JP2003507221A5

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Publication number: JP2003507221A5
Application number: JP2001517614A
Authority: JP
Filing date: 2000-08-14
Publication date: 2007-10-11

Description

【特許請求の範囲】
【請求項１】リグノセルロース複合材の製造方法であって、
Ａ）リグノセルロース粒子を、リグノセルロース複合体の総質量を基準にして１．５〜７質量％の、以下の（１）及び（２）を含む結合剤組成物と合わせ：
（１）（１）及び（２）の１００質量％を基準にして５０〜９５質量％の、
（ａ）約３０〜３３質量％のＮＣＯ基含有率を有するポリメチレンポリ（フェニルイソシアネート）
及び
（ｂ）約２５〜３２質量％のＮＣＯ基含有率を有するポリメチレンポリ（フェニルイソシアネート）の半プレポリマー
からなる群より選択されるイソシアネート成分、
並びに
（２）（１）及び（２）の１００質量％を基準にして５〜５０質量％の、発火点が１２１℃（２５０°Ｆ）を越え、かつ水に僅かにのみ、もしくは無視できる程度に可溶である液体疎水性希釈剤；
及び
Ｂ）Ａ）において形成された組合せを成型又は圧縮し、それによりリグノセルロース複合材を形成する、
ことを含んでなる方法。
【請求項２】リグノセルロース粒子を、リグノセルロース複合体の総質量を基準にして２〜６質量％の結合剤組成物と合わせる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】前記結合剤組成物が、
（１）（１）及び（２）の１００質量％を基準にして５０〜８０質量％のイソシアネート成分、
及び
（２）（１）及び（２）の１００質量％を基準にして２０〜５０質量％の液体疎水性希釈剤、
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】前記結合剤組成物が、
（１）（１）及び（２）の１００質量％を基準にして６０〜７５質量％のイソシアネート成分
及び
（２）（１）及び（２）の１００質量％を基準にして２５〜４０質量％の液体疎水性希釈剤
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】前記液体疎水性希釈剤が１６３℃（３２５°Ｆ）を越える発火点を有する請求項１に記載の方法。
【請求項６】前記液体疎水性希釈剤が１９１℃（３７５°Ｆ）を越える発火点を有する請求項１に記載の方法。
【請求項７】前記液体疎水性希釈剤が水に不溶性である請求項１に記載の方法。
【請求項８】成型又は圧縮を、１３．８〜６８．９ｂａｒ（２００〜１,０００ｐｓｉ）の圧力および約１１８〜２２１℃（２４５〜４３０°Ｆ）の温度で約２〜１０分間行う、請求項１に記載の方法。
【請求項９】圧力が２０．７〜４８．３ｂａｒ（３００〜７００ｐｓｉ）で、約４〜８分間、約１４９〜２２１℃（３００〜４３０°Ｆ）である請求項８に記載の方法。
【請求項１０】（１）（ａ）約３０〜３３質量％のＮＣＯ基含有率を有する前記ポリメチレンポリ（フェニルイソシアネート）が２０℃で約２,０００ｃｐｓ未満の粘度を有する請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
（１）（ａ）約３０〜３３質量％のＮＣＯ基含有率を有する前記ポリメチレンポリ（フェニルイソシアネート）が約２．１〜３．５の官能価、及び約３０質量％〜９０質量％のモノマー含有率を有し、ここで、モノマーの含有率は、ポリイソシアネートの全質量を基準にして、約５質量％までの２,２'−異性体、約１〜２０質量％の２,４'−異性体、及び約２５〜６５質量％の４,４'−異性体を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】（１）（ｂ）前記半プレポリマーが約０．５〜６％のウレタン基含有率及び２０℃で約２,０００ｃｐｓ未満の粘度を有する請求項１に記載の方法。
【請求項１３】（１）（ｂ）前記半プレポリマーが、ポリメチレンポリ（フェニルイソシアネート）を１種またはそれ以上のポリオールと反応させることによって、又はポリメチレンポリ（フェニルイソシアネート）をモノマーメチレンビス（フェニルイソシアネート）から調製したプレポリマーと配合することによって調製される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】（２）前記液体疎水性希釈剤が、（ｉ）エステル基内に１〜２４個の炭素原子を含むヒドロキシルベンゼンスルホン酸エステル、（ii）エステル基内に８〜２４個の炭素原子を含むフタレートジエステル、及び（iii）石油蒸留物ブレンドからなる群より選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】前記石油蒸留物ブレンドが重質熱分解石油蒸留物を含む請求項１４に記載の方法。

