RU2803520C2 - Связующее вещество для содержащих целлюлозу материалов - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к связующему веществу для содержащих целлюлозу материалов. Предложенное связующее вещество содержит гидроксиальдегид, белоксодержащий компонент животного происхождения и компонент, содержащий фенольные олигомеры, имеющие средневзвешенную молярную массу в диапазоне от 1000 до 5000 г/моль и представляющие собой крафт-лигнин. Кроме того, предложены применение связующего вещества для изготовления композиционного материала, способ изготовления композиционного материала и композиционный материал, получаемый способом. Связующее вещество затвердевает регулируемым и быстрым образом в обычных условиях изготовления композиционных материалов, которые приобретают превосходную механическую устойчивость и водостойкость, а также обеспечивает изготовление композиционных материалов на основе содержащих целлюлозу природных материалов, таких как солома, на поверхность которых нанесен силикатный или парафиновый слой. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 табл., 10 пр.

Description

Настоящее изобретение относится к связующим веществам для содержащих целлюлозу материалов, в частности, древесины и бумаги, подходящих для изготовления композиционных материалов, например, в форме плит.

Аминопласты, получаемые посредством поликонденсации формальдегида с соединениями, содержащими NH группы, в большом масштабе используют в промышленности для изготовления композиционных материалов на основе древесины. Для этой цели в качестве связующих веществ получают низкомолекулярные трудносшиваемые предконденсаты, которые в течение изготовления композиционных материалов затвердевают, образуя сшитые дуропласты, в частности, под действием тепла. Для древесины используют связующие вещества на основе аминопластов, главным образом, карбамидоформальдегидные смолы (смолы UF), меламиноформальдегидные смолы (смолы MF) и дициандиамидоформальдегидные смолы (смолы DD).

В документе US 4,172,057 А описаны карбамидоформальдегидные смолы и меламиноформальдегидные смолы, которые модифицированы посредством введения гидроксиальдегида или гидроксикетона, такого как глюкоза. Модифицированные смолы перерабатывают в волокна, которые используют в качестве связующего вещества для бумажного производства.

Значительный недостаток известных предназначенных для древесины связующих веществ на основе аминопластов заключатся в том, что композиционные материалы, изготовленные с применением этих веществ, высвобождают формальдегид, который классифицируют как канцерогенное вещество (категория 1 В согласно приложению VI положения 2008/1272/ЕС). Предшествующие попытки замещения формальдегида другими карбонильными соединениями в предназначенных для древесины связующих веществах на основе аминопластов регулярно оказывались неудачными вследствие того, что альтернативные материалы имеют чрезмерно высокую стоимость, и получаемые связующие вещества не обладают требуемыми свойствами, в частности, в отношении продолжительности отверждения, механической устойчивости и водостойкости.

В документах WO 2015/086035 А1 и WO 2015/086074 А1 описаны способы изготовления не содержащих формальдегида смол в качестве предназначенных для композиционных материалов на основе древесины или натуральных волокон связующих веществ, в которых с гидроксимоноальдегидом реагирует амин, амид или ароматическое гидроксисоединение. Гидроксимоноальдегиды, в частности, гликолевый альдегид или глицеральдегид, получают из формальдегида на предшествующей стадии синтеза посредством реакции с обращением полярности. Этот способ отличается сложностью и высокой стоимостью, а также несет в себе риск того, что непрореагировавший формальдегид с предшествующей стадии синтеза попадет в смолу и изготовленные из нее композиционные материалы.

В качестве альтернативы аминопластам на основе формальдегида, связующие вещества на основе изоцианатов, таких как полимерный дифенилметандиизоцианат (PMDI), также используют в небольшом масштабе для изготовления композиционных материалов на основе древесины. Однако эти связующие вещества по своей стоимости многократно превосходят классические аминопласты. Кроме того, оказывается проблематичным, что композиционные материалы, изготовленные с применением связующих веществ на основе изоцианатов, высвобождают значительные количества цианистоводородной кислоты и других токсичных цианосоединений в случае пожара или в течение термической переработки. Кроме того, неотвержденные связующие вещества на основе изоцианатов, такие как PMDI и исходные материалы, используемые для их получения, такие как дифенилметандиизоцианат (MDI) и метилендифениламин (MDA), также обладают значительной токсичностью. Таким образом, связующие вещества на основе изоцианатов нельзя рассматривать в качестве безопасной альтернативы связующим веществам на основе формальдегида в отношении здравоохранения и защиты окружающей среды.

В документе DE 10 2014 105 879 А1 описан способ изготовления композиционного материала, который составляют содержащая целлюлозу подложка и многокомпонентное связующее вещество. Первый компонент связующего вещества содержит кровь животных, и второй компонент связующего вещества содержит по меньшей мере одну добавку из группы, которую составляют пероксид, карбамид, алюмокалиевые квасцы, сульфат алюминия, сульфит натрия, глицерин, формальдегид, изоцианат, гексамин, лаурилсульфат натрия, сульфат натрия, соль алюминия, лигнинсульфонат, растворимое стекло, этанол, лимонная кислота, гидроксид натрия и/или гидровоск. Формальдегид или изоцианат следует использовать для улучшения сшивания связующего вещества с древесными стружками.

Таким образом, известные связующие вещества для композиционных материалов на основе древесины имеют разнообразные недостатки в отношении связанных с ними рисков для здоровья и окружающей среды, их технических свойств или их экономической целесообразности.

