專利名稱：多異氰酸酯組合物作為復(fù)合木素纖維材料用粘合劑的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多異氰酸酯組合物作為粘合劑用于制備復(fù)合木素纖維材料特別是包含木素纖維束的復(fù)合物(如定向束板)的用途。本發(fā)明的多異氰酸酯組合物包含特定的多異氰酸酯預(yù)聚物，其任選混入基料多異氰酸酯。
背景技術(shù)：
眾所周知，有機(jī)多異氰酸酯作為粘合劑可用于木素纖維材料以制造片材或模制品，如waferboard、刨花板、纖維板和膠合板，這在商業(yè)上合乎需要，因為得到的復(fù)合物具有高粘著和內(nèi)聚強(qiáng)度，對木材品種的變化具有強(qiáng)適應(yīng)性，相對于固化溫度和速率具有強(qiáng)通用性，所得復(fù)合物具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性能，并且能夠與比一般用于縮合樹脂如酚醛樹脂的水含量高的木素纖維材料粘合。
然而，由于以對復(fù)合物加工產(chǎn)生負(fù)面影響的高配料含水量使用標(biāo)準(zhǔn)異氰酸酯粘合劑而使加工困難。用于將這些困難最小化的一個方法是僅使用低含水量(即含水量為約3-8％)的木素纖維材料。一般通過將纖維素原料干燥以減少含水量來獲得這一低含水量。然而，這種干燥法昂貴，對加工的經(jīng)濟(jì)性方面有顯著影響。使用低含水量的材料也有不利之處，因為在用于潮濕的環(huán)境中時產(chǎn)品復(fù)合材料的板材易于吸收水分并且膨脹。
因此，顯然需要提供能夠在較高含水量下應(yīng)用木素纖維原料的多異氰酸酯粘合劑組合物，由此顯著降低用于在生產(chǎn)設(shè)備內(nèi)干燥所需的總能量。同時，這些多異氰酸酯粘合劑組合物將能在產(chǎn)品離開壓制操作時為復(fù)合物提供優(yōu)越的外形穩(wěn)定性，從而產(chǎn)品遭受較小的收縮/再平衡。多異氰酸酯粘合劑組合物也應(yīng)該提供較高的板坯粘合性，由此確保壓制操作之前有更好的板坯穩(wěn)定性。
使用傳統(tǒng)的聚合二苯甲烷二異氰酸酯(pMDI)壓制復(fù)合物板材時，遭遇的更進(jìn)一步的困難是pMDI中的低級同系物在加工過程中、在減壓步驟的過量蒸汽中從壓機(jī)中放出。因此，進(jìn)一步需要能夠在較低壓力和縮短的壓制周期下進(jìn)行操作。較低的壓制溫度導(dǎo)致減壓步驟中排放較少，這是因為在降低的溫度或縮短的壓制周期下的壓制過程中產(chǎn)生的蒸汽量較低，從而在復(fù)合物內(nèi)產(chǎn)生的氣壓顯著較小。壓制周期縮短確保了現(xiàn)有設(shè)備的生產(chǎn)能力提高，而不需為新設(shè)備投入大量資金。
在較高配料含水量下操作復(fù)合物加工設(shè)備的整個過程所需的壓制壓力降低將使所需能量較低，并且可能導(dǎo)致對新資產(chǎn)的投資必要性減少，壓機(jī)整個長度所需壓力降低可顯著減少造價。獲得目標(biāo)厚度所需液壓的降低使得能生產(chǎn)出較高密度的木素纖維復(fù)合物，而不需改進(jìn)現(xiàn)有的壓制設(shè)備。另外，較低的壓制溫度和較短的周期時間使產(chǎn)品由于使用外脫模劑而發(fā)生的表面裂解或碳化顯著較少，因此外觀精良，從而需要較少的后壓制加工，如接觸式砂磨。
異氰酸酯預(yù)聚物屬于已經(jīng)用于粘合劑組合物中來解決各種加工問題的異氰酸酯材料。例如，美國專利4,100,328公開了異氰酸酯封端的預(yù)聚物，其改善了產(chǎn)品從塑模上的脫模性。美國專利4,609,513也公開了一種粘合劑，它是異氰酸酯封端的預(yù)聚物，其改善了產(chǎn)品的脫模性。美國專利5,179,143公開了一種粘合劑組合物，其中使用特定類型的異氰酸酯預(yù)聚物來改善其在室溫下的粘合性。
