TWI678383B - 利用聚異氰酸酯組合物結合木質纖維素材料之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種結合木質纖維素材料之方法，其包含以下步驟：a)使木質纖維素材料與亞甲基橋接聚苯聚異氰酸酯組合物接觸及b)隨後允許該材料結合，其中該聚異氰酸酯組合物之表面張力低於或等於46 mN/m。

Description

利用聚異氰酸酯組合物結合木質纖維素材料之方法
本發明係關於聚異氰酸酯組合物於結合木質纖維素材料中之用途，該等木質纖維素材料用於製造複合木板，特別是纖維板，諸如高密度纖維板(HDF)、中密度纖維板(MDF)及木纖維絕緣板。
中密度纖維板(MDF)係指包含壓製且與黏著劑(通常酚-甲醛或脲-甲醛樹脂，或聚合性二苯基甲烷二異氰酸酯黏著劑)膠接在一起之木纖維之複合產物。頻繁地，MDF板亦包含蠟。普遍將MDF製造為各種厚度(通常自3 mm至25 mm)及密度(通常自650至800 kg/m3 )之扁平薄片或板，且可供應有在視覺上有吸引力的紙質或木質膠合板或塑膠表面修整或表面塗佈。板例如於傢俱、裝飾內壁裏料、門、分離壁及多種其他通常室內應用中尋找廣泛的最終用途應用。
利用有機聚異氰酸酯作為用於諸如華夫刨花板(wafer board)、碎木片板、纖維板及膠合板之薄片或模製本體之製造中的木質纖維素材料的結合劑係熟知且商業理想的，此係因為所得複合物具有高黏著性及內聚強度、對木材種類變化之可撓性、相對於固化溫度及速率之變通性、所得複合物之極佳結構特性及與水含量通常高於用於縮合樹脂(諸如酚甲醛)之木質纖維素材料的木質纖維素材料結合之能力。在一種典型方法中，將視情況呈溶液、分散液或水性乳劑形式之有機聚異氰酸酯塗覆至木質纖維素材料，接著使該木質纖維素材料經受熱及壓力。
較佳異氰酸酯為官能度為二或更高之芳族聚異氰酸酯(諸如純二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI))或含有雙官能、三官能及更高官能度聚異氰酸酯之亞甲基橋接聚苯聚異氰酸酯的混合物。亞甲基橋接聚苯聚異氰酸酯在此項技術中係熟知的。其藉由藉由苯胺及甲醛之縮合獲得之多元胺的相應混合物的光氣化製備。為方便起見，含有雙官能、三官能及更高官能度聚異氰酸酯之亞甲基橋接聚苯聚異氰酸酯之聚合性混合物在下文中稱為聚合性MDI。
除熱壓及所用黏著劑之量及類型以外，纖維品質(纖維大小及形態、表面特徵、化學特性、機械性能)係影響製造方法及面板特性之最重要的變數。
用於MDF製造之主要原料-熱機械漿(TMP)-通常獲自去纖維化方法。在於蒸煮器中軟化木基質物質木質素後，藉由精製器之研磨盤將木屑或鋸木廠殘餘物(鋸屑)碾磨成纖維。蒸煮溫度兼蒸煮後之木屑溫度決定如何將天然木結構加工成纖維。在低於木質素軟化之溫度下，纖維自木結構拉出且因此受損，而在高於木質素軟化之溫度下，木物質經分離成在中間片層之單一纖維。因此，去纖維化方法之參數決定所達成之纖維品質。
在任何精製方法中產生一系列不同品質之纖維，可將該等纖維分類為細料、單一纖維、小纖維束、截斷束及大束。雖然精製條件可嘗試最大化此等類型族群中任一者之份，但應注意的是，即使設置初始條件以相比於其他有利於一種類型纖維，但由於精製刀片之磨損，纖維品質之分佈將在該方法之運行期間變化。
精製參數(例如研磨板距離、蒸煮溫度、滯留時間)之選擇因此極為關鍵且限定纖維(單一纖維/纖維束)之濃度及尺寸/幾何形狀同樣不同幾何形狀之間的比率。
眾所周知，纖維板之特性與值得其之木纖維的品質(大小及表面化學性質)相關。具有不同大小/幾何形狀之纖維(單一纖維及纖維束)對水、樹脂及蠟(一般液體物質)表現不同，從而以不同方式影響纖維板之最終特性。
