JP2008290446A - 硬化性および硬化した木材粒子複合体ならびにその製造法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】強塩基触媒の存在下でのマイケル付加反応により硬化可能な硬化性木材粒子複合体が、硬化性木材粒子複合体の製造法とともに開示されている。硬化した木材粒子複合体も、硬化した木材粒子複合体の製造法とともに開示されている。
【選択図】なし
Description
(a)複数の未処理木材粒子の少なくとも1つの集団を提供する行程;
(b)少なくとも2つのマイケル官能成分を提供する行程;
(c)複数の未処理木材粒子の集団をマイケル官能成分と接触させて、複数のマイケル反応性木材粒子を形成する行程;
(d)任意に、複数のマイケル反応性木材粒子の集団をマイケル官能成分と接触させる行程;
(e)任意の残りの複数の未処理木材粒子および任意の複数のマイケル反応性木材粒子をブレンドして、反応性木材粒子ブレンドを形成する行程;及び、
(f)反応性木材粒子ブレンドを成形して、硬化性木材粒子複合体を形成する行程を含む方法であって:
接触の行程が、ブレンドの行程の前;ブレンドの行程中;またはブレンド行程の前およびブレンド行程中の両方で行われ;
各マイケル官能成分は:
(i)多官能性マイケルドナー;
(ii)多官能性マイケルアクセプター;および
(iii)12.5より大きいpKaを有する共役酸を有する強塩基触媒から選択される1または2種のマイケル成分を含み;
マイケル官能成分は、一緒になると:
少なくとも1つの多官能性マイケルドナー;
少なくとも1つの多官能性マイケルアクセプター;および
少なくとも1つの強塩基触媒を含む、方法に関する。
(a)複数マイケル反応性木材粒子の少なくとも1つの集団;および
(b)少なくとも2つのマイケル官能成分を含み:
各マイケル官能成分は:
(i)多官能性マイケルドナー;
(ii)多官能性マイケルアクセプター;および
(iii)12.5より大きいpKaを有する共役酸を有する強塩基触媒から選択される1または2種のマイケル成分を含み;および
マイケル官能成分は、一緒になると:
少なくとも1つの多官能性マイケルドナー;
少なくとも1つの多官能性マイケルアクセプター;および
少なくとも1つの強塩基触媒を含む、硬化性木材粒子複合体に関する。
(a)複数の木材粒子の少なくとも1つの集団;および
(b)複数のマイケル結合を含むマイケルポリマーであって、前記マイケル結合が、12.5より大きなpKaを有する共役酸を有する強塩基触媒の存在下での、多官能性マイケルドナーの多官能性マイケルアクセプターとの反応により形成される、マイケルポリマー;
を含む、硬化した木材粒子複合体に関する。
例えば、好適なマイケル反応混合物は:多官能性マイケルドナーを含む官能成分;マイケルアクセプターを含むもう一つ別の官能成分;および強塩基触媒を含むさらに別の官能成分を組み合わせることにより形成できる。もう一つ別の例において、1つの官能成分は、多官能性マイケルドナーおよび多官能性マイケルアクセプターの両方を含み、同時に別の官能成分は強塩基触媒を含む。あるいは、多官能性マイケルドナーおよび強塩基触媒を含む官能成分を多官能性マイケルアクセプターを含む別の官能成分と組み合わせて、反応性木材粒子ブレンド中のマイケル反応混合物を形成する。ただし、マイケルドナーおよび強塩基触媒の組み合わせは、硬化行程の前に実質的な副反応を起こさないとする。さらに別の好適な代替法において、多官能性マイケルドナーを含む官能成分を、多官能性マイケルアクセプターおよび強塩基触媒を含む別の官能成分と組み合わせて、反応性木材粒子ブレンド中のマイケル反応混合物を形成する。ただし、マイケルアクセプターと強塩基触媒の組み合わせは硬化行程前に実質的な副反応を起こさない。
Mi=分布のi番目の成分のモル量
Wi=分布のi番目の成分の重量
Ni=i番目の鎖の数
および、合計は分布の全ての成分に及ぶ。MwおよびMnは典型的には、ゲル透過クロマトグラフィーにより測定されるMWDから計算される(実験の項を参照)。
このGPC法は、ポリマーまたはオリゴマーである、多官能性マイケルドナーおよび多官能性マイケルアクセプターの分子量特性を決定するために適している。ゲル透過クロマトグラフィーは、サイズ排除クロマトグラフィーとも呼ばれ、そのモル量ではなく、溶液中のその流体力学的サイズに従ってポリマー鎖の分布のメンバーを実際に分離する。この系を次に既知分子量の標準で較正して、溶出時間と分子量を相関させる。GPCの技術は、Modern Size Exclusion Chromatography、W.W.Yau、J.J.Kirkland、D.D.Bly;Wiley−Interscience、1979、およびA Guide to Materials Characterization and Chemical Analysis、J.P.Sibilia;VCH、1988、p81−84において詳細に記載されている。