（発明の背景）
本発明は、リグノセルロース粒子を、ポリメチレンポリ（フェニルイソシアネート）成分及び約１２１℃（２５０°Ｆ）を越える発火点を有する液体疎水性希釈剤を含有する結合剤組成物とを組合せ、次いで組み合わせたリグノセルロース粒子及び結合剤組成物を成型又は圧縮することによりリグノセルロース複合材を製造する方法に関する。

米国特許第5,002.713号は、少なくとも１５％、一般的には１５〜４０％の含水率を有するリグノセルロース材料から物品を圧縮成型する方法を開示する。開示の方法では、リグノセルロース材料に触媒が適用される。次に、耐水性結合剤を触媒と共にリグノセルロースに適用した後、被覆した材料を２０４℃（４００°Ｆ）未満の温度で圧縮成型して所望の複合体物品を形成する。触媒は、三級アミン、有機金属触媒又はそれらの混合物である。結合剤は、疎水性イソシアネート、例えば、ポリマージフェニルメタンジイソシアネート、ｍ−及びｐ−フェニレンジイソシアネート、クロロフェニレンジイソシアネート、トルエンジイソシアネート、トルエントリイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート、ジフェニルエーテル−２,４,４'−トリイソシアネート及びポリフェノールポリイソシアネートのいずれかであり得る。触媒は、成型製品を製造するのに必要な加圧時間が大幅に増加するような程度までイソシアネート／水反応が遅くならないことを保証するために含まれる。

米国特許第4,414,361号は、リグノセルロース複合体成型物品を調製するための接着性結合剤組成物を記載する。これらの結合剤はポリイソシアネート及びカルボン酸の環式アルキレンエステル、例えば、プロピレンカーボネート又はブチレンカーボネートを含む。このプロセスの結合剤に必要なカルボン酸の環状アルキレンエステルは約１２１℃（２５０°Ｆ）の発火点を有するが、水溶性又は水混和性である。これらの材料を添加することでポリイソシアネート結合剤の粘度を低下させることができるが、プレス内でマットに加圧する前に水分の反応速度を増加させるという不利な点がある。また、これらの親水性物質は完成したリグノセルロース複合体内に留まり、したがって、複合体成型物品の厚み膨潤を増大させる可能性がある。

（発明の概要）
本発明は、リグノセルロース複合材の製造方法であって、Ａ）リグノセルロース粒子を結合剤組成物と組合せ、かつＢ）Ａ）において形成されるリグノセルロース粒子及び結合剤組成物の組合せを成型又は圧縮することを含む方法に関する。圧縮又は成型は、典型的には、約１３．８〜６８．９ｂａｒ（２００〜１０００ｐｓｉ）（好ましくは、２０．７〜４８．３ｂａｒ（３００〜７００ｐｓｉ））の圧力で約２〜１０分（好ましくは、４〜８分）、約１２０℃〜２２５℃（好ましくは、１５０〜２００℃）の温度で行う。工程Ａ）において木材粒子と組み合わせられる適切な結合剤組成物は以下の（１）および（２）を含む：
（１）（ａ）約３０〜３３％のＮＣＯ基含有率を有するポリメチレンポリ（フェニルイソシアネート）成分、好ましくは、２０℃で約２,０００ｃｐｓ未満の粘度を有するポリメチレンポリ（フェニルイソシアネート）、最も好ましくは、約２．１〜３．５の官能価、約３０％〜３３％のＮＣＯ基含有率及び約３０質量％〜９０質量％のモノマー含有率を有し、ここでモノマーの含有率はポリイソシアネートの全質量を基準にして約５質量％までの２,２'−異性体、約１質量％〜２０質量％の２,４'−異性体、及び約２５質量％〜６５質量％の４,４'−異性体を含むポリメチレンポリ（フェニルイソシアネート）；
並びに
（ｂ）約２５〜３３％のＮＣＯ基含有率を有するポリメチレンポリ（フェニルイソシアネート）の半プレポリマー、好ましくは、約０．５〜６％のウレタン基含有率及び２０℃で約２,０００ｃｐｓ未満の粘度を有し、かつポリメチレンポリ（フェニルイソシアネート）をポリオールと反応させることにより、又はポリメチレンポリ（フェニルイソシアネート）をモノマーメチレンビス（フェニルイソシアネート）に由来するプレポリマーと配合することにより調製されるポリメチレンポリ（フェニルイソシアネート）の半プレポリマー；
並びに
（２）発火点が１２１℃（２５０°Ｆ）を越え、好ましくは１６３℃（３２５°Ｆ）を越え、最も好ましくは１９１℃（３７５°Ｆ）を越え、かつ僅かに、もしくは無視できる程度にのみ水溶性であり、好ましくは水に不溶性である液体疎水性希釈剤。