在文獻中存在多種研究，其中精製參數與纖維大小之間的關係經量測且與纖維板之特性相關。若干篩析及纖維表徵方法得到發展。
大部分先前技術係關於利用特定範圍尺寸之粒子或纖維製造板，以便在最終產物中達成所需效能。碎屑及纖維尺寸有時與最終板材之水分吸收相關。通常指示粒子/纖維之長度或寬度之較佳上限和下限，以便獲得良好效能。在一些情況下，假定不同大小之粒子及纖維對樹脂及水表現不同。
Wenderel及Krug(Investigation of the influence of pulping parameters on morphological characteristics of TMP-pulp made from Scots pine, Eur.J.Wood Prod. (2012), 70:85-89)假定纖維大小並非造成面板特性在增加之製漿壓力下退化之原因，而是纖維與樹脂之間的相互關係(纖維表面特徵)受阻。
在DE 102014119242中，主張單一纖維及纖維束之長度需包含於2與15 mm之間且橫斷面小於0.7 mm但較佳0.5 mm。此外，表述較粗木纖維或木纖維束可耐受乾燥纖維墊之重量之高達15%的部分。
在WO 201345551中，宣稱板材之效能與板材中之纖維定向相關。此外，主張長度在7 mm以下之木纖維為需要的，以便在最終板材中獲得足夠的纖維定向。
EP 2347874主張在粒子板之製造中，由於體積與表面之關係，小粒子比較大粒子消耗較多黏著劑。所提議之方法涉及根據粒子之大小調節量而將黏著劑塗覆於不同(此前分離之)大小的木材粒子上。
WO 200756839係關於一種用於高效能木質纖維素纖維複合材料之製造方法。關鍵點係為了產生平均長度不低於0.2 mm之木纖維。此允許製造拉伸強度高於55 MPa且撓曲強度高於80 MPa之複合材料。
在藉由在Hamburg，德國之Thunen Institute of Wood Research之J.T. Benthien、S. Heldner及M. Ohlmeyer於2016年公開之期刊論文中(Investigation of the interrelations between defibration conditions, fiber size and medium-density fiberboard (MDF) properties)(Eur. J. Wood Prod., DOI 10.1007/s00107-016-1094-2)，改變不同精製參數精製木纖維，諸如蒸煮時間及溫度、研磨盤距離及木材種類。分析所得纖維且用於MDF板中以使纖維大小與效能相關。已發現研磨盤距離及木材種類為對纖維長度特徵最有影響的參數。尤其發現未去纖維化之纖維束(碎片)之含量很大程度上與研磨盤距離相關。發現纖維大小為影響面板特性之參數中之一者。然而，必須將其他纖維特徵-特別是擔負其與水可濕性(厚度膨脹)及膠(機械特性)之纖維之化學性質-視為對面板特性的重要影響參數。
因此，顯然纖維品質之變化對最終板材特性具有相當大的影響。
克服纖維品質變化之方法尚不可知。選擇用於特殊類型樹脂之特定纖維品質可能係有可能的，但其並不解決在進行製造時之纖維之浮動品質的問題。
因此，本發明之目標係為了克服在製造纖維板中之纖維變化性的問題。詳言之，本發明之目標係為了鑑別一類樹脂，特別是在纖維板中用作結合劑之對所知製造之纖維的品質範圍最不敏感的亞甲基橋接聚苯聚異氰酸酯(pMDI)，由此允許纖維變化性且克服與纖維品質相關之最終板材效能之擴展。
本發明提供一種用於結合木質纖維素材料之方法，其包含以下步驟：a)使木質纖維素材料與亞甲基橋接聚苯聚異氰酸酯組合物接觸及b)隨後允許該材料結合，其特徵在於該聚異氰酸酯組合物之表面張力低於或等於46 mN/m、較佳低於40 mN/m且最佳低於30 mN/m。