Таким образом, основная задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предотвратить недостатки предшествующего уровня техники и предложить для содержащих целлюлозу материалов, таких как древесина и бумага, связующие вещества которые имеют превосходные технические свойства, в частности, в отношении продолжительности обработки, а также механической устойчивости и водостойкости получаемых из них композиционных материалов, и которые предпочтительно являются пригодными для хранения и транспортировки в форме однокомпонентной системы без охлаждения. Кроме того, связующие вещества должны иметь невысокую стоимость и возможность получения, в частности, из природных исходных материалов. Оказываются также желательными возможность получения связующих веществ, в которой практически или полностью отсутствуют компоненты, вредные для здоровья и окружающей среды, такие как формальдегид и изоцианаты, и отсутствие соответствующих выбросов из композиционных материалов, изготовленных с применением этих веществ.

Согласно настоящему изобретению эту задачу решает связующее вещество для содержащих целлюлозу материалов по пунктам 1-16 формулы изобретения. Объекты настоящего изобретения также представляют собой применение связующего вещества по пункту 17 формулы изобретения, способ изготовления композиционного материала по пункту 18 формулы изобретения и композиционный материал по пункту 19 формулы изобретения.

Связующее вещество для содержащих целлюлозу материалов согласно настоящему изобретению отличается тем, что оно содержит:

(a) гидроксиальдегид,

(b) белоксодержащий компонент животного происхождения и

(c) компонент, содержащий фенольные олигомеры.

Термин «связующее вещество» означает вещество, которое может связывать или скреплять друг с другом одинаковые или различные материалы и подложки в составе композиционного материала. В частности, связующее вещество может связывать или скреплять посредством адгезии, когезии или реакции кусковые материалы или протяженные подложки. Таким образом связующее вещество также может называться термином «клей».

Термин «содержащие целлюлозу материалы» означает, в частности, материалы, содержащие целлюлозу, гемицеллюлозу, голоцеллюлозу или лигноцеллюлозу. Примеры содержащих целлюлозу материалов представляют собой древесина, древесная масса, солома, багасса, кенаф, бамбук, сизаль, конопля, кокосовое волокно и бумага, в частности, древесина и бумага. Содержащие целлюлозу материалы могут присутствовать в форме кусковых материалов, таких как стружки и волокна, или в форме протяженных подложек, таких как пучки, фанерные листы, картон и ламинированная древесина. В частности, содержащие целлюлозу материалы могут быть использованы в форме цельной древесины, древесных стружек, опилок, разделенной на волокна древесной массы, древесной муки, древесной пыли и механической древесной массы, а также в форме повторно используемых материалов, таких как древесные отходы или макулатура.

Согласно настоящему изобретению связующее вещество содержит гидроксиальдегид. Оказывается предпочтительным, что гидроксиальдегид представляет собой α-гидроксиальдегид, в частности, α-гидрокси-С₂-Ci₁₀-альдегид, предпочтительно α-гидрокси-С₃-Ci₁₀-альдегид, особенно предпочтительно α-гидрокси-С₃-С₅-альдегид, особенно предпочтительно α,β-дигидрокси-С₃-С₅-альдегид и наиболее предпочтительно глицеральдегид.

Согласно предпочтительному варианту осуществления гидроксиальдегид получают на месте применения, используя полиол и окислитель. Используемый полиол представляет собой, в частности, полиол, содержащий по меньшей мере две ОН группы, в частности, полиол, содержащий по меньшей мере две вицинальные ОН группы, предпочтительно С₂-С₁₀-полиол, содержащий по меньшей мере две вицинальные ОН группы, особенно предпочтительно С₃-С₁₀-полиол, содержащий по меньшей мере две вицинальные ОН группы, предпочтительнее С₃-С₅-полиол, содержащий по меньшей мере две вицинальные ОН группы, особенно предпочтительно С₃-С₅-полиол, содержащий по меньшей мере три вицинальные ОН группы, и наиболее предпочтительно глицерин. В качестве окислителя предпочтительно используют пероксид, причем особенно предпочтительным является пероксид водорода. Согласно особенно предпочтительному варианту осуществления гидроксиальдегид получают из глицерина и пероксида водорода. Полиол используют в количестве, составляющем предпочтительно от 1 до 30% по массе, в частности, от 4 до 15% по массе, предпочтительно от 6 до 10% по массе и особенно предпочтительно от 7 до 8% по массе по отношению к полной массе связующего вещества. Окислитель используют в количестве, составляющем предпочтительно от 0,5 до 10% по массе, в частности, от 1 до 5% по массе, предпочтительно от 1,5 до 4% по массе и особенно предпочтительно от 2 до 3% по массе по отношению к полной массе связующего вещества. Если в качестве окислителя используют пероксид водорода, его предпочтительно используют в форме водного раствора, в частности, имеющего концентрацию, составляющую приблизительно 35% по массе.

