粘合性添加劑的制作方法
【專利摘要】一種基于木質(zhì)纖維素的復(fù)合材料組合物，其包含粘合劑和增加組合物粘性的水溶性聚合物。
【專利說明】粘合性添加劑
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在基于木質(zhì)纖維素的復(fù)合材料(composite)的制備中使用的粘合劑組合物，其中所述粘合劑組合物包含粘合劑、水和粘性添加劑(tack additive),所述粘性添加劑是水溶性聚合物。所述水溶性聚合物提供粘性，即當(dāng)復(fù)合材料形成結(jié)構(gòu)，但在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的粘合劑凝固或廣泛地固化之前，所述水溶性聚合物賦予復(fù)合材料配制物改善的粘性。本發(fā)明還涉及在基于木質(zhì)纖維素的復(fù)合材料的制備中使用該粘合劑組合物的方法，其中在所述粘合劑組合物中的粘性添加劑(水溶性聚合物)在復(fù)合材料的最終形式的制備過程中提供改善的粘性。
【背景技術(shù)】
[0002]基于木質(zhì)纖維素的復(fù)合材料，例如刨花板是由木質(zhì)纖維素，例如木料和粘結(jié)劑(也被稱作樹脂，另稱為粘合劑)的組合制備而成的。因此，木質(zhì)纖維素復(fù)合材料包含由粘合劑保持在一起的木質(zhì)纖維素材料。在大多數(shù)利用粘合劑的復(fù)合材料制造工藝中，粘合劑的部分凝固(set up)。也就是說，粘合劑的部分由液體變?yōu)楣腆w。粘合劑可以通過水分流失入空氣或流失入復(fù)合材料的另一部分中，或者通過相變，或者通過粘合劑的化學(xué)或物理-化學(xué)變化來凝固。大多數(shù)復(fù)合材料在粘合劑凝固之前成型。在操作中，例如刨花板的制造中，形成經(jīng)處理的生物材料，例如木屑的層，然后冷壓而形成未固化的墊，隨后進(jìn)行熱壓以凝固粘合劑。在這樣的情況下模制的形式是大的較平的片材。對(duì)于其它應(yīng)用，形狀可能更加復(fù)雜，例如是花盆的形狀。在一些工藝中，成型部件甚至在粘合劑凝固之前必須具有一定的完整性(integrity)。這種結(jié)構(gòu)上的完整性可以稱作生坯強(qiáng)度或內(nèi)聚強(qiáng)度或粘性(tack)。粘性是通常在刨花板制造現(xiàn)場中使用的術(shù)語。粘性也可以是指由復(fù)合材料的粘合劑部分賦予的這樣的內(nèi)聚強(qiáng) 度。在例如碗形的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的形成中，當(dāng)粘合劑還沒有凝固時(shí)，如果碗在工藝過程中是獨(dú)立的(free standing),則要求需要粘性。甚至材料形成片材時(shí)也需要粘性。例如，在一些刨花板生產(chǎn)線上，成型的墊在刨床方向被分成最終板產(chǎn)品尺寸的片材，隨后將這些片材輸送至熱壓機(jī)。當(dāng)板輸送至壓機(jī)時(shí)，它們可能要跨越縫隙，并且在一段時(shí)間內(nèi)沒有支撐(沒有剔料的生產(chǎn)線(a line without a cull))。在該操作和其它操作中，未固化的成型復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)需要一些內(nèi)聚強(qiáng)度以維持未固化復(fù)合材料的形狀，并避免由于缺乏粘性而可能出現(xiàn)的斷裂、裂縫或其它缺陷。通常對(duì)于復(fù)合材料，粘合劑被稱為具有不良的或良好的粘性。對(duì)于許多應(yīng)用，作為無粘合劑的未固化材料，木質(zhì)纖維素不提供粘性，并且不能維持一定結(jié)構(gòu)。
[0003]在復(fù)合材料工業(yè)中，特別是使用生物材料的復(fù)合材料工業(yè)中，很多粘合劑是水性的。也就是說水作為主要組分以溶解或分散粘合劑組分。例如脲醛(UF)粘合劑通常以水分散體的形式提供。大多數(shù)膠乳粘合劑是基于水的乳液或分散體。歷史上和更近期的基于蛋白質(zhì)的粘合劑是基于水的。各種各樣的基于水的粘合劑描述于眾多的書籍、文章和專利中。例如參見描述基于大豆粉的粘合劑的專利(例如US7060798和7252735)、基于脲醛(UF)粘合劑、三聚氰胺脲醛(MUF)粘合劑、三聚氰胺甲醛(MF)粘合劑、苯酚甲醛(PF)粘合劑和聚(乙酸乙烯酯)和聚(乙烯乙酸乙烯酯)粘合劑。