現(xiàn)在，用本發(fā)明的多異氰酸酯組合物可實現(xiàn)所有上述的目的和優(yōu)點。本發(fā)明涉及多異氰酸酯組合物作為粘合劑用于制備復(fù)合木素纖維材料特別是包含木素纖維束的復(fù)合物(如定向束板)的用途。本發(fā)明的多異氰酸酯組合物包含特定的多異氰酸酯預(yù)聚物，其任選是混合的。
本發(fā)明的多異氰酸酯組合物生產(chǎn)一種材料，可對其進(jìn)行調(diào)整以提供顧客要求的加工/最終復(fù)合物的性能優(yōu)點。通過使用含羥基體系引入預(yù)聚物鍵來制備多異氰酸酯預(yù)聚物，所述預(yù)聚物鍵可提高最終的多異氰酸酯組合物用于粘合木素纖維材料的功用。因此，本發(fā)明的組合物能夠以如下方式生產(chǎn)出木制復(fù)合物壓制周期顯著比甚至使用催化的異氰酸酯粘合劑的那些更短，與曾經(jīng)可能出現(xiàn)在傳統(tǒng)加工木素纖維復(fù)合物過程中的情況相比，壓制溫度和壓力較低，并且進(jìn)料木素纖維材料的含水量較高。也發(fā)現(xiàn)，相對于目前用于粘合木素纖維材料的標(biāo)準(zhǔn)多異氰酸酯而言，本發(fā)明的多異氰酸酯組合物提供了提高的脫模性能。這一提高的性能被如下表征使用含量顯著較低的外脫模劑如蠟或皂獲得了與標(biāo)準(zhǔn)多異氰酸酯體系所獲得的相同脫模性能，所述標(biāo)準(zhǔn)多異氰酸酯體系與含量高得多的相同外脫模劑結(jié)合使用。所有上述內(nèi)容都清楚地說明，本發(fā)明的組合物為木素纖維基復(fù)合物的生產(chǎn)者提供了許多顯著的好處。
發(fā)明詳述用于粘合木素纖維材料的本發(fā)明的多異氰酸酯組合物可以包含多異氰酸酯預(yù)聚物，所述預(yù)聚物是多異氰酸酯和多元醇的反應(yīng)產(chǎn)物，其特征在于該多異氰酸酯組合物含有的游離的未反應(yīng)二異氰酸酯至少為8wt％。優(yōu)選至少60％、更優(yōu)選70-86％的游離的未反應(yīng)二異氰酸酯是4，4’-二苯甲烷二異氰酸酯。
優(yōu)選多異氰酸酯粘合劑組合物具有的游離NCO值為15-約30wt％，更優(yōu)選20-30wt％。如這里所述，它由異氰酸酯封端的預(yù)聚物組成。該預(yù)聚物是過量的有機(jī)多異氰酸酯和多元醇的反應(yīng)產(chǎn)物。
用于制備本發(fā)明的預(yù)聚物的有機(jī)多異氰酸酯優(yōu)選是二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)，例如4，4’-MDI、2，4’-MDI、聚合MDI、MDI變體及其混合物。
用于制備預(yù)聚物的最優(yōu)選的MDI是4，4’-MDI或4，4’-MDI和2，4’-MDI的混合物，其中所述混合物含有至少50％的4，4’-MDI，優(yōu)選其數(shù)量大于約75wt％，更優(yōu)選大于約90wt％，最優(yōu)選大于約95wt％。另外，可以加入“聚合MDI”。用“聚合MDI”指多亞甲基多亞苯基多異氰酸酯，其被包含在多異氰酸酯組合物中，其官能度至少為2.5。聚合MDI是市售的，并且通過由適當(dāng)比例的苯胺和甲醛縮合獲得的多胺混合物的光氣化反應(yīng)而制備。對本發(fā)明來說，官能度為2.5-3.5，優(yōu)選為2.5-3.1的聚合MDI是特別適合的。
制備用的多元醇具有2-8個羥基。優(yōu)選的多元醇是聚醚多醇。術(shù)語“聚醚多醇”又可以代表不同的此類烷氧基化反應(yīng)產(chǎn)物的混合物。優(yōu)選的多元醇包括其中存在聚合的環(huán)氧丙烷單元和/或聚合的環(huán)氧乙烷單元的那些。這些單元可能按統(tǒng)計學(xué)分布，其形式為嵌段在鏈內(nèi)的聚環(huán)氧乙烷和/或分布在封端。
用于制備異氰酸酯封端的預(yù)聚物的高度優(yōu)選的聚醚多醇含至少約15wt％的環(huán)氧乙烷基團(tuán)，更優(yōu)選含50-100wt％的環(huán)氧乙烷基團(tuán)。聚醚多醇的平均標(biāo)稱官能度為2-6，優(yōu)選2-4。它們的數(shù)均當(dāng)量為約700-5,000，優(yōu)選的當(dāng)量為約1000-4,000，更優(yōu)選約1200-3500，最優(yōu)選約1500-3000。
用于制備異氰酸酯封端的預(yù)聚物的聚醚多醇包括通過環(huán)氧乙烷與另一種環(huán)狀氧化物例如環(huán)氧丙烷，在多官能團(tuán)引發(fā)劑存在下發(fā)生聚合而得到的產(chǎn)物；然而，該產(chǎn)物必須符合上述各要求。適合的引發(fā)劑化合物含多個活性氫原子，并且包括水和低分子量多元醇，例如乙二醇、丙二醇、二甘醇、二丙二醇、環(huán)己烷二甲醇、間苯二酚、雙酚A、甘油、三羥甲基丙烷、1，2，6-己三醇、季戊四醇等。可以使用引發(fā)劑和/或環(huán)狀氧化物的混合物。
特別有用的聚醚多醇包括聚(環(huán)氧乙烷氧化丙烯)二醇和/或三醇，它是通過將丙烯和環(huán)氧乙烷連續(xù)加入二或三官能引發(fā)劑而得到的，如先有技術(shù)中的充分描述。所述二醇和三醇的混合物也是有用的，最優(yōu)選二醇。
通過過量的多異氰酸酯與聚醚多醇的反應(yīng)制備異氰酸酯封端的預(yù)聚物。使用的多異氰酸酯和聚醚多醇的量是已知能有效獲得預(yù)聚物的那些量，所述預(yù)聚物具有應(yīng)用本領(lǐng)域已知技術(shù)標(biāo)明的NCO值。例如，如果存在預(yù)聚物，其可以通過有機(jī)多異氰酸酯與聚醚多醇發(fā)生反應(yīng)，隨后用改性的多異氰酸酯稀釋來制備，如這里所定義的。另一選擇，改性的多異氰酸酯可以與未改性的多異氰酸酯在與多元醇反應(yīng)前進(jìn)行混合。使這種反應(yīng)在有效的溫度下發(fā)生以形成預(yù)聚物，如約40-100℃，通常任選使用催化劑。有機(jī)多異氰酸酯與多元醇的相對數(shù)量取決于所希望的預(yù)聚物的NCO值，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠容易地計算出多異氰酸酯的NCO值和多元醇的OH值。
制備預(yù)聚物時，從多異氰酸酯和聚醚多醇的反應(yīng)獲得的基團(tuán)中至少90％是尿烷基團(tuán)?？梢韵蜻@樣制備的預(yù)聚物中加入多異氰酸酯或其變體，只要其NCO值保持在上述指明的范圍中?；隙喈惽杷狨セ蜃凅w可以選自上述的那些。優(yōu)選芳族多異氰酸酯，特別是MDI基多異氰酸酯。甚至更優(yōu)選加入改性的多異氰酸酯，更優(yōu)選基料多異氰酸酯是用于與多元醇反應(yīng)的MDI的變體。
基料多異氰酸酯用作基料多異氰酸酯的多異氰酸酯可以是任何有機(jī)多異氰酸酯化合物或有機(jī)多異氰酸酯化合物的混合物，只要所述化合物具有至少2個異氰酸酯基。有機(jī)多異氰酸酯包括二異氰酸酯，特別是芳族二異氰酸酯和官能度更高的異氰酸酯。可以用于本發(fā)明組合物的有機(jī)多異氰酸酯的例子包括脂肪族異氰酸酯，如六亞甲基二異氰酸鹽；芳族異氰酸酯，如間和對苯撐二異氰酸酯、芐撐-2，4-和芐撐-2，6-二異氰酸酯、二苯甲烷-4，4’-二異氰酸酯、氯苯撐-2，4-二異氰酸酯、萘撐-1，5-二異氰酸酯、二苯撐-4，4’-二異氰酸酯、4，4’-二異氰酸酯-3，3’-二甲基二苯基、3-甲基二苯甲烷-4，4’-二異氰酸酯和二苯醚二異氰酸酯；以及環(huán)脂族二異氰酸酯，如環(huán)己烷-2，4-和-2，3-二異氰酸酯、1-甲基環(huán)己基-2，4-和-2，6-二異氰酸酯及其混合物，和二-(異氰酸根合環(huán)己基)甲烷和三異氰酸酯，如2，4，6-三異氰酸根合甲苯和2，4，4-三異氰酸根合二苯醚。也可以使用改性的含異氰脲酸酯、碳化二亞胺或uretonimine基團(tuán)的多異氰酸酯。可以使用其它的嵌段多異氰酸酯，如苯酚或肟與多異氰酸酯的反應(yīng)產(chǎn)物，其解封溫度低于使用該多異氰酸酯組合物時應(yīng)用的溫度?？梢允褂卯惽杷狨サ幕旌衔?，例如甲苯基二異氰酸鹽異構(gòu)體的混合物，如市售的2，4-和2，6-異構(gòu)體的混合物，以及通過苯胺/甲醛縮合物的光氣化反應(yīng)產(chǎn)生的二和更高級多異氰酸酯的混合物。這種混合物在本領(lǐng)域是眾所周知的，包括含亞甲橋多苯基多異氰酸酯的光氣化反應(yīng)粗產(chǎn)物，其包含二異氰酸酯、三異氰酸酯和更高級的多異氰酸酯以及所有光氣化反應(yīng)副產(chǎn)物。用于本發(fā)明的優(yōu)選的異氰酸酯是其中的異氰酸酯是芳族二異氰酸酯或具有更高官能度的多異氰酸酯的那些，如純二苯甲烷二異氰酸酯或含二異氰酸酯、三異氰酸酯和更高官能度的多異氰酸酯的亞甲基橋多苯基多異氰酸酯的混合物。亞甲橋多苯基多異氰酸酯在本領(lǐng)域是眾所周知的。通過由苯胺和甲醛縮合得到的相應(yīng)的多胺混合物的光氣化反應(yīng)來制備它們。為方便起見，含二異氰酸酯、三異氰酸酯和更高官能度的多異氰酸酯的亞甲橋多苯基多異氰酸酯的聚合物混合物在下文被稱為聚合MDI。適合的多異氰酸酯包括來自Huntsman Polyurethanes的SUPRASECTMDNR、SUPRASECTM2185、RUBINATETMM和RUBINATETM1840。優(yōu)選多異氰酸酯在室溫下是液體?？梢愿鶕?jù)任何本領(lǐng)域已知的技術(shù)生產(chǎn)多異氰酸酯混合物。如果必要，可以通過本領(lǐng)域熟知的技術(shù)將二苯基甲烷二異氰酸酯的異構(gòu)體含量置于所需范圍內(nèi)。
為了進(jìn)一步改善本發(fā)明多異氰酸酯組合物的儲存穩(wěn)定性或者提高本發(fā)明的成本效益，可以在組合物中加入稀釋劑。適合的稀釋劑包括“Taschenbuch der Kunststoff-Additive”(R.Gachter和H.Muller主編，Carl Hanser Verlag Munchen，第三版，1989)中提到的類型的增塑劑。優(yōu)選的稀釋劑是鄰苯二甲酸酯、脂肪族羧酸酯、脂肪酸酯、亞麻籽油、豆油和丙烯碳酸酯。這些稀釋劑的加入量為每100重量份的多異氰酸酯加入1-40重量份，優(yōu)選每100重量份的多異氰酸酯加入1-15重量份。所述組合物還可以包含常規(guī)的添加劑，如阻燃劑、木素纖維防腐劑、殺菌劑、蠟、施膠劑、填料、表面活性劑、觸變劑、及其它粘合劑，如甲醛縮合物粘合用樹脂和木質(zhì)素(任選與木質(zhì)素溶劑結(jié)合使用，如PCT專利申請EP96/00924中所述)。用于本發(fā)明的多異氰酸酯組合物的特別優(yōu)選的添加劑是偶合劑，如有機(jī)官能化硅烷(例如Dynasylan AMEO，來自Huls)。向多異氰酸酯組合物中加入這種偶合劑會使板材的性能改善。所述有機(jī)官能化硅烷偶合劑的用量基于多異氰酸酯為0.01-3wt％，優(yōu)選0.1-2wt％。本發(fā)明的多異氰酸酯組合物可通過在將該多異氰酸酯應(yīng)用到木素纖維前，將各種成分在室溫下簡單地混合來制備。
基于所定義的本發(fā)明的異構(gòu)體混合物的特定預(yù)聚物是首先通過引入含羥基材料以引入預(yù)聚物型鍵來制備的。這在高效混合以及根據(jù)材料的性質(zhì)加熱或不加熱的情況下進(jìn)行，通常在惰性氣氛(氮氣或干空氣)中進(jìn)行。然后通過將所需量的本發(fā)明定義的預(yù)聚物引入本發(fā)明定義的另一種多異氰酸酯來制備用作木素纖維粘合劑的最終多異氰酸酯體系。其可使用或不使用‘在線’混合設(shè)備或者任何其它的本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的技術(shù)來獲得。然后將最終多異氰酸酯組合物應(yīng)用于木素纖維材料，有或者沒有加入稀釋劑物質(zhì)/或進(jìn)行加熱以在應(yīng)用前降低材料的粘度。然后通過在規(guī)定的一段時間內(nèi)應(yīng)用壓力和溫度將材料固化，以得到最終的復(fù)合材料。
木素纖維材料的說明可以與本發(fā)明的多異氰酸酯預(yù)聚物粘合的木素纖維材料包括木材、樹皮、軟木、甘蔗渣、麥稈、亞麻、竹材、西班牙草、谷殼、劍麻纖維、椰子纖維、木頭碎片、木頭纖維、刨花、木屑、木粉、洋麻、果殼、谷粒如米和燕麥的外皮。特別優(yōu)選木材、麥稈和甘蔗渣。前述材料的任何混合物都可用于與本發(fā)明的多異氰酸酯形成復(fù)合物。另一選擇，可以與木素纖維材料混合的其它顆?；蚶w維材料是，如磨碎的泡沫廢料(例如磨碎的聚氨酯泡沫廢料)、礦物填料、玻璃纖維、云母、橡膠、紡織廢料如塑料纖維和織物。這些材料可以顆粒、削片或碎片、纖維、絞合線、球體或粉末的形式使用。這些材料的含水量可以是2-50％，優(yōu)選約5-20％，最優(yōu)選8-20％。將本發(fā)明的多異氰酸酯組合物用于木素纖維材料時，多異氰酸酯/木素纖維材料的重量比可根據(jù)所用木素纖維材料的堆積密度而改變。因此，多異氰酸酯組合物的用量可使多異氰酸酯/木素纖維材料的重量比為0.1∶99.9-20∶80，優(yōu)選0.5∶99.5-10∶90，最優(yōu)選3∶97-8∶92。如果希望，可將其它常規(guī)粘合劑，如甲醛縮合物粘合用樹脂與本發(fā)明的多異氰酸酯組合物結(jié)合使用。
本發(fā)明的組合物還可以包含常規(guī)添加劑，如脫模劑如蠟、催化劑、阻燃劑、木素纖維防腐劑、填料、表面活性劑。
制備木素纖維復(fù)合物的方法說明1.制備木素纖維在本發(fā)明的方法中，首先將制備的木素纖維材料干燥到所需含水量。因為使用本發(fā)明的芳族多異氰酸酯所需的含水量顯著較高，所以在任何干燥設(shè)備中所需的停留時間顯著較短，因此使復(fù)合物生產(chǎn)設(shè)備中干燥設(shè)備的生產(chǎn)能力顯著提高。另外，本發(fā)明的多異氰酸酯耐受較高的含水量意味著從典型生產(chǎn)設(shè)備的干燥器中散發(fā)出的VOC顯著減少。
2.將多異氰酸酯粘合劑組合物應(yīng)用到木素纖維上在本發(fā)明的方法中，向待粘合的木素纖維材料中加入的多異氰酸酯粘合劑組合物的量基于粘合劑加上木素纖維材料的總重為1-約20wt％，優(yōu)選2-約10wt％。
3.形成預(yù)板坯/預(yù)型材然后將得到的木素纖維和多異氰酸酯的混合物形成‘預(yù)板坯’，用于制造板材或任何其它所需的型材。可使用本發(fā)明的多異氰酸酯來提高‘粘合’的量，因此由于壓制前板坯/型材整體中緊密性的改善使得能更有效地生產(chǎn)最終制品。這樣就使得由于木素纖維分布差產(chǎn)生的損耗較少。
4.壓制預(yù)板坯/預(yù)型材然后可以在加熱和加壓條件下將預(yù)板坯/預(yù)型材壓縮，形成板材或立體的成型模制品。用于壓縮過程的適合的溫度通常為約70-250℃，優(yōu)選約130-205℃，最優(yōu)選140-180℃。用于壓縮過程以獲得所需產(chǎn)物尺寸的壓力為約50-300巴，顯著低于制造常規(guī)復(fù)合物所需的壓力。當(dāng)然，壓縮時間取決于生產(chǎn)的產(chǎn)物的厚度。人們發(fā)現(xiàn)，由于使用了本發(fā)明的多異氰酸酯組合物就不需要使用注蒸汽方法，甚至是對于厚度超過25mm的復(fù)合物?？梢灶愃品椒ㄓ赡z合板、紙或紡織品生產(chǎn)多層板材或模制件，這是通過用如上所述的粘合劑處理各層并隨后壓制它們(通常在高溫和高壓下)來生產(chǎn)的。在這種方法中通常優(yōu)選復(fù)合物表面直接經(jīng)受的溫度為100-約240℃，最優(yōu)選該溫度為約140-220℃。使用本發(fā)明的多異氰酸酯組合物時，為確保生產(chǎn)的復(fù)合物具有所希望的尺寸穩(wěn)定性和物理性能，復(fù)合物芯層經(jīng)受的溫度可以為70-約140℃，優(yōu)選80-130℃，并且最優(yōu)選85-120℃。初始壓縮壓力優(yōu)選為約50-300巴，最優(yōu)選的初始壓縮壓力為50-200巴。另外，本發(fā)明的多異氰酸酯組合物在以下方面非常有效使其與墊板、壓板、壓花壓板及其它在處理過的木素纖維材料與外脫模體系結(jié)合使用時所接觸的表面間發(fā)生的不希望有的粘合最少。
5.后壓制/最終產(chǎn)品用本發(fā)明的粘合劑生產(chǎn)的復(fù)合木材產(chǎn)品的特征是，由于顯著降低了壓制溫度同時縮短周期時間所以外觀極好，這使得外脫模劑的表面裂解或碳化現(xiàn)象顯著減少。另外，所制得的材料獲得了極好的內(nèi)部粘合性能、良好的尺寸穩(wěn)定性和極好的室外耐久性，它們因此可用于通常使用這種物品的任何場合。
基于木素纖維材料制造產(chǎn)品的方法的更詳細(xì)說明可從先有技術(shù)獲得。可以修改通常使用的技術(shù)和裝置以適于使用本發(fā)明的多異氰酸酯組合物。
通過以下實施例來舉例說明而不是限制本發(fā)明實施例1如下制備預(yù)聚物使83.7重量份的Suprasec DNR(標(biāo)準(zhǔn)聚合MDI)與16.3重量份的Volpo G26、甘油引發(fā)的聚醚多醇發(fā)生反應(yīng)，用100％環(huán)氧乙烷(EO)預(yù)聚合直到分子量達(dá)到1200(OH值＝140mg KOH/g)。在具有空氣循環(huán)的85℃的爐內(nèi)反應(yīng)的時間為1.5小時。所得產(chǎn)物的NCO含量測量值為24％，并且其含23.1％的游離未反應(yīng)MDI，其中93.9％是4，4’-MDI。然后將預(yù)聚物在轉(zhuǎn)鼓混合機(jī)中噴涂到含25％的H2O(基于干重)的松木薄片上。粘合劑在干燥木材上的濃度為6％。板坯形成后，將OSB板材壓制成400mm×400mm×14mm大小，密度為650kg/m3。壓板的溫度為150℃，壓制系數(shù)為11s/mm，其中20s為壓縮和脫氣步驟。板材的干燥內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度(V20-IB)為673kPa，在24小時后膨脹9.1％。
實施例2在相似條件下使用如實施例1所述的相同粘合劑，但是壓板溫度為100℃，壓制系數(shù)較高，為17s/mm。干燥內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度為412kPa，24小時后膨脹10％。
實施例3使用與實施例1相同的步驟如下制備預(yù)聚物使用標(biāo)準(zhǔn)聚合MDI和PEG 600、甘油引發(fā)的聚醚多醇，用100％環(huán)氧乙烷(EO)預(yù)聚合，直到分子量達(dá)到600(OH值＝140mg KOH/g)。在具有空氣循環(huán)的85℃的爐內(nèi)反應(yīng)的時間為1.5小時。所得產(chǎn)物的NCO含量測量值為28％，并且其含32.8％的游離未反應(yīng)MDI，其中94.2％是4，4’-MDI。如實施例1涂有這一產(chǎn)物的OSB木材薄片的板坯可在130℃的壓制溫度、17s/mm的壓制系數(shù)和25％的含水量下進(jìn)行加工。
實施例4使用與實施例1相同的步驟如下制備預(yù)聚物使用標(biāo)準(zhǔn)聚合MDI和PEG 600、甘油引發(fā)的聚醚多醇，用100％環(huán)氧乙烷(EO)預(yù)聚合，直到分子量達(dá)到600(OH值＝140mg KOH/g)。在具有空氣循環(huán)的85℃的爐內(nèi)反應(yīng)的時間為1.5小時。所得產(chǎn)物的NCO含量測量值為22％，并且其含15.2％的游離未反應(yīng)MDI，其中94.1％是4，4’-MDI。如實施例1涂有這一產(chǎn)物的OSB木材薄片的板坯可在130℃的壓制溫度、17s/mm的壓制系數(shù)和25％的含水量下進(jìn)行加工。
實施例5如實施例1制備含有PEG 600和標(biāo)準(zhǔn)聚合MDI的預(yù)聚物。所得產(chǎn)物的NCO含量測量值為20％，并且其含10％的游離未反應(yīng)MDI，其中93.5％是4，4’-MDI?？梢杂煤?5％的水、噴涂有粘合劑(濃度為6％)的薄片在190℃的壓板溫度以及5.3s/mm的壓制系數(shù)下制備OSB板材。
實施例6用單體MDI的4，4’異構(gòu)體和聚醚多醇Arcol 2580制備NCO為8％的預(yù)聚物。Arcol 2580是含有75％隨機(jī)分布于其中的EO的EO/PO甘油，其分子量為4007。然后將這一預(yù)聚物與Suprasec DNR共混，獲得NCO含量為25％的材料。這一產(chǎn)物含32.8％的游離未反應(yīng)MDI，其中94.5％是4，4’-MDI。將該產(chǎn)物噴涂到木材薄片上，并且以與實施例5相同的方法進(jìn)行加工，除了其含水量較低，為18％。獲得了與前一個實施例相同的最小壓制系數(shù)5.3s/mm。
實施例7比較實施例6描述的預(yù)聚物(＝PP1)和標(biāo)準(zhǔn)聚合MDI，標(biāo)準(zhǔn)聚合MDI超出了本發(fā)明的范圍，但是其一般用于生產(chǎn)復(fù)合板(＝PP2)。將各個粘合劑以6％的濃度噴涂在木材上，制成400mm×400mm×14mm、密度為650kg/m3的板材。在分層前記錄壓制系數(shù)，用于預(yù)聚物體系(PP1)的溫度為100℃，用于標(biāo)準(zhǔn)MDI(PP2)的壓制溫度為190℃。使用基于75％EO的本發(fā)明預(yù)聚物(PP1)，可能在類似壓制系數(shù)下、但是在比標(biāo)準(zhǔn)MDI要求的溫度低90℃的溫度下制備復(fù)合物。
也記錄使用粘合劑PP1時，將板坯(400mm×400mm×±150mm)壓制到14mm的目標(biāo)厚度所用的Siempelkamp實驗室壓機(jī)產(chǎn)生的最大液壓。板坯含水量較高(25％)時與板坯含水量較低(15％)時相比，所需壓制能量減少了±100％。
*按干燥木材計算。共混時的測定值分別為12％和19％。
結(jié)果顯示，以較高含水量加工板材對獲得最終板坯厚度所需的液壓有顯著影響。還在用本發(fā)明組合物制備板材過程中的壓制周期結(jié)束時記錄板材中獲得的最高的芯層溫度。用與Siempelkamp壓機(jī)的ATR軟件相連的溫度探針進(jìn)行記錄。在100℃下用壓機(jī)壓板制得的板材剛好在減壓前獲得了芯層內(nèi)的最高溫度90℃。
*按干燥木材計算。共混時的測定值分別為12％和19％。
結(jié)果顯示，本發(fā)明的組合物允許在內(nèi)部溫度不達(dá)到100℃的情況下制備復(fù)合物。這對復(fù)合物制備領(lǐng)域中的任何技術(shù)人員來說都是令人驚奇的，在該領(lǐng)域中人們認(rèn)為減壓前超過100℃的最高芯層溫度是確保生產(chǎn)具有適宜性能的復(fù)合物所必需的。
實施例8根據(jù)實施例5的條件制備并加工預(yù)聚物。將15％的油酸鉀水溶液以4g/m2的濃度應(yīng)用到鋼制壓板上。壓制后脫模性能的等級按0-5來評定，5代表根本不與壓板粘著。制成連續(xù)七個評定為5的板材，之后停止實驗。
以1-5的值評定脫模性，其分別具有以下含義1完全粘著，不破壞板材的話不能將板材取下2粘著，木材破壞率高于50％3粘著，木材破壞率低于25％，但是高于5％4粘著，木材破壞率小于5％。需要稍微用力來取下板材。
4.5粘著，沒有木材破壞，板材懸掛。取下板材不需要用力。
5很好地脫模，板材自發(fā)脫模。
權(quán)利要求
1.一種用于粘合木素纖維材料的多異氰酸酯組合物，其包含多異氰酸酯預(yù)聚物，所述預(yù)聚物是多異氰酸酯和多元醇的反應(yīng)產(chǎn)物，其特征在于該多異氰酸酯組合物含有的游離的未反應(yīng)二異氰酸酯至少為8wt％。
2.權(quán)利要求1的多異氰酸酯組合物，其含有的游離的未反應(yīng)二異氰酸酯的至少60％是4，4’-二苯甲烷二異氰酸酯。
3.權(quán)利要求2的多異氰酸酯組合物，其含有的游離的未反應(yīng)二異氰酸酯的70-86％是4，4’-二苯甲烷二異氰酸酯。
4.權(quán)利要求1-3的多異氰酸酯組合物，其中所述多元醇是具有2-8個羥基的聚醚多醇，其中該聚醚多醇含有聚合的亞烷基單元，其含有至少15％的環(huán)氧乙烷單元。
5.權(quán)利要求1-4的多異氰酸酯組合物，其中所述多異氰酸酯還含有多苯基多亞甲基多異氰酸酯。
6.權(quán)利要求1-4的多異氰酸酯組合物，其中所述多異氰酸酯組合物還含有多苯基多亞甲基多異氰酸酯。
7.權(quán)利要求1-6的多異氰酸酯組合物，其中總的多異氰酸酯組合物的NCO含量為20-約30％。
8.一種用于粘合木素纖維材料的方法，其包括以下步驟a)使木素纖維材料與權(quán)利要求1-7的多異氰酸酯組合物接觸，b)如果需要，在壓制設(shè)備中對板坯表面施加壓力前，將紙直接覆蓋到板坯表面上，或?qū)⑾灮撃┗蚪饘僭砣芤簯?yīng)用到木素纖維復(fù)合物的表面上，或者應(yīng)用到壓制設(shè)備的金屬板上，c)隨后使所述材料粘合。
9.權(quán)利要求8的方法，其中將權(quán)利要求1-6的多異氰酸酯組合物與木素纖維材料接觸，并將由此形成的結(jié)合物在100-250℃的溫度下、1-8Mpa的比壓下在金屬板之間進(jìn)行熱壓制，形成密度為500-900kgm3的復(fù)合物。
10.權(quán)利要求9的方法，其中將權(quán)利要求1-6的多異氰酸酯組合物與木素纖維材料接觸，并將由此形成的結(jié)合物在150-200℃的溫度下、2-6Mpa的比壓下在金屬板之間進(jìn)行熱壓制，形成密度為590-750kgm3的復(fù)合物。
11.權(quán)利要求8的方法，其中將權(quán)利要求1-6的多異氰酸酯組合物與木素纖維材料接觸，并將由此形成的結(jié)合物在100-250℃的溫度下、1-8Mpa的比壓下在金屬板之間進(jìn)行熱壓制，其中在壓制過程中測量的復(fù)合物的芯層溫度為80-130℃。
12.權(quán)利要求8的方法，其中熱壓制所述結(jié)合物。
13.權(quán)利要求8-12的方法，其中多異氰酸酯組合物的用量使得多異氰酸酯組合物與木素纖維材料的重量比為0.1∶99.9-20∶80。
全文摘要
一種用于粘合木素纖維材料的多異氰酸酯組合物，其包含多異氰酸酯預(yù)聚物，所述預(yù)聚物是多異氰酸酯和多元醇的反應(yīng)產(chǎn)物，其特征在于該多異氰酸酯組合物含有的游離的未反應(yīng)二異氰酸酯至少為8wt％。
文檔編號C08G18/64GK1481404SQ01820998
公開日2004年3月10日 申請日期2001年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月23日
發(fā)明者C·J·斯金納, P·F·E·M·斯特羅班茨, C J 斯金納, E M 斯特羅班茨 申請人:亨茨曼國際有限公司