Белоксодержащий компонент животного происхождения предпочтительно представляет собой гемоглобин, в частности, гемоглобин из крови животных, или белковый концентрат, в частности, белковый концентрат из крови животных. Предпочтительно белоксодержащий компонент используют в форме порошка, такого как порошок цельной крови животных, в частности, порошок крови животных категории 3, порошок плазмы или порошок гемоглобина. Согласно другому варианту осуществления в качестве белоксодержащего компонента животного происхождения используют белковый концентрат, получаемый посредством разложения отходов животного происхождения, таких как кости и шкуры. Такой белковый концентрат поставляет, например, компания Saval. Белковый концентрат может быть использован, в частности, в форме порошка или концентрата с содержанием твердых веществ, составляющим, например, приблизительно 35% по массе. Предпочтительно белоксодержащий компонент животного происхождения используют по отношению к сухой массе в количестве, составляющем от 1 до 20% по массе, в частности, 3 до 10% по массе, предпочтительно от 4 до 10% по массе по отношению к полной массе связующего вещества.

Связующее вещество также содержит компонент, содержащий фенольные олигомеры. Компонент, содержащий фенольные олигомеры, предпочтительно получают из лигнина. Предпочтительно фенольные олигомеры имеют средневзвешенную молярную массу в диапазоне от 1000 до 5000 г/моль и, в частности, от 2000 до 3000 г/моль. Подходящие компоненты, содержащие фенольные олигомеры, можно получать, в частности, посредством разложения лигноцеллюлоз, осуществляя способ Organosolv (также называется термином «содовый способ»), способ Milox, способ Formacell, способ, Organocell и предпочтительно сульфатный способ (также известный как способ Kraft). Компонент, содержащий фенольные олигомеры и получаемый сульфатным способом, также называют термином «крафт-лигнин». Компонент, содержащий фенольные олигомеры, предпочтительно крафт-лигнин, может быть использован в частности, в форме лиофилизированного порошка. Кроме того, оказывается предпочтительным, что компонент, содержащий фенольные олигомеры, в частности, крафт-лигнин, используют в количестве по отношению к сухой массе, составляющем от 1 до 20% по массе, в частности, от 2 до 15% по массе, предпочтительно от 2 до 12% по массе и особенно предпочтительно от 6 до 10% по массе по отношению к полной массе связующего вещества.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения связующее вещество также содержит:

(d) белоксодержащий компонент растительного происхождения.

Оказывается особенно предпочтительным, что в качестве белоксодержащего компонента растительного происхождения присутствует растительная барда. Термин «растительная барда» означает технологический остаток, производимый из растительного материала, такой как, в частности, остаток от дистилляции, например, в производстве биоэтанола, растительная масса, например, в производстве картофельного крахмала, или отжатый остаток, например, в производстве масла из семян растений. Оказывается возможным отделение жидкой части технологического остатка посредством фильтрования или осаждения с получением растительной барды. Примеры подходящих растительных материалов представляют собой хмель, ячмень, пшеница, рис и кукуруза. Особенно предпочтительной является растительная барда на основе злаковых растений, в частности, пшеницы. Кроме того, оказывается предпочтительным, что белоксодержащий компонент растительного происхождения имеет содержание белка, составляющее от 10 до 50% по массе, в частности, от 20 до 40% по массе и наиболее предпочтительно приблизительно 30% по массе.

Белоксодержащий компонент растительного происхождения предпочтительно используют в количестве по отношению к сухой массе, составляющем от 0 до 20% по массе, в частности, от 1 до 15% по массе, предпочтительно от 3 до 7% по массе и особенно предпочтительно от 4 до 6% по массе по отношению к полной массе связующего вещества. Кроме того, оказывается предпочтительным, что в связующем веществе присутствуют компонент, содержащий фенольные олигомеры, в частности, крафт-лигнин, и белоксодержащий компонент растительного происхождения, в частности, растительная барда, в массовом соотношении, составляющем, в каждом случае на основе сухого вещества, от 3:1 до 1:3, в частности, от 2:1 до 1:2, предпочтительно от 1,5:1 до 1:1,5 и особенно предпочтительно приблизительно 1:1.

Предпочтительно связующее вещество также содержит другие белоксодержащие компоненты животного происхождения, в частности, казеин. Дополнительный белоксодержащий компонент животного происхождения предпочтительно используют в количестве по отношению к сухой массе, составляющем от 0 до 20% по массе, в частности, от 1 до 15% по массе, предпочтительно от 2,5 до 15% по массе и особенно предпочтительно от 2,5 до 5% по массе по отношению к полной массе связующего вещества. Связующее вещество особенно предпочтительно содержит оксид кальция или гидроксид кальция в частности, в количестве, составляющем от 0,5 до 5% по массе, в частности, от 1 до 4% по массе и особенно предпочтительно от 2 до 3% по массе по отношению к сухой массе дополнительного белоксодержащего компонента животного происхождения.

