘合强度。
粘合性记忆损失的计算：
组合物的粘合性记忆损失应用通式X计算：
通式X：粘合性记忆损失＝100*[(BndS3-BndS0)/BndS0]
其中BndS3指应用培养箱(例如可由Thermo Scientific Marietta,Ohio,U.S.A获得的Model 3911)在60℃和90％相对湿度下对薄木板样品预固化3小时后应用粘合性测试确定的组合物粘合强度；BndS0指应用培养箱(例如可由Thermo Scientific Marietta,Ohio,U.S.A获得的Model 3911)在60℃和90％相对湿度下对薄木板样品预固化0小时后应用粘合性测试确定的组合物粘合强度。
金属损失测试的描述：
应用金属损失测试来模拟粘合剂组合物(例如表1所述粘合剂组合物)对通常在生产木质纤维素复合材料制品中应用的钢模具的腐蚀效果。金属损失测试包括如下步骤：(i)尺寸为120mm(L)x 20mm(W)x 2mm(H)和腐蚀表面为约600mm2的钢垫片存货样品(可由McMaster-Carr获得)，其中每个腐蚀表面(即位于所述钢垫片相对侧的表面)利用1/2英寸的涂料刷用表1所示粘合剂组合物涂覆；(ii)然后将所述钢垫片存货样品夹在两个与钢垫片存货样品尺寸相同的薄木板样品(可由Certainly Wood,East Aurora,New York,U.S.A.获得)之间；(iii)将所述夹层组件放置于热压/剪切测试设备(例如可由AdhesiveEvaluation Systems,Inc.获得的Model 311c)中并在177℃下压制2分钟；(iv)每次压制后从钢垫片存货样品上移除薄木板样品，并应用分析秤(例如可由Mettler获得的AE 200)对每个钢垫片称重，以确定钢垫片样品的重量；和(v)重复步骤(iv)-(v)指定的循环次数(例如50次)。
金属损失的计算：
钢垫片的金属损失应用通式Y计算：
通式Y：金属损失＝(斜率S1+斜率S2+斜率S3+斜率S4+斜率S5)/5
其中：
斜率S1＝(W10-W0)/10，其中W10指在钢垫片经过10次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；W0指在钢垫片经过0次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；
斜率S2＝(W20-W10)/10，其中W20指在钢垫片经过20次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；W10指在钢垫片经过10次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；
斜率S3＝(W30-W20)/10，其中W30指在钢垫片经过30次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；W20指在钢垫片经过20次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；
斜率S4＝(W40-W30)/10，其中W40指在钢垫片经过40次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；W30指在钢垫片经过30次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；
斜率S5＝(W50-W40)/10，其中W50指在钢垫片经过50次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；W40指在钢垫片经过40次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量。
表1的综述：
表1给出了用于获得表2和3所示各数据点的3种粘合剂组合物的配方。
表1：
组分* 组合物1 组合物2 组合物3
pMDI 100 99.86 99
HCl 0 0.14 0
十二烷基苯磺酸 0 0 1
*各组分均为基于组合物总重量的重量百分比。
表2的综述：
表2给出了按粘合性测试将组合物施用于薄木板样品并预固化指定时间间隔(即0小时、2小时、2.5小时和3小时)后每种组合物测得的粘合强度。应用粘合性测试和通式X确定组合物1、2和3的粘合性记忆损失。
表2：
Figure BDA0002428063670000131
*按通式X计算和数值越低代表性能越好。
组合物3代表了本发明粘合剂组合物的一个实施方案。由表2可以看出，当与组合物1和2相比时，组合物3的粘合性记忆损失出人意料地好。例如，相比于粘合性记忆损失分别为69和78的组合物1和2，组合物3的粘合性记忆损失为36。
表3的综述：
表3给出了用组合物1、2和3涂覆的钢垫片存货样品(分别为板1、2和3)的重量。上述金属损失测试为用于利用表1所示组合物涂覆每块板的方法，也是用于在指定压制循环(例如10、20、30次循环)后称重每块板的方法。
表3：
Figure BDA0002428063670000141
表4的综述：
0-50次循环后每块板重量的斜率在表4中给出：
表4：
斜率* 板1 板2 板3
斜率S1 -0.001 -0.0017 0.0009
斜率S2 -0.0006 -0.001 -0.0002
斜率S3 -0.0013 -0.0012 -0.0005
斜率S4 0.0002 -0.0016 0
斜率S5 -0.0001 -0.0012 -0.0004
*按通式S1至S5计算
表5的综述：
板1-3的金属损失应用通式Y确定。
板1 板2 板3
金属损失* -0.000056 -0.000134 -0.000004
*依据通式Y计算
从表3可以看出，组合物3的金属损失在数量级上小于组合物1和/或组合物2。换句话说，用组合物3涂覆的钢垫片样品没有发生或只发生了很少的腐蚀。
表1-5的综述
表1和5表明组合物3(其为这里公开的粘合剂组合物的实施方案)不仅提供超过组合物1的2的粘合性记忆损失，而且如计算的金属损失所示还不会降解钢基材。

