JP5922222B2 - バインダ組成物の製造方法、バインダ組成物、接着組成物、層状複合構造体、および該バインダ組成物および該接着組成物の使用 - Google Patents

Description

本発明は、バインダ組成物の製造方法に関するものである。更に、本発明は、バインダ組成物にも係る。更に、本発明は、接着組成物、層状複合構造体、および該バインダ組成物および該接着組成物の使用にも係る。

タンニンおよびリグニンは天然のポリマーであり、これらは、例えば樹木の樹皮から抽出することができる。例えば、北欧産針葉樹種、例えばマツ族およびトウヒ族のタンニン含有率は、約5〜20％なる範囲にある。
タンニンおよびリグニンは天然のバイオポリマーであるので、合成材料に代る接着剤における成分としての使用が、より環境に優しい接着組成物を提供する目的で、検討されている。とりわけ、これらが最終的なフェノール樹脂における合成フェノール、例えばフェノールホルムアルデヒド樹脂の代替物質となり得ることが、従来技術の研究対象となっている。

従来技術は、木材製品と共に使用される、フェノール系接着剤等の様々な型の接着組成物を開示している。このような接着剤の例は、フェノールホルムアルデヒド樹脂を含有する組成物を含む。伝統的に、合成フェノールホルムアルデヒド樹脂は、触媒の存在下で、フェノールとホルムアルデヒドとを重合することにより製造される。このような触媒の例は、水酸化ナトリウム(NaOH)および酸である。フェノールホルムアルデヒド樹脂を製造するための方法は、段階的な方法でホルムアルデヒドをフェノール組成物に添加すること、およびその後生成する組成物の温度を80〜90℃なる範囲の値まで高めることを含む。該組成物は、この温度にて、生成する樹脂の所望の粘度又はポリマー鎖長が達成されるまで加熱処理(cook)される。

従来技術は、樹脂組成物中の合成フェノールの量を減じるための、リグニンの使用を認めている。以前から、リグニン-フェノール-ホルムアルデヒド樹脂を製造する際に、フェノールの代わりにリグニンを使用していた。
また、接着組成物におけるタンニンの使用も、以前から検討されている。しかし、従来技術において開示されているこのような製造方法は、最終的な接着組成物を得る目的で、該タンニンまたはその誘導体を、フェノールホルムアルデヒド樹脂等の他の成分と、単に物理的に混合することのみを含んでいる。

しかし、従来技術の欠点、および特にタンニンを基本とする製造方法の欠点は、フェノールホルムアルデヒド樹脂等の最終的な樹脂における該合成フェノールの30％までを、タンニンにより置換えることができるに過ぎない点にある。より高率での置換えは、不満足な諸特性を持つ接着剤の生成をもたらす。
本発明者等は、その結果、前記組成物において、より高率でのフェノールの置換えをもたらし、しかもその結果としてより環境的に優しいバインダ組成物を与える方法に対する必要性を認識している。

本発明の目的は、バインダ組成物を製造する際に使用される合成材料の量の少なくとも一部を置換えるための新規な型の方法を提供することにある。特に、本発明の目的は、例えば接着剤用途において使用するための、より環境に優しいバインダ組成物を製造することにある。

本発明の方法は、添付した請求項1に提示した事項により特徴付けられる。
本発明のバインダ組成物は、添付した請求項18に提示の事項により特徴付けられる。
本発明の接着組成物は、添付した請求項19に提示した事項により特徴付けられる。
本発明による層状複合構造体は、添付した請求項20に記載された事項により特徴付けられる。
本発明の使用は、添付した請求項21および22に提示した事項により特徴付けられる。
本発明を更に理解するために含められ、また本明細書の一部を構成している添付図は、本発明の一態様を例示するものであり、また本明細書の記載と共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。該図面は以下の通りである：

図1は、本発明の一態様に従う方法の、フローチャートによる例示である。

本発明によるバインダ組成物を製造するための方法は、以下の各工程を含む：
(i) リグニン、重合性物質および架橋剤を含む反応体成分を含む水性組成物を、触媒の存在下で形成する工程；
(ii) 該形成した組成物を、該組成物が最終的なバインダ組成物の所定の粘度値の45〜95％に相当する粘度を有するまで、加熱処理する工程；
(iii) 該組成物に、反応体成分としてタンニンを添加する工程；および
(iv) 該反応体成分を重合するために、所定の粘度値を有するバインダ組成物が形成されるまで、60〜95℃なる範囲の温度にて、該組成物を加熱処理する工程。

本発明の一態様において、前記水性組成物を製造する工程(i)は、以下の工程を含む：
(ia) リグニンを含む分散液を形成する工程；および
(ib) 該水性組成物を形成するために、該形成された分散液に重合性物質および架橋剤を添加する工程。
一態様においては、使用するフェノール等の前記重合性物質の全量を、前記組成物に直ちに添加する。本発明の一態様において、アルデヒド等の架橋剤は、段階的な方法で添加される。段階的な方法での該アルデヒドの添加は、該組成物の温度が、余りに過度にまたは余りに急速に上昇しないことを保証する。