Согласно предпочтительному варианту осуществления связующее вещество также содержит амид и/или диальдегид. Примеры подходящих амидов представляют собой капролактам, карбамид и, в частности, меламин. Предпочтительно амид используют в количестве, составляющем от 0 до 40% по массе, в частности, от 1 до 30% по массе, предпочтительно от 2 до 10% по массе и особенно предпочтительно от 4 до 6% по массе по отношению к полной массе связующего вещества. Согласно особенно предпочтительному варианту осуществления амид используют в количестве, составляющем от 0 до 10% по массе, в частности, от 1 до 8% по массе, предпочтительно от 2 до 6% по массе и особенно предпочтительно от 4 до 5% по массе по отношению к полной массе связующего вещества. Согласно другому особенно предпочтительному варианту осуществления амид используют в количестве, составляющем от 1 до 40% по массе, в частности, от 10 до 35% по массе и предпочтительно от 20 до 30% по массе по отношению к полной массе связующего вещества. Примеры подходящих диальдегидов представляют собой глутаральдегид и, в частности, глиоксаль. Диальдегид предпочтительно используют в количестве, составляющем от 0 до 10% по массе, в частности, от 1 до 8% по массе, предпочтительно от 2 до 6% по массе и особенно предпочтительно от 3 до 4% по массе по отношению к полной массе связующего вещества. Особенно предпочтительно связующее вещество содержит сочетание амида и диальдегида и, в частности, сочетание меламина и глиоксаля. Амид и диальдегид предпочтительно используют в молярном соотношении, составляющем от 1:1 до 1:10, в частности, от 1:2 до 1:7,5 и предпочтительно от 1:2,5 до 1:5.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления связующее вещество также содержит карбоновую кислоту, соль карбоновой кислоты и/или ангидрид карбоновой кислоты, в частности, уксусную кислоту или ацетат, малеиновую кислоту или малеат и/или малеиновый ангидрид. Карбоновую кислоту, соль карбоновой кислоты и/или ангидрид карбоновой кислоты предпочтительно используют в количестве, составляющем от 0 до 20% по массе, в частности, от 1 до 15% по массе, предпочтительно от 2,5 до 10% по массе и особенно предпочтительно от 2,5 до 5% по массе по отношению к полной массе связующего вещества. Связующие вещества, содержащие карбоновую кислоту, соль карбоновой кислоты и/или ангидрид карбоновой кислоты, оказываются особенно подходящими для содержащих целлюлозу материалов, в которых отсутствует древесина, таких как солома, бумага, картон и клееный картон.

Кроме того, связующее вещество может содержать добавки. Примеры подходящих добавок представляют собой способствующие смачиванию вещества, которые улучшают смачивание подложки, пеногасители, загустители, способствующие разглаживанию вещества, огнезащитные вещества, красители и консерванты, такие как фунгициды. Обычно добавки используют в количестве, составляющем вплоть до 15% по массе, в частности, вплоть до 10% по массе и предпочтительно вплоть до 5% по массе по отношению к полной массе связующего вещества. Для достижения особенно продолжительного срока хранения консервант и, в частности, фунгицид, такой как бета-нафтол или тимол, следует использовать в количестве, составляющем предпочтительно от 0,1 до 10% по массе, в частности, от 0,5 до 5% по массе и особенно предпочтительно от 1 до 3% по массе по отношению к полной массе связующего вещества.

Кроме того, связующее вещество обычно содержит воду. Предпочтительно, связующее вещество имеет содержание воды, составляющее от 0 до 80% по массе и, в частности, от 40 до 75% по массе.

Кроме того, связующее вещество согласно настоящему изобретению предпочтительно имеет значение рН в диапазоне от 8 до 11, предпочтительно значение рН в диапазоне от 8,5 до 10, предпочтительно значение рН в диапазоне от 9 до 10 и наиболее предпочтительно значение рН, составляющее приблизительно 9.

Кроме того, оказывается предпочтительным, что связующее вещество содержит менее чем 5,0% по массе, в частности, менее чем 2,0% по массе, предпочтительно менее чем 1,0% по массе, наиболее предпочтительно менее чем 0,5% по массе солей аммония, таких как сульфат аммония, двойной сульфат алюминия и аммония, лигнинсульфонат аммония и гидрофосфат аммония, и наиболее предпочтительно связующее вещество практически не содержит солей аммония.

Кроме того, оказывается предпочтительным, что связующее вещество содержит менее чем 2,0% по массе, в частности, менее чем 1,0% по массе, предпочтительно менее чем 0,5% по массе, особенно предпочтительно менее чем 0,1% по массе формальдегида, и наиболее предпочтительно связующее вещество практически не содержит формальдегида.

Связующее вещество, которое может быть получено посредством смешивания следующих компонентов, является особенно предпочтительным согласно настоящему изобретению, причем по меньшей мере один и предпочтительно все из этих компонентов используют в указанных ниже количествах по отношению к полной массе смеси:

и, где это целесообразно, полученную смесь высушивают.

Диапазоны, определенные выше для количеств индивидуальных компонентов по отношению к полной массе связующего вещества, представляют собой особенно предпочтительные диапазоны для количеств компонентов, используемых по отношению к полной массе смеси.

Кроме того, оказывается особенно предпочтительным связующее вещество, которое содержит по меньшей мере два и предпочтительно все из следующих компонентов в указанных массовых пропорциях:

Неожиданно, оказалось, что связующее вещество согласно настоящему изобретению имеет ряд свойств, которые являются особенно предпочтительными для изготовления композиционных материалов. В частности, связующее вещество затвердевает регулируемым и быстрым образом в обычных условиях изготовления композиционных материалов, таких как древесностружечные плиты и, таким образом, может быть использовано особенно предпочтительным образом в способах непрерывного изготовления композиционных материалов. Композиционные материалы, изготавливаемые таким способом, имеют превосходную механическую устойчивость и водостойкость. В частности, композиционные материалы имеют водостойкость по меньшей мере класса Р3 согласно стандарту DIN EN 312-1. Связующее вещество также может быть получено из доступных по невысокой цене природных исходных материалов и может быть изготовлено без таких компонентов, как формальдегид и изоцианаты, которые являются вредными для здоровья и окружающей среды. Кроме того, связующее вещество можно хранить и транспортировать как однокомпонентную систему в течение нескольких месяцев без охлаждения.

