JP4280238B2 - 複合材料用エマルジョン - Google Patents

Description

本出願は、２００２年１１月１３日に出願された米国仮出願番号６０／４２５，９７７の利益の享受を主張する。

本発明は、リグノセルロース(lignocellulosic)複合材料製品の耐水性を改良するのに有用なエマルジョンに関する。エマルジョンは、ワックス、またはワックス、アルキルフェノール、ポリナフタレンスルホン酸および複合デンプン質の組み合わせを含む。本発明は、さらに、エマルジョンおよびエマルジョンを含むリグノセルロース複合材料製品の製造方法に関する。

リグノセルロース複合材料は、従来、リグノセルロース材料をワックスおよび硬化性樹脂を用いてホットプレスすることによって製造される。このことは、従来のボンディング工程として言及される。ワックスは、一旦形成された複合材料の耐水性を向上するためのサイズ剤である。樹脂は複合材料をともに含む材料を保持する結合剤であり、これにより、複合材料が単一の形状に成形される。レゾール樹脂が、リグノセルロース複合材料用の結合樹脂として一般的に使用される。

従来のホットプレスを用いたリグノセルロース複合材料の製造方法では、リグノセルロース材料は、ブレンダーまたは混合器中でフェノール樹脂および他の成分と結合される。得られたブレンドまたは混合物は、複合材料を製造するために、典型的には大気圧より高い圧力および室温より高い温度下で、プレスされる。マット(mats)の製造で用いられるリグノセルロース材料は、木製繊維、木薄片、木削片(wood strands)、ウッドチップ、木製粒子およびこれらの混合物から選ばれうる。本願において記載されるリグノセルロース材料は、ウッドファーニッシュ(wood furnish)に関する技術において言及される。しかし、わら、バガス(bagasse)、樹皮、リサイクルされた木製繊維、リサイクルされた紙繊維およびこれらの混合物のような他のウッドファーニッシュもまた使用することができることがよく知られている。フェノール樹脂に一旦ブレンドまたは混合されたウッドファーニッシュは、次に、完成品に近い形状のプレフォームを作るために支持材料の上に形成される。プレフォームは、次に、大気圧より高い圧力および室温より高い温度にすることによって完成品が作製されるホットプレス中のカウルプレータ(caul plater)の上に置かれる。高められた温度および圧力により、フェノール樹脂が重合し、プレフォームを単一の完成品に結合させる。ホットプレス法は、シュイ−チュン チウ(Shui-Tung Chiu)による米国特許第４，４３３，１２０号に詳細に記述されている。

リグノセルロース複合材料は、主として建築および製造用として用いられる。これらの複合材料は、木材が伝統的な材料として用いられる建築構造や他の製造物に用いられてもよい。最新技術のリグノセルロース複合材料における寸法安定性の乏しさは、機械的特性に影響し、負荷保持能力を減少させる。寸法安定性の乏しさからくる他の結果は、屋根および床の下敷きならびに建物の羽目板の目違いである。寸法的に安定なリグノセルロース複合材料を生産する方法として２つの方法が主に提案されている。

しかし、これらの方法のいずれも実際に使われるにはコストが高すぎることがわかっている。第１の方法はバルキングトリートメント(Bulking Treatment)と呼ばれている。この方法では、リグノセルロース材料は、ポリエチレングリコールのような水溶性ポリマーに含浸されるか、フェノール−ホルムアルデヒド、ビニルモノマーのような低分子量樹脂に含浸され、そのまま重合される。第２の方法は化学修飾と呼ばれている。この方法では、リグノセルロースは、たとえばアセチル化によってエステル化される。また、リグノセルロースは、たとえば、アルデヒドを用いて架橋される。化学修飾の代替方法は、高温下で、一般的に蒸気処理を用いて、ヘミセルロースをリグニンと反応させることである。化学修飾のこれらのどの方法もまた、コストがかかることに加えて、一旦形成された複合材料の強度が減少するという結果になる。

寸法安定性を向上させる従来の結合プロセスにおいて広く用いられる方法は、上述したように、ワックスサイズ剤の応用である。ワックスサイズ剤は、一旦形成された複合材料に耐水性をある程度付与する。パラフィンは、化合物サイズ剤である。ワックスサイズ剤が耐水性を与えるひとつの方法は、リグノセルロースの表面を被覆することによって、表面張力を低減することである。ワックスサイズ剤が耐水性を与える他の方法は、ワックスがリグノセルロース内の毛管を部分的に満たし、毛管現象による水の吸い上げに対して障壁を設けることである。