本発明の一態様において、前記工程(ia)および/または(ib)は、反応体成分としてタンニンを添加することを含む。とりわけ、該バインダ組成物の製造においてより大量のタンニンが使用される場合には、前記工程(iii)での添加に加えて、該工程(ia)および/または(ib)の実施中においても添加することができる。本発明の一態様において、本発明の方法において使用されるタンニン全量の、30〜95質量％なる範囲の量、好ましくは60〜95質量％なる範囲の量が、該工程(ia)および/または(ib)において添加される。本発明の一態様において、本発明の方法の異なる工程中に添加されるタンニンの量は、例えば使用する前記リグニンの型および/または特性に基いて決定される。

本発明の一態様において、前記工程(ib)は触媒を添加することを含む。
本発明の一態様において、前記工程(ia)はリグニンを溶媒中に溶解することを含む。本発明の一態様において、該溶媒は水酸化ナトリウムを含む。本発明の一態様において、該工程(ia)は水の添加を含む。
前記分散液の温度は、前記工程(ia)中に、室温から65℃まで上昇する可能性がある。
本発明の一態様において、前記工程(i)は、前記組成物を、高くても65℃なる温度に維持することを含む。
本発明の一態様において、前記工程(ii)は、前記組成物の温度を、20〜95℃なる範囲、好ましくは20〜85℃なる範囲、およびより好ましくは20〜80℃なる範囲の値に維持することを含む。

本発明の一態様において、前記工程(ii)は、前記組成物の温度を20〜75℃なる範囲、好ましくは20〜70℃なる範囲、およびより好ましくは20〜65℃なる範囲の値に維持する工程(iia)を含む。該工程(iia)は、前記リグニンを確実に溶解することを含む。本発明の一態様において、該工程(ii)は、該工程(iia)の後に、工程(iib)を含み、該工程(iib)において、該組成物の温度は、30〜95℃なる範囲、好ましくは40〜95℃なる範囲、およびより好ましくは45〜90℃なる範囲の値に維持される。
本発明の一態様において、前記組成物の温度は、前記工程(iii)に先立って、70℃以下、好ましくは65℃以下、およびより好ましくは60℃以下の値に下げられる。
本発明の一態様において、前記工程(iv)は、好ましくは、前記組成物を、好ましくは65〜90℃なる範囲の温度、およびより好ましくは75〜85℃なる範囲の温度にて加熱処理することを含む。

本発明の一態様において、前記組成物の温度は、前記工程(iii)に先立って、該工程中または該工程の完了後に、60〜95℃なる範囲の値まで、好ましくは65〜90℃なる範囲の値まで、およびより好ましくは75〜85℃なる範囲の値まで高められる。
前記バインダ組成物の温度は、該組成物の製造中に、これを冷却および/または加熱することによって調節することができる。
本発明の一態様において、前記最終的なバインダ組成物の前記所定の粘度の値は、少なくとも40cP、好ましくは少なくとも50cP、およびより好ましくは少なくとも80cPである。本発明の一態様において、該最終的なバインダ組成物の該所定の粘度の値は、少なくとも40cP、かつ250cP以下、好ましくは少なくとも50cP、かつ150cP以下、およびより好ましくは少なくとも80cP、かつ120cP以下である。

本発明の一態様において、前記最終的なバインダ組成物の所定の粘度値は、少なくとも250cP、好ましくは少なくとも300cP、およびより好ましくは少なくとも500cPである。本発明の一態様において、該最終的なバインダ組成物の所定の粘度値は、少なくとも250cP、かつ1,500cP以下、好ましくは少なくとも300cP、かつ1,200cP以下、およびより好ましくは少なくとも500cP、かつ1,000cP以下である。該粘度は、回転式粘度計を用いて、25℃にて測定される。該最終的なバインダ組成物の所定の粘度値は、該バインダ組成物を使用すべき特定の用途に依存して変動する可能性がある。
本発明の一態様において、前記リグニンおよびタンニン対前記重合性物質の重量比は、少なくとも1.5、好ましくは少なくとも2である。
本発明の一態様において、前記タンニンの量は、前記リグニンの量の、1〜50％なる範囲、好ましくは3〜35％なる範囲、およびより好ましくは5〜25％なる範囲にある。

本発明の一態様において、本発明のバインダ組成物を製造するために使用する、乾燥分含有率に基づく、リグニン、触媒/溶媒、重合性物質、架橋剤およびタンニンの各量間の関係は、以下の通りである：18〜60質量％なる範囲、好ましくは26〜45質量％なる範囲の架橋剤および触媒/溶媒、および82〜40質量％なる範囲、好ましくは74〜55質量％なる範囲の該重合性物質、リグニンおよびタンニン。
本発明の一態様において、前記架橋剤は、アルデヒド、アルデヒドの誘導体、アルデヒド-形成化合物およびこれらの組合せからなる群から選択される。本発明の一態様において、該アルデヒドの誘導体は、ヘキサメチレンテトラミン、p-ホルムアルデヒドまたはトリオキサンである。本発明の一態様において、該架橋剤は、芳香族アルデヒド、グリオキサール、フルフリルアルコール、カプロラクタムおよびグリコール化合物からなる群から選択される。該アルデヒドは、ホルムアルデヒドであり得る。該芳香族アルデヒドは、フルフリルアルデヒドであり得る。本発明の一態様において、該架橋剤は、生物-由来(bio-based)の架橋剤である。本発明の一態様において、該架橋剤は、アルデヒド、および好ましくはホルムアルデヒドである。