Обычно связующее вещество используют в неразбавленной форме. В качестве альтернативы, также может быть использовано связующее вещество, разбавленное, например, как грунтовочный материал. Наконец, связующее вещество также может быть использовано в высушенной форме.

Связующее вещество согласно настоящему изобретению также может быть использовано в сочетании с известными связующими веществами. Примеры подходящих известных связующих веществ представляют собой полимерный диизоцианат (PMDI), эмульсионный полимерный изоцианат (EPI), поливинилацетат (PVAC), смолы на основе фурфураля и фурфурилового спирта, полиуретан, эпоксидные смолы и сшитые полимеры на основе насыщенных и ненасыщенных акрилатов. Связующее вещество согласно настоящему изобретению является совместимым с известными связующими веществами, в частности, в форме товарных дисперсий, при всех соотношениях компонентов смеси.

Связующее вещество согласно настоящему изобретению является особенно подходящим для изготовления композиционных материалов. Таким образом, объект настоящего изобретения также представляет собой применение связующего вещества согласно настоящему изобретению для изготовления композиционных материалов, в частности, на основе содержащего целлюлозу материала. Примеры подходящих содержащих целлюлозу материалов представляют собой древесина, целлюлоза, солома, багасса, кенаф, бамбук, сизаль, конопля, кокосовое волокно, бумага, картон и клееный картон, в частности, древесина и бумага. В частности, содержащие целлюлозу материалы могут быть использованы в форме цельной древесины, древесных стружек, опилок, древесной массы, древесной муки, древесной пыли и механической древесной массы, а также в форме повторно используемых материалов, таких как древесные отходы или макулатура.

Кроме того, объект настоящего изобретения представляет собой способ изготовления композиционного материала, в котором содержащий целлюлозу материал обрабатывают с применением связующего вещества согласно настоящему изобретению. Связующее вещество согласно настоящему изобретению затвердевает с содержащими целлюлозу материалами, в частности, при воздействии нагревания и предпочтительно нагревания и давления. Предпочтительно способ включает стадию, на которой связующее вещество прессуют с содержащим целлюлозу материалом. Как правило, обработку осуществляют при температуре от 100 до 250°С и, в частности, при давлении от 1 до 250 бар, предпочтительно от 10 до 180 бар.

Связующее вещество может быть использовано во всех обычных перерабатывающих машинах, таких как автоматизированные производственные линии, но также ручные прессы, без каких-либо особых приспособлений. Все известные и обычные процедуры также могут быть осуществлены с применением связующего вещества согласно настоящему изобретению.

Посредством регулирования температуры и давления можно легко регулировать продолжительность обработки и поведение при затвердевании связующего вещества согласно настоящему изобретению. Продолжительность прессования композиционных плит обычно зависит от типа содержащего целлюлозу материала, температуры прессования, давления прессования и толщины плит. С применением связующего вещества согласно настоящему изобретению продолжительность прессования, составляющая менее чем 10 с на 1 мм толщины плиты, может быть достигнута в нормальных технологических условиях.

Наконец, объект настоящего изобретения также представляет собой композиционный материал, который может быть получен способом согласно настоящему изобретению. Примеры подходящий композиционных материалов представляют собой имеющие плоские и трехмерные формы продукты и формованные изделия, в частности, для мебельной и строительной промышленности, такие как плиты, в частности, мебельные плиты, плиты строительных материалов и теплоизоляционные плиты, кирпичи, блоки поддонов, опалубочные конструкции для цемента, экструдированные изделия и трехмерные формованные изделия, а также вторичные продукты на основе связанной пыли и строительные картонные плиты.

Далее настоящее изобретение разъяснено более подробно посредством вариантов осуществления.

Варианты осуществления

Десять связующих веществ согласно настоящему изобретению в соответствии со следующей таблицей были получены и использованы для изготовления разнообразных композиционных материалов:

¹⁾ 85% водный раствор

²⁾ 35%) водный раствор

³⁾ Примеры 1-5 и 7-10: лиофилизированный гемоглобин Пример 6: белковый концентрат от компании Saval

⁴⁾ 40% водный раствор

⁵⁾ Содержание твердых веществ 20% по массе

⁶⁾ 35%) водный раствор

⁷⁾ 60% водный раствор

¹⁾ 80% водный раствор

²⁾ 35%) водный раствор

³⁾ 40% водный раствор

⁴⁾ Содержание твердых веществ 20% по массе

Пример 1 (древесностружечная плита)

Однокомпонентное связующее вещество с композицией 1 согласно приведенной выше таблице изготавливали посредством смешивания указанных исходных компонентов. Для изготовления древесностружечной плиты сосновые древесные стружки (выделенная на сите фракция >0,6 мм × 4 мм, влагосодержание 4 мас. %) смешивали со связующим веществом посредством распыления в барабанном смесителе для достижения равномерного смачивания стружек. Массовая доля связующего вещества составляла 8% по массе.