リグノセルロース複合材料の製造に用いられるフェノール−ホルムアルデヒド樹脂は、固体または液体の形態であってもよい。ノボラック、レゾールまたはこれらの組み合わせのような粉末化されたフェノール樹脂が一般的に使用される。バーケムらによる米国特許第４，０９８，７７０号は、ウエハー板の製造に用いられる非フェノール系の多水酸基化合物を付加することで修飾される典型的な噴霧−乾燥されたフェノール−ホルムアルデヒド樹脂を開示する。レゾールまたはレゾールとノボラックとの組み合わせのような液体フェノール−ホルムアルデヒド樹脂は、リグノセルロース複合材料の製造に一般的に用いられる。液体または固体いずれのフェノール−ホルムアルデヒド樹脂の製造用のパラメータは、Ａ．クノップおよびＩ．Ａ．ピラノ，フェノール樹脂：化学、応用および性能，スプリンガー・バーラグ，１９８５、Ａ．ピッチィ，最新木材接着技術，マーセル デッカー，１９９４に開示されている。

湿気にさらされたときに寸法安定性を有するリグノセルロース複合材料が必要とされている。さらに、水に浸されたときに膨張せず、乾燥時に縮まないリグノセルロース複合材料が必要とされている。

本発明の態様は、リグノセルロース複合材料の製造におけるエマルジョン添加剤および水分吸収、粘性制御、安定性およびスラリー流動性の問題を解決するエマルジョンを作製する方法を提供する。

ある態様では、本発明はワックス、アルキルフェノール、ポリナフタレンスルホン酸、アルカリ金属水酸化物およびデンプン複合体を少なくとも含むエマルジョンを提供する。ポリナフタレンスルホン酸とアルカリ金属水酸化物とが反応して、ポリナフタレンスルホン酸塩が生成する。本態様のエマルジョンは、エマルジョン分離剤またはエマルジョン凝結剤を含まない熱水さらには沸騰水に加えられてもよい。本発明のエマルジョンは、室温で保存された場合に長期間にわたり安定であり、殺菌剤の添加を必要とせず、室温で注ぐことができる(pourable)液体である。本発明のエマルジョンは、リグノセルロース複合材料製品に耐水性を与えるのに有用である。

他の態様では、本発明はエマルジョンを作製する方法を提供する。本方法は、(a)少なくとも一種類のワックスおよびアルキルフェノールを混合して、第１のプレミックスを用意する工程と、(b) ポリナフタレンスルホン酸、アルカリ金属水酸化物、水およびデンプン複合体を混合して、第２のプレミックスを用意する工程と、(c)第１のプレミックスおよび第２のプレミックスを混合して、混合物を用意する工程と、(d)混合物を均質化する工程と、を含む。本発明のエマルジョンは、リグノセルロース複合材料製品に耐水性を与えるのに有用である。

他の態様では、本発明は一種類のワックス、アルキルフェノール、 ポリナフタレンスルホン酸、アルカリ金属水酸化物およびデンプンを少なくとも含むエマルジョンを提供する。

本発明は、本発明のエマルジョンを含むリグノセルロース複合材料製品をさらに対象にする。

本発明の原理に従って、リグノセルロース複合材料製品に耐水特性を与えるのに有用なエマルジョンが提供される。本発明のエマルジョンは、リグノセルロース複合材料製品の製造に必要な混合物の特性に悪影響を与えることなく、リグノセルロースの混合物に添加されてもよい。

本発明は、リグノセルロース材料から作成される複合材料パネルの製造を対象とする。リグノセルロース材料は、たとえば、木製繊維、木薄片、木削片、ウッドチップ、木製粒子、わら、バガス、樹皮、リサイクルされた木製繊維、リサイクルされた紙繊維、およびこれらの混合物を含むが、これらに限定されない。製造された複合材料パネルは、ファイバーボード、ウエハーボード、ストランドボード、配向性ストランドボード、フレークボード、パーティクルボードなどとして知られている。