本発明の一態様において、前記重合性物質は、フェノール、クレゾール、レゾルシノールおよびこれらの組合せからなる群から選択される。本発明の一態様において、該重合性物質はフェノールである。本発明の一態様において、該重合性物質は、生物-由来のヒドロキシフェノール類およびその誘導体からなる群から選択される。本発明の一態様において、該重合性物質は少なくとも1種の脂肪酸から製造される。本発明の一態様において、該重合性物質は生物-由来の重合性物質である。本発明の一態様において、該重合性物質はリグニンおよびタンニンからなる群から選択される。
本明細書において、特に述べない限り、「リグニン」なる表現は、本発明において使用するのに適した任意のリグニンを表すものとして理解すべきであり、本質的に純粋なリグニン並びにリグニン誘導体およびリグニン変性体を包含する。更に、本明細書において、特に述べない限り、「タンニン」なる表現は、本発明において使用するのに適した任意のタンニンを表すものとして理解すべきであり、本質的に純粋なタンニン、並びにタンニン誘導体およびタンニン変性体を包含する。

「本質的に純粋なリグニン」なる表現は、少なくとも90％なる純度のリグニン、好ましくは少なくとも95％なる純度のリグニンを表すものとして理解すべきである。本発明の一態様において、該本質的に純粋なリグニンは、多くても10％、好ましくは多くても5％の他の成分を含む。抽出物および炭水化物、例えばヘミセルロースを、このような他の成分の例として述べることができる。
「本質的に純粋なタンニン」なる表現は、少なくとも90％なる純度のタンニン、好ましくは少なくとも95％なる純度のタンニンを表すものとして理解すべきである。本発明の一態様において、該本質的に純粋なタンニンは、多くても10％、好ましくは多くても5％の他の成分を含む。
本発明の一態様において、前記リグニンは、クラフト法リグニン、フラッシュ沈殿処理リグニン、バイオマス起源のリグニン、アルカリパルプ化法由来のリグニン、ソーダ法由来のリグニンおよびこれらの組合せからなる群から選択される。
異なるリグニン成分は、異なる諸特性、例えば分子量、モル質量、多分散性、ヘミセルロースおよび抽出物含有率を持つ可能性がある。本発明の一態様において、該リグニンは水を含むが、溶媒を全く含まない。

「クラフト法リグニン」なる用語は、本明細書において特に述べない限り、クラフト法黒液を由来とするリグニンを意味するものと理解すべきである。黒液は、リグニン残渣、ヘミセルロース、およびクラフトパルプ化法において使用される無機化学物質を含むアルカリ性水性溶液である。該パルプ化法由来の黒液は、様々な割合にて、種々の針葉樹材および広葉樹材種を由来とする成分を含む。リグニンは、例えば沈殿および濾過技術を包含する様々な技術により、該黒液から分離することができる。通常、リグニンは、11〜12以下のpH値において沈殿し始める。様々なpH値を使用して、様々な特性を持つリグニン画分を沈殿させることができる。これらリグニン画分は、分子量分布、例えばMwおよびMn、多分散性、ヘミセルロース並びに抽出物含有率の点で、相互に異なっている。より高いpH値において沈殿したリグニンのモル質量は、より低いpH値において沈殿したリグニンのモル質量よりも大きい。更に、より低いpH値において沈殿したリグニン画分の分子量分布は、より高いpH値において沈殿したリグニン画分の分子量分布よりも広い。従って、該リグニンの特性は、前記接着剤用途という最終的な用途に依存して変えることができる。

前記沈殿したリグニンは、無機不純物、ヘミセルロースおよび木材抽出物から、酸洗浄工程を利用して精製することができる。更なる生成は、濾過法によって実現することができる。
本発明の一態様において、前記リグニンはフラッシュ沈殿処理リグニンである。「フラッシュ沈殿処理(flash precipitated)リグニン」なる用語は、本明細書においては、200〜1,000kPaなる範囲の超過圧力の作用下で、二酸化炭素を主成分とする酸性化剤、好ましくは二酸化炭素を使用して、リグニンの沈殿レベルにまで、黒液流のpHを低下させることにより、また沈殿するリグニンに対して、該圧力を突然に解除することにより、連続的方法で黒液から沈殿させたリグニンとして理解すべきである。フラッシュ沈殿処理リグニンの製造方法は、特許出願FI 20106073号に開示されている。上記方法における滞留時間は、300秒以下である。2μm未満なる粒子径を持つ該フラッシュ沈殿処理リグニン粒子は、凝集塊を形成するが、該凝集塊は、例えば濾過法を利用して黒液から分離することができる。このフラッシュ沈殿処理リグニンの利点は、通常のクラフト法リグニンに比して、より高いその反応性にある。該フラッシュ沈殿処理リグニンは、更なる処理にとって必要な場合には、精製および/または活性化することができる。