Стружки, смоченные связующим веществом, равномерно помещали на плиту пресса, которую смачивали имеющимся в продаже антиадгезионным агентом, и, таким образом, изготавливали стружечную лепешку. Стружечную лепешку предварительно прессовали вручную, а затем прессовали на лабораторном прессе для плит при температуре 200°С в течение периода, составляющего 120 с, при давлении 150 бар. Продолжительность прессования измеряли от момента времени достижения полного давления. Получали древесностружечную плиту толщиной 12 мм, т.е. продолжительность прессования составляла 10 с на 1 мм толщины плиты.

Для полученной древесностружечной плиты были определены следующие технические значения согласно стандарту DIN EN 312-1 (2010):

Набухание по толщине: 14%

Прочность при изгибе: 15,2 Н/мм²

Модуль упругости при изгибе: 2954 Н/мм²

Прочность при растяжении в поперечном направлении: 0,62 Н/мм²

Это означает, что были достигнуты технические значения для древесностружечной плиты класса Р3 согласно стандарту DIN EN 312-1 (2010).

Высвобождение формальдегида из полученной древесностружечной плиты определяли с применением камерного способа согласно стандарту DIN EN 717-1 (2006).

Оно составляло 0,024 мг/м³ через 12 ч, 0,019 мг/м³ через 24 ч и 0,005 мг/м³ через 240 ч.

Неожиданно естественное высвобождение формальдегида из необработанных сосновых древесных стружек оказалось в 6 раз меньше.

Пример 2 (ориентированная древесностружечная плита)

Однокомпонентное связующее вещество с композицией 2 согласно приведенной выше таблице изготавливали посредством смешивания указанных исходных компонентов. Для получения ориентированной древесностружечной плиты (OSB) толщиной 12 мм древесные стружки, имеющие влагосодержание от 2 до 4% по массе, смачивали связующим веществом с применением барабанного способа. Массовая доля связующего вещества составляла 8% по массе.

Стружки, смоченные связующим веществом, распределяли с образованием лепешки и помещали для прессования в пресс для плит. Затем изготовленную таким способом лепешку прессовали при температуре 200°С и давлении 165 бар в течение периода, составляющего 120 с, и получали плиту OSB.

Были достигнуты технические значения для плит OSB класса Р3 согласно стандарту DIN EN 312-1 (2010).

Пример 3 (тонкая древесностружечная плита)

Однокомпонентное связующее вещество с композицией 3 согласно приведенной выше таблице изготавливали посредством смешивания указанных исходных компонентов. Для получения тонкой (3,0 мм) древесностружечной плиты с плотностью 820 кг/м³ согласно способу Mende на каландре (AUMA 30) сосновые древесные стружки (выделенная на сите фракция >0,6 мм × 4 мм) смачивали, используя 115 кг связующего вещества (соответствующее содержание связующего вещества составляло 14% по массе) в барабанном смесителе (Lodige).

Плиту толщиной 3,0 мм изготавливали в течение 30 с при давлении 140 бар и температуре 175°С. Скорость подачи каландровой установки составляла 22 м/мин.

Были достигнуты технические значения тонкой древесностружечной плиты класса Р3 согласно стандарту DIN EN 312-1 (2010).

Пример 4 (древесностружечная плита)

Однокомпонентное связующее вещество с композицией 4 согласно приведенной выше таблице изготавливали посредством смешивания указанных исходных компонентов. Для получения древесностружечной плиты толщиной 22 мм сосновые древесные стружки (выделенная на сите фракция >0,6 мм × 4 мм, влагосодержание 2,5% по массе) смешивали со связующим веществом посредством его распыления и изготавливали стружечную лепешку. Массовая доля связующего вещества составляла 8% по массе.

Стружечную лепешку прессовали при температуре 200°С, давлении 155 бар и продолжительности прессования 12 с на 1 мм толщины плиты, используя однопролетный пресс.

Были достигнуты технические значения для древесностружечной плиты класса Р3 согласно стандарту DIN EN 312-1 (2010).

Пример 5 (древесноволокнистая плита средней плотности)

Однокомпонентное связующее вещество с композицией 5 согласно приведенной выше таблице изготавливали посредством смешивания указанных исходных компонентов. Для изготовления древесноволокнистой плиты средней плотности (плиты MDF) сосновые стружки, разделенные на волокна с помощью рафинера, высушивали до влагосодержания, составляющего приблизительно 1% по массе. Связующее вещество наносили посредством проклейки в барабане в процессе распыления. Массовая доля связующего вещества составляла 8% по массе.

Смоченные древесные волокна прессовали при температуре 185°С и давлении 140 бар. Продолжительность прессования на непрерывном прессе составляла 8 с на 1 мм толщины плиты. Плита толщиной 6 мм была изготовлена в течение 48 с.

Были достигнуты технические значения для плит MDF класса Р3 согласно стандарту DIN EN 312-1 (2010).

Пример 6 (фанерная плита)

Двухкомпонентное связующее вещество с композицией 6 согласно приведенной выше таблице изготавливали посредством смешивания указанных исходных компонентов. Компонент А связующего вещества содержал глицерин, пероксид водорода, белковый концентрат Saval, растительную барду и муку, а компонент В связующего вещества содержал крафт-лигнин, фторкарбонат, меламин, глиоксаль и резорцин.