Claims (10)

1.一种木质纤维素混合物，包含：
(a)粘合剂组合物，其包含(i)异氰酸酯化合物、(ii)磺酸化合物及任选的(iii)催化剂化合物、(iv)不同于组分(ii)的酸化化合物和(v)其它添加剂化合物，其中粘合剂组合物的粘合性记忆损失小于或等于50，和与粘合剂组合物接触的金属制品表面的金属损失大于或等于-0.00009，其中粘合性记忆损失应用通式X计算和金属损失应用通式Y计算：
通式X：粘合性记忆损失＝100*[(BndS3-BndS0)/BndS0]
其中BndS3指在60℃和90％相对湿度下对薄木板样品预固化3小时后应用粘合性测试确定的组合物粘合强度；BndS0指在60℃和90％相对湿度下对薄木板样品预固化0小时后应用粘合性测试确定的组合物粘合强度；
通式Y：金属损失＝(斜率S1+斜率S2+斜率S3+斜率S4+斜率S5)/5
其中：
斜率S1＝(W10-W0)/10，其中W10指在钢垫片经过10次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；W0指在钢垫片经过0次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；
斜率S2＝(W20-W10)/10，其中W20指在钢垫片经过20次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；W10指在钢垫片经过10次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；
斜率S3＝(W30-W20)/10，其中W30指在钢垫片经过30次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；W20指在钢垫片经过20次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；
斜率S4＝(W40-W30)/10，其中W40指在钢垫片经过40次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；W30指在钢垫片经过30次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；
斜率S5＝(W50-W40)/10，其中W50指在钢垫片经过50次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；W40指在钢垫片经过40次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；和
(b)一种或多种木质纤维素颗粒，其中至少一部分木质纤维素颗粒用所述粘合剂组合物部分涂覆。
2.权利要求1的木质纤维素混合物，其中组分(b)包含十二烷基苯磺酸、苯磺酸、二壬基萘二磺酸、对-甲苯磺酸、对-甲苯磺酰氯、甲苯磺酰氯或它们的组合。
3.权利要求1的木质纤维素混合物，其中所述金属制品包括钢。
4.权利要求1的木质纤维素混合物，其中所述混合物不包含组分(iii)。
5.制备木质纤维素混合物的方法，包括：
(a)提供粘合剂组合物，其包含(i)异氰酸酯化合物、(ii)磺酸化合物及任选的(iii)催化剂化合物、(iv)不同于组分(ii)的酸化化合物和(v)其它添加剂化合物，其中粘合剂组合物的粘合性记忆损失小于或等于50，和与粘合剂组合物接触的金属制品表面的金属损失大于或等于-0.00009，其中粘合性记忆损失应用通式X计算和金属损失应用通式Y计算：
通式X：粘合性记忆损失＝100*[(BndS3-BndS0)/BndS0]
其中BndS3指在60℃和90％相对湿度下对薄木板样品预固化3小时后应用粘合性测试确定的组合物粘合强度；BndS0指在60℃和90％相对湿度下对薄木板样品预固化0小时后应用粘合性测试确定的组合物粘合强度；
通式Y：金属损失＝(斜率S1+斜率S2+斜率S3+斜率S4+斜率S5)/5其中：
