使用混合的多亚甲基二异氰酸酯/固体酚醛清漆树脂粘合剂生产木材复合物的方法技术

本发明专利技术涉及生产复合木材产品的方法。该方法包括：ａ）在木材刨花上涂覆粘合剂组合物，和ｂ）模制或压制用粘合剂处理过的木材刨花使之成为复合木材产品。适合的粘合剂组合物含有多亚甲基多（苯基异氰酸酯）和固体酚醛清漆树脂。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及生产木材复合材料的方法，该方法是将木材刨花与混合的多亚甲基多(苯基异氰酸酯)/固体酚醛清漆树脂粘合剂组合物混合，然后模制或压制混合的木材刨花和粘合剂组合物。复合材料如定向细丝板、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如薄片刨花、木纤维、刨花、大片刨花、木条或细木丝、木材碎料或其它粉碎的木素纤维素材料，在混合设备或类似设备中被翻动和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，其中的水蒸汽是由木材或木素纤维素材料中释放出的夹带的水分产生的。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)。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。然后将多层单板叠放形成所需厚度的片材。再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)(“聚合型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(参见，例如美国专利4,617,223和5,332,458)进行。虽然可以使聚合型MDI在室温条件下固化，但在某些情况下残留的异氰酸酯基团会在经过处理的产品中保留数周甚至数月。将亚甲苯基二异氰酸酯用于这一目的也是已知的。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中的水和粘合剂组合物本身中的水迅速发生反应。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％)。该低的含水率通常是通过对纤维素材料进行干燥以降低含水率来实现的。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使用有吸潮和湿胀的倾向。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％的含木素纤维素的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。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型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型二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)压制大片刨花板、定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的。有价值的产品在试验中被破坏。而且，木材组成的任何变化、粘合剂在木材刨花等上面分散的程度或工艺条件等这些影响粘合剂固化速度的因素都没有在上述方法中被考虑。美国专利5,128,407公开了含有由多异氰酸酯和脲在水溶液中化合得到的脲填充的多异氰酸酯的粘合组合物及其制备方法。该参考文献还描述了用粉碎的木素纤维素材料的刨花或单板制备复合材料的方法，其中包括用上述粘合剂组合物对刨花或单板进行涂覆。美国专利5,744,079公开了使用有机多异氰酸酯化合物作为粘合剂生产木素纤维素型材料的压塑制品的方法。该粘合剂含有(A)有机多异氰酸酯如MDI或PMDI、(B)熔点为50-160℃的蜡的水性乳液、(C)有机磷酸酯衍生物和(D)任选地水。已知有机多异氰酸酯树脂作为用木素纤维素型材料如木材碎片和木材纤维生产热压塑制品如刨花板和中等质量纤维板的胶粘剂具有优异的粘接性能和加工性能，并且制品具有优异的物理性能。但是有机多异氰酸酯树脂优异的粘接性能也产生缺点，即在连续或间歇热压工艺中，压塑制品会坚固地粘接在接触的加热板金属表面上。为克服不希望的粘接到加热板的缺点，需要将脱模剂事先喷涂在加热板表面形成脱模层。日本专利公开No.3-21321公开了不同于外部喷涂脱模剂的方法，而是在热压塑之前将有机多异氰酸酯和地蜡的混合物喷涂到木素纤维素型材料上。日本专利公开申请No.4-232004公开了添加作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
生产木材复合材料的方法，包括 Ａ） 将木材刨花与占木材复合物总重１－２５％（重量）的粘合剂组合物混合，该粘合剂组合物主要由下列组分组成： （１） 多亚甲基多（苯基异氰酸酯），其官能度为约２．１－约３．５，ＮＣＯ基团含量为约２５－３３％，而单体含量为约３０－９０％重量，其中单体含有占多异氰酸酯总重量最多约５％（重量）的２，２’－异构体、约１－约２０％（重量）的２，４’－异构体和约２５－约６５％（重量）的４，４’－异构体； 和 （２） 固体酚醛清漆树脂， 其中组分Ａ）（２）与组分Ａ）（１）的重量比为２∶１－１０∶１； 和 Ｂ） 模制或压制Ａ）中形成的混合物，从而形成木材复合材料。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JW罗斯托泽，HG施梅策尔，
申请(专利权)人：美国拜尔公司，博登化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]