Для изготовления фанерных плит (многослойной древесины) компонент А связующего вещества накатывали на одну сторону березового фанерного листа толщиной 2 мм, которую покрывали пшеничной мукой типа 405 для увеличения содержания твердых веществ и предотвращения прокола связующего вещества. Плотность нанесения компонента А связующего вещества составляла 80 г/м². Компонент В связующего вещества накатывали на одну сторону второго березового фанерного листа. Плотность нанесения компонента В связующего вещества составляла 40 г/м². Затем верхние поверхности двух фанерных листов, на которые были нанесены компоненты связующего вещества, крестообразно помещали друг на друга и совместно прессовали при температуре 140°С и давлении 65 бар в течение периода, составляющего 120 с.

Пример 7 (фанерованная поверхность)

Однокомпонентное связующее вещество с композицией 7 согласно приведенной выше таблице изготавливали посредством смешивания указанных исходных компонентов. Для изготовления фанерованной поверхности связующее вещество накатывали на обе стороны древесностружечной плиты с плотностью 80 г/м² в качестве несущей плиты с применением валика для двухстороннего нанесения клея. Проклеенную несущую плиту помещали на дубовый фанерный лист толщиной 0,8 мм. Верхнюю сторону также покрывали дубовым фанерным листом и помещали в короткоцикловой пресс. Давление прессования составляло 70 Н/мм², и продолжительность прессования составляла 90 с при 110°С.

Пример 8 (древесностружечная плита)

Однокомпонентное связующее вещество с композицией 8 согласно приведенной выше таблице изготавливали посредством смешивания указанных исходных компонентов. Для изготовления древесностружечной плиты толщиной 16 мм сосновые древесные стружки (выделенная на сите фракция >0,6 мм × 4 мм, влагосодержание от 2 до 4% по массе) смешивали со связующим веществом посредством распыления и изготавливали стружечную лепешку. Массовая доля связующего вещества составляла 7% по массе.

Стружечную лепешку прессовали при температуре 210°С, давлении 150 бар и продолжительности прессования, составляющей 130 с, используя однопролетный пресс.

Были достигнуты технические значения для древесностружечной плиты класса Р3 согласно стандарту DIN EN 312-1 (2010).

Пример 9 (соломенный картон)

Однокомпонентное связующее вещество с композицией 9 согласно приведенной выше таблице изготавливали посредством смешивания указанных исходных компонентов. Связующее вещество наносили, используя периодический смеситель (Lodige) с двумя дозирующими соплами, на необработанные соломенные волокна, имеющие длину вплоть до 20 мм и влагосодержание, составляющее приблизительно 6% по массе. Массовая доля связующего вещества составляла 10% по массе.

Смоченные соломенные волокна прессовали при температуре 180°С и давлении 140 бар. Продолжительность прессования на однопролетном прессе составляла 12 с на 1 мм толщины плиты. С применением разделительных плит была изготовлена плита, имеющая толщину 20 мм и объемную плотность 550 кг/м³.

Следующие значения были определены согласно стандарту DIN EN 622:

Объемная плотность: 550 кг/м³

Прочность при растяжении в поперечном направлении: 0,58 Н/мм² Набухание по толщине (24 ч): 14,3% Прочность при изгибе: 28,2 Н/мм²

Таким образом, были достигнуты технические значения для древесноволокнистых плит класса Р3 согласно стандарту DIN EN 622.

Следовательно, связующее вещество согласно настоящему изобретению также обеспечивает изготовление композиционных материалов на основе содержащих целлюлозу природных материалов, таких как солома, на поверхность которых нанесен силикатный или парафиновый слой. Это оказывается особенно неожиданным, потому что традиционные связующие вещества, например, на основе аминопластов, не являются подходящими для обработки таких природных материалов.

Вместо соломы могут быть использованы другие содержащие целлюлозу волокна, предпочтительно на основе молодых растений или однолетних растений, или измельченных отходов, таких как стержни кукурузных початков, арахисовая шелуха и подобные материалы, а также бумаги из вторичного сырья.

Пример 10 (древесноволокнистая плита)

Однокомпонентное связующее вещество с композицией 10 согласно приведенной выше таблице изготавливали посредством смешивания указанных исходных компонентов. Для изготовления древесноволокнистой плиты древесные стружки, разделенные на волокна с помощью рафинера, высушивали до влагосодержания, составляющего приблизительно 4% по массе. Связующее вещество распыляли на древесные волокна с применением плужного смесителя и безвоздушного распыления. Массовая доля связующего вещества составляла 8% по массе. Смоченные древесные волокна прессовали при температуре 200°С с применением разделительных плит и изготавливали плиту, имеющую толщину 20 мм и объемную плотность 120 кг/м³. Продолжительность прессования составляла 160 с, что соответствовало 8 с на 1 мм толщины плиты.

Прочность при изгибе полученной древесноволокнистой плиты составляла 1,3 Н/мм² в соответствии со стандартом DIN EN 622-4. Таким образом, были достигнуты технические значения пористых древесноволокнистых плит для наружного применения согласно стандарту DIN EN 622-4.

Высвобождение летучих органических соединений (ЛОС) из полученной древесноволокнистой плиты через 5 ч, 24 ч и 48 ч представлено в следующей таблице:

Claims (24)

1. Связующее вещество для содержащих целлюлозу материалов, содержащее:

a) гидроксиальдегид,

b) белоксодержащий компонент животного происхождения и

c) компонент, содержащий фенольные олигомеры,

в котором фенольные олигомеры имеют средневзвешенную молярную массу в диапазоне от 1000 до 5000 г/моль,

и компонент, содержащий фенольные олигомеры, представляет собой крафт-лигнин.

