JP2013503250A - 安定な酸変性大豆/尿素接着剤およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
酸変性大豆粉/尿素接着剤の以下の特性を評価した。
試料の調製:自動結合(接着)評価システム(ABES)打抜装置を使用して、最終寸法が木理に沿って11.7cm、木理に対して垂直に2.0cmおよび厚さ0.08cmとなるように、カエデ単板から木材試料を打抜加工した。重複エリア全体がカバーされるように、一般に湿量基準で3.8〜4.2mg/cm2の範囲の試験接着剤を試料の一端に適用した。次いで、この試料を第2の単板に結合させ(優れた転写を確保するためにオープンタイムは15秒未満)、結合させた試料の重複エリアが1.0cm×2.0cmとなるようにABES装置に配置した。別段の記述のない限り、全ての試料を、9.1kg/cm2の圧力で、120℃で2.0分間プレスした。次いで、全ての結合試料を、22℃および50%相対湿度に制御した環境で少なくとも48時間調湿(condition)した。
ために、該層が可能な限り均等に広げられることが重要である。形成された3層のマットの上面のフォーミングボックスの内側にカバーを置き、15秒間手で堅く押しつける。カバーを押し下げ続けながら、マットを露出するフォーミングボックスを慎重に外す。次いで、カバーを慎重に取り外す。2枚目の剥離紙(光沢面が下)および当て板を形成されたマットの表面に置く。形成されたマットをプレスの荷重エリアに置き、押し棒を使用してプレスに挿入する。プレス定盤の温度が170℃であることを確認する。(Alberta Research Councilにより供給される)PressMAN(商標)システムのCLOSEおよびCLOSE CONFIRMボタンを同時に押す。プレスがそのサイクルを開始するであろう。PressMAN(商標)温度/圧力プローブを使用して測定して、コアが60秒間100℃超となるような厚さに保持する。その温度でその時間が経過したら、サイクルを脱気段階に移し、サイクルが完了したらプレスを開放する。押し棒を使用して直ちにボードを取り出す。パネルを断熱ボックス(ホットボックス)に24時間入れておく。ボードをホットボックスから取り出し、20”×20”に整える。縁から約2”の各角および中間の1点でボードの厚さを測定することによって各ボードの密度を算出する。これらの値を使用して平均厚さを求め、ボードの体積を算出する。ボードを秤量して質量を求め、lb/ft3の単位の質量/体積として密度を算出する。各パネルから5つのMOR/MOE試料および8つの内部結合(IB)試料が得られるように、試料用のボードにラベルを貼って切断する。試験の前に全ての試験試料を80°F(26.6℃)および30%相対湿度の環境制御室で少なくとも48時間調湿する。
水中で混合した場合、大豆粉は、尿素と急速に反応してアンモニアを生成する相当な量の活性ウレアーゼを含有している。およそ9のpHまでの急速なpH増大によって、次いで、系からのアンモニアガスの発生によってアンモニアが観察される。一例では、6.2のpHを有するSoy Flour-90の15%溶液を室温で調製した。1部の大豆粉に対して1部の尿素の近似量で尿素を添加すると、pHが10分以内に8.90まで上昇した。20分後、pHは9.2であり、非常に強力なアンモニア臭がした。この試料は安定ではなく、許容されるものと見なされない。
Wescott(米国出願第11/779,558号)により記載されている方法により、大豆粉を熱変性し、次いで、尿素と混合して安定な大豆/尿素水性生成物を製造した。この実験に使用した配合を表1に示す。
大豆粉を酸変性し、次いで、尿素と混合して安定な大豆/尿素水性生成物を製造した。この実験に使用した配合を表2に示す。
実施例3で製造した樹脂に、急速に撹拌している接着剤に塩基(50%NaOH)をゆっくりと添加して、pHを7まで上昇させた。