斜率S1＝(W10-W0)/10，其中W10指在钢垫片经过10次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；W0指在钢垫片经过0次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；
斜率S2＝(W20-W10)/10，其中W20指在钢垫片经过20次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；W10指在钢垫片经过10次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；
斜率S3＝(W30-W20)/10，其中W30指在钢垫片经过30次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；W20指在钢垫片经过20次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；
斜率S4＝(W40-W30)/10，其中W40指在钢垫片经过40次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；W30指在钢垫片经过30次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；
斜率S5＝(W50-W40)/10，其中W50指在钢垫片经过50次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；W40指在钢垫片经过40次压制循环后应用金属损失测试测量的钢垫片重量；
(b)提供一种或多种木质纤维素颗粒；和
(c)使所述粘合剂组合物与一种或多种木质纤维素颗粒的至少一部分掺混以形成木质纤维素混合物。
6.权利要求5的方法，其中所述金属制品为包括内腔的金属模具，和其中所述方法进一步包括将木质纤维素混合物放入所述内腔中，和用所述金属模具压制所述木质纤维素混合物以形成木质纤维素制品。
7.一种木质纤维素混合物，包含：
(a)粘合剂组合物，其包含(i)异氰酸酯化合物、(ii)磺酸化合物及任选的(iii)催化剂化合物、(iv)不同于组分(ii)的酸化化合物和(v)其它添加剂化合物；和
(b)一种或多种木质纤维素颗粒，其中至少一部分木质纤维素颗粒用所述粘合剂组合物部分涂覆。
8.权利要求7的木质纤维素混合物，其中组分(b)包括十二烷基苯磺酸、苯磺酸、二壬基萘二磺酸、对-甲苯磺酸、对-甲苯磺酰氯、甲苯磺酰氯或它们的组合。
9.权利要求7的木质纤维素混合物，其中所述金属制品包括钢。
10.权利要求7的木质纤维素混合物，其中所述混合物不包含组分(iii)。
CN201880062993.1A 2017-09-29 2018-09-11 用于木质纤维素复合材料的压模友好性粘合剂 Pending CN111163860A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762565692P 2017-09-29 2017-09-29
US62/565,692 2017-09-29
PCT/US2018/050418 WO2019067201A1 (en) 2017-09-29 2018-09-11 BINDER COMPATIBLE WITH THE PRESSING MOLD FOR LIGNOCELLULOSIC COMPOSITES

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111163860A true CN111163860A (zh) 2020-05-15

Family

ID=65902268

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880062993.1A Pending CN111163860A (zh) 2017-09-29 2018-09-11 用于木质纤维素复合材料的压模友好性粘合剂