2. Связующее вещество по п. 1, в котором фенольные олигомеры имеют средневзвешенную молярную массу в диапазоне от 2000 до 3000 г/моль.

3. Связующее вещество по п. 1 или 2, в котором гидроксиальдегид представляет собой α-гидроксиальдегид, в частности, α-гидрокси-С₂-С_i10-альдегид, предпочтительно α-гидрокси-С₃-С_i10-альдегид, особенно предпочтительно α-гидрокси-С₃-С₅-альдегид, особенно предпочтительно α,β-дигидрокси-С₃-С₅-альдегид и наиболее предпочтительно глицеральдегид.

4. Связующее вещество по любому из пп. 1-3, в котором гидроксиальдегид получают на месте применения, используя полиол, содержащий по меньшей мере две OH группы, в частности, полиол, содержащий по меньшей мере две вицинальные OH группы, предпочтительно С₂-С₁₀-полиол, содержащий по меньшей мере две вицинальные OH группы, особенно предпочтительно С₃-С₁₀-полиол, содержащий по меньшей мере две вицинальные OH группы, предпочтительнее С₃-С₅-полиол, содержащий по меньшей мере две вицинальные OH группы, особенно предпочтительно С₃-С₅-полиол, содержащий по меньшей мере три вицинальные OH группы, и наиболее предпочтительно глицерин, а также окислитель, в частности, пероксид и особенно предпочтительно пероксид водорода.

5. Связующее вещество по любому из пп. 1-4, в котором белоксодержащий компонент животного происхождения содержит гемоглобин, в частности, гемоглобин из крови животных.

6. Связующее вещество по любому из пп. 1-5, дополнительно содержащее:

d) белоксодержащий компонент растительного происхождения, в частности, белоксодержащий компонент растительного происхождения представляет собой растительную барду.

7. Связующее вещество по любому из пп. 1-6, дополнительно содержащее белоксодержащие компоненты животного происхождения, в частности, казеин.

8. Связующее вещество по любому из пп. 1-7, дополнительно содержащее амид, предпочтительно капролактам, карбамид или, в частности, меламин, и/или диальдегид, предпочтительно глутаральдегид или, в частности, глиоксаль.

9. Связующее вещество по любому из пп. 1-8, дополнительно содержащее карбоновую кислоту, соль карбоновой кислоты и/или ангидрид карбоновой кислоты, в частности, уксусную кислоту или ацетат, малеиновую кислоту или малеат и/или малеиновый ангидрид.

10. Связующее вещество по любому из пп. 1-9, которое имеет значение pH в диапазоне от 7 до 12, в частности, значение pH в диапазоне от 8 до 11, предпочтительно значение pH в диапазоне от 8,5 до 10, предпочтительно значение pH в диапазоне от 9 до 10 и наиболее предпочтительно имеет значение pH, составляющее приблизительно 9.

11. Связующее вещество по любому из пп. 1-10, содержащее менее чем 5,0 мас.%, в частности, менее чем 2,0 мас.%, предпочтительно менее чем 1,0 мас.%, особенно предпочтительно менее чем 0,5 мас.% солей аммония и наиболее предпочтительно практически не содержащее солей аммония.

12. Связующее вещество по любому из пп. 3-11, которое может быть получено посредством смешивания следующих компонентов, используемых в количествах, указанных ниже:

Компонент Массовая процентная доля Полиол 1-30, в частности, 4-15 Окислитель 0,5-10, в частности, 1,5-4 Белоксодержащий компонент животного происхождения (сухое вещество) 1-20, в частности, 3-10 Содержащий фенольные олигомеры компонент (сухое вещество) 1-20, в частности, 2-12 Белоксодержащий компонент растительного происхождения (сухое вещество) 0-20, в частности, 3-7 Казеин 0-20, в частности, 2,5-15 Вода 0-80, в частности, 40-75

и, где это целесообразно, полученную смесь высушивают, или содержит следующие компоненты в массовых пропорциях, указанных ниже:

Компонент Массовая пропорция Гидроксиальдегид 5-25, в частности, 10-20 Белоксодержащий компонент животного происхождения (сухое вещество) 5-25, в частности, 10-20 Содержащий фенольные олигомеры компонент (сухое вещество) 4-40, в частности, 5-30 Белоксодержащий компонент растительного происхождения (сухое вещество) 1-25, в частности, 3-12 Казеин 0-40, в частности, 5-30

13. Применение связующего вещества по любому из пп. 1-12 для изготовления композиционного материала на основе содержащего целлюлозу материала, предпочтительно представляющего собой древесину, целлюлозу, солому, багассу, кенаф, бамбук, сизаль, коноплю, кокосовое волокно, бумагу, картон или клееный картон.

14. Способ изготовления композиционного материала, в котором связующее вещество по любому из пп. 1-12 перерабатывают и прессуют с содержащим целлюлозу материалом, предпочтительно при температуре в диапазоне от 100 до 250°C и при давлении от 1 до 250 бар, предпочтительно от 10 до 180 бар.

15. Композиционный материал для мебельной или строительной промышленности, который получают способом по п. 14 и который содержит связующее вещество по любому из пп. 1-12 и материал, содержащий целлюлозу.