[0004]在復(fù)合材料工業(yè)中公認(rèn)的是一些粘合劑提供了良好的粘性，而另一些則不然。Leichti, Hse和Tang，“J.Adh, 1988，第31-44頁的文章中討論了 UF粘合劑組合物對(duì)粘性的影響。通常認(rèn)為UF樹脂具有良好的粘性。盡管UF樹脂很堅(jiān)固，固化迅速，并且相當(dāng)易于使用，但是這些樹脂在聚合物骨架上缺乏水解穩(wěn)定性。這導(dǎo)致大量的游離甲醛從最終產(chǎn)品中被釋放(并最終被家中的居住者吸入)。已經(jīng)有多個(gè)立法行為推動(dòng)將這些樹脂從內(nèi)部家庭應(yīng)用中去除(Health and Safety Code Titlel7California Code of Regulation Sec,93120-93120.12)。為此，對(duì)于MF粘合劑和無甲醛粘合劑，例如基于大豆粉的粘合劑存在興趣。通常，這些后來的材料不具有與UF樹脂同等水平的粘性，而其可通過本發(fā)明顯著受益。
[0005]一些粘合劑，例如亞甲基雙酚二異氰酸酯(MDI)也已知具有非常差的粘性。盡管MDI以不含水的100%活性的產(chǎn)品提供，并且不是水溶性的，但在使用中，例如在刨花板的制造中通常加入水。因此，作為粘合劑，它可從本發(fā)明的水溶性聚合物粘性添加劑中受益。
[0006]用于不基于水的粘合劑的增粘劑是熟知的。通常使用例如松香酯的材料。一個(gè)通用機(jī)理是改性粘合劑的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，另一個(gè)通用機(jī)理是改性流變性。與粘合劑相似，增粘劑也不是水溶性的。對(duì)膠乳粘合劑改性以改善粘性也是已知的。通常它們還包括改性作為膠乳的分散相的水不溶性聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。該改性是通過將另一單體加入聚合物主鏈中或通過加入與聚合物混溶的增塑劑進(jìn)行的。該增塑劑不是水溶性的，或者它們可通過乳膠的水相從聚合物中提取出來。如在美國專利5688356中描述的，甚至在氨基甲酸酯部分分散于其中的基于水的氨基甲酸酯粘合劑中，所描述的增粘劑，例如Tacolynl085是非水溶性的松香酯。
[0007]增粘劑在膠合板工業(yè)中是已知的。在制備過程中，飾面的層之間的粘性是重要的。美國專利申請(qǐng)US20050257888A1中作為可選方案將增粘劑加入膠合板粘合劑中，其中所述粘合劑基于基于水的苯酚甲 醛樹脂。提及的增粘劑是大豆化合物，其純凈地加入粘合劑中以提高粘度。所討論的大豆化合物具有50-75%的蛋白質(zhì)含量，并作為大豆粉和大豆?jié)饪s物。它們不是完全水溶性的。該專利提及了用于膠合板的另一種增粘劑，其是硼砂。它不是聚合物。
[0008]粘性和增粘劑在壓敏粘合劑中起著重要作用。美國專利5395907描述了基于水溶性或水分散性聚合物的基于水的壓敏粘合劑，該水溶性或水分散性聚合物包含一種或兩種單體和水溶性大分子單體?？梢哉{(diào)節(jié)組成以提供粘性。該大分子單體部分可以尤其是聚丙烯酸、聚乙烯醇或聚乙烯基吡咯烷酮。該申請(qǐng)與本申請(qǐng)的區(qū)別在于涉及壓敏粘合劑，而不是經(jīng)固化的粘合劑。其組成是不同的，因?yàn)檎麄€(gè)粘合劑基于水溶性或水分散性的共聚物或三元共聚物，水溶性聚合物作為大分子單體反應(yīng)入該共聚物或三元共聚物中。
[0009]對(duì)于增強(qiáng)用基于水的粘合劑形成的生物基復(fù)合材料的粘性的添加劑，特別是幾乎不散發(fā)或不散發(fā)甲醛的基于水的粘合劑仍然存在需求。
[0010]取決于它們所使用的工藝，復(fù)合材料粘合劑具有某些粘度限制。例如在刨花板的制造中，將粘合劑噴在生物材料(通常是木料)上，然后與其混合。因此粘合劑配制物必須是可噴涂的。增強(qiáng)由粘合劑提供的粘性的添加劑一定不能顯著干擾用以制造復(fù)合材料的工藝，從而使得粘合劑無法使用或其使用不合實(shí)際。
[0011]用于基于水的復(fù)合材料的粘合劑在其可以使用的固體物上也有限制。通過粘合劑向復(fù)合材料中加入的太多的水可能導(dǎo)致不能成功地制造復(fù)合材料。可能有太大的收縮，或如果通過熱壓進(jìn)行固化，在成型結(jié)構(gòu)內(nèi)部可能構(gòu)成太高的蒸汽壓。當(dāng)釋放壓力時(shí)，壓力可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)脫層或結(jié)構(gòu)吹散(blow apart)。這是刨花板制造中常見的問題。