複数の木材粒子は広範囲の木材組成および粒子サイズ分布(すなわち、メッシュサイズ)にわたって商業的に入手可能である。本発明の方法において、広範囲におよぶ組成タイプおよびサイズの複数の木材粒子を使用できる。次の実施例において、3つの異なる種類の複数の木材粒子(すなわち、以下に記載されるタイプ1、タイプ2、およびタイプ3)が、硬化性および硬化した木材粒子複合体の形成において利用される。
混合硬材から調製されるこれらの複数の木材粒子は、Forintek Canada Corp.(319 rue Franquet,Quebec,QC,Canada G1P 4R4)から入手した。これらの粒子は、パーティクルボードを製造するために用いられる木材粒子の典型である。複数の木材粒子はある範囲のサイズおよび形状を示す。篩別により、タイプ1の複数の木材粒子のおよその重量パーセント分布(wt%)は次のとおりである:8wt%1400μm以上、80wt%300μm以上および1400μm以下、4wt%200μm以上、300μm以下、3wt%100μ以上、200μm以下、約2%微粒子(100μm以下)。顕微鏡画像分析により、粒子の平均アスペクト比は2から3の範囲内であり、平均直径は700〜1500ミクロンの範囲内であることが明らかになった。「平均直径」なる用語は、最長軸(長さ)および2番目に長い軸を含む粒子の面に適用される。粒子の大部分はプレート状であり;従って、第三の寸法(厚さ)は最小であり、幅と実質的に異なる可能性が高い。ウッドチップの水分量は、これらを105℃で一定重量まで加熱することにより測定した。水分量は4〜6%の範囲であった。
混合硬材から製造された、これらの複数の木材粒子(製品コードAWF2037)は、American Wood Fibers(100 Alderson Street,Schofield,WI54476)から入手した。複数の木材粒子は、ある範囲のサイズおよび形状を示す。篩別により、タイプ2の複数の木材粒子のおよその重量パーセント(wt%)分布は次のとおりであった:10wt%850μm以上、60wt%425μm以上、850μm以下、20wt%250μm以上、425μm以下、および約10wt%微粒子(75μm以下)。ウッドチップの水分量は、これらを105℃で一定体積まで加熱することにより測定した。ウッドチップの水分量は4〜8%であった。
混合硬材から製造された、これらの複数の木材粒子はForintek Canada Corp.から入手した。これらの粒子は、配向性ストランドボード(OSB)を調製するために使用される木材ストランドの典型である。複数の木材粒子は、ある範囲のサイズおよび形状を示す。顕微鏡画像分析により、粒子の平均アスペクト比が4〜5の範囲内であり、平均直径が1500〜2500ミクロンの範囲内であることが明らかになった。ウッドチップの水分量は、これらを105℃で一定体積まで加熱することにより測定した。水分量は4〜6%の範囲であった。
各パネル(硬化した複合体)のその4辺のそれぞれに関して、カリパスを用いて0.01mmの最小単位まで2回測定した。各パネルを実験室用天秤で最小単位0.01グラムまで測定した。密度をパネルの体積および重量から計算した。さらに、3つの3.81cm×3.81cm片を各パネルから切り出した。これらの3.81cm×3.81cm片のそれぞれの厚さを4片のそれぞれに関して1回、カリパスを用いて最小単位0.01mmまで測定した。各3.81cm×3.81cm片を最小単位0.01グラムまで実験室用天秤で秤量した。使用された物質の重量およびパネルの厚さを調節することにより密度を目標とした。ほとんどの実験調製物は0.75g/ccのパネル密度を目標とした。
浸水試験(ASTM D1037−99 100−107項、方法Bに記載)を用いて、硬化した木材粒子複合体パネルの耐水性を測定した。3つの3.81cm×3.81cm試験片をパネルから帯のこを用いて切り出した。各試験片の重量を最小単位0.01gまで測定し、厚さを0.01mmまで測定した。4つの厚さ測定値の平均を使用した。試験片を脱イオン(DI)水を含むトラフに入れ、スクリーンボックスで覆って、これらを水中に浸した。浸漬の24時間後に、試験片を再秤量し、その厚さを再測定した。膨潤後の試験片の平均厚さをその膨潤前の平均厚さで割り、次に1を引いて、100%かけることにより、「厚さ膨潤率」を測定した。最高100%までの厚さ膨潤値は「良好」と見なされ;50%溶液より低い値は「優秀」と見なされ;10%より低い値は「非常に優秀」と見なされる。