本発明の一態様において、前記フラッシュ沈殿処理リグニンは、乾燥されていない、湿潤状態で使用される。
一態様において、前記フラッシュ沈殿処理リグニンは、乾燥されていない。例えば、プレス処理または空気の使用によって、水を、該フラッシュ沈殿処理リグニンから除去することができる。本発明の一態様において、プレス処理および空気吹込の利用によって、水を、該フラッシュ沈殿処理リグニンから除去することができる。本発明の一態様において、該空気吹込処理の温度は、該処理工程における該リグニンの温度に等しいかまたはそれ以下である。本発明の一態様において、該空気吹込処理の温度は、室温である。本発明の一態様においては、該空気を、1分未満、好ましくは30秒未満の間、該リグニン濾液を通して供給して、水を除去する。この種のリグニンの利点は、その高い活性および該リグニンを再溶解し得るという可能性である。更に、この種の未乾燥リグニンは、該リグニンが埃を放出し難いことの結果として、更なる処理における取扱が一層容易である。

本発明の一態様において、前記リグニン、例えば前記フラッシュ沈殿処理リグニンの乾燥分含有率は、70％以下、好ましくは40〜70％なる範囲、およびより好ましくは50〜60％なる範囲にある。
本発明の一態様において、前記リグニンは、純粋なバイオマスから分離される。その分離法は、強アルカリで該バイオマスを液化することから始めることができ、引続き中和処理が施される。該アルカリ処理後、該リグニンは、上に示したものと類似する方法で沈殿させることが可能である。本発明の一態様において、該バイオマスからのリグニンの分離は、酵素による処理工程を含む。該酵素処理は、該リグニンがバイオマスから分離されるように、これを改質する。純粋なバイオマスから分離されたリグニンは、硫黄を含まず、従って更なる処理において有益である。

本発明の一態様において、使用する前記タンニンは、任意の木材種由来のものである。タンニンは、例えば樹皮または心材を由来とするものであり得る。シロケブラコ樹、ブナノキおよびアカシア属の樹木が、タンニンの可能な起源の例として提示される。
本発明の一態様において、使用する前記タンニンは、針葉樹材の樹皮を由来とするものである。本発明の一態様において、該タンニンは、製材所またはパルプミルにおける、剥皮装置の針葉樹材樹皮から分離される。この分離法は、針葉樹材樹皮のエタノール抽出法、熱水抽出法、高温蒸気抽出法または水-エタノール抽出法と組合せることができる。
本発明の一態様において、前記タンニンは、縮合タンニン(condensed tannin)である。縮合タンニンは、高い乾燥分含有率を有し、従って本発明において使用するのに適している。該縮合タンニンの乾燥分含有率は、40〜100％なる範囲で変えることができ、また適切には60〜90％なる範囲および好ましくは70〜80％なる範囲にある。このような乾燥分含有率を持つタンニンは、容易に分散させることができ、これにより他の反応体成分との優れた反応性が実現される。該タンニンは、また加水分解性タンニンであってもよい。

本発明の一態様において、本発明の方法は、前記組成物にタンニンを添加する前に、タンニンを分散させる工程を含む。本発明のバインダ組成物を製造する際に使用すべきタンニンの量が、該バインダ組成物を製造するために使用すべき該成分の全乾燥分含有率の、3％を越え、好ましくは5％を越え、より好ましくは8％を越える場合には、該組成物にタンニンを添加する前に、タンニンを分散させる。上記リグニンおよびタンニンポリマーは、該ポリマーの分子量を減じるために解重合して、低分子量のオリゴマーを形成することができる。その活性および反応性は、同時に高めることができる。

驚いたことに、本発明の方法は、より環境に優しいバインダ組成物を与える。その理由は、該方法において、両者共にフェノール系ポリマーである、前記の天然ポリマーとしてのリグニンおよびタンニンが、フェノール系組成物の製造において通常使用される合成フェノール系物質、例えばフェノールホルムアルデヒド樹脂の少なくとも一部の代わりとなっているからである。本発明の方法が、上記利点を与える理由に関連して、本発明を如何なる理論にも限定するものではないが、例えば該フェノールの少なくとも一部の、リグニンおよびタンニンによる置換えの適切さの根拠は、リグニンおよびタンニン両者が、フェノールと全く類似する方法でホルムアルデヒド等のアルデヒドと反応するという事実にあるものと考えられる。本発明の方法において、反応性添加剤としてのタンニンの使用は、この種のリグニンを主成分とするフェノール系組成物の接着特性を高める。