[0012]為了提高粘性的添加劑必須不會(huì)實(shí)質(zhì)性地減損由粘合劑提供的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明改善通過未固化粘合劑提供的粘性。本發(fā)明涉及將低含量的某些水溶性聚合物加入基于水的粘合劑中以增強(qiáng)粘合劑賦予形成的、但未固化或凝固的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的粘性。本發(fā)明有助于復(fù)合材料維持其形成形狀直到粘合劑可進(jìn)行固化。
[0014]在復(fù)合材料技術(shù)中，粘性是用于定義復(fù)合材料在固化前保持在一起的能力的術(shù)語。粘性也被稱作生坯強(qiáng)度或內(nèi)聚強(qiáng)度。 [0015]本發(fā)明涉及在生物基復(fù)合材料，例如刨花板的制備中使用的最終粘合劑組合物。本發(fā)明的粘性添加劑是水溶性的。另外，可以制備粘性添加劑的水溶液，如果以10%固體物制得的該水溶液在22°c下的粘度將低于50，OOOcp0類似地，5%固體物的溶液在22°C下的粘度將大于25cp。可選地，粘性添加劑的溶液可以包含鹽或極性水溶性化合物，例如脲以破壞聚合物鏈間和鏈內(nèi)的氫鍵，由此獲得相同粘度范圍的液體溶液。鹽的量小于粘性添加劑的50重量％，并且破壞氫鍵的極性水溶性化合物的量小于粘性添加劑的100重量％。此外，如果在室溫下鑄塑成薄膜，當(dāng)干燥時(shí)粘性添加劑的溶液會(huì)形成連續(xù)的薄膜。粘性添加劑的數(shù)均分子量大于8000g/mol。對(duì)粘性來說也很重要的是在粘合劑施用于復(fù)合材料的主要組分之后，在粘合劑的含水量下粘性添加劑的性質(zhì)。例如，如果粘合劑在室溫下施用于木料，在木料存在下的粘合劑的含水量平均為30%，則粘性添加劑在其純形式和30%含水量下的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)必須低于室溫。另外，未固化的粘合劑混合物、或者粘合劑混合物的連續(xù)相的Tg必須低于室溫。
[0016]本發(fā)明還涉及上述組合物在制備成型的生物基結(jié)構(gòu)(即使所述結(jié)構(gòu)僅是將要被制成板的扁長方形)的方法中的用途。例如，通過由改善板的完整性并由此防止斷裂和裂縫而增加粘性，增強(qiáng)在無剔料的生產(chǎn)線上制備刨花板的方法。
【具體實(shí)施方式】
[0017]公開了一種組合物，其包含粘合劑和粘性添加劑，其中所述粘性添加劑是水溶性聚合物，所述水溶性聚合物的數(shù)均分子量大于8000g/mol，并且在22°C下水中固體物為5%時(shí)粘度小于10，OOOcp且大于20cp，在22°C下固體物為10%時(shí)粘度小于50，OOOcp且大于30cpo
[0018]本發(fā)明還公開了一種由本發(fā)明組合物制得的復(fù)合材料。
[0019]在復(fù)合材料中，主要材料通過粘合劑保持在一起或粘結(jié)在一起或膠合在一起。對(duì)于很多木質(zhì)纖維素復(fù)合材料，最常用的粘合劑是脲醛樹脂和苯酚甲醛樹脂。本發(fā)明適用于能夠溶于水或可用水稀釋的粘合劑。也就是說，在它們的使用中水以主要組分存在。這些粘合劑有時(shí)被稱作基于水的粘合劑。合適的粘合劑實(shí)例包括但不限于UF、MF、MUF、PF粘合劑、以及聚乙酸乙烯酯分散體、聚(乙烯乙酸乙烯)分散體、植物膠、動(dòng)物來源的膠、聚酰胺、聚酰氨基胺-環(huán)氧氯丙烷樹脂、基于蛋白質(zhì)的膠(包括基于大豆粉的膠)、基于明膠的膠及它們的各種組合。甚至例如異氰酸酯的粘合劑通常在添加大量水下一起使用。與水一起使用的異氰酸酯的實(shí)例包括但不限于六亞甲基二異氰酸酯和亞甲基雙苯基異氰酸酯。
[0020]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述粘合劑不包含額外的甲醛。
[0021]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述粘合劑主要基于天然產(chǎn)品，例如蛋白質(zhì)或木質(zhì)素，因此優(yōu)選使用木質(zhì)纖維素作為主要材料。所述粘合劑可以基于蛋白質(zhì)來源，其中所述來源是至少40重量％的蛋白質(zhì)。在本發(fā)明中基于蛋白質(zhì)的粘合劑是有用的。
[0022]所述粘合劑可以是蛋白質(zhì)來源和交聯(lián)劑的混合物。聚酰氨基胺-環(huán)氧氯丙烷樹月旨、聚胺-環(huán)氧氯丙烷樹脂、異氰酸酯、環(huán)氧、醛、醛淀粉及它們的混合物可用作交聯(lián)劑。