此外，較佳地，根據本發明利用之聚異氰酸酯組合物之表面張力的極性貢獻得到增加，通常自0至6或更高mN/m。
此類聚異氰酸酯組合物將對一系列不同纖維品質提供經改良之可濕性。從而精製器條件及改變(其由於磨損及撕裂、不穩流動問題等而天然發生)精製器條件將在製造期間存在較少影響，且因此所製造之面板品質將在製造相移之時程期間較穩定。在相移之間可重置精製器條件。
由於在工業上所有不同纖維類型視精製條件而定以不同量同時存在，利用均相濕潤所有纖維之聚異氰酸酯樹脂之可能性將有益於製造之穩定性且改良板材特性。
表面張力為表徵材料(詳言之液體)表面之參數中之一者。在固體表面之情況下，通常利用術語表面自由能。
表面自由能為與在兩種媒介之間的介面處之分子間力相關聯的能量。表面張力為藉由往往會將表面分子吸入至液體之主體中且使得液體呈現具有最小表面區域之形狀的下方分子在液體之表面分子上施加之吸引力。
存在主要由檢查方法之可應用性限制所致之用於測定表面自由能的若干方法及不同理論。一份具有直接比較最長利用之方法及測試液體之窮盡性綜述由Hejda F.、P. Solar、J. Kousal於Surface Free Energy Determination by Contact Angle Measurements - A comparison of Various Approaches, Part III, 第25-30頁, 2010中製得。表面自由能之計算結果視為其測定所選擇之液體而定，因此當得出此類值時參考所用方法係基本的。
用於確定表面自由能之兩種主要方法為：狀態方程及酸/鹼方法。(參見Surface Free Energy Determination by Contact Angle Measurements-A Comparison of Various Approaches. F. Hejda、P. Solar、J. Kousal, 2010)。
可利用Wilhelmy平板法量測液體之表面張力(SFT)，由此量測作用於垂直浸入板上之力(標準測試方法ASTM D1331-14)(參見圖1)。
Nouy環方法為Wilhelmy平板法之替代且亦描述於ASTM D1331-14中。儘管兩種方法得出類似結果，但Wilhelmy平板法更易於利用。
此等方法提供適用於評估表面活性劑在降低表面張力中之效果之資料。此外，表面張力資料可預測在液體與固體表面或其他液體之間的交互作用且可用以產生油漆、溶劑及其他液體之濕潤特性。多個實驗室已經發現Wilhelmy板更易於利用且更易於清潔。此等測試方法涵蓋多種液體材料之表面張力及界面張力之測定，包括但不限於如在術語D459中所定義之表面活性劑之油漆、溶劑及溶液。
當垂直懸浮板觸摸液體表面時，接著根據以下等式與表面張力σ及接觸角θ相關之力F作用於此板：。
板之潤濕長度L等於其周界。為了量測力F，將板附著至張力計之力感測器。
為了量測表面張力，選擇鉑作為板材料，此係由於其在化學式為惰性的且易於清潔，且因為其由於其極高之表面自由能而可經最佳潤濕且因此通常與液體形成0°之接觸角θ(cosθ=1)。可自經所量測之力直接計算所需變數σ。平板法為純靜態的。此使得可以相對於時間以及處於均衡狀態之末端值記錄SFT之變化。
表面張力之分散及極性貢獻之量測藉由利用PTFE(聚四氟乙烯)板而執行。當量測SFT之分散貢獻時選擇PTFE作為板材料，乃因其表面自由能係完全分散，因此被視為係產生最佳分散交互作用之完全非極性材料。藉由總表面張力與分散貢獻之間的差值反向計算SFT之極性貢獻。
未改質之標準pMDI(例如Suprasec 5025)之表面張力為48 mN/m。標準pMDI之極性貢獻為0 mN/m，但在根據本發明利用之聚異氰酸酯組合物中增加高達6 mN/m或甚至高達10或20 mN/m，從而顯示有益結果。
