含有疏水性稀释剂的PMDI木材粘合剂制造技术

本发明专利技术涉及制造木素纤维素复合材料的方法，该方法是将木素纤维素颗粒与粘合剂组合物混合，然后模制或压制混合的木素纤维素颗粒与粘合剂组合物。适合的粘合剂组合物包含多亚甲基多（苯基异氰酸酯）组分和以闪点至少２５０°Ｆ为特征的液体疏水性稀释剂。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及制造木素纤维素复合材料的方法，该方法是将木素纤维素颗粒与粘合剂组合物混合，该粘合剂组合物包含多亚甲基多(苯基异氰酸酯)组分和闪点高于250°F的液体疏水性稀释剂，然后模制或压制混合的木素纤维素颗粒与粘合剂组合物。复合材料如定向板、刨花板和薄片刨花板，其通常的生产方法是将木素纤维素材料，在材料于混合设备或类似设备中被翻动或搅拌的同时，与粘合剂组合物混合或用粘合剂组合物喷涂。在充分混合形成均匀混合物之后，材料成为松散的板坯，将其在加热的压板或平板之间压制使粘合剂固化而将薄片刨花、细木丝、木条和木材碎块等紧密地粘接起来。传统方法通常是在约120-225℃、在不同量的水蒸汽存在下进行的，其中的水蒸汽是有意注射的或由释放出的木材或木素纤维素材料中夹带的水分产生的。这类方法通常也要求在与粘合剂混合之前木素纤维素材料中的含水率为约2-约20重量％。根据本专利技术，用于生产含木素纤维素的复合物制品的木素纤维素包括木材碎片、木纤维、木片、木材颗粒、木材大刨花、木材刨花、木粉、锯末、木毛、软木、树皮、碎木或其它粉碎或成条木材产品，以及其它用于木材加工工业的产品。可以使用来自其它木素纤维素类天然产品的纤维、颗粒等，如秸杆、亚麻残余物、竹子、西班牙草、干燥的杂草和牧草、坚果壳、剑麻纤维、毛、大豆、甘蔗渣杆(糖甘蔗废料)、来自谷类、稻子和燕麦等谷类作物的壳皮。这些材料可以以微粒、刨花或碎块、纤维、丝、球或粉等形式使用。此外，木素纤维素材料可以与无机片状或纤维材料，如玻璃纤维或毛、云母或石棉，以及颗粒形式的橡胶和塑料材料混合。木素纤维素可以含有最高约40重量％的水分(水)含量、优选低于25重量％，但最优选含有4-12重量％的水分。胶合板的生产是采用辊涂、刮涂、帘式淋涂或喷涂方式将粘合剂组合物涂布到单板表面。多层单板叠放成所需厚度的片材。然后将板坯或片材置于热压机下压制，将材料压实并固化为板材。制造这类复合木材产品所用的粘合剂组合物包括酚醛树脂、脲甲醛树脂和异氰酸酯。例如参见，James B.Wilson的题为“作为复合板粘合剂的异氰酸酯胶粘剂”的论文，该文发表在于1980年9月23-25日在威斯康星州麦迪逊(Madison)召开的“木材胶粘剂-研究、应用和需求”会议上，其中讨论了这些不同类型粘合剂的优点和缺点。异氰酸酯粘合剂是工业上希望使用的，因为它们具有低吸水性、高的粘性和内聚强度、配方的灵活性、固化温度和速度的多样性、优异的结构性能、能够与高含水率的木素纤维素材料粘合以及不释放甲醛等优点。异氰酸酯的缺点是由高反应性带来的加工困难、与压板粘合、缺乏冷粘性、高成本以及特殊的储存要求等。美国专利3,870,665和德国专利公开No.2,109,686公开了多异氰酸酯(及其催化剂)在胶合板、纤维板和压塑制品方面的应用，以及作为粘合剂的各种技术优点。已知可以用多亚甲基多(苯基异氰酸酯)(“聚合的MDI”)处理纤维素材料以提高产品的强度。典型的处理过程包括在材料上涂覆异氰酸酯和使异氰酸酯固化，该固化过程既可以在加热和加压条件下(参见，例如美国专利3,666,593、5,008,359、5,140,086、5,143,768和5,204,176)也可以在室温下进行(参见，例如美国专利4,617,223和5,332,458)。虽然可以使聚合的MDI在室温条件下固化，但残留的异氰酸酯基团在某些情况下会在经过处理的产品中保留数周甚至数月。将甲苯二异氰酸酯用于这一目的也是已知的，但从环境角度讲是较少被采用的。异氰酸酯预聚物是优选的用于粘合剂组合物以解决各种工艺问题尤其是与压机压板粘合和高反应性问题的异氰酸酯材料。例如美国专利4,100,328公开了改进产品的脱模性能的异氰酸酯终端的预聚物。美国专利4,609,513也公开了使用异氰酸酯终端的预聚物粘合剂改进产品脱模的方法。美国专利5,179,143公开了一种粘合剂组合物，其中使用了一种特别类型的异氰酸酯预聚物以改进室温下的粘接性能。使用异氰酸酯粘合剂面临的主要技术困难是异氰酸酯与存在于木素纤维素材料和粘合剂组合物本身的水迅速发生反应。一种减小这种困难的方法是只使用低含水率的木素纤维素材料(如含水率为约3-约8％)。低的含水率通常是通过对纤维素材料进行干燥实现的。然而干燥过程的成本高，并且对技术的经济性有很大影响。使用低含水率材料也是有缺点的，因为使用干燥复合材料制造的人造板在潮湿环境中有吸潮和湿胀的倾向。异氰酸酯与水迅速反应的问题可以通过向异氰酸酯粘合剂中加入亲水性的或吸湿性的稀释剂而得到克服。向粘合剂中加入这些材料会使包含在木材中或加工环境中的水分与异氰酸酯更紧密接触，导致在压机中型坯的致密化之前树脂预-固化。解决水分和异氰酸酯反应性问题的另一方法在美国专利4,546,039中被公开。在这一公开的方法中，将含水率最高20％的含木素纤维素原料用基于二苯基甲烷二异氰酸酯混合物的预聚物涂布。该预聚物含有约15-约33.6重量％的自由异氰酸酯基团，在25℃其粘度为120-1000mPa·s。该预聚物的制备是由(1)约0.05-约0.5羟基当量的官能度为2-8、分子量为约62-约2000的多醇与(2)1当量的多异氰酸酯混合物反应进行的，其中的多异氰酸酯混合物含有(a)0-约50重量％的多苯基多亚甲基多异氰酸酯和(b)约50-约100重量％的、含有10-75重量％的2，4’-异构体和25-90重量％的4，4’-异构体的二苯基甲烷二异氰酸酯异构体混合物。CA专利申请2,143,883公开了用于含木素纤维素原材料的多异氰酸酯粘合剂。这些异氰酸酯粘合剂是低粘度的、异氰酸酯终端的预聚物，其由单体的和聚合的MDI混合物与具有至少一个羟基基团和分子量为约62-约6,000的异氰酸酯-反应性材料制备。这些预聚物在与含有10-50重量％的水分含量较高的木素纤维素材料形成适合的组合物时具有更高的容限。美国专利5,002,713公开了用含水率至少15％、通常15-40％的木素纤维素材料生产压塑制品的方法。在该公开的方法中，催化剂被应用于木素纤维素材料。然后将耐水粘合剂加入到含有催化剂的木素纤维素中，再将涂布的材料在低于400°F的温度下压制成型成为需要的复合制品。催化剂是叔胺、有机金属催化剂或其混合物。粘合剂可以是疏水性的异氰酸酯如任何种类的聚合的二苯基甲烷二异氰酸酯、间和对亚苯基二异氰酸酯、氯代亚苯基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、甲苯三异氰酸酯、三苯基甲烷三异氰酸酯、二苯基醚-2，4，4’-三异氰酸酯和多酚多异氰酸酯。催化剂是用来保证异氰酸酯/水的反应不减慢到使生产模制产品所需的压制时间大大增加的程度。使用蒸汽喷射和传统粘合剂如脲甲醛树脂或聚合的二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)压制大片刨花板、取向细丝板和单板条层积材的方法是已知的。这类已知的压制方法的实例在美国专利4,684,489、4,393,019、4,850,849和4,517,147中被公开。如果粘合剂完全固化，那么这些方法可以生产出物理性能令人满意的产品。当然，粘合剂固化的完全程度可以通过试样的破坏性实验进行测定，这些试样在工艺条件下经过了不同的固化时间。在生产过程中所用的固化时间是根据试样完全固化的最少时间确定的。该方法的缺点是显而易见本文档来自技高网...

【技术保护点】
生产木素纤维素复合材料的方法，其包括：Ａ）将木素纤维素颗粒与基于木素纤维素复合物的总重量为１．５－７重量％的粘合剂组合物混合，该粘合剂组合物包含：（１）基于（１）和（２）的１００重量％为５０－９５重量％的选自下述的异氰酸酯组分： （ａ）多亚甲基多（苯基异氰酸酯），其ＮＣＯ基团含量为约３０－３３重量％，和（ｂ）多亚甲基多（苯基异氰酸酯）的半－预聚物，其ＮＣＯ基团含量为约２５－３２重量％；和（２）基于（１）和（２）的１００重量％为５－５０重量％的液体疏水 性稀释剂，其闪点高于２５０°Ｆ，并且其只微溶于或几乎不溶于水；和Ｂ）模制或压制Ａ）中形成的混合物，从而形成木素纤维素复合材料。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JA汤普森，AM萨佩斯卡，JW罗斯陶泽，PH马库施，
申请(专利权)人：美国拜尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]