[0023]合適的蛋白質(zhì)來源包括但不限于:大豆蛋白、血粉、羽毛粉、角蛋白、明膠、膠原蛋白、面筋、螺旋藻、酪蛋白、大豆粉、小麥面筋、玉米面筋、花生粉、羽扇豆粉和蛋白。所述蛋白質(zhì)可以進(jìn)行預(yù)處理或改性以改善其溶解性、分散性和/或反應(yīng)性。大豆粉、大豆?jié)饪s物以及大豆分離物可用作所述粘合劑的蛋白質(zhì)來源。對(duì)于本發(fā)明來說特別一種有用的蛋白質(zhì)來源是大豆粉(大約50重量％的蛋白質(zhì)，干基重)。無論使用的大豆粉的蛋白質(zhì)分散指數(shù)(PDI)如何，本發(fā)明適用于水性大豆/PAE粘合劑。PDI是比較蛋白質(zhì)在水中的溶解度的方法，并廣泛用于大豆產(chǎn)品工業(yè)中。木質(zhì)素可以是工業(yè)木質(zhì)素例如Kraft木質(zhì)素，其由從木料中制備纖維素紙漿的Kraft工藝獲得。
[0024]本發(fā)明的粘合劑組合物的一些實(shí)例可以通過將聚酰氨基胺-環(huán)氧氯丙烷樹脂(PAE)與蛋白質(zhì)和/或木質(zhì)素組合而制備。
[0025]粘合劑配制物中可以包括其它添加劑，例如擴(kuò)鏈劑、粘度改性劑、消泡劑、稀釋劑、催化劑、甲醛清除劑、殺生物劑以及填料。
[0026]粘合劑配制物`的組分通常在適合的混合器中組合，并且攪拌直至得到均勻的混合物，但是組分也可以在應(yīng)用線(application line)上通過共噴涂混合,或甚至在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中原位混合。所述粘性添加劑可以預(yù)先溶解在水中，然后與粘合劑配制物混合，或者將它們?nèi)芙庥谡澈蟿┑囊恍┢渌糠种谢蛉芙庥谡麄€(gè)粘合劑配制物中。所述粘性添加劑也可以單獨(dú)施用于復(fù)合材料的主要材料。優(yōu)選地，在施用于復(fù)合材料的主要材料之前，將本發(fā)明的粘性添加劑與粘合劑配制物的至少一部分混合。
[0027]對(duì)于本發(fā)明，所述粘合劑組合物可以以任意的固體物制備。但是，最終復(fù)合材料的固體物要求限制了使用非常低的粘合劑固體物的可能性。由于粘度一般隨固體物增加而增加，因此施用粘合劑的能力通常導(dǎo)致固體物的上限。優(yōu)選地是，本發(fā)明的粘合劑組合物的固體物大于25重量％,更優(yōu)選大于40重量％,最優(yōu)選大于50重量％。
[0028]本發(fā)明的粘性添加劑的優(yōu)選含量為以固體物計(jì)低于所述粘合劑的25%，優(yōu)選低于20%，更優(yōu)選低于15%，最優(yōu)選低于5%。
[0029]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，發(fā)現(xiàn)含量低于所述粘合劑的2%的高分子量聚乙烯基批略燒麗是有效的。
[0030]如果維持下面說明的粘性添加劑的溶解度和流變性的要求，并且粘性添加劑在需要混合以及將粘合劑施用于特定應(yīng)用時(shí)是穩(wěn)定的，則本發(fā)明的聚合物粘性添加劑可以在任意的粘合劑PH范圍下操作。由于它們滿足了為何將它們加入的理由，所以聚合物粘性添加劑在復(fù)合材料的固化條件下不必是熱穩(wěn)定的。
[0031 ] 本發(fā)明還涉及在粘合劑凝固或固化之前改善木質(zhì)纖維素復(fù)合材料的粘性的方法，其中復(fù)合材料的粘合劑是基于水的。通過向在形成復(fù)合材料中使用的粘合劑組合物中添加粘性添加劑來改善粘性。所述方法包括將粘性添加劑加入粘合劑組合物或粘合劑組合物的組分中，將木質(zhì)纖維素與粘合劑組分結(jié)合在一起，并使木質(zhì)纖維素和粘合劑的結(jié)合物(combination)成型。最終復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)通過粘合劑凝固或固化而形成。粘性是未凝固以及未固化但已形成或成型的復(fù)合材料從復(fù)合材料形成或成型的時(shí)間至其凝固或固化或硬化的時(shí)間保持其形狀以及保留內(nèi)聚性的能力。對(duì)于本發(fā)明，凝固表示過程，通過該過程，粘合劑從液體成為固體，并且凝固通常是在成形結(jié)構(gòu)中發(fā)展出可觀強(qiáng)度(不只是粘性)的點(diǎn)。通過不同的方法，例如失水，或通過固化機(jī)理，例如化學(xué)反應(yīng)可凝固粘合劑。粘性也可以被認(rèn)為是未凝固或未固化或未硬化的復(fù)合材料的強(qiáng)度。[0032]本發(fā)明的粘性添加劑(粘性添加劑)是水溶性聚合物(包括堿性溶液和酸性溶液)。所述粘性添加劑聚合物必須使得它們能夠制成水溶液?？梢允褂?，甚至必要進(jìn)行加熱以得到均勻的溶液。聚合物粘性添加劑溶液必須使得濃度為5重量％，粘度小于10，OOOcp且大于20cp，粘度通過RV布氏粘度計(jì)，在22°C溫度下在測試前使樣品充分?jǐn)嚢柚辽?0秒進(jìn)行測試。更優(yōu)選地是，同樣的粘度可以是低于5，OOOcp且大于25cp。攪拌意圖破壞一些聚合物溶液粘度的觸變性增大。在5重量％固體物下的粘度是基于在配制物中使用聚合物粘性添加劑而不用可觀地稀釋其的能力的限值，并且由于它提供了用作粘性添加劑的聚合物的流變行為的指示，因此它與粘性形成機(jī)理有關(guān)。不希望受到理論的約束，粘性與在復(fù)合材料中的條件下的粘合劑的屈服強(qiáng)度有關(guān)。已經(jīng)注意到，溶解性更好的材料在使用中保持了它們的粘性。同時(shí)，由聚合物賦予的粘性隨著分子量的增大而增大。本發(fā)明的聚合物粘性添加劑是水溶性的。可以制備濃度為10重量％的粘性添加劑的水溶液。在22°C溫度下，該10%溶液的粘度必須小于50，OOOcp，優(yōu)選同時(shí)粘度大于30cp?？蛇x地，所述聚合物溶液(5%和10% )可以包含鹽或極性水溶性化合物，例如脲、脲衍生物和其它的胺以破壞聚合物鏈間和鏈內(nèi)的氫鍵。鹽的量(重量計(jì))小于粘性添加劑的量的50重量％，并且破壞氫鍵的極性水溶性化合物的量小于粘性添加劑量的100%。可用的鹽的實(shí)例是堿金屬鹽和堿土金屬鹽，鈉鹽、鉀鹽、鎂鹽、鈣鹽都是本發(fā)明中可用的鹽，優(yōu)選氯化鈉。無機(jī)鹽在本發(fā)明中是可用的。此外，如果在22°C _50°C之間的溫度下鑄塑成薄膜，則聚合物溶液在干燥時(shí)能夠形成連續(xù)的薄膜。也就是說它們是成膜劑。此外，它們的數(shù)均分子量大于8000g/mol，優(yōu)選大于12，OOOg/mol，最優(yōu)選大于30，000。當(dāng)滿足其它性質(zhì)時(shí)，分子量越高，由粘合劑賦予的粘性越好。此外，在30%或更高的含水量下，在本發(fā)明組合物中使用的聚合物粘性添加劑的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度必須低于粘性需要的溫度，典型地該溫度在約22-55C之間的范圍，但是準(zhǔn)確的溫度取決于復(fù)合材料的加工條件。
[0033]在一個(gè)實(shí)施方案中，所述粘性添加劑的分子量大于100，000g/mol,優(yōu)選大于500,000g/molο
[0034]所述粘性添加劑可以是羧甲基纖維素聚合物，至少部分由丙烯酰胺形成的聚合物，或者至少部分由乙烯基吡咯烷酮形成的聚合物。所述粘性添加劑可以是生物聚合物。粘性添加劑的實(shí)例包括但不限于聚乙烯基吡咯烷酮、聚羧甲基纖維素、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇(存在足夠量的聚乙酸乙烯酯以具有水溶性)、聚乙酸乙烯酯、聚胺、聚(乙二醇)、聚丙烯酸及這些的混合物和共聚物。其它的是聚羥丙基纖維素和其它的合適分子量和溶解度的纖維素醚。[0035]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，優(yōu)選的粘性添加劑是聚乙烯基吡咯烷酮。聚乙烯基吡咯烷酮的優(yōu)選分子量為大于1，000, OOOg/mol，最優(yōu)選大于2，000, OOOg/mol。
[0036]另一個(gè)優(yōu)選的粘性添加劑是丙烯酰胺和丙烯酸的共聚物，例如Hercobond?2000 (Ashland Inc.或其子公司，Covington KY)。另一個(gè)優(yōu)選的聚合物是降解成分子量小于20，000的羧甲基纖維素,例如Ambergum?1221 (Ashland Inc.或其子公司,Covington KY)。
[0037]復(fù)合材料由多種材料，典型地由通過粘合劑結(jié)合在一起的主要材料，例如木料，或一種纖維或一種填料組成。用于復(fù)合材料的粘合劑也可稱為粘結(jié)劑或樹脂。主要材料占復(fù)合材料的主要部分的40-99體積％，優(yōu)選為60-99體積％，最優(yōu)選為70-98體積％。粘合劑部分占復(fù)合材料的1-60體積％，優(yōu)選1-40 %，最優(yōu)選2-30 %，最優(yōu)選3-15 %。
[0038]對(duì)于本發(fā)明，復(fù)合材料的主要材料是木質(zhì)纖維素。最常用的木質(zhì)纖維素是木料。所述木質(zhì)纖維素的主要材料可以有多種形式和形狀。以纖維形式的木質(zhì)纖維素的實(shí)例包括但不限于:木纖維、植物纖維，例如衍生自竹子、豆類植物、甘蔗、纖維素纖維，例如在紙中使用的紙漿?？梢允褂眠@些物質(zhì)的碳化形式。一些常用的粉末形式的木質(zhì)纖維素包括但不限于:大豆殼、堅(jiān)果殼、竹粉以及木屑。
[0039]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，復(fù)合材料的主要材料是木料，優(yōu)選地是木屑、以及例如在制造刨花板中使用的顆粒和小片。
[0040]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)是刨花板。
[0041]纖維形式的主要材料可以是可用作松散材料的纖維，或者以例如無紡片材的其它形式。填料通常以經(jīng)研磨形式使用。用作本發(fā)明復(fù)合材料的主要材料的纖維或填料是基本不溶于水的。
[0042]在成型、壓制以及固化(如果其被固化)時(shí)，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的含水量對(duì)于加工以及粘性是重要的。Thomas Μ.Maloney 在 Modern ParticIeboard&Dry-Process FiberboardManufacturinR中討論對(duì)于刨花板應(yīng)用的含水量的限值。闡明所有典型的制備各種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的工藝范圍是不切實(shí)際的，但其對(duì)于熟悉各加工方法的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是熟知的，或是容易發(fā)現(xiàn)的。
[0043]為了獲得良好的復(fù)合材料性能，粘合劑應(yīng)均勻施用于主要材料，并且也應(yīng)當(dāng)良好分散，并且應(yīng)均勻分散遍及主要材料。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)熟悉用于獲得粘合劑和主要材料的合適混合的方法。例如在制造刨花板中，粘合劑通常噴涂于運(yùn)動(dòng)的木板顆粒上，其隨后進(jìn)一步翻滾或混合。
[0044]本發(fā)明應(yīng)用于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，其由上述主要材料組成，并通過粘合劑結(jié)合在一起。所述復(fù)合材料在上述主要材料和粘合劑材料的含量上可變化。對(duì)于本發(fā)明，將復(fù)合材料形成結(jié)構(gòu)。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可以采取很多形狀，從功能性形狀，例如碗至例如用于制備刨花板大片材。所述結(jié)構(gòu)可以從(但不限于)用粘合劑處理的松散顆?；蛴谜澈蟿┨幚淼睦w維片材形成。所述結(jié)構(gòu)可以在粘合劑和主要材料結(jié)合之前或之后形成。結(jié)構(gòu)組合物可以包含其它材料，例如蠟、染料、催化劑、用于固化粘合劑的催化劑、其它填料、阻燃劑、殺蟲劑、以及在復(fù)合材料工業(yè)中已知的其它添加劑。所述粘合劑也可以包含以溶解或分散形式的上述這些材料，并且這些添加劑可以與粘合劑預(yù)混合，或與粘合劑同時(shí)加入。所述粘合劑也可以包含稀釋劑，一些稀釋劑可以改變固化性能，而其他的可用作增塑劑，其它的可存在以增加組合物的固體物，另外一些可以改變流變性能。復(fù)合材料以及粘合劑組合物還可以包含甲醛清除劑。一個(gè)這樣的實(shí)例是脲，另一個(gè)是二甲基脲。
[0045]本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選結(jié)構(gòu)是在刨花板的制造中使用的片材?？墒褂枚喾N方法以形成和壓制這樣的片材。
[0046]實(shí)施例
[0047]可以用多種方式測量粘性。對(duì)于本發(fā)明的目的，通過形成復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，并測試其完整性來測量，并由此確定粘性。形成3” X 10” X 1/4”的矩形結(jié)構(gòu)(片材)。該結(jié)構(gòu)由以下方法制備:將復(fù)合材料的主要材料(例如木材刨花)與粘合劑結(jié)合在一起，然后量取一定重量的未固化復(fù)合材料/粘合劑混合物，將其以均勻的厚度置于一個(gè)3”X 10”(內(nèi)部尺寸)的框架上，隨后在框架中靜置時(shí)向未固化材料施加6000磅的壓力(200psi)以形成成型結(jié)構(gòu)。隨后在不妨礙成型結(jié)構(gòu)的情況下移除框架。該成型結(jié)構(gòu)制備時(shí)其下有金屬壓板，在金屬壓板和結(jié)構(gòu)之間是一張薄的柔軟的塑料片。該金屬壓板允許成型的未固化復(fù)合材料在不影響粘性結(jié)果的情況下移動(dòng)。壓制之后，將金屬壓板、塑料以及結(jié)構(gòu)移至桌子上。將金屬壓板的邊緣與桌子邊緣對(duì)齊。隨后，將在塑料上的部分緩慢推離桌子邊緣，結(jié)構(gòu)的最長長度垂直于桌子的邊緣。推離桌子邊緣以大約lcm/sec的勻速完成。通過將在結(jié)構(gòu)之下的塑料片推離邊緣來移動(dòng)該結(jié)構(gòu)，并且從桌的上部向下移動(dòng)結(jié)構(gòu)。當(dāng)每個(gè)結(jié)構(gòu)在推離桌子邊緣而延伸時(shí)其達(dá)到了一個(gè)點(diǎn)，在該點(diǎn)下結(jié)構(gòu)不能支持其自重量。離開桌子末端的一端將會(huì)斷裂并掉落。將在斷裂之前樣品離開桌子末端的延伸距離作為粘性的度量。樣品從邊緣延伸的距離越長，粘性越高，也就是說，它具有越大的完整性。比較樣品以得到本發(fā)明組合物在粘性上的相對(duì)效果。同時(shí)在同樣條件下將樣品與制備的對(duì)照樣品進(jìn)行比較。
[0048]對(duì)于不同類型的樣品，粘性測試需進(jìn)行稍微的改變，其可以以多種方式改變，例如粘合劑含量、組成、樣品厚度、用于形成的壓力、含水量以及脫離桌子的速度。
[0049]實(shí)施例1a
[0050]以100: 12的比例(基于固體物重量)制備粘合劑，其由脲/甲醛樹脂的混合物構(gòu)成，其類型設(shè)計(jì)用于刨花板，并且脲是以水溶液的形式。將粘合劑立即使用。最終粘合劑的固體物含量為55.1重量％。將其用于處理木顆粒，將木顆粒制成刨花板樣品。該木顆粒是在制備商用刨花板的表面中常用的那些。對(duì)于100份木料(基于干重)，粘合劑的處理含量為5.5重量份(干基)，即94.8%的木料和5.2%的粘合劑。在壓制時(shí)經(jīng)粘合劑處理的木料的含水量為7重量％。當(dāng)木料在裝配有制造商的曲奇生面團(tuán)槳(manufacturerscookie dough paddles)的、型號(hào)為 MUM6N11 的、800 瓦 Bosch Universal PLUS 攬祥器中快速翻滾時(shí)，將粘合劑噴涂于木料來處理木料。將591g經(jīng)粘合劑處理的木料形成3”X 10”的均勻的層，以模仿在刨花板的商業(yè)制造中使用的大的片材結(jié)構(gòu)。當(dāng)以一定形式保持時(shí)，將該3” X 10”的層在室溫下以200psi的壓力進(jìn)行壓制，并在該壓力下保持15秒。在釋放壓力時(shí)除去維持x/y刨機(jī)尺寸的形式。經(jīng)壓制結(jié)構(gòu)的粘性由上述方法進(jìn)行測量。測試了數(shù)個(gè)樣品。平均粘性為8.17cm。
[0051]實(shí)施例1b
[0052]使用與實(shí)施例1a相同的組合物和結(jié)構(gòu)，包括相同含量的粘合劑和木料以及含水量。粘合劑包含100份UF樹脂、12份脲以及3份聚乙烯基吡咯烷酮(來自ISP Corporation的K90，基于固體物重量(2.6重量％ PVPy)。結(jié)構(gòu)的制備是相同的。粘性為10.2cm。添加2.6 %的PVPy提供25 %的粘性增加。
[0053]實(shí)施例2
[0054]根據(jù)2011年2月3日提交的美國專利申請(qǐng)13/020069，通過使固體物為55%的聚酰氨基胺-環(huán)氧氯丙烷樹脂(PAE樹脂)制備粘合劑的第一組分?；旌纤?、來自Cargill的Prolia200/90大豆粉、焦亞硫酸鹽和甘油制備第二組分。水、大豆粉和甘油以29份水、20份大豆粉(干基)和40份甘油(干重基)的最終比例混合。水包含0.2份焦亞硫酸鈉(1%的大豆粉)。使100份該第二組分(干重基)與30份PAE樹脂(干重基)(76.9%組分2和23.1%組分1，以固體物重量％計(jì))以及足量的水混合，得到大約53%固體物的最終的基礎(chǔ)粘合劑配制物。處理木料(在這種情況下木料是指在刨花板的芯部中使用的木料)，然后使用實(shí)施例1中描述的方法將其壓制成樣品。相對(duì)于100份木料(干基)，粘合劑含量為7份(干基)(93.5%的木料，6.5%的粘合劑)。制備同樣的粘合劑配制物，除了不加入粘性添加劑。以下表中列出的含量加入這些，含量以粘合劑的重量％計(jì)。粘性添加劑的重量包括在實(shí)施例中的粘合劑的總重量內(nèi)。調(diào)節(jié)每種混合物的固體物，使得每個(gè)樣品包含相同的含水量以及相同的總粘合劑含量(以固體物重量計(jì))。
[0055]實(shí)施例2的結(jié)果
[0056]
【權(quán)利要求】
1.一種組合物，其包含粘合劑和粘性添加劑，其中所述粘性添加劑是水溶性聚合物，所述水溶性聚合物的數(shù)均分子量大于8000g/mol，優(yōu)選大于12，000，優(yōu)選大于30，000,并且其在22°C下在水中固體物為5%時(shí)的粘度小于10，OOOcp且大于20cp，在22°C下在水中固體物為10%時(shí)的粘度小于50，OOOcp且大于30cp。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中所述粘合劑可溶于水或可用水稀釋。
3.權(quán)利要求1或2的組合物，其中所述粘性添加劑的量小于粘合劑固體物的20重量％。
4.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的組合物，其中所述粘合劑包含選自以下的樹脂:脲甲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、苯酚甲醛樹脂、三聚氰胺脲甲醛樹脂或它們的混合物。
5.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的組合物，其中所述粘合劑包含異氰酸酯。
6.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的組合物，其中所述粘合劑基于蛋白質(zhì)來源，所述來源是至少40重量％的蛋白質(zhì)。
7.權(quán)利要求6的組合物，其中所述蛋白質(zhì)來源包括大豆粉。
8.權(quán)利要求6或7的組合物，其中所述粘合劑包含蛋白質(zhì)來源和交聯(lián)劑的混合物，其中所述交聯(lián)劑選自:聚酰氨基胺-環(huán)氧氯丙烷樹脂、聚胺-環(huán)氧氯丙烷樹脂、異氰酸酯、環(huán)氧和醛、醛淀粉及它們的混合物。
9.權(quán)利要求6或8的組合物，其中所述蛋白質(zhì)來源選自大豆粉、大豆?jié)饪s物和大豆分離物。
10.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的組合物，其中所述粘合劑包含三聚氰胺甲醛樹脂。
11.權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)的組合物，其中所述粘性添加劑包含聚合物，其中所述聚合物選自:羧甲基纖維素聚合物，至少部分由丙烯酰胺形成的聚合物、以及至少部分由乙烯基吡咯烷酮形成的聚合物。
12.權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)的組合物，其中所述粘性添加劑的分子量大于100，OOOg/mol ο
13.權(quán)利要求1-13任一項(xiàng)的組合物，其中所述粘性添加劑的分子量大于500，OOOg/mol ο
14.權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)的組合物，其中所述粘性添加劑還包含破壞所述粘性添加劑的聚合鏈內(nèi)和/或鏈間氫鍵的鹽或極性化合物。
15.權(quán)利要求14的組合物，其中鹽的量小于所述粘性添加劑聚合物的量的50重量％，或極性化合物的量小于所述粘性添加劑聚合物的量的100重量％。
16.一種復(fù)合材料，其包含權(quán)利要求1-15任一項(xiàng)的組合物和木質(zhì)纖維素材料。
17.權(quán)利要求16的組合物，其中所述木質(zhì)纖維素材料是所述復(fù)合材料的主要材料，并且其中所述木質(zhì)素材料占所述組合物的固體物部分的至少40體積％和小于99體積％。
18.權(quán)利要求16或17的組合物，其中所述木質(zhì)纖維素是木料。
【文檔編號(hào)】C09J11/08GK103732710SQ201280032401
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月30日
【發(fā)明者】D·F·瓦奈爾 申請(qǐng)人:赫爾克里士公司