可用聚合性MDI組合物之改質使表面張力降低至所需水準。
合適之改質涉及添加單或雙多元醇、分支鏈多元醇、胺、濕潤劑及/或界面活性劑。
一種降低聚異氰酸酯樹脂之表面張力之方式為增加所量測之樹脂之親水性含量，例如聚異氰酸酯組合物之環氧乙烷含量。較佳地，用於改質聚異氰酸酯組合物之一元醇或多元醇之環氧乙烷含量超過20 wt%、較佳超過50重量%、最佳超過70 wt%。增加親水性有助於降低各種纖維之濕潤變化性且提高纖維板之效能一致性。
此可藉由向MDI組合物添加聚乙烯氧基化合物或藉由使p-MDI與特定量之此類化合物預反應來完成。
較佳化合物為聚乙二醇之單烷基醚，諸如對應於式RO(CH2 CH2 O)n H之彼等，其中R為甲基，n為10至25之平均值。通常，該等甲氧基聚乙二醇之分子量為300至1000。此類化合物及等效類型及其與p-MDI之反應產物描述於GB 1523601、GB 14449333及GB 2018796中。較佳地，將至少10重量份該化合物添加至pMDI中，以便將表面張力降低至所需水準。最佳地，添加至少20重量份或甚至30重量份該化合物。
根據本發明之方法尤其適合於製造纖維板，尤其低密度纖維板(LDF)、中密度纖維板(MDF)、高密度纖維板(HDF)及木纖維絕緣板(WFI)。
木纖維板之一重要特徵為所用木纖維之大小。纖維板中之纖維(諸如MDF)通常長度為7 mm或以下、較佳0.5至5 mm，寬度/厚度為0.005至0.2 mm。通常亦存在此類纖維之束。此類束可歸因於纖維之扭結或歸因於木之不完全去纖維化。束大小可通常與若干cm長一樣大(＜2 cm)且通常小於1 mm寬/厚。
MDF中之木纖維可基本上源自任何纖維木質纖維素材料，其中通常所用之木為山毛櫸、雲杉、各種類型之松樹或桉樹。
除了選擇根據本發明之特定聚異氰酸酯以外，亦可在精製之前(木屑處理)、期間或之後處理纖維以提高木纖維之可濕性且減輕纖維品質之變化性的影響。
可改變精製器條件以用於藉由任何手段移除萃取物。移除纖維表面上之萃取物調平各種纖維幾何形狀之間的表面自由能之分散/極性組分差異，且因此降低濕潤反應之變化性且有助於提高與聚異氰酸酯之黏著性及通常使得黏著性在整個纖維品質之範圍中較好。
此等方法(利用具有降低之表面張力之p-MDI及/或移除纖維表面上之萃取物)兩者皆減少對目標類型纖維之需求，除在精製方法過程中外，不可能在任何情況下達成該纖維。
可根據此項技術中已知技術中之任一者製造供根據本發明利用之聚異氰酸酯組合物。
聚異氰酸酯結合劑組合物可進一步含有通常此項技術中已知之添加劑中之任一者，只要結合劑組合物之表面張力及其極性貢獻保持在所要求之範圍內即可。習知脫模劑例如但不限於聚矽氧烷、飽和或不飽和脂肪酸或脂肪酸醯胺或脂肪酸酯，或可將聚烯烴蠟添加至本發明之聚異氰酸酯組合物中。
組合物可進一步包含習知添加劑，如阻燃劑、木質纖維素保藏劑、殺真菌劑、殺細菌劑、殺生物劑、蠟、填料、界面活性劑、搖變劑、固化助劑、乳化劑、濕潤劑、偶合劑及其他結合劑，如甲醛縮合物黏著性樹脂及木質素、純或一些方式改質，諸如甲醛聚縮合、聚丙氧基化或乙氧基化。可以此項技術中普遍已知之量利用添加劑。
除非要求作為懸浮液，否則本發明之聚異氰酸酯組合物可藉由在室溫或高溫下，或當必要時，在成份中之一者在高於此類成份之熔點的室溫下為固體之情況下，簡單地混合成份或藉由事前在合適溶劑中之增溶作用而製得。
本發明主要係關於一種藉由使木質纖維素份與本發明聚異氰酸酯組合物接觸且壓製此組合而製備木質纖維素本體之方法。
木質纖維素本體藉由使木質纖維素份與聚異氰酸酯組合物接觸，如藉助於用木質纖維素份混合、噴塗及/或塗佈組合物/混合、噴塗及/或塗佈組合物至木質纖維素份上，且藉由通常在120℃至300℃、較佳140℃至270℃及2至6 MPa比壓力下壓製木質纖維素份，較佳藉由熱壓來製備。