リグノセルロース複合材料製品の製造において、定義済みのボード浸漬試験における壁張り用材によって実現される最大水分吸収を抑制するために、完成品に耐水性を与えることが重要である。たとえば、米国材料試験標準ASTM 1396およびこれの下位部分がそのような試験を記述する。

従来技術のエマルジョンは特定の粘性が得られるゲル状態に到達するために、加熱時間／加熱温度を必要とする一般的なデンプン化合物を用いる。初期の粘性は、貯蔵条件および添加物の化学的性質によって影響される多くの範囲を移動し、移動し続ける。これは、これらの系の予測不可能な性質の要因となっている。全てが正確な関係で、錯化剤および重合されたアルキルフェノールと一体になったポリナフタレンスルホン酸の塩と組み合わせて、酸修飾、ヒドロキシエチル化、酸化および／または陽イオン化されたデンプン化合物を使用することにより、言及した欠点が修正され、水分吸収制御用添加物として優れた性能を有するワックスエマルジョンが得られることが発見された。これらの新たに発見された組み合わせは、高温下および低温下で高度な安定性を与え、不変かつ予測可能な粘性を与え、従来の系でバクテリアの活動を制御するために必要とされた、殺菌剤の添加を不必要とし、他の添加製品に比して、より高度な耐水性を与える。この新たに発見された化学的性質は、バクテリアの活動を制御するための殺菌剤を不必要とする共力剤(cosurfactant)および分散補助剤の両方としてこれまで使用されたリグノスルホン酸ナトリウムを不必要とする。

ホウ酸塩化合物、モリブデン酸塩化合物およびモリブデン化合物が驚くほど効果的な錯化剤であることがさらに発見された。以下に、総称的に、本発明のモリブデン酸塩化合物およびモリブデン化合物がモリブデン化合物として言及される。有用な錯化剤の例は、ホウ酸ナトリウム、ホウ化マグネシウムおよび他のホウ酸塩化合物、モリブデン酸アンモニウム、モリブデン酸ナトリウム、モリブデン酸マグネシウムおよび他のモリブデン酸塩化合物、二硫化モリブデンおよび他のモリブデン化合物を含む。
修飾されたデンプンに対する錯化剤(たとえば、四ホウ酸ナトリウム十水塩、モリブデン酸ナトリウム二水和物、二硫化モリブデンまたは他の化合物）の比率は、ボード／スラリー工程において他に必要な特性、すなわち、発泡支持体およびスラリー添加物の親和性
の制御に著しく影響する。

これらの組み合わせおよびこれらの比率が独自であり、安定かつ実行可能なワックスエマルジョンの構築に必要であることがさらに発見された。デンプン：ホウ酸塩またはデンプン：モリブデン化合物の比は、重量／重量の基準で、約４：１から約２０：１であってもよい。

本発明の実施形態では、まず、水、錯化剤（すなわち、ホウ酸塩化合物、またはモリブデン化合物）およびデンプンが本発明の実施形態に有用なデンプン複合体を形成するために一緒にされる。次に、ポリナフタレンスルホン酸および水酸化カルシウムがデンプン複合体の水溶液に加えられる。この混合物を約１８５°Ｆから２０５°Ｆの温度に熱し、デンプンが、典型的には約２０分から約３０分で生じるゲル化の極限状態に達するまで保持する。ワックス化合物は、重合されたアルキルフェノールに組み込まれ、約１８５°Ｆから約２０５°Ｆの温度に熱せられる。その後、ワックス相が水相に加えられ、ワックス相が反応してその場で界面活性剤を形成する。重合されたアルキルフェノールおよびポリナフタレンスルホン酸の化合および反応によって浄化剤／分散剤が形成される。重合されたアルキルフェノールおよびポリナフタレンスルホン酸は、反応によりワックス結晶を修飾し、ワックス結晶をワックス結晶自身による被覆および連結に抵抗させ、その代わりにリグノセルロース複合材料に対する両極性によりワックス結晶が移動するまで分離した状態のままにする。反応系は、その後、約２，０００から約４、０００ｐｓｉ（ポンド平方インチ）の圧力下のホモジナイザーを通過し、その後、完成したワックスエマルジョンの安定性および粘性を制御するために所定の速度で冷却される。均質化された組成は、約１３５°Ｆから約１４５°Ｆの温度でホモジナイザーから出る。混合物は、その後、約８０°Ｆから約１１０°Ｆに冷却される。ワックスが再結晶し、溶液から突発的に発生することを避けるように冷却速度が制御される。