実施例2および4で製造した生成物は組成が非常に類似している。本発明の12AUB-54(実施例4)は、対照実施例2より著しく粘度が低い。いずれも優れた経時的なpH安定性を示し、それは、いずれの実施例も樹脂がウレアーゼを有意に含まないことを示している。熱を使用することなくこのような生成物を製造することができることは、接着剤技術の相当な向上の結果である。さらに、12AUBの色は、対照12HUの色よりずっと薄い。図1および2は(表4および表5と共に)、酸変性実施例4の低い粘度、ならびに、両方の方法により実現される優れた安定性(pHおよび粘度の両方)を示している。優れたpH安定性は、ウレアーゼを有意に含まない大豆接着剤を示している。実施例4樹脂(12AUB)で観察された初期の粘度の低下が、最初の数日にわたって観察された発泡の低減に起因する可能性があることに留意されたい。発泡がおさまった後では、粘度は非常に安定であり、粘度は対照実施例のわずか20%であった。
酸変性法により、先に使用した熱変性法より著しく粘度が低い生成物が得られる。これにより、最終固形分がさらに高い生成物の製造が可能となる。本実施例では、実施例2および3で記載した方法と同様の方法で固形分60%の接着剤を調製する。熱処理接着剤の固形分60%の同様の試料は撹拌できないほど粘稠であった。本実施例において、Advantage 357を添加して、大豆粉を混合時に観察されることが多い発泡傾向を低減させた。本実施例の酸変性pHは3.5であった。
尿素または塩基の添加の順番が、最終粘度及ぼす影響において重要であることが示された。本実施例では、実施例5の接着剤と類似の接着剤を製造したが、本実施例においては、尿素の前に塩基を酸変性大豆に添加した。本実施例の酸変性pHは3.5であった。
従来の熱処理法と比べて固形分が高い接着剤を生成することができることによって、大豆含量が高く尿素が少ない接着剤を製造する余地も生じる。これは、特性および性能に有益となり得る。本実施例では、大豆:尿素比を1:1まで高めた。使用した方法は、実施例6で記載した方法と同一であった。本実施例の酸変性pHは3.5であった。
一部の配合では、非常に低い粘度および高い大豆含量が望ましい場合がある。さらに、特定の塩基感受性の架橋剤が選択される場合、より低pHの生成物に対する需要が生じ得る。本実施例では、より固形分が低い(40%)生成物を調製し、塩基工程を省いた。使用した方法は、実施例3で記載した接着剤と類似していた。本実施例の酸変性pHは3.0であった。
実施例3〜8では、新規な酸変性大豆/尿素接着剤の製造方法について記述している。実施例9〜11では、性能を改善するために、これらの接着剤に、架橋剤、PAEおよびpMDIをそれぞれ添加することの有効性を示す。実施例12〜17では、記述したABES湿潤および乾燥強度評価を用いて、架橋剤を添加した場合または添加しなかった場合のこれらの酸変性大豆/尿素接着剤の接着剤強度を示す。
150mLのビーカー内で、瞬間混合ブレードおよびオーバーヘッド撹拌機を使用して適度にかき混ぜながら、架橋剤(PAE(CA-1300)またはpMDI)を、室温にて、100部の乾燥大豆/尿素接着剤に対して所定の乾燥部で添加した。架橋剤を添加した後、混合物を適度にかき混ぜながら1〜5分間撹拌した。
11HU-30PAEの製造を以下の通り実施した。使用したPAEはCA1300であった。これは、Wescott(米国出願第11/779,558号)により以前に記載されている手順に従って製造した。
pH: 6.17
粘度(RVT ♯5 10RPM):3200cP
11AU-30PAEの製造を以下の通り実施した。使用したPAEはCA1300であった。
pH:4.04
粘度(RVT ♯5 10RPM):6140cP
12G-20PAEの製造を以下の通り実施した。使用したPAEはCA1300であった。(参考文献Bradyの米国特許出願第12/287,394号)。
pH:6.08
粘度(RVT ♯3 10RPM):1850cP
11AUの試料を、Franklin International(Columbus、OH)から得たPVAcとブレンドした。使用したPVAcの種類はDuracet 12であった。試料の粘度、pHおよびPVAcエマルジョンの破壊の兆候の有無を調べた。