此類結合方法普遍之此項技術中為已知的。
儘管根據本發明之方法尤其適於製造纖維板(中密度纖維板、高密度纖維板、木纖維絕緣板、木塑膠複合物)且將很大程度上用於此類製造，但可能不會認為該方法在此方面受到限制且亦可用於製造定向刨花板、粒子板(亦稱為碎木片板)及膠合板。
在華夫刨花板製造中，木質纖維素材料及聚異氰酸酯組合物可藉由將本發明聚異氰酸酯組合物在其被攪拌時噴塗於木質纖維素材料上而方便地混合。
在中密度纖維板中，木質纖維素材料及聚異氰酸酯組合物可藉由如常用之將本發明聚異氰酸酯組合物噴塗於高壓氣管線中之木質纖維素材料上而方便地混合。
由此，所用木質纖維素材料可包括木刨花、木屑、木纖維、刨屑、薄木片、木毛、軟木、樹皮、鋸屑及如木材工作工業之廢棄產物以及具有木質纖維素基底(諸如紙張、甘蔗渣、稻草、亞麻、劍麻、竹子、椰子纖維、大麻、燈心草、蘆葦、稻殼、果殼、草、堅果殼及其類似物)之其他材料。另外，可存在與木質纖維素材料混合之其他微粒纖維材料，諸如研磨發泡體廢料(例如，研磨聚胺基甲酸酯發泡體廢料)、礦物填料、玻璃纖維、雲母、橡膠、諸如塑膠纖維及織物之紡織廢料。可以顆粒、刨屑或碎屑、纖維、帶狀物、球體或粉末之形式利用此等材料。
木纖維之原料可為原木、工業廢木及後消費廢木。可利用所有組合及混合物。
儘管較佳利用單一木種類，但在工業中利用不同木種類之混合物係常見的。
亦可利用與木纖維混合之非木纖維(諸如其他木質纖維素材料(例如甘蔗渣、棉、竹子等)或非木質纖維素材料作為合成紡織原料及纖維。較佳以最大量利用此類非木纖維，通常小於30%、較佳小於20%且最佳小於10%之待結合之總材料。
然而較佳地，木質纖維素材料之主要部分(通常至少80%)由具有如上文指定之尺寸的木纖維組成。
當將聚異氰酸酯組合物塗覆至木質纖維素材料時，聚異氰酸酯/木質纖維素材料之重量比將視所採用之木質纖維素材料的容積密度而變化。因此，可以一定量塗覆聚異氰酸酯組合物以產生在0.1:99.9至20:80之範圍內且較佳在0.5:99.5至10:90之範圍內且最佳在3:97至8:92或甚至1.5:98.5至6:94的範圍內的聚異氰酸酯/木質纖維素材料之重量比。
視需要，可與聚異氰酸酯組合物結合利用其他習知結合劑，諸如甲醛縮合物黏著性樹脂。
製造基於木質纖維素材料之華夫刨花板及中密度纖維板及類似產品之方法的更詳細描述可在先前技術中獲得。習知利用之技術及裝置可經調適以與本發明之聚異氰酸酯組成物一起利用。
製備纖維板(尤其MDF板)之方法通常係已知的。
組合物將通常以重量百分比計為75-90%木、2-15%黏著劑(膠)、0.5-2.5%添加劑及4-20%水。
添加劑為視情況選用的。其以少量利用，且用於不同目的。最廣泛利用之添加劑為作為蠟熔融劑或以水性乳液形式添加之蠟，較佳石蠟。主要添加石蠟或其他蠟以改良MDF之膨脹特性。其他添加劑包括著色劑(例如以指示MDF之不同等級，或以便出於裝飾目的而完全著色面板)。視例如地理區域及期望用途而定之其他視情況選用的添加劑包括殺真菌劑或殺昆蟲劑。
面板可通常以包含以下步驟之方法製得： – 提供固體木材； – 將固體木材切割成木屑(通常大小為長度及寬度15至75 mm，且厚度為1.5至15 mm)； – 視情況，但較佳地，藉由移除小污染物(諸如源自石頭或砂石及金屬)來純化碎屑； – 預蒸煮碎屑(此涉及在大氣壓下在100℃下藉由加熱而水熱預處理)； – 精製：將預處理之木屑轉換成長度為7 mm或以下、寬度/厚度為0.005至0.2 mm之木纖維； – 添加聚異氰酸酯黏著劑且較佳地，蠟； – 乾燥； – 將纖維澆鑄至表面上，以便形成墊； – 冷預壓製； – 熱壓； – 表面處理及切割至大小； – 砂磨。