他の上述した化合物と組み合わされ、比率が適当な修飾されたデンプン化合物を使用することにより、固体のより広い範囲、約４０重量％から約６０重量％、を利用可能および使用可能とする低粘性系が開発されうることが発見された。

（エマルジョンの調製）：ある容器中で、ワックスおよび界面活性剤（「ワックス混合物」）を加熱し、他の容器中で、水、錯化剤（ホウ酸塩化合物、またはモリブデン化合物）およびコーンデンプン（「水混合物」）を加熱することにより、エマルジョンが調製される。両混合物は混ぜながら、約１８５°Ｆ（８５℃）に加熱される。次に、ワックス混合物が水混合物に混ぜながら注がれる。得られた混合物は、その後、ホモジナイザーに設置される。均質化により、約０．６μｍから約１．８μｍの範囲のミセルの直径の分布が得られることが好ましい。しかし、ミセルの直径の分布は、約０．５μｍから約２．５μｍであってもよい。この均質化のレベルは、たとえば、約２、０００から約４、０００ｐｓｉｇで動作する二重オリフィスホモジナイザーを使用することにより達成される。

均質化された混合物は、均質化工程の後に冷却されることが好ましい。約１８５℃から約１００°Ｆに冷却されることが最も好ましい。このことは、室温に維持された水に浸された冷却コイル中に均質化された混合物を流すことにより達成される。

（ＨＬＢ値）：親水性／脂肪親和性の均衡（「ＨＬＢ」）値は、ある化合物の水における溶解度との関係を記述する。低ＨＬＢ値を有する乳化剤は、油に溶解しやすい傾向があり、高ＨＬＢ値を有する乳化剤は、水に溶解しやすい傾向がある。概して、水溶性の乳化剤またはこれらの混合物は、本明細書に記載のエマルジョンの典型である油／水エマルジョンを作製するため、油またはワックスを可溶化するため、またはある量の浄化剤の作用を得るために用いられる。このように、ＨＬＢ値は適切な乳化剤または乳化剤系を表し、あるいは選択するために用いられうる。

２以上の化合物が結合すると、化合物のＨＬＢ値は、個々のＨＬＢ値の加重平均となる。以下の数式が複数の材料が組み合わされた場合のＨＬＢ値を計算するのに用いられてもよい。
HLB(混合)=Q_1x(HLB₁)+Q_2x(HLB₂)+...Q_nx(HLB_n)/Q₁+Q₂+...Q_n
ここで、
Q₁=材料１の重量、HLB₁=材料１のＨＬＢ値
Q₂=材料２の重量、HLB₂=材料２のＨＬＢ値
Q_n=材料ｎの重量、HLB_n=材料ｎのＨＬＢ値

（材料）：リグノセルロース複合材料の種々な源を本発明の組成物に用いることができる。リグノセルロース材料の例は、木製繊維、木薄片、木削片、ウッドチップ、木製粒子、わら、バガス、樹皮、リサイクルされた木製繊維、リサイクルされた紙繊維およびこれらの混合物を含むが、これらに限定されない。

本発明の種々の形態を作製するのに有用なワックスは、融点が約１２０°Ｆから約１５０°Ｆ、好ましくは１３５°Ｆから１４５°Ｆの市販されているワックスのいずれかから選ばれてもよい。そのようなワックスは、概して不安定さが低く、標準的な熱重量分析の間に約１０％以下の重量減少を示す。また、これらのワックスのオイル含有量は、概して約１重量％未満である。これらのワックスは、相対的に分子量が高く、３６個のカーボン鎖長である、Ｃ_３６の平均的な鎖長またはそれ以上の鎖長を有する。好ましいワックスは、ジョージア州ダルースのハネウェル／アスターから入手可能なＷａｘ３８１６、エクソン(Exxon) ６００ スラックワックス、アシュランド(Ashland) ２００ スラックワックスおよびエクソン ６００ スラックワックス５０部とアシュランド ２００ スラックワックスの５０部との組み合わせを含むが、これらに限定されない。

