在聚氨酯产品中并入木质素制造技术

包含分散在多异氰酸酯中的木质素的组合物以及所述组合物在各种聚氨酯应用中、特别是结构木材粘合剂中的用途，其中分散的木质素的(d90)平均颗粒尺寸小于5μm，优选小于2μm，更优选小于1μm。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在聚氨酯产品中并入木质素本专利技术涉及将木质素并入聚氨酯产品、特别是多异氰酸酯组合物中，以及所述基于木质素的多异氰酸酯和聚氨酯产品在各种应用中的用途，特别是作为结构木材粘合剂的用途。聚氨酯由聚合物组成，所述聚合物由通过异氰酸酯基团和异氰酸酯反应性基团，优选羟基之间的反应产生的氨基甲酸酯键连接的有机单元链组成。工业上，聚氨酯聚合物通常通过使异氰酸酯与多元醇反应而形成，其中异氰酸酯和多元醇两者都平均含有每分子两个或更多个官能团。聚氨酯可以以许多不同的形式生产，从极低密度的泡沫至高性能复合材料，并因此可以用于多种应用中。应用的实例包括软质高回弹泡沫座椅、硬质泡沫隔热板、电气铸封料、高性能粘合剂、表面涂层、包装材料、表面密封剂和合成纤维等等。用于生产聚氨酯的多元醇通常来源于石油产品。但是，由于环境问题导致越来越多的工业方法现在试图由来源于生物质的“更环保的”产品来替代石油产品。木质素是一种多元醇生物聚合物，其可以容易地从食品级和非食品级生物质，例如农业废弃物或来自森林的生物质提取，其被视为是(至少部分地)替代由石油产品产生的多元醇的良好候选者。纸浆和造纸工业的已知副产物—木质素的使用是有吸引力的，因为它比由石油衍生的多元醇便宜并且可以产生较小的环境足迹。木质素早已用于聚氨酯的生产中。例如，已通过将木质素作为有机装料(charge)加入多元醇-异氰酸酯混合物中来生产聚氨酯泡沫。在另一种方法中，将木质素分散在含多元醇的树脂中，然后将该树脂与异氰酸酯混合。已经描述了将木质素并入聚氨酯产品中的各种方法。可将木质素溶解在溶剂中，然后与异氰酸酯或多元醇混合，如WO2011/097719、WO99/51654、WO95/34392、US3577358、US3072634、US3519581、US4851457中所述。或者，可将木质素分散在异氰酸酯或多元醇组合物中。其描述可见于WO2011/097719、CZ304264、WO2013/179251、WO96/32444、FR2689366、WO2014/044234。例如，在WO2011/097719中，将木质素直接混入异氰酸酯中以形成悬浮液，该悬浮液稳定至少24小时；经过更长的时间后，发生分离或沉淀。WO2015/055662描述了木质素在卤代多元醇中的分散体，其使用了涉及非永久连接至磨机的固体研磨介质(例如由燧石、钢、玻璃或陶瓷制成的硬物体)的合适的研磨方法。该多元醇优选为溴代硬质聚醚多元醇。分散的木质素优选具有小于100μm的(d90)平均颗粒尺寸，并以高达卤代多元醇的约50%的量使用。然后可以将木质素分散体与其他多元醇一起用于硬质泡沫配制物中。所得到的泡沫具有改善的可燃性，并且据说木质素对绝热性质没有负面影响。WO2014/044234描述了通过多元醇与异氰酸酯反应制备聚氨酯材料的方法，其中将木质素加入至少一种反应组分，主要是多元醇组分中，由此在分散装置中将粉末木质素颗粒减小至纳米至微米的尺寸。WO2013/179251描述了木质素在多元醇中的分散体，其中木质素的平均颗粒尺寸为约100-约2000nm。还可以形成含有木质素的预聚物，参见CA2164490和WO2014/044234。然而，这些方法中的很多都存在缺点，包括例如高生产成本或超过衍生自石油的原料的成本、难以调节粘度、不稳定性问题(稳定性限于最多24小时)和/或难以制备含有相对高含量木质素的聚氨酯、卤代材料的使用、溶剂的使用。因此，本专利技术的目的是提供具有改善的特性，例如具有改善的稳定性、可燃性、可加工性、颗粒尺寸和/或颗粒尺寸分布的含有木质素的组合物。本专利技术的另一个目的是提供这样的含有木质素的组合物，其可用于各种聚氨酯应用，包括硬质泡沫、特别是作为结构木材的粘合剂。进一步的目的是提供这样的含有木质素的组合物，其在用于聚氨酯应用时提供改善的性质，包括作为具有改善的模量、强度和填缝性质的粘合剂。结构木材是一系列复合木材产品的通用名称，其全部都具有关键特征，即它们是结构承重部件并且通常通过将木料和/或其他木材复合材料粘合在一起而制成。产品的范围包括胶合木、单板层积材、定向木片胶合木、timberstrand或parallam、工字梁、平行木片胶合木和交叉层积材。这样的结构体可以长达几十米，通常通过将单个片材指接在一起来获得。