ASTM D 1037−99 11−20項について記載されるような弾性率(MoE)および破壊応力(MoR)の測定を、ASTM D1037において特定される3点曲げ装置を備えたTinius Olsen引っ張り試験機で、10.16cmのスパンを用い、0.635cm/分のクロスヘッド速度で行った。少なくとも2重複試験を各サンプルについて実施し、MPaの平均を記録した。MoEについて、1034MPa(150000psi)を超える値を「良好」と見なし、1724MPa(250000psi)を超える値を「優秀」と見なし、2413MPa(350000psi)を超える値を「非常に優秀」と見なす。MoRについて、4.14MPa(600psi)を超える値を良好と見なし;6.89MPa(1000psi)を超える値を優秀と見なし;10.34MPa(1500psi)を超える値を非常に優秀と見なす。
〔実施例1〕
2.6gのTMP(AcAc)3および3.8gのTMPTAを予備混合して、前記のタイプ1と表示される複数の木材粒子107.4gに添加し、約1分間振盪する。全混合物をジャーローラー(US Stoneware Jar Mill Model755)に約15分間、最大速度の約75%で1.92リットルガラスジャー中に入れて、第一の複数の反応性木材粒子物質を形成した。
51.6gの25重量%水性NaOHを107.4gの前記のタイプ1として表示される複数の木材粒子に添加し、約1分間振盪する。全混合物をジャーローラー(US Stoneware Jar Mill Model755)に約15分間、最大速度の約75%で1.92リットルガラスジャー中に入れて、第二の複数の反応性木材粒子物質を形成した。
別の容器中で、53.7gの第一PRWPおよび53.7gの第二PRWPをブレンドし、ジャーローラー(前記参照)上に15分間置いて、反応性木材粒子ブレンド(この場合、硬化性木材粒子複合体でもある)を形成する。硬化した木材粒子複合体を、15.24cm×15.24cmカットアウト(すなわち、ブロック全体にわたって全方向に広がる開口部)を有するアルミニウムブロックからなる型中で調製する。第一ブロックの15.24cm×15.24cmの開口部と適合する寸法を有する別の15.24cm×15.24cmアルミニウムブロックをカットアウトブロックの上部に置いて、硬化性木材粒子複合体を成形する。第一ブロックを、38cm×38cm×0.10cmの寸法を有し、それ自体38cm×38cm×0.64cmの寸法を有するステンレス鋼プレート上に置かれたクロムメッキしたステンレス鋼プレート上に置く。反応性木材粒子ブレンドを第一ブロックの開口部内に置き、プラスチックレベリングブレードでならす。第二ブロックを第一ブロック中の開口部上に置き、38cm×38cm×0.64cmの寸法を有する第二ステンレス鋼プレートを上部に置く。硬化性木材粒子複合体を含有するプレートおよびブロックの集合を次にプレス(Reliable Rubber and Plastics Machine Companyから入手)のプラテン間に設置し、約2.76MPa(400psi)、約160℃のプラテン温度で8分間プレスする。(注:硬化性木材粒子複合体が140℃に達するのに約3分かかる。これらの実施例において示される時間は、ヒートアップ時間を含む合計時間である)。物質を次に2.76MPaで約50℃に冷却する。次に、硬化した木材粒子複合体(パネルの形態)を型から取り出す。結果として得られる硬化した木材粒子複合体パネルは15.24cm×15.24cm×0.64cmの寸法を有するハードピースである。
硬化した木材粒子複合体パネルを帯のこで切り出し、15.24cm×2.54cm×0.64cmの寸法を有する少なくとも2片および3.81cm×3.81cm×0.64cmの寸法を有する少なくとも3片を得た。前記の試験法を用いて、以下の値が観察される:
密度
厚さ膨潤率
〔実施例2−19〕
表2に記載される1または2の炭素−マイケル成分のいずれかを含有する官能成分を表1において表示されるタイプの複数の木材粒子に添加し、約1分間振盪する。全混合物をジャーローラー上(US Stoneware Jar Mill Modesl755)上に約15分間、1.92リットルガラスジャー中、最大速度の約75%で置く。
別の容器中で、表2において表示されるような量の複数の反応性木材粒子(PRWP)をブレンドし、ジャーローラー上でさらに15分間置いた。かくして形成された反応性木材粒子ブレンドを用いて、実施例1において記載されるような硬化した木材粒子複合体を形成した。硬化した木材粒子複合体パネルについて観察されるその特性を表2に表示する。