本発明の一態様において、前記触媒は、アルカリ金属の塩または水酸化物を含む。本発明の一態様において、該触媒は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、酸およびこれらの組合せからなる群から選択される。本発明の一態様において、該触媒は水酸化ナトリウムである。
本発明のバインダ組成物製造のために必要な前記成分を併合および/または添加する正確な順序は、例えば製造されるバインダ組成物に要求される諸特性に依存して変えることができる。該所定成分を併合および/または添加する順序の選択は、本明細書の記載を踏まえれば、当業者の知識の範囲内にある。該バインダ組成物を製造するために使用する該成分の正確な量は、変えることができ、また該様々な成分の量の選択は、本明細書の記載を踏まえれば、当業者の知識の範囲内にある。

本発明のバインダ組成物の製造において使用すべき前記成分を一緒に混合し、また併合する順序を決定する場合、タンニンがリグニンよりも一層反応性の高い成分であることを考慮すべきである。従って、リグニンを、好ましくはタンニンよりも一層長期間に渡り、前記水性組成物中で加熱処理することができる。このようにして、リグニンが、前記架橋剤、例えばアルデヒドと反応するのに十分な時間を保証する。更に、長期間に渡りタンニンを加熱処理することは、該組成物の粘度を不適当な程度にまで増大する恐れがあることに留意すべきである。
本発明は、更に本発明の方法により得ることのできるバインダ組成物にも係る。

本発明は、更に本発明によるバインダ組成物を含む接着組成物にも係る。該接着組成物は、更に他のバインダ、増量剤、添加物、触媒およびフィラーからなる群から選択される、1種またはそれ以上の接着剤成分を含むことができる。バインダは、主としてポリマーの成長をもたらしまた架橋を生成する原因となる物質であり、従ってポリマー系の硬化に関与する。増量剤は、例えば水分との結合を通して、物性を調節することによって該バインダを支援する物質である。該添加物は、充填性、柔軟化、経費節減、水分の調節、剛性の増加および柔軟性の増加等の諸特性に関与する化合物である。該触媒は、通常該硬化速度を高め、また調節する物質である。「物質」なる用語は、ここでは化合物または組成物を含むものとして理解すべきである。本発明のバインダ組成物は、本発明の接着組成物において、バインダ、増量剤、添加物、触媒および/またはフィラーとして機能し得る。

本発明は、更に少なくとも1層の木材単板層(wood veneer layer)を含む2またはそれ以上の層で形成される、層状複合構造体にも係り、ここで該層は、相互に積み重ねられて配列され、また本発明によるバインダ組成物および/または本発明による接着組成物を用いた接着により結合されている。本明細書において、特に述べない限り、該用語「木材単板」とは、単板を扱うために使用され、該単板は、木材を基本とする材料、繊維材料、複合材料等の任意の材料で作成し得る。このことに関連して、該木材単板の厚みは変えることができる。典型的に、該木材単板の厚みは3mm以下である。
本発明の一態様において、前記層状複合構造体は、木材パネル製品、合板製品、複合製品、およびプレスパネル製品からなる群から選択される。該層状複合構造体は、多数の層、好ましくは木材単板層から作成することができ、ここにおいて該多数の層は、相互に重ね合わせて配置され、かつ一緒に接着されている。

本発明は、更に、前記バインダ組成物の、プラスチックを強化するための使用、圧縮注型品、積層品またはラッカーを製造するための使用、あるいは木材製品を接着するための使用、含浸塗布におけるコーティングとしての使用にも関連する。本発明のバインダ組成物は、更にプラスチックおよび木材の組合せを接着するために使用することもできる。
本発明は、更に木材製品を接着するための、前記接着組成物の使用にも係る。
本発明の一態様において、前記木材製品は、木材パルプ板紙、木材単板、および木材製のバーからなる群から選択される。
これまでに記載された本発明の態様は、相互に任意の組合せで使用することができる。該態様の幾つかを一緒に組合せて、本発明の更なる態様を形成し得る。本発明が関係している方法、組成物または使用は、これまでに本明細書において記載した本発明の態様の少なくとも一つを含むことができる。

本発明の方法の利点の一つは、バインダ組成物の製造中に反応体成分としてリグニンおよびタンニンを一緒に使用したことにより、より一層環境に優しいバインダ組成物が実現される点にある。驚いたことに、リグニンおよびタンニン両者を反応体成分として使用した場合、該バインダの製造プロセス中に、前記合成フェノール系物質等の前記重合性物質、例えばフェノールの量を、大幅に減じることができることを見出した。該フェノールは合成化合物であり、またリグニンおよびタンニンは天然ポリマーであるので、最終的な該バインダ組成物中に存在するフェノールの量を最小化し得ることは、有利である。
本発明の利点の一つは、タンニンを反応性添加物として使用することにより、即ちリグニンよりも少ない量でタンニンを使用することにより、前記バインダ組成物の製造方法において、前記最終的なバインダ組成物の諸特性を、該組成物が接着のためにより好ましいものとなるように、調節することができる点にある。本発明により、硬化、乾燥、剪断強さおよび浸透性等の諸特性を、接着用途にとって一層適したものとすることが可能となる。