聚氨酯产品以其在结构木材粘合剂应用中的强度和多功能性而闻名，其适用于外部以及内部应用。它们提供许多技术和工程优势，包括：•木材的卓越牢固粘合性和优异的老化性质•可以进行微调以适合快速和慢速固化组装技术的可改变的固化速度•良好的深度润湿和均匀的渗透性质，形成大的粘合界面•与木材中天然存在的水具有优异的反应性，产生牢固的交联，其增加整体粘合强度。双组分的基于异氰酸酯的粘合剂提供组分粘度、稳定性、反应性和性能以及良好的可加工性的高度控制。但是，这样的树脂体系确实需要以特定的比率进行良好的混合，并且在生产过程中需要持续监控。也使用单组分的湿固化的基于聚氨酯的粘合剂，这取决于木材、大气中的水分或作为喷雾施加以固化。由于树脂不需要混合，因此施加和加工更容易。由于结构木材复合材料(例如胶合木和工字梁)的大多数应用都是承重，因此它们需服从严格的规范和标准。这些试验从组件的初始强度和弯曲模量至长期耐久性和蠕变试验。试验可以包括胶层厚度评估和侵蚀性短期水解老化评估。特别相关的标准包括EN301、EN302-1、EN302-2、EN302-4和EN15416-2。总的来说，目前的聚氨酯木材粘合剂并没有通过所有这些规范。通常将剪切强度和弯曲模量用作评估实木中的粘合剂粘合强度的可靠参数，因为它是在使用条件下最常见的界面应力。厚胶层的强度例如是主要缺点之一。标准所要求的搭接剪切强度不能通过基于纯异氰酸酯的树脂获得；需要将填料，例如热解法二氧化硅添加到树脂中以改善搭接剪切强度。需要相对较高浓度的填料；这些显著地增加树脂的成本并且具有显著的生产问题(粉末的低密度体)，从而导致难以处理的物理不稳定还非常粘稠的体系。这种性能方面的改善(尤其是低成本时)将是主要优点。因此，本专利技术的另一目的是提供具有改善的木材对木材的粘合强度、模量和粘合性能、特别是填缝性质的聚氨酯粘合剂。因此，本专利技术的一个方面涉及包含分散在多异氰酸酯中的木质素的组合物，其中分散的木质素的(d90)平均颗粒尺寸为至多5μm，优选小于5μm，更优选小于2μm，最优选小于1μm。根据本专利技术的一个方面，通过将木质素直接分散在基于异氰酸酯的树脂中将木质素并入聚氨酯成分中，从而使得分散的木质素的平均颗粒尺寸从通常大于50μm降低至小于5μm。这样的较小的木质素颗粒尺寸导致木质素与异氰酸酯的更好的相互作用/反应、更稳定的木质素分散体(即使在经过较长时间以后也不沉淀)、更高的粘度(不需要添加填料以增加一些结构粘合剂应用的粘度)和各种聚氨酯应用中的更一致的性能结果。间接地，由于颗粒较小，因此聚氨酯胶中的材料缺陷被最小化。此外，通常，各种聚氨酯材料中的木质素的添加水平更低。通过将木质素分散在异氰酸酯树脂中，木质素(部分地)与异氰酸酯反应并被并入网络中，这可以被认为是优于将木质素分散在多元醇中的益处，在所述多元醇中木质素不容易反应。本专利技术的组合物具有木质素的等于或低于5μm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.组合物，其包含分散在多异氰酸酯中的木质素，其特征在于分散的木质素的(d90)平均颗粒尺寸小于5μm，优选小于2μm，最优选小于1μm。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.21 EP 15190822.51.组合物，其包含分散在多异氰酸酯中的木质素，其特征在于分散的木质素的(d90)平均颗粒尺寸小于5μm，优选小于2μm，最优选小于1μm。2.根据权利要求1的组合物，其中至少50%的分散的木质素颗粒具有至少500nm的颗粒尺寸。3.根据权利要求1或2的组合物，其中所述木质素不含灰分和/或硫和/或离子、或具有非常低水平的灰分含量和/或硫含量和/或离子含量。4.根据权利要求3的组合物，其中所述木质素的灰分含量低于1wt%。5.根据权利要求3或4的组合物，其中所述木质素的硫含量低于1wt%。6.根据权利要求3、4或5的组合物，其中所述木质素中的钠、钾、钙和镁的每一种的含量低于0.03wt%。7.根据前述权利要求中任一项的组合物，其中所述木质素是有机溶剂木质素或Kraft木质素。8.根据前述权利要求中任一项的组合物，其中所述木质素具有小于10wt%、优选小于5wt%、更优选小于1wt%的水分含量。9.根据前...

【专利技术属性】
技术研发人员：C普哈诺波洛斯，G潘斯，M特波，J里马加西亚，
申请(专利权)人：亨茨曼国际有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US