Claims (10)
- (a)複数の未処理木材粒子の少なくとも1つの集団を提供する行程;
(b)少なくとも2つのマイケル官能成分を提供する行程;
(c)複数の未処理木材粒子の集団をマイケル官能成分と接触させて、複数のマイケル反応性木材粒子を形成する行程;
(d)任意に、複数のマイケル反応性木材粒子の集団をマイケル官能成分と接触させる行程;
(e)任意の残りの複数の未処理木材粒子および任意の複数のマイケル反応性木材粒子をブレンドして、反応性木材粒子ブレンドを形成する行程;および
(f)反応性木材粒子ブレンドを成形して、硬化性木材粒子複合体を形成する行程
を含む方法であって:
接触の行程が、ブレンドの行程の前;ブレンドの行程中;またはブレンド行程の前およびブレンド行程中の両方で行われ;
各マイケル官能成分が:
(i)多官能性マイケルドナー;
(ii)多官能性マイケルアクセプター;および
(iii)12.5より大きいpKaを有する共役酸を有する強塩基触媒
から選択される1または2種のマイケル成分を含み;および、
マイケル官能成分は、一緒になると:
少なくとも1つの多官能性マイケルドナー;
少なくとも1つの多官能性マイケルアクセプター;および
少なくとも1つの強塩基触媒を含む、方法。 - 硬化性木材粒子複合体を硬化させて、硬化した木材粒子複合体を形成する行程をさらに含み、硬化が、多官能性マイケルドナーを多官能性マイケルアクセプターと反応させることを含む請求項1記載の方法。
- 少なくとも1つのマイケル官能成分が、多官能性マイケルドナーが存在せず、かつ多官能性マイケルアクセプターが存在しない強塩基触媒を含む請求項1記載の方法。
- 多官能性ドナーおよび多官能性アクセプターの少なくとも1つが、2000g/モル以下の重量平均分子量を有する請求項1記載の方法。
- 多官能性ドナーが2000g/モル以下の重量平均分子量を有し;および、
多官能性アクセプターが2000g/モル以下の重量平均分子量を有する、請求項1記載の方法。 - 少なくとも1つの多官能性マイケルドナーが、3以上のマイケルドナー官能性を有するか、または少なくとも1つの多官能性マイケルアクセプターが3以上のマイケルアクセプター官能性を有する請求項1記載の方法。
- 多官能性マイケルドナーが:
少なくとも1つのマイケルドナー官能基(マイケルドナー官能基は、少なくとも1つのマイケル活性水素原子であって、2つの電子求引基間に位置する炭素原子に結合した水素原子を含有する);および
少なくとも2のマイケルドナー官能性;
を有する化合物であり;並びに、
多官能性マイケルアクセプターが、
構造(I)R1R2C=C−C(O)R3
(式中:R1、R2、およびR3は、独立して、水素および有機基から選択され、有機基は、直鎖アルキル、分岐アルキル、環状アルキル、アリール、アルカリール、ならびにその誘導体および置換体から選択され、およびR1、R2、およびR3は、独立して:エーテル結合、カルボキシル基、カルボニル基、およびそのチオ類似体;窒素含有基;またはその組み合わせを任意に含有する)
を有する2以上のマイケルアクセプター官能基を有する化合物である;
請求項1記載の方法。 - 複数の未処理木材粒子の集団の1つの少なくとも60重量%が通過し、複数の木材粒子の他の集団の少なくとも60重量%が通過しない篩い目の開きのサイズが存在するような、粒子サイズが異なる、複数の未処理木材粒子の少なくとも2つの集団が存在する、請求項1記載の方法。
- (a)複数マイケル反応性木材粒子の少なくとも1つの集団;および
(b)少なくとも2つのマイケル官能成分を含み:
各マイケル官能成分は:
(i)多官能性マイケルドナー;
(ii)多官能性マイケルアクセプター;および
(iii)12.5より大きいpKaを有する共役酸を有する強塩基触媒から選択される1または2種のマイケル成分を含み;および、
マイケル官能成分は、一緒になると:
少なくとも1つの多官能性マイケルドナー;
少なくとも1つの多官能性マイケルアクセプター;および
少なくとも1つの強塩基触媒を含む、硬化性木材粒子複合体。 - (a)複数の木材粒子の少なくとも1つの集団;および
(b)複数のマイケル結合を含むマイケルポリマーであって、前記マイケル結合が、12.5より大きなpKaを有する共役酸を有する強塩基触媒の存在下での、多官能性マイケルドナーの多官能性マイケルアクセプターとの反応により形成される、ポリマー;
を含む硬化した木材粒子複合体。
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