本発明のポリイソシアネートは、約２．１〜３．５、好ましくは２．３〜３．０、最も好ましくは２．６〜２．８の官能価、及び約３０％〜３３％、好ましくは約３０．５％〜３２．５％のＮＣＯ基含有率、及び約３０質量％〜９０質量％、好ましくは約４０％〜７０％のモノマー含有率を有し、ここでこのモノマーの含有率は、ポリイソシアネートの全質量を基準にして、約５質量％までの２,２'−異性体、約１〜２０質量％の２,４'−異性体、及び約２５〜６５質量％の４,４'−異性体を含む。これらのイソシアネートのポリマーＭＤＩ含有率は、ポリイソシアネートの全質量を基準にして、約１０〜７０質量％、好ましくは約３０％〜６０質量％で変化する。

本発明のプレポリマーの製造に用いることができるポリエステルには、多価（好ましくは、二価）アルコールと多塩基性（好ましくは、二塩基性）カルボン酸、ポリカルボン酸無水物との反応生成物又は低級アルコールのポリカルボン酸エステルが含まれる。ポリカルボン酸は、脂肪族、環式脂肪族、芳香族及び／又は複素環であり得、かつ、任意に、（例えば、ハロゲン原子により）置換されていても、及び／又は非置換であってもよい。適切なカルボン酸及びそれらの誘導体の具体例は、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、無水フタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水テトラクロロフタル酸、無水エンドメチレンテトラヒドロフタル酸、無水グルタル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、無水フマル酸、二量体及び三量体不飽和脂肪酸（任意に、モノマー性不飽和脂肪酸、例えば、オレイン酸との混合物として）、テレフタル酸ジメチルエステル及びテレフタル酸−ビス−グリコールエステルである。適切なアルコールの具体例は、１,２−プロピレングリコール、１,３−プロピレングリコール、１,４−ブチレングリコール、２,３−ブチレングリコール、１,６−ヘキサンジオール、１,８−オクタンジオール、ネオペンチルグリコール、１,４−ビス−ヒドロキシメチルシクロヘキサン、２−メチル−１,３−プロパンジオール、グリセロール、トリメチロールプロパン、１,２,６−ヘキサントリオール、１,２,４−ブタントリオール、トリメチロールエタン、ペンタエリスリトール、キニトール、マンニトール、１,４−シクロヘキサンジメチロール、ソルビトール、ホルミトール、メチルグリコシド、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、高級ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、高級ポリプロピレングリコール、ジブチレングリコール及び高級ポリブチレングリコールである。ポリエステルは末端カルボキシル基又は一官能性エステル・キャップド官能基の小割合を含むことができる。ラクトン（例えば、ε−カプロラクトン）又はジヒドロキシカルボン酸（例えば、ω−ヒドロキシカプロン酸）のポリエステルを用いることもできる。

本発明において成分（２）として用いられる適切な液体疎水性希釈剤には、発火点が１２１℃（２５０°Ｆ）を越え、好ましくは１６３℃（３２５°Ｆ）を越え、最も好ましくは１９１℃（３７５°Ｆ）を越え、かつ水に僅かにのみ可溶であるか、又は水中における溶解度が無視できる程度であり、好ましくは水に不溶である化合物が含まれる。適切な液体疎水性希釈剤の例には、例えば、芳香族スルホンアミド、芳香族リン酸エステル、アルキルリン酸エステル、ジアルキルエーテル芳香族エステル、ジアルキルエーテルジエステル、ポリマーポリエステル、ポリグリコールジエステル、ポリエステル樹脂、アルキルアルキルエーテルジエステル、芳香族ジエステル、芳香族トリエステル、脂肪族ジエステル、アルキルエーテルモノエステル、アルキルモノエステル、ハロゲン化炭化水素、塩素化パラフィン、加工助剤としてしばしば用いられる芳香族油、可塑剤としてしばしば用いられるフタレート（例えば、ジアルキルフタレートを含む）のような化合物が含まれる。