在商業、連續加工中，澆鑄纖維之表面將通常為移動帶，亦具有進一步步驟，包括經由移動帶(例如經由二次壓帶機或壓延機)實施壓製。然而，可設想墊經設置於連續移動帶上，且壓製實施於多種日光壓機中。
根據本發明製造之薄片及模製本體具有極佳的機械特性且其可用於慣常利用此類無間之任一情形中。
以下實例說明但不限制本發明。
實例 1 ： 聚異氰酸酯之表面張力 評估四種聚異氰酸酯，聚合性MDI(Suprasec 5025)、基於具有增加量之單官能多元醇(MW750之甲氧基聚乙二醇)之聚合性MDI的兩種可乳化MDI(MoPEG750)及聚合性MDI及F442之預聚物(環氧乙烷含量為73.5%、官能度為2.8且分子量為3500之聚醚多醇)。
如下表1中所描繪，聚合性MDI之表面張力僅為分散貢獻之結果，且MoPEG750之添加產生隨著其負載量增加之極性組分。總表面張力亦隨著多元醇濃度之增加而略微降低。 表 1 。不同異氰酸酯之表面張力及其分散及極性 貢獻 之量測值。
實例 2 ： 木纖維與聚異氰酸酯之間的可濕性 木纖維獲自Wood Institute of Dresden，其中在利用試規模高壓氣管線之情況下，可以可控方式製得纖維。在9巴壓力(180℃)、3-4分鐘烹調時間下以140 µm研磨板距離製造纖維。利用新切割(在不超過一週之前)之松樹木(歐洲赤松)。
利用配備有不同篩孔尺寸：2.36、1.4、0.71、0.355、0.18 mm之五個篩之篩分振盪器Analysette(Fritsh)分離木纖維。將篩配置於彼此之頂部上，藉由在頂部具有較大篩孔尺寸之篩孔尺寸將其排序。人工地將約1 g之木纖維分散於頂部篩上且以8至10之振幅及永久脈衝搖晃5分鐘。收集各篩頂部上之纖維且底部杯產生藉由其大小多樣化之6份：＞2.36(大纖維束)、1.4-2.36(中等纖維束)、0.71-1.4(纖維束)、0.355-0.71(截斷纖維束)、0.18-0.355(單一纖維)、＜0.18 mm(纖維及細料)。
在4種不同溶劑中利用後續萃取於500 ml玻璃瓶中萃取木纖維：二氯甲烷、甲苯/乙醇(2/1)、乙醇及丙酮。用5 g之木纖維及所選溶劑填充瓶。在三天後藉由過濾移除溶劑，在室溫下留下纖維以乾燥一夜且接著添加以下溶劑。
在分析之前，使纖維在22℃之溫度及55%之相對濕度下於Weiss氣候室中調節至少3天，從而產生10-12%之纖維之理論水分含量。
量測所有六個纖維份朝向水及二甲亞碸之接觸角。對各點進行平均至少5次量測。
利用Washburn方法以經由Kruss 100張力計進行接觸角量測。用表面張力及其極性及分散組分已知之兩種液體量測接觸角，且經由Young方程及Owens及Wendt方程之組合可推導出固體之總表面自由能。
基於Washburn方法且根據Young-Owens-Wendt等式自朝向水及DMSO之接觸角之量測結果計算各種木纖維份及其極性及分散部分的表面自由能。結果描繪於圖2中。
纖維束之總自由能略高於單一纖維之總自由能。單一纖維藉由分散貢獻控制，而纖維束藉由其極性貢獻控制。
利用黏著性作用以評估各木纖維份及異氰酸酯樹脂之間的親和力。值愈高，親和力愈高且從而濕潤亦愈高。
黏著性作用(WA )為在將固體之單位面積分離至液體介面中完成之可逆作用。其可用於評估固體與液體之間的親和力。值愈高，親和力愈高且從而濕潤亦愈高。用於WA 之一般表述可能係複雜的，但Dupre及Fowkes已發現至少對聚合物-液體系統充分之方程(Wa=2(γs d ∙γl d )1 / 2 +2(γs p ∙γl p )1 / 2 )。在此方程中，固體及液體兩者之分散及極性貢獻皆顧及到。WA 必然為且可將其劃分成不同黏著力之分佈。知道固體表面自由能、分散及極性貢獻，且量測液體表面張力、分散及極性貢獻，可確定WA 。