特に、フラッシュ沈殿処理リグニンを、好ましくはその未乾燥状態において使用した場合、一つの利点が実現される。該リグニンは、通常のクラフト法リグニンよりも高い反応性を有し、結果として本発明の方法のより一層良好な相溶性および反応挙動をもたらす。
本発明のバインダ組成物を製造するための、タンニンとリグニンとの組合せ使用に係る一利点は、例えばタンニンが、生成される前記バインダ組成物の引張強さおよび耐久性を高める点にある。
本発明の一利点は、生物-由来の成分のより高いレベルが、前記最終的なバインダ組成物において実現されることにある。この利点は、本発明の特定の処理工程を用いた場合に、およびとりわけ、リグニンよりも遅い処理工程にて、タンニンを該組成物に添加した場合に実現し得る。

以下において、本発明の態様を詳細に参照するが、該態様の一例は、添付図面に示されている。
以下の説明は、本開示に基いて当業者が本発明を利用し得るように、詳細に、本発明の幾つかの態様を開示するものである。該態様の全ての工程を詳細に論じるものではない。というのは、該工程の多くは、本明細書の開示に基いて、当業者には明らかであろうからである。
図1は、バインダ組成物を製造するための、本発明の一態様に従う方法を例示するものである。

前記反応体成分の幾つかを含有する水性組成物を製造する前に、特にリグニンおよびタンニンの源を、所望の諸特性を持つバインダ組成物を調製するために選択する。上に示された如く、リグニンはクラフト法リグニン、フラッシュ沈殿処理リグニン、バイオマス-由来のリグニン、アルカリパルプ化法由来のリグニン、ソーダ法由来のリグニンおよびこれらの組合せから選択することができる。また、本発明の方法において使用すべき他の成分およびその量を選択する。また、該反応体成分を、必要ならば、例えば該成分を活性化しおよび/または変性するために、予備処理する。

図1に示された本発明の態様における、様々な調製および予備処理に係る工程1)の完了後に、工程2)を実施する。工程2)は、所定の順序にて、前記所定成分の幾つか、即ち前記リグニン、重合性物質、架橋剤および触媒を併合し、同時に生成される該組成物の温度を調節することを含む、水性組成物の製造工程を含む。該選択された成分は、順次または少なくとも部分的には同時に、該組成物を製造する工程2)に添加することができる。これら成分を混合した後、該組成物の粘度が、最終的なバインダ組成物の所定の粘度値の45〜95％となるまで、該組成物を加熱処理する。該組成物は、20〜95℃なる範囲の温度にて加熱処理することができる。
次いで、工程3)を実施する。工程3)は、前記組成物にタンニンを添加し、その後生成する水性組成物の温度を、80〜80℃なる範囲の値に高めることを含む。この組成物の所定の粘度に達するまで、あるいは所望の重合長さが実現されるまで、該組成物をこの温度にて加熱処理する。

本発明のもう一つの態様において、前記組成物の温度は、タンニンを添加する前に80〜90℃なる範囲の値に高めることができ、あるいは該温度は、タンニンの添加と同時に、80〜90℃なる範囲の値に高めることができる。
工程1)、工程2)および工程3)を実施した結果として、所望の諸特性を持つバインダ組成物が生成される。このバインダ組成物は、そのまま接着用途に対して用いることができ、あるいは該組成物は、接着組成物を製造するために他の接着性成分と共に、更に処理することができる。

実施例1：バインダ組成物の製造
本実施例においては、リグニン-タンニン-フェノールホルムアルデヒドバインダ組成物を、図1に示された本発明の態様に従って製造した。
以下の成分およびその量を使用した：
水： 300g
50% NaOH(第一の部分(分散液))： 250g
98% クラフト法リグニン： 400g
90％ タンニン： 150g
90％ フェノール： 250g
38% ホルムアルデヒド： 1,000g
50% NaOH(第二の部分(触媒))： 100g

本実施例において使用する前記成分の百分率(乾燥分含有率を基準とする)は、以下の通りである：
NaOH： 約13％
クラフト法リグニン： 約30％
タンニン： 約10％
フェノール： 約17％
ホルムアルデヒド： 約30％

先ず、水、前記NaOHの第一の部分およびリグニンを混合して、分散液を作成した。同時に、該分散液の温度は、室温から約65℃まで上昇した。次いで、水性組成物を生成するために、前記フェノールの全量を添加し、引続き前記ホルムアルデヒドを段階的な方法で添加した。該分散液の温度は、65℃に維持した。また、前記NaOHの第二の部分を該組成物に添加した後、該組成物の粘度が、最終的なバインダ組成物の粘度の45〜95％なる範囲に該当する値となるまで、該組成物を加熱処理した。次にタンニンを添加し、また該組成物の温度を、約80〜90℃なる値まで高めた。該加熱処理は、この温度にて、生成する組成物の粘度が約500cP(温度25℃にて測定した値として)となるまで継続した。