パーティクルボードパネルの調製手順：
パーティクルボード完成紙料（furnish）をステンレス鋼製ボウル（KitchenAid KSM90ミキサー内で用いるためのもの）に配置する。このステンレス鋼製ボウルをKitchenAidミキサーに移し、結合剤混合物を連続的な液滴添加で５分間にわたって、低速設定でミキサーを稼働させながら、添加した。完成紙料をさらに１０分間混合して結合剤を均一に分布させた。次に、この樹脂コート完成紙料を２０ｃｍ×２０ｃｍ（８インチ×８インチ）形態に配置した。次いで、この形態をPHI Hydraulic Press（PW-22シリーズ）内に配置し、１７７℃（３５０°Ｆ）に加熱し、かつ４．５分間圧縮しながらパネル厚１．３ｃｍ（０．５インチ）の停止位置まで圧縮した。

配向ストランドボードパネルの調製手順
配向ストランドボード（ＯＳＢ）完成紙料をふるいを通し、望ましくない不揃いのストランドを除去し、最適完成紙料をファイバーボード・ボックスに保存した。この完成紙料を秤量して２つの３０ガロンプラスチック容器に振り分け、Coil Manufacturing Systems Rotary配合機内に配置した。イソシアネート結合剤混合物を、Cascoワックス（Borden Chemical, Inc.から入手可能）と同様に、秤量して配合機内の保持容器に入れた。イソシアネートは下記表３に示された例の通りに、及びワックスは１％ｗ／ｗでそのＯＳＢ完成紙料に添加した。その後、ロータリー配合機を始動させ、１０〜１５分間イソシアネート及びワックスを完成紙料上に均一に分布させた。次に、その樹脂及びワックスコートしたストランドを、型に移すため、３０ガロン容器内に入れ替えた。次いで、それらストランドを予め設定した重さで手により型内に均等に分布させ、その型を分配したストランドから取り除いた。ここで、ストランドはマットに形成された。この期間、プレス、Newman Hydra-Press Model HP-188を作業温度まで加熱し、蒸気噴射をプレスの加熱プラテンを通して送ってライン内の蓄積された水を除去した。マットを２つの金属プラテンの間に配置し、Newmanプレスに送り込んだ。その後、プローブを予備加圧マットに挿入し、内部温度及び内部圧力を測定した。次に、そのボードを６．８９ｂａｒ（１００ｐｓｉ）蒸気圧の下、マット上では４１．４ｂａｒ（６００ｐｓｉ）の圧力で２．５分間圧縮し、３．８ｃｍ（１．５インチ）厚の完成ボードを得た。

【００７５】
【表１】
表１

１：記録された全ての試料質量は、５つの試料から得られた値の平均である。
２：完成紙料水分はＡＳＴＭＥ８７１−８２によって得る。
３：ボード密度の結果は５枚のボードの平均から得る。
４：内部結合強さ、すなわちＩＢ値は、各ボードを９つの等しい区画に切断して、２枚のボードの平均から得る。したがって、得られた値は１８の異なる分析の平均である。
５：厚み膨潤値は２枚のボードの分析の平均として得る。

【００７７】
【表３】
表２（続き）

注：
１：記録された全ての試料質量は、５つの試料から得られた値の平均である。
２：完成紙料水分はＥ８７１−８２によって得る。
３：ボード密度の結果は５枚のボードの平均から得る。
４：内部結合強さ、すなわちＩＢ値は、各ボードを９つの等しい区画に切断して、２枚のボードの平均から得る。したがって、得られた値は１８の異なる分析の平均である。
５：厚み膨潤値は２枚のボードの分析の平均として得る。

【００７８】
【表４】
表３

注：
１：試料の質量は１枚のＯＳＢパネルから得た。
２：完成紙料水分はＡＳＴＭＥ８７１−８２によって得る。
３：ボード密度の結果は分析した全てのボード片の平均から得る。
４：内部結合強さ、すなわちＩＢ値は、分析した８つの異なる試料片の平均である。
５：厚み膨潤値は２枚のボードの分析の平均として得る。