pH:4.19
粘度(RVT ♯5 10RPM):2370cP
上記実施例23からの11AUと、PVAcとを様々な比で混合することによってブレンドを調製して、2種の生成物の相溶性を調べた。4つの量比のブレンドを選択して、可能性のある広範囲の混合物を示した。いずれの場合も、PVAcを200mLのビーカー内に入れ、11AU(実施例23)を添加した。混合物を1分間撹拌し、粘度/pHデータを得た。さらに、全てのブレンドについて、2種の成分は相溶性が高く、分離、沈殿または沈降の兆候を示さなかった。表20にデータを示す。
Claims (19)
- 水中の尿素および大豆粉からなる安定な接着剤組成物であって、大豆粉中に存在するウレアーゼが酸処理によって不活性化されている、接着剤組成物。
- 大豆粉1重量部当たり最高で5重量部までの尿素に相当する量で尿素が存在する、請求項1に記載の組成物。
- 架橋剤をさらに含む、請求項1に記載の組成物。
- 架橋剤の量が、全接着剤の乾燥重量に対して0.1〜80固形分%である、請求項3に記載の組成物。
- 架橋剤が、イソシアネート、ポリアミンエピクロロヒドリン樹脂、ポリアミドアミン-エピクロロヒドリン樹脂、ポリアルキレンポリアミン-エピクロロヒドリン樹脂、アミンポリマー-エピクロロヒドリン樹脂、エポキシ樹脂、アルデヒド樹脂、アルデヒドデンプン樹脂、ジアルデヒドデンプン樹脂、グリオキサール樹脂、尿素グリオキサール樹脂、尿素-アルデヒド樹脂、およびこれらの混合物からなる群から選択されるホルムアルデヒドを含まない架橋剤を含む、請求項3に記載の組成物。
- 架橋剤がイソシアネートを含む、請求項3に記載の組成物。
- 架橋剤がポリアミドアミン-エピクロロヒドリン樹脂を含む、請求項3に記載の組成物。
- 架橋剤が、ホルムアルデヒド、フェノールホルムアルデヒド、メラミンホルムアルデヒド、尿素ホルムアルデヒド、メラミン尿素ホルムアルデヒド、フェノールレゾルシノールホルムアルデヒド、およびこれらの任意の組合せからなる群から選択されるホルムアルデヒド含有架橋剤を含む、請求項3に記載の組成物。
- エマルジョンポリマーをさらに含む、請求項1に記載の組成物。
- エマルジョンポリマーの量が全接着剤の乾燥重量に対して0.1〜80乾燥重量%である、請求項9に記載の組成物。
- エマルジョンポリマーがポリ酢酸ビニル(PVAc)を含む、請求項9に記載の組成物。
- 希釈剤をさらに含む、請求項1に記載の組成物。
- 希釈剤が、グリセロール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、およびこれらのポリマーからなる群から選択される、請求項12に記載の組成物。
- 請求項1に記載の安定な接着剤の製造方法であって、
a)大豆粉を水中に分散させる工程と、
b)分散させた大豆粉のpHを、少なくとも4.5であって2.0を超えるpHに少なくとも1分間低下させて、ウレアーゼを不活性化する工程と、
c)分散させた大豆粉を尿素と接触させる工程と
を含み、
尿素を、大豆粉1重量部当たり最高で5重量部までの尿素に相当する量で、大豆粉に添加する、方法。 - 尿素を、大豆粉がウレアーゼを実質的に有さなくなった後で大豆粉に添加する、請求項14に記載の方法。
- エマルジョンポリマーを添加する工程をさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 添加するエマルジョンポリマーの量が、全接着剤の乾燥重量に対して0.1〜80乾燥重量%である、請求項14に記載の方法。
- 希釈剤を添加する工程をさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 架橋剤を添加する工程をさらに含む、請求項14に記載の方法。
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