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11965098B2 (zh)
EP (1) EP3687677A4 (zh)
CN (1) CN111163860A (zh)
BR (1) BR112020003544A2 (zh)
CA (1) CA3072518A1 (zh)
RU (1) RU2020108399A (zh)
WO (1) WO2019067201A1 (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4414361A (en) * 1981-08-17 1983-11-08 Atlantic Richfield Company Organic polyisocyanate-cyclic alkylene carbonate adhesive binder compositions
US4528153A (en) * 1979-05-29 1985-07-09 Bayer Aktiengesellschaft Process for producing molded particulate articles utilizing a self-releasing binder based on a sulfonic acid modified isocyanate
US4528117A (en) * 1979-05-29 1985-07-09 Bayer Aktiengesellschaft Aqueous isocyanate emulsions and their use as binders in a process for the production of shaped articles
CN1379801A (zh) * 1999-08-17 2002-11-13 美国拜尔公司 含有疏水性稀释剂的pmdi木材粘合剂
CN103747952A (zh) * 2011-07-20 2014-04-23 亨斯迈国际有限责任公司 用于纤维素复合物的粘合剂组合物及与其相关的制备方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4376088A (en) * 1981-03-18 1983-03-08 The Upjohn Company Process for preparing a particle board using a self-releasing binder comprising a polyisocyanate and a sulfur-containing release agent
US4490518A (en) * 1983-10-03 1984-12-25 Olin Corporation Liquid organic polyisocyanate-dicarboxylic ester binder composition and lignocellulosic composite materials prepared therefrom
US4898776A (en) * 1986-09-29 1990-02-06 Jim Walter Reasearch Corp. Isocyanate/surfactant-modified polyol binder for manufacture of lignocellulosic composites
US5587414A (en) 1993-11-11 1996-12-24 Imperial Chemical Industries Plc Compatibilising agents
BR9611385A (pt) 1995-11-06 1999-01-26 Ici Plc Composição de polisocianato e processo para aglutinação de material lignocelulósico
GB9815029D0 (en) 1998-07-11 1998-09-09 Ici Plc Polyisocyanate compositions
US6750310B1 (en) 1999-07-26 2004-06-15 Huntsman International Llc Polyisocyanate compositions for fast cure
GB9918117D0 (en) 1999-08-03 1999-10-06 Acma Ltd Organometallic compositions and polyisocyanate compostitions containing them
GB0000569D0 (en) 2000-01-12 2000-03-01 Ici Plc Organometallic compositions
HUE046879T2 (hu) 2015-03-27 2020-03-30 Basf Se Eljárás faanyagok elõállítására

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4528153A (en) * 1979-05-29 1985-07-09 Bayer Aktiengesellschaft Process for producing molded particulate articles utilizing a self-releasing binder based on a sulfonic acid modified isocyanate
US4528117A (en) * 1979-05-29 1985-07-09 Bayer Aktiengesellschaft Aqueous isocyanate emulsions and their use as binders in a process for the production of shaped articles
US4414361A (en) * 1981-08-17 1983-11-08 Atlantic Richfield Company Organic polyisocyanate-cyclic alkylene carbonate adhesive binder compositions
CN1379801A (zh) * 1999-08-17 2002-11-13 美国拜尔公司 含有疏水性稀释剂的pmdi木材粘合剂
CN103747952A (zh) * 2011-07-20 2014-04-23 亨斯迈国际有限责任公司 用于纤维素复合物的粘合剂组合物及与其相关的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3687677A1 (en) 2020-08-05
US11965098B2 (en) 2024-04-23
US20200277499A1 (en) 2020-09-03
CA3072518A1 (en) 2019-04-04
RU2020108399A3 (zh) 2021-12-14
EP3687677A4 (en) 2021-06-09
WO2019067201A1 (en) 2019-04-04
BR112020003544A2 (pt) 2020-08-25
RU2020108399A (ru) 2021-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2734364B1 (en) Binder composition for use in cellulosic composites and methods related thereto
US6214265B1 (en) Mixed PMDI/resole resin binders for the production of wood composite products
EP1159326B1 (en) Process for production of wood composites using a mixed pmdi/solid novolac resin binder
DE60009090T2 (de) Hydrophobe verdünner enthaltende pmdi holzbindemittel
US20080119590A1 (en) Lignocellulosic composite material and method for preparing the same
JPH04232004A (ja) 離型剤組成物
US8907037B2 (en) Preparation of lignocellulosic products
CN111163860A (zh) 用于木质纤维素复合材料的压模友好性粘合剂
EP0530638A1 (en) Process for the preparation of compression molded materials
CN115516000A (zh) 用于粘合剂组合物中的催化剂
MXPA01006020A (en) Process for production of wood composites using a mixed pmdi/solid novolac resin binder
JPS6186206A (ja) リグノセルロ−ズ性複合成型物の製法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination