CN1257242C - 木基材料接合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及接合两片或多片木基材料的方法，包括步骤：提供至少两片木基材料；将包含可固化树脂的粘合剂组合物(A)和包含凝胶形成物质的组合物(B)分别涂覆在所述至少两片中的至少一片上；将两片接合在一起，形成组合物(A)和(B)处于片材之间的组件；预压所得组件，但不固化树脂；和然后热压组件以固化树脂。本发明还涉及用该方法制成的木基产品。

Description

木基材料接合方法
本发明涉及一种木基材料接合方法，其中将可固化粘合剂组合物和含有凝胶形成物质的组合物分别涂覆在木基材料上。本发明还涉及用该方法制成的木基产品。
背景技术
粘合木基材料的某些方法包括预压步骤，然后是热压步骤。在诸如胶合板和层压单板锯材的制造的粘合方法中尤其如此，其中将热固性粘合剂涂覆在单板上，并在室温下组装和通常经预压形成单板的组件。然后通常将该组件热压，使粘合剂发生固化。重要的是单板在预压步骤后相互间充分粘合，使组件不散开而破坏其形状。如果单板相互间粘合不充分，该组件也可在热压装置中变粘。因此，冷粘合差将导致预压后某些材料不能使用，从而形成废品。
当配制典型的可固化粘合剂时，通常在可固化树脂中混入各种添加剂。添加剂往往影响适用期，能从树脂本身的多达几周缩短到配制的可固化粘合剂组合物的几天或更短。某些添加剂导致适用期非常短，产生了使用问题。因此，当配制粘合剂组合物时，频繁存在适用期太短的问题。
为了改善冷粘合，常用诸如包括麦粉、玉米粉等的基于谷类的材料的添加剂，作为可固化粘合剂组合物中的成分。然而，谷类基添加剂最多只能用到某一数量，使粘合剂组合物不至于太稠。还测试了不同的天然或合成聚合物，但没有得到任何满意的改进。因此，已知用于改进冷粘合的添加剂的，性能不足，需要在接合木基材料时提高冷粘合，而不产生适用期太短的问题。
当将两个表面粘合在一起的时候，存在一定的最大有效组装时间，即涂覆粘合剂成分与在例如压机中接合部件之间的最长时间。组装时间必须足够长，使能以实际的方式组装和调节待粘合部件。
WO 89/05221公开了一种木产品的制备方法，其中将硬化剂涂覆在沿单板层边沿的区域中。然而，由于使用了快速硬化剂，预压前的组装时间将非常短。同样，根据WO 89/05221的方法会导致不同粘合剂粘结部件之间的粘合剂粘结质量的变化，并导致更多的废品。
美国专利No.4824896公开了一种用于粘结高含水率木片的粘合剂，该粘合剂非必须地包括硼砂。美国专利No.2889241公开了一种含有硼氧化合物，例如硼酸的酚醛树脂组合物。EP 0259042A2公开了将酯作为苯酚-甲醛树脂的固化剂的用法。然而，US 4824896、US2889241或EP 0259042A2都没有公开有关冷粘合的任何内容。
本发明的一个目的是提供一种接合木基材料的方法，该方法能提供出色的冷粘合、最小的适用期问题，并提供足够的组装时间。该方法适合于包括预压步骤和热压步骤的采用可固化粘合剂组合物的工艺。本发明另一个目的是提供用该方法制成的木基产品。
发明内容
根据本发明吃惊地发现，通过接合两个或多个木基材料片的方法能实现上述目的，该方法包括以下步骤：
(a)提供至少两片木基材料；
(b)将包含可固化树脂的粘合剂组合物(A)和包含凝胶形成物质的组合物(B)分别涂覆在所述至少两片材料的至少一片上；
(c)将两片材料接合在一起，形成组合物(A)和(B)处于片材之间的组件；
(d)预压所得组件，但不固化树脂；和然后
(e)热压组件以固化树脂。
根据本发明还吃惊地发现，通过一种接合两个或多个木基材料片的方法能实现上述目的，该方法包括以下步骤：
(a)提供至少两片木基材料；
(b)将包含可固化树脂的粘合剂组合物(A)和包含形成凝胶且不固化的物质的组合物(B)分别涂覆在所述至少两片材料的至少一片上；
(c)将两片材料接合在一起，形成组合物(A)和(B)处于片材之间的组件；
(d)预压所得组件；和然后
(e)热压组件以固化树脂。
此处的“凝胶形成物质，，指通过其自身或通过其衍生物，能使根据本发明的粘合剂组合物(A)形成凝胶，但不使粘合剂组合物(A)中的任何树脂在预压期间的较低温度下，例如室温20-25℃(这是预压期温度范围的一个例子)下明显固化的物质。
此处的“固化”树脂指将可固化树脂转化成硬化的、交联的、适当固体的状态。
此处的“预压”指在低于所涂覆的热固性粘合剂组合物要求的固化温度的温度下压制，使预压时间内不发生明显固化。
此处的“冷粘合”指表面间有热固性粘合剂层的两个表面间预压后的粘合。
此处的“热压”指在高于预压温度、等于或高于所涂覆的热固性粘合剂组合物要求的固化温度的温度下压制，使粘合剂固化。
根据本发明的合适的可固化粘合剂组合物(A)包括要求升温以充分快速固化的任何可固化粘合剂组合物。粘合剂组合物(A)可含有一种以上树脂。合适的是，粘合剂组合物(A)包含酚醛树脂或氨基树脂与不可固化树脂的结合。
酚醛树脂是不同酚化合物与醛的缩合物。酚化合物可以是酚本身、多元酚和诸如间苯二酚、烷基间苯二酚、甲酚、乙基苯酚和二甲苯酚的烷基酚，以及诸如单宁的天然酚化合物。合适的醛的实例包括甲醛、乙醛、戊二醛、丙醛、正丁醛、异丁醛和糠醛。酚醛树脂可以水或诸如乙醇的醇中的溶液存在。合适的是，酚醛树脂以不同树脂干含量的水溶液存在。用于根据本发明的粘合剂组合物(A)中的酚醛树脂合适的是诸如苯酚-甲醛树脂、间苯二酚-甲醛树脂和酚-间苯二酚-甲醛树脂的甲醛基酚醛树脂。优选的粘合剂组合物(A)含有苯酚-甲醛树脂。酚醛树脂中的干树脂含量合适地为约20-约80％(重量)，优选的约30-约60％(重量)，最优选的约40-约50％(重量)，树脂的剩余部分优选的基本上是水。制备树脂时甲醛与酚化合物(酚和间苯二酚的一种或两种)的总量的摩尔比合适的为约0.1-约4，对于酚-间苯二酚-甲醛树脂，优选的约为0.5-1。对于苯酚-甲醛树脂，酚与甲醛的摩尔比优选的为约1-约3。
氨基树脂是诸如醛的羰基化合物与诸如脲、蜜胺、硫脲、胍胺、亚乙基脲、氨基氰、双氰胺和胍的含有氨基、亚氨基或酰氨基的化合物的缩合物。大部分氨基树脂都指甲醛与含胺化合物的缩合物，其中最常用的是脲和蜜胺得到脲-甲醛和蜜胺-甲醛，以及蜜胺-脲-甲醛。用于根据本发明的粘合剂组合物(A)中的氨基树脂合适的是脲-甲醛树脂或蜜胺-甲醛树脂。氨基树脂中的干树脂含量合适的为约30-约90％(重量)，优选的约45-约80％(重量)，最优选的约55-约75％(重量)，树脂的剩余部分优选的基本上是水。不可固化树脂合适的是含有极性基团的聚合物，优选的是聚乙烯基酯或它衍生出的聚合物，最优选的是聚乙酸乙烯酯或聚乙烯醇。粘合剂组合物(A)中不可固化树脂的含量合适的为约0.1-约40％(重量)，优选的约0.5-约30％(重量)，更优选的约1-约15％(重量)，最优选的约2-约10％(重量)，以整个非干燥的粘合剂组合物(A)中的干物质不可固化树脂计算。氨基树脂合适地采用常用的固化剂，在高温，合适地高于50℃，优选的高于80℃的温度下固化。
粘合剂组合物(A)可用现有技术的任何合适方式配制。合适的粘合剂组合物(A)可含有各种添加剂，例如固化催化剂，和填料，例如坚果外壳粉，或本领域公知的其他含淀粉物质。在木基材料表面上涂覆时粘合剂组合物(A)的合适粘度取决于所用涂覆方法。粘合剂组合物(A)合适地具有在25℃下为约100-约150000cP，优选的约300-约50000cP的Brookfield粘度。
凝胶形成物质适宜地是非固化物质，这里指含有该物质的可固化粘合剂组合物在20℃下即使几小时后也不会不可逆地交联。合适的根据本发明的凝胶形成物质的实例包括无机和有机凝胶形成物质。无机凝胶形成物质包括含硼化合物和金属离子。根据本发明的含硼化合物优选的包含氧，最优选的含硼化合物选自硼酸、硼酸盐或它们的结合。这里的硼酸盐包括诸如偏硼酸盐、三硼酸盐、四硼酸盐等的所有类型的硼酸盐。含硼化合物合适地溶解在水或诸如甘油、乙二醇、二甘醇、甲醇或乙醇的有机溶剂中。优选的是含硼化合物溶解在水中。金属离子优选的属于元素周期表中的3A族，或是属于3B到8B的任何族的过渡金属离子，例如锌、锆和铬。金属离子合适的是溶解在水中。如果使用一种或多种无机凝胶形成物质，组合物(B)含有该一种或多种凝胶形成物质的量合适的是最多为一种或多种凝胶形成物质在所用溶剂中的饱和含量，合适的是约0.01-约50％(重量)，优选的约0.1-约30％(重量)，更优选的约0.5-约25％(重量)，最优选的约1-约20％(重量)。
根据本发明的有机凝胶形成物质包括带有酯官能团的化合物。当粘合剂组合物(A)中采用酚醛树脂时，有机凝胶形成物质是合适的。合适的是这种凝胶形成物质选自酯、内酯、有机碳酸酯或它们的混合物。合适的酯包括但不限于甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丁酯、丁二醇二乙酸酯、乙二醇二乙酸酯和甘油三乙酸酯(三醋精)。还可以用诸如甲基甲酸酯、乙基甲酸酯、丙基甲酸酯、丁基甲酸酯、甲基乙酸酯、乙基乙酸酯、丁基乙酸酯、丙基乙酸酯、甲基丙酸酯、乙基丙酸酯、丙基丙酸酯、丁基丙酸酯、甲基丁酸酯、乙基丁酸酯、丙基丁酸酯、丙基丁酸酯、甲基戊酸酯、乙基戊酸酯、丙基戊酸酯、丁基戊酸酯的其他脂族C1-C4单酯。还可以使用诸如乙二醇二烷基酯、二甘醇二烷基酯、丙二醇二烷基酯、丁二醇二烷基酯、甘油烷基酯、1，3-丙二醇烷基酯、1，3-丁二醇烷基酯、1，4-丁二醇烷基酯的多酯，其中烷基是C1-C4烷基。合适的有机碳酸酯包括但不限于碳酸亚丙酯、碳酸乙二醇酯、碳酸甘油酯、碳酸1，2-丁二醇酯、碳酸1，3-丁二醇酯、碳酸1，2-戊二醇酯、碳酸1，3-戊二醇酯。优选地，采用碳酸亚丙酯。内酯包括但不限于γ-丁内酯、β-丙内酯、β-丁内酯、β-异丁内酯、β-异戊内酯、γ-异戊内酯和δ-戊内酯。如果用诸如带有酯官能团的化合物的有机化合物作为凝胶形成物质，组合物(B)合适地包含约1-约100％(重量)，优选的约10-约40％(重量)的凝胶形成物质。组合物(B)的剩余部分合适地基本上是水。
合适的是当凝胶被中度地加热到例如50℃时，在20℃下被凝胶形成物质胶凝的粘合剂组合物(A)的Brookfield粘度将降低。这一点表明胶凝是可逆的，而且在粘合剂组合物(A)中没有发生明显的不可逆交联。
涂覆的粘合剂组合物(A)与涂覆的组合物(B)以单位面积计算的重量比合适的为约100∶1-约2∶1，优选的约50∶1-约5∶1，最优选的约30∶1-约10∶1。
粘合剂组合物(A)和组合物(B)的涂覆可以按任意涂覆顺序进行。优选的是将粘合剂组合物(A)在组合物(B)之前涂覆到表面。粘合剂组合物(A)和组合物(B)在木基材料上的涂覆可用诸如喷涂、刷涂、挤涂、辊涂、帘涂等的本领域公知的任何合适方法进行，形成诸如胶滴、一股或多股胶、胶珠或基本上连续的层的形状。优选的是粘合剂组合物(A)用挤出、辊涂或帘涂法涂覆，而组合物(B)优选的用喷涂涂覆。
合适的是约20-约100％，优选的约50-约100％，最优选的约80-约100％的涂覆有粘合剂组合物(A)的表面上涂覆组合物(B)。这里的“涂覆的表面”指经受任何涂覆方法的表面，而不要求任何组合物(A)或(B)的某一覆盖程度。
在根据本发明的方法中，将两片或多片木基材料接合形成片材组件，并合适地在常温下，优选的在约0-约40℃下，最优选的在约5-约30℃下进行预压步骤。根据本发明的预压步骤合适地在约1-约50kg/cm2，优选的约2-约25kg/cm2，最优选的约4-约15kg/cm2的压力下进行。预压时间取决于所用树脂和需压制的组件类型，合适的是约0.1-约30分钟。对于酚醛树脂，预压时间优选的为约0.1-约15分钟，甚至更优选的约1-约10分钟，最优选的约3-约5分钟。对于氨基树脂，预压时间优选的为约5-约30分钟，最优选的约8-约15分钟。
将片材组件进一步进行热压步骤，该步骤合适的是在等于或高于粘合剂组合物(A)的固化温度的温度下进行。根据本发明的热压步骤适宜地在约1-约50kg/cm2，优选的约2-约25kg/cm2，最优选的约4-约15kg/cm2的压力下进行。热压步骤中的温度取决于所用树脂并适宜地为约50-约200℃。对于酚醛树脂，热压温度合适地为约80-约200℃，优选的约120-约170℃。对于氨基树脂，热压温度合适地为约50-约150℃，优选的约90-约130℃。热压时间取决于树脂和组件厚度，并适宜地为每mm组件厚度约0.01-约5分钟，优选的每mm组件厚度约0.1-约2分钟，最优选的每mm组件厚度约0.2-约1分钟。
在本发明的一个优选实施方案中，将含有酚醛树脂的可固化粘合剂组合物涂覆在木材单板上，并在已涂覆的粘合剂组合物上涂覆含有硼酸的组合物。将两块或多块单板预压形成组件，然后热压，从而固化粘合剂组合物。
在本发明的另一个优选实施方案中，将含有氨基树脂与聚乙烯基酯的混合物的可固化粘合剂组合物涂覆在木材单板上，并在已涂覆的粘合剂组合物上涂覆含有硼酸的组合物。将两块或多块单板预压形成组件，然后热压，从而固化粘合剂组合物。
根据本发明方法的木基材料可以是能通过粘合剂体系接合的任何类型。优选的木基材料是单板或其他木基板。
可通过根据本发明的方法获得的木基产品可以是适合预压步骤的任何类型，这种产品的实例是胶合板、层压单板锯材和地板。
本发明将结合以下实施例进一步描述，但不应解释为限制了本发明的范围。
实施例
实施例1：
根据本发明的方法的测试是通过用由100重量份苯酚-甲醛树脂、1份碳酸钠、9份麦粉和5粉水制成的标准粘合剂组合物，将单板粘合成双层板。树脂具有45％(重量)的干含量。配制的粘合剂组合物在25℃下的Brookfield粘度为约3000cP。待测试的单板是3mm厚的Radiata Pine。将粘合剂组合物以220g/m2的量通过挤出成多股涂覆。根据本发明的组合物(B)制成含有约5％(重量)四硼酸钠十水合物和约95％(重量)水。将组合物(B)以约10g/m2的量喷在已涂覆的粘合剂组合物上。以10kg/cm2的压力和21-25℃的温度预压60秒。制备三块相同的测试板并测试。30分钟后记录相互间已分开(“剥离”)的两层板的上表面和下表面的量。100％的剥离值指完全分开，而0％则指单板仍粘合在一起。
表1
  试样   30分钟时的剥离(％)
  1   0
  2   10
  3   5
  平均：5％
比较例