針對表1之各種木纖維份及聚異氰酸酯計算之黏著性作用報告於圖3中。
聚合性MDI(S5025)與單一纖維而非纖維束示出較高黏著性作用，從而較高親和力及濕潤。其總分散特徵與單一纖維具有較高親和力，此係因為其表面能藉由分散貢獻控制。纖維束替代地藉由極性貢獻控制，從而與聚合性MDI具有較低親和力。
隨著異氰酸酯之極性增加，儘管單一纖維及纖維束兩者之黏著性作用皆增加，但具有極性控制特徵之纖維束比單一纖維增加較多。此利用如eMDI10之較高極性異氰酸酯自單一纖維與纖維束之間的濕潤差異產生調平。
此觀測結果明確示出具有降低之表面張力之根據本發明的聚異氰酸酯樹脂適應工業製造過程中之纖維類型的固有差異。由於在工業上所有不同纖維類型視精製條件而定以不同量同時存在，利用以類似方式潤濕所有纖維之異氰酸酯樹脂之可能性將有益於製造穩定性且改良板材特性。
圖1：Wilhelmy平板法之示意圖，其中F=力(mN/m)；L=潤濕長度(mm)；及板：由變粗糙Pt製得之板。 圖2：木纖維份之表面自由能。 圖3：在標準木纖維份與不同異氰酸酯之間的黏著性作用。

Claims (19)

  1. 一種結合木質纖維素材料之方法，其包含以下步驟：a)使木質纖維素材料與亞甲基橋接聚苯聚異氰酸酯組合物接觸及b)隨後允許該材料結合，其特徵在於該聚異氰酸酯組合物之表面張力低於或等於46mN/m，且該表面張力之極性貢獻為至少6mN/m。
  2. 如請求項1之方法，其中該聚異氰酸酯組合物之表面張力低於40mN/m。
  3. 如請求項1之方法，其中該聚異氰酸酯組合物之表面張力低於30mN/m。
  4. 如請求項1之方法，其中該表面張力之極性貢獻為至少10mN/m。
  5. 如請求項1之方法，其中該表面張力之極性貢獻為至少20mN/m。
  6. 如請求項1至5中任一項之方法，其中該聚異氰酸酯組合物包含藉由添加一元醇或二元醇、分支鏈多元醇、胺、濕潤劑及/或界面活性劑改質之亞甲基橋接聚苯聚異氰酸酯。
  7. 如請求項1至5中任一項之方法，其中將聚乙二醇之單烷基醚以至少10重量份之量添加至該亞甲基橋接聚苯聚異氰酸酯。
  8. 如請求項7之方法，其中將該聚乙二醇之單烷基醚以至少20重量份之量添加至該亞甲基橋接聚苯聚異氰酸酯。
  9. 如請求項7之方法，其中將該聚乙二醇之單烷基醚以至少30重量份之量添加至該亞甲基橋接聚苯聚異氰酸酯。
  10. 如請求項1至5中任一項之方法，其中該木質纖維素材料主要基於木材且在本質上為纖維性的。
  11. 如請求項10之方法，其中該木質纖維素材料為單一木纖維及/或此類纖維之束。
  12. 如請求項11之方法，其中該等纖維之長度為7mm或以下且寬度/厚度為0.005至0.2mm，且該等纖維束小於2cm長且小於1mm寬/厚。
  13. 如請求項1至5中任一項之方法，其中該聚異氰酸酯組合物係以一定量塗覆以便產生在0.1：99.9至20：80之範圍內的聚異氰酸酯與木質纖維素材料之重量比。
  14. 如請求項13之方法，其中該聚異氰酸酯與木質纖維素材料之重量比在0.5：99.5至10：90之範圍內。
  15. 如請求項13之方法，其中該聚異氰酸酯與木質纖維素材料之重量比在1.5：98.5至6：94之範圍內。
  16. 如請求項1至5中任一項之方法，其中步驟b)涉及壓製該木質纖維素材料。
  17. 如請求項16之方法，其中該壓製係在120℃至300℃及2至6MPa比壓力下進行。
  18. 如請求項1至5中任一項之方法，其用於製造纖維板。
  19. 如請求項18之方法，其中該纖維板為低密度纖維板(LDF)、中密度纖維板(MDF)、高密度纖維板(HDF)或木纖維絕緣板(WFI)。
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