ある実施形態において、ワックスの１つまたは２つ以上を鹸化することが有用である。この場合には、鹸化されたワックスは、付加された界面活性剤として機能する。この点で有用なワックスは、酸価または鹸化値および１８０°Ｆより高い融点を有するワックスに限定される。このようなワックスの鹸化は、ワックスに水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムのような強塩基性の物質を混ぜ合わせることによって達成される。本発明のエマルジョン中で鹸化されうるワックスは、モンタンワックス、カルナウバワックス、ビーズワックス、ベイベリー−マートルワックス、カンデリラワックス、カランデーワックス(Caranday wax)、唐胡麻ワックス、エスパルトグラスワックス(esparto grass wax)、日本ろう(Japan wax）、アワリキュリーワックス(OURICURY wax)、レタモ−セリ ミンビワックス(RETAMO-CERI mimbi wax)、セラック、鯨ろう、サトウキビワックス、ウール−ラノリンワックス、その他を含む。ワックスの鹸化に必要とされる強塩基性物質の量は、ワックスの鹸化値に基づいて計算されうる。たとえば、鹸化値を１０００で割った値は、ワックスの１グラムあたりに加えられる水酸化カリウムのグラム数に等しい。

本発明のエマルジョンに用いられるデンプンは、デンプン複合体である。デンプンは、エマルジョンの製造中に、その場で錯化されてもよく、あるいは、デンプンはエマルジョンに加えられることに先立って、事前に複合されていてもよい。デンプンは、ホウ酸塩化合物またはモリブデン化合物のような錯化剤にデンプンを混合することにより錯化されることが好ましい。好ましいホウ酸塩化合物は、四ホウ酸ナトリウム十水塩である。錯化剤として使用可能な他の化合物は、ホウ酸アンモニウム、５ホウ酸アンモニウム、四ホウ酸ナトリウム（ボラックス）、５ホウ酸カリウム、四ホウ酸カリウム、四ホウ酸リチウムおよびホウ酸マグネシウム化合物；ジモリブデン酸アンモニウム、ヘプタモリブデン酸アンモニウム、モリブデン酸バリウム、モリブデン酸カルシウム、モリブデン酸リチウム、モリブデン酸マグネシウム、モリブデン酸ナトリウムおよびモリブデン酸カリウム；二硫化モリブデンおよび他のモリブデン化合物などを含む。本発明のデンプン複合体の作製に有用なデンプンは、トウモロコシ、米、小麦、ジャガイモ、サゴおよび他のデンプン類を含むが、これらに限定されない。錯化剤（ホウ酸塩化合物またはモリブデン化合物）のデンプンに対する比は、エマルジョン中のデンプン複合体の機能にとって重要である。重量ベースにおける、錯化剤（ホウ酸塩化合物またはモリブデン化合物）とデンプンとの比は、１：２０ほど低くてもよいことが見いだされた。この比は、１：３．５程度まで高くてもよいが、この比またはこの比以上では、ウッドファーニッシュ混合物および最終的なリグノセルロース複合材料製品における望ましい特性のバランスを維持するために、より多くのデンプン複合体がエマルジョン中に必要とされることが見いだされた。

アルキルフェノールをエマルジョンに加えることが、最終的なリグノセルロース複合材料製品において低吸水性を達成するために重要であることが見いだされた。本発明で用いられるような、「アルキルフェノール」は、長鎖アルキルフェノール基を有するフェノール化合物を参照する。

長鎖アルキル基は、直鎖、あるいは分岐であってもよい。長鎖アルキル基は、Ｃ_２４−Ｃ_３４（炭素鎖長が２４から３４）であってもよい。そのようなアルキルフェノールは、長鎖のＣ_２４−Ｃ_３４（炭素鎖長が２４から３４）の重合したメチレンが結合したアルキルフェノール、フェノラート塩、フェノラートカルシウム、長い分岐鎖を有するアルキルフェノールカルシウム、長い直鎖を有するアルキルフェノールカルシウム、およびアミン基置換を有する、あるいはアミン基置換を有しないマレイン酸の重合複合体を含む。本発明の組成に有用なアルキルフェノールの一例を下記に示す。

エマルジョン中に存在するアルキルフェノールの量は、エマルジョンの全重量を基準として約０．２５から約１０重量％の範囲である。

酸修飾され、ヒドロキシエチル化され、酸化され、および／またはカチオン化されたようなデンプン化合物もまたエマルジョンに添加されてもよい。デンプンの量は、エマルジョンの全重量を基準として約０．１から２重量％の範囲である。

単一のワックス添加剤を用いるある実施形態では、両性界面活性剤系は室温および昇温時において安定なエマルジョンを提供する。このような安定なエマルジョンは、たとえば、エマルジョン分離剤または凝結剤を用いることなく、熱水または沸騰水に加えられてもよい。両性界面活性剤系は、約８．９から約１４の範囲内のＨＬＢ値を提供する成分界面活性剤の独自の比を用いる。各成分界面活性剤は６より大きいＨＬＢ値を有する。本発明の両性界面活性剤系の一例は、スルホン酸ドデシルイソプロパノールアミンベンゼンおよび非イオン性エトキシル化アリルフェノールの組み合わせである。

スルホン酸ドデシルイソプロパノールアミンベンゼンは、取引名称ＳＤ１１２１のもとで、デラウェア州ウィルミントンのユニケマ(Unichema)から入手できる。ある非イオン性エトキシル化アリルフェノールは、サウスカロライナ州、グリーンヴィルのエトックスコーポレーション(Ethox Corp)から入手可能なEthox 2938である。

あるいは、両性界面活性剤系を形成するために、アルコキシル化脂肪酸エステルがスルホン酸ドデシルイソプロパノールアミンベンゼンと結合されてもよい。あるアルコキシル化脂肪酸エステルは、サウスカロライナ州、グリーンヴィルのエトックスコーポレーションから入手可能なEthox 2914である。

殺菌剤／防かび剤が本発明に含まれてもよい。殺菌剤／防かび剤の例は、３，５−ジメチル−テトラヒドロ−１，３，５，２Ｈ−チアジアジン−２−チオンであるMETASOL D3TAである。METASOL D3TAは、テキサス州ヒューストンのオンド−ナルコ(Ondo-Nalco)から入手できる。

ポリナフタレンスルホン酸塩は、本発明で必要とされる。ポリナフタレンスルホン酸塩の例は、DISAL GPSである。ポリナフタレンスルホン酸およびアルカリ金属水酸化物が反応して、ポリナフタレンスルホン酸塩が生じる。DISAL GPSは、カナダ ケベック州モントリオールのハンディケミカルから入手できる。

（ポリナフタレンスルホン酸を含むワックスエマルジョン）
エマルジョンは、少なくとも一種類のワックス、アルキルフェノール、ポリナフタレンスルホン酸塩およびデンプン複合体を混合し、均質化することによって形成される。下記の表２は、本実施形態にしたがって作製されたエマルジョンの例を示す。

表２．ポリナフタレンスルホン酸化合物を含むワックスエマルジョン

加えて、上記において用いられたボラックスに代えて、錯化剤としてモリブデン化合物を用いることにより同様なエマルジョンが形成されうる。本発明のエマルジョンはデンプンを含むことができる。本発明のエマルジョンは、デンプンとホウ酸塩化合物、モリブデン化合物などから選ばれる錯化剤との複合体であるデンプン複合体を含むことができる。

本発明の組成として典型的な組成範囲が以下の表３に記載されている。

表３．典型的な組成範囲

エマルジョンにホウ酸塩またはリン酸三ナトリウムを用いることにより、このようなエマルジョンを採用するリグノセルロース複合材料製品に２つの付加的な利点が与えられる。たとえば、ホウ酸塩およびリン酸三ナトリウムは難燃剤として有用であり、これらの化合物は天然の殺菌剤である。このため、リグノセルロース複合材料製品に難燃剤化合物を組み合わせることにより、これらのリグノセルロース複合材料製品のユーザにある種の利益が与えられる。また、本発明のエマルジョンは、エマルジョン中の殺菌の成長を抑制するために、さらに他の殺菌剤を加える必要がない。

配向性ストランドボードは、表２のエマルジョンを用いて従来のホットプレス法により製造された。リグノセルロース材料は、樹脂および本発明のエマルジョンとミキサー中で混合された。樹脂および本発明のエマルジョンと一旦混合された、ウッドファーニッシュは、７／１６インチおよび５／８インチの配向性ストランドボード用のプレフォームを作製するために、支持材料の上に形成された。プレフォームは、次に、ホットプレス中のカウルプレートの上に載せられ、ホットプレスにおいて、大気圧より高い圧力に加圧し、室温より高い温度に加温することにより完成品が製造される。ホットプレス法の詳細は、シュイ−チュン チウによる米国特許第４，４３３，１２０号に記載されている。１２インチ×１２インチのパネルが完成品から切り出され、密度、膨張および吸収が試験された。試験結果を表４に示す。

実験結果は、リグノセルロース複合材料組成物用の改良されたエマルジョンを示している。ポリナフタレンスルホン酸を用いることにより、リグニン化合物および殺菌剤がリグノセルロース複合材料の処方から除かれている。これら２つの化合物を除くことにより、本発明のエマルジョンを用いたリグノセルロース複合材料組成物の製造およびコストが改善される。

本発明の原理に従って、エマルジョンおよびこのようなエマルジョンを用いて作製されるリグノセルロース複合材料製品が開示された。本エマルジョンは、リグノセルロース複合材料製品に耐水性を付与するのに有用である。ある実施形態および本発明のベストモードは、本明細書に記述されたが、これらの実施形態は単なる例示である。本発明の精神および添付した請求項の範囲から外れることなく、変更が可能であることは当業者に明らかであろう。

Claims (34)

1. リグノセルロース複合材料製品に耐水性を付与するのに有用なエマルジョンであって、
   少なくとも一種類のワックスと、
   アルキルフェノールと、
   ポリナフタレンスルホン酸と
   アルカリ金属水酸化物と
   水と、
   デンプン複合体と、
   を備えることを特徴とするエマルジョン。
2. 前記ワックスのうち少なくとも１種類以上が鹸化可能なワックスであることを特徴とする請求項１に記載のエマルジョン。
3. アルカリ金属水酸化物が水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムからなる群より選ばれることを特徴とする請求項１に記載のエマルジョン。
4. アルキルフェノールがＣ_２４−Ｃ_３４のメチレンが結合したアルキルフェノールであることを特徴とする請求項１に記載のエマルジョン。
5. デンプン複合体がデンプンならびにホウ酸塩化合物およびモリブデン化合物からなる群から選ばれる錯化剤との複合体であることを特徴とする請求項１に記載のエマルジョン。
6. 錯化剤が四ホウ酸ナトリウム十水塩であることを特徴とする請求項５に記載のエマルジョン。
7. デンプン複合体が、無修飾デンプン、酸修飾デンプン、ヒドロキシエチル化デンプン、酸化デンプンおよびカチオン化デンプンからなる群より選ばれることを特徴とする請求項５に記載のエマルジョン。
8. デンプン複合体が酸修飾デンプンであることを特徴とする請求項５に記載のエマルジョン。
9. 錯化剤とデンプンとの比が、重量を基準として、約１：４から約１：２０であることを特徴とする請求項７に記載のエマルジョン。
10. リグノセルロース複合材料製品に耐水性を付与するのに有用なエマルジョンを製造する方法であって、
    (a)少なくとも一種類のワックスおよびアルキルフェノールを混合して、第１のプレミックスを用意する工程と、
    (b) ポリナフタレンスルホン酸、アルカリ金属水酸化物、水およびデンプン複合体を混合して、第２のプレミックスを用意する工程と、
    (c)第１のプレミックスおよび第２のプレミックスを混合して、混合物を用意する工程と、
    (d)混合物を均質化する工程と、
    を含むことを特徴とするエマルジョン製造方法。
11. アルカリ金属水酸化物が水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムからなる群より選ばれることを特徴とする請求項１０に記載のエマルジョン製造方法。
12. 前記(a)工程および(b)工程が、第１のプレミックスおよび第２のプレミックスを約１８５°Ｆから約１９５°Ｆに加熱する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載のエマルジョン製造方法。
13. 前記(d)工程が、少なくとも３５００ｐｓｉの圧力下で実行されることを特徴とする請求項１０に記載のエマルジョン製造方法。
14. アルキルフェノールがＣ_２４−Ｃ_３４のメチレンが結合したアルキルフェノールであることを特徴とする請求項１０に記載のエマルジョン製造方法。
15. デンプン複合体がデンプンならびにホウ酸塩化合物およびモリブデン化合物からなる群から選ばれる錯化剤との複合体であることを特徴とする請求項１０に記載のエマルジョン製造方法。
16. 錯化剤が四ホウ酸ナトリウム十水塩であることを特徴とする請求項１５に記載のエマルジョン製造方法。
17. デンプン複合体が、無修飾デンプン、酸修飾デンプン、ヒドロキシエチル化デンプン、酸化デンプンおよびカチオン化デンプンからなる群より選ばれることを特徴とする請求項１５に記載のエマルジョン製造方法。
18. デンプン複合体が酸修飾デンプンであることを特徴とする請求項１５に記載のエマルジョン製造方法。
19. 錯化剤とデンプンとの比が、重量を基準として、約１：４から約１：２０であることを特徴とする請求項１７に記載のエマルジョン製造方法。
20. リグノセルロース複合材料製品に耐水性を付与するのに有用なエマルジョンであって、
    エマルジョンの全重量を基準として約２５重量％から約４０重量％の量の少なくとも一種類のワックスと、
    エマルジョンの全重量を基準として約２．５重量％から約４．５重量％の量の鹸化可能なワックスと、
    エマルジョンの全重量を基準として約０．２５重量％から約１０．０重量％の量のアルキルフェノールと、
    エマルジョンの全重量を基準として約０．２５重量％から約５．０重量％の量のポリナフタレンスルホン酸と、
    エマルジョンの全重量を基準として約５５重量％から約６５重量％の量の水と、
    エマルジョンの全重量を基準として約０．５重量％から約１．５重量％の量のアルカリ金属水酸化物と、
    エマルジョンの全重量を基準として約１．５重量％から約３．５重量％の量のデンプン複合体とを含み、
    前記デンプン複合体が、デンプンならびにホウ酸塩化合物およびモリブデン化合物からなる群から選ばれる錯化剤を含み、
    前記デンプンと前記錯化剤とが、約４：１から約２０：１の重量比を有することを特徴とするエマルジョン。
21. 請求項１に記載のエマルジョンを含むことを特徴とするリグノセルロース複合材料製品。
22. 前記リグノセルロース複合材料製品が配向性ストランドボードであることを特徴とする請求項２１に記載のリグノセルロース複合材料製品。
23. 前記リグノセルロース複合材料製品がパーティクルボードであることを特徴とする請求項２１に記載のリグノセルロース複合材料製品。
24. 前記リグノセルロース複合材料製品がファイバーボードであることを特徴とする請求項２１に記載のリグノセルロース複合材料製品。
25. リグノセルロース複合材料製品に耐水性を付与するのに有用なエマルジョンであって、
    少なくとも一種類のワックスと、
    アルキルフェノールと、
    ポリナフタレンスルホン酸と、
    アルカリ金属水酸化物と、
    水と、
    デンプンと
    を備えることを特徴とするエマルジョン。
26. アルカリ金属水酸化物が水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムからなる群より選ばれることを特徴とする請求項２５に記載のエマルジョン。
27. アルキルフェノールがＣ_２４−Ｃ_３４のメチレンが結合したアルキルフェノールであることを特徴とする請求項２５に記載のエマルジョン。
28. デンプンが、無修飾デンプン、酸修飾デンプン、ヒドロキシエチル化デンプン、酸化デンプンおよびカチオン化デンプンからなる群より選ばれることを特徴とする請求項２５に記載のエマルジョン。
29. デンプンが酸修飾デンプンであることを特徴とする請求項２５に記載のエマルジョン。
30. 請求項２５に記載のエマルジョンを含むリグノセルロース複合材料製品。
31. リグノセルロース複合材料製品が配向性ストランドボードであることを特徴とする請求項３０に記載のリグノセルロース複合材料製品。
32. リグノセルロース複合材料製品がパーティクルボードであることを特徴とする請求項３０に記載のリグノセルロース複合材料製品。
33. リグノセルロース複合材料製品がファイバーボードであることを特徴とする請求項３０に記載のリグノセルロース複合材料製品。
34. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載のエマルジョンとリグノセルロース材料とを混合することを特徴とするリグノセルロース複合材料製品への耐水性付与方法。