如实施例1那样进行测试，但不在已涂覆的粘合剂上喷涂组合物(B)。
表2
  试样   30分钟时剥离(％)
  1   95
  2   100
  3   100
  平均：98％
结论是分开涂覆根据本发明的成分显著提高了冷粘合。
实施例2：
根据本发明用凝胶形成物质，和根据WO 89/05221用柠檬酸硬化剂(对于UF)，测试PF树脂，以及UF树脂与聚乙烯醇(PvAl)的结合的试样。将含有10％(重量)凝胶形成物质或20％(重量)根据WO 89/05221的硬化剂的15g组合物与含有PF树脂或UF/PvAl树脂体系的180g粘合剂混和。UF/PvAl体系还包含常用的硬化剂，各成分间的关系是100份UF、6份PvAl(17％(重量))和20份硬化剂。然后将混合物在20℃下放置1分钟，然后观察外观和粘度。此后将温度迅速升高到约50℃，再观察试样的外观和粘度。
表3
             Brookfield粘度和/或外观
  加入的物质  PF 20℃  PF 50℃  UF/PvAl 20℃   UF/PvAl 50℃
  四硼酸钠十水合物+硼酸(1∶1)  30000cP(凝胶)  3000cP(流体)   50000cP(凝胶)   5000cP(流体)
  柠檬酸+硫酸铝(WO 89/05221)  -*   -*   ＞500000cP(硬凝胶)   硬/脆
*与测试无关的结合
结论是根据本发明的凝胶形成物质在室温下没有不可逆地交联树脂。此外，根据WO 89/05221的柠檬酸/硫酸铝硬化剂与UF/PvAl的结合在20℃下1分钟后就已经形成了硬凝胶，它在加热时没有软化，表明发生了不可逆固化。

Claims (13)

1、一种接合两片或多片木基材料的方法，包括以下步骤：
(a)提供至少两片木基材料；
(b)将包含可固化树脂的粘合剂组合物(A)和包含凝胶形成物质的组合物(B)分别涂覆在所述至少两片中的至少一片的表面上；
(c)将两片接合在一起，形成组合物(A)和(B)处于片材之间的组件；
(d)预压所得组件，但不固化树脂；和然后
(e)热压组件以固化树脂。
2、根据权利要求1的方法，其特征在于粘合剂组合物(A)在组合物(B)之前涂覆。
3、根据权利要求1-2任何一个的方法，其特征在于木基材料是单板。
4、根据权利要求1-3任何一个的方法，其特征在于粘合剂组合物(A)含有酚醛树脂。
5、根据权利要求1-3任何一个的方法，其特征在于粘合剂组合物(A)包含聚乙酸乙烯酯与氨基树脂的组合或者聚乙烯醇与氨基树脂的结合。
6、根据权利要求5的方法，其特征在于氨基树脂是脲-甲醛树脂或蜜胺-甲醛树脂。
7、根据权利要求1-6任何一个的方法，其特征在于凝胶形成物质是硼酸、硼酸盐或它们的结合。
8、根据权利要求4的方法，其特征在于凝胶形成物质是属于元素周期表中的3A族的金属离子，或是属于3B到8B的任何族的过渡金属离子。
9、根据权利要求7或8的方法，其特征在于组合物(B)包含约0.5-约30％重量的凝胶形成物质。
10、根据权利要求4的方法，其特征在于凝胶形成物质是含有酯官能团的化合物。
11、根据权利要求10的方法，其特征在于凝胶形成物质选自内酯、有机碳酸酯或它们的混合物。
12、根据权利要求10或11的方法，其特征在于组合物(B)包含约10-约40％重量的凝胶形成物质。
13、根据权利要求1-12任何一个的方法，其特征在于以单位面积计算的涂覆的粘合剂组合物(A)与涂覆的组合物(B)的重量比为约30∶1-约10∶1。
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