本実施例においては、前記リグニンを添加し、かつ所定期間に渡り他の成分と共に加熱処理した後においてのみタンニンを添加して、より反応性の高いタンニンを添加する前に、より反応性の低いリグニンがフェノールおよびホルムアルデヒドと反応するのに十分な時間を保証した。
しかし、前記タンニンの一部は、また、例えばリグニンと同時に添加することができたが、この場合には、タンニンが長期間に渡り加熱処理されると、生成する樹脂の粘度が過度に高くなる恐れがあることを考慮すべきである。前記組成物にタンニンを添加する方法は、例えば使用すべきタンニンの全量に依存する。

実施例2：バインダ組成物の製造
本実施例においては、リグニン-タンニン-フェノールグリオキサールバインダ組成物を製造した。
以下の成分およびその量を使用した：
水： 370g
50% NaOH(第一の部分(分散液))： 300g
75% クラフト法リグニン： 530g
90％ タンニン： 100g
90％ フェノール： 540g
40% グリオキサール： 1,100g
50% NaOH(第二の部分(触媒))： 150g

先ず、水、前記NaOHの第一の部分およびリグニンを混合して、分散液を作成した。同時に、該混合物の温度は、室温から約50℃まで上昇した。次いで、前記フェノールの全量を添加し、引続き段階的な方法で前記グリオキサールを添加して、水性組成物を生成した。該組成物の温度を65℃に維持した。前記グリオキサールの量の少なくとも半分、好ましくは該グリオキサールの全量が、上記の生成された水性組成物に添加された際に、前記タンニン全量の3/4を該組成物に添加した。該組成物に前記NaOHの第二の部分をも添加した後に、該組成物の粘度が、最終的なバインダ組成物の粘度の40〜95％なる範囲に相当する値に達するまで、該組成物を加熱処理した。次に、該タンニンの残りを、該組成物に添加し、また該組成物の温度を約75〜80℃なる範囲の値まで高めた。該加熱処理は、この温度にて、生成する組成物の粘度が約300cP(温度25℃にて測定した値として)となるまで継続した。

実施例3：バインダ組成物の製造
本実施例においては、リグニン-タンニン-レゾルシノールホルムアルデヒドバインダ組成物を製造した。
以下の成分およびその量を使用した：
水： 340g
50% NaOH(第一の部分(分散液))： 240g
75% クラフト法リグニン： 494g
90％ タンニン： 21g
90％ レゾルシノール： 450g
40% ホルムアルデヒド： 800g
50% NaOH(第二の部分(触媒))： 115g

先ず、水、前記NaOHの第一の部分およびリグニンを混合して、分散液を作成した。同時に、該混合物の温度は、室温から約50℃まで上昇した。次に、前記レゾルシノールの半分を添加し、引続きホルムアルデヒドを段階的な方法で添加して、水性組成物を作成した。該組成物の温度を、65℃に維持した。該ホルムアルデヒドの少なくとも半分、好ましくは該ホルムアルデヒド全量を、上記生成した水性組成物に添加した際に、該レゾルシノールの残りを該組成物に添加した。前記NaOHの第二の部分をも該組成物に添加した後、該組成物の粘度が、最終的なバインダ組成物の粘度の40〜95％なる範囲に相当する値に達するまで、該組成物を加熱処理した。次に、前記タンニンを、該組成物に添加し、また該組成物の温度を約70〜75℃なる範囲の値まで高めた。該加熱処理は、この温度にて、生成する組成物の粘度が約300cP(温度25℃にて測定した値として)となるまで継続した。

実施例4：接着組成物の製造
本実施例においては、実施例1において製造したリグニン-タンニン-フェノールホルムアルデヒドバインダ組成物を、接着組成物を製造するために使用した。該バインダ組成物を、増量剤、フィラー、触媒、添加物と混合し、かくして目的の接着組成物を製造した。ここで、該添加物の例は、例えばデンプン、木材粉末、および硬化剤(例えば、タンニンまたはカーボネート)を挙げることができる。
実施例5：合板製品を製造するための前記バインダ組成物の適用
3mm以下の厚みを持つ木材製単板を、7-層合板を製造するために、実施例1において製造したリグニン-タンニン-フェノールホルムアルデヒドバインダ組成物を用いて相互に接着した。その結果は、該組成物の接着作用が、木材製単板を接着するのに十分良好であることを示した。

実施例6：合板製品を製造するための前記接着組成物の適用
本実施例においては、実施例4の接着組成物を、木材製単板上に適用した。該木材製単板を、該接着組成物によって相互に接合して、合板を製造した。該接着組成物の乾燥分含有率は、45〜55％なる範囲にあった。該接着組成物を含む該木材製単板を、ホットプレス技術により、120〜170℃なる範囲の温度にてプレス処理した。該接着組成物は同時に硬化された。本発明の接着組成物は、木材製単板を一緒に接着するのに適しており、従って合板を製造するのに適していることが分かった。

実施例7：積層品を製造するための前記バインダ組成物の適用
本実施例においては、実施例1において製造した如きリグニン-タンニン-フェノールホルムアルデヒドバインダ組成物を、含浸塗布において使用した。積層紙の製造中に、該積層紙は、該バインダ組成物のアルコール溶液で含浸され、その後該含浸された層は炉内に移された。該アルコールは揮発され、また該バインダ組成物が部分的に硬化された。このような半-硬化組成物を含むこれらの層が、相互に積重ねられた状態で配列され、またホット-プレス技術により焼付けられて、均一な厚みを持つ厚板または積層品を生成した。

技術の進歩に伴って、本発明の基本的な考えは、様々な方法で実施し得ることが、当業者には明白である。本発明およびその態様は、従って上記実施例に限定されるものではなく、それどころか、本発明およびその態様は、添付された請求項の範囲内で変動し得るものである。

Claims (22)

1. バインダ組成物を製造するための方法であって、以下の工程：
   (i) リグニン、重合性物質および架橋剤を含む反応体成分を含む水性組成物を、触媒の存在下で形成する工程；
   (ii) 前記形成した組成物を、該組成物が最終的なバインダ組成物の所定の粘度値の45〜95％に相当する粘度を有するまで、加熱処理する工程；
   (iii) 前記組成物に、反応体成分としてタンニンを添加する工程；および
   (iv) 前記反応体成分を重合するために、所定の粘度値を有するバインダ組成物が形成されるまで、60〜95℃なる範囲の温度にて、前記組成物を加熱処理する工程、
   を含むことを特徴とする、前記バインダ組成物の製造方法。
2. 前記水性組成物を形成する前記工程(i)が、以下の工程：
   (ia) リグニンを含む分散液を形成する工程；および
   (ib) 前記水性組成物を形成するために、前記分散液に重合性物質および架橋剤を添加する工程、
   を含む、請求項1記載の方法。
3. 前記工程(ia)および/または前記工程(ib)が、反応体成分としてタンニンを添加することを含む、請求項2記載の方法。
4. 前記工程 (ib)が、触媒を添加することを含む、請求項2〜3の何れか1項に記載の方法。
5. 前記工程(i)が、前記組成物を、高くても65℃なる温度に維持することを含む、請求項1〜4の何れか1項に記載の方法。
6. 前記工程(ii)が、前記組成物の温度を、20〜95℃に維持することを含む、請求項1〜5の何れか1項に記載の方法。
7. 前記組成物の温度を、前記工程(iii)の前に、70℃以下に下げる、請求項1〜6の何れか1項に記載の方法。
8. 前記工程(iv)が、前記組成物を、65〜90℃なる範囲の温度にて加熱処理することを含む、請求項1〜7の何れか1項に記載の方法。
9. 前記組成物の温度を、前記工程(iii)の前に、前記工程(iii)中または前記工程(iii)の後に、60〜95℃なる範囲の値まで高める、請求項1〜8の何れか1項に記載の方法。
10. 前記重合性物質に対するリグニンおよびタンニンの重量比が、少なくとも1.5である、請求項1〜9の何れか1項に記載の方法。
11. タンニンの量が、リグニンの量の、1〜50％なる範囲にある、請求項1〜10の何れか1項に記載の方法。
12. 前記架橋剤が、アルデヒドである、請求項1〜11の何れか1項に記載の方法。
13. 前記重合性物質が、フェノール、クレゾール、レゾルシノールおよびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項1〜12の何れか1項に記載の方法。
14. 前記リグニンが、クラフト法リグニン、フラッシュ沈殿処理リグニン、バイオマス起源のリグニン、アルカリパルプ化法由来のリグニン、ソーダ法由来のリグニンおよびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項1〜13の何れか1項に記載の方法。
15. 前記タンニンが、縮合タンニンである、請求項1〜14の何れか1項に記載の方法。
16. 前記方法が、前記組成物にタンニンを添加する前に、タンニンを分散させることを含む、請求項1〜15の何れか1項に記載の方法。
17. 前記触媒が、水酸化ナトリウムである、請求項1〜16の何れか1項に記載の方法。
18. リグニンと、タンニンと、フェノール、クレゾール、レゾルシノールおよびこれらの組合せからなる群から選択される重合性物質と、架橋剤との重合生成物を含むバインダ組成物であって、前記重合性物質に対するリグニンおよびタンニンの重量比が、少なくとも1.5である、前記バインダ組成物。
19. 請求項18記載のバインダ組成物を含む、接着組成物。
20. 少なくとも一つの木材単板層を含む2つ以上の層で形成された層状複合構造体であって、該層が、相互に重ねられて配置されており、かつ請求項18記載のバインダ組成物および/または請求項19記載の接着組成物を用いて接着することにより結合されている、前記層状複合構造体。
21. プラスチックを強化するため、圧縮注型品、積層体若しくはラッカーを製造するため、又は木材製品を接着するための、含浸塗布における請求項18記載のバインダ組成物のコーティングとしての使用。
22. 木材製品を接着するための、請求項19記載の接着組成物の使用。

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