本申请涉及基于生物聚合物和异氰酸酯的粘合剂以及复合材料。一种粘合剂，其包含水中的异氰酸酯液滴，其中，所述异氰酸酯液滴的平均液滴尺寸小于或等于500微米，以及所述异氰酸酯液滴具有壳，所述壳包括生物聚合物或者生物聚合物与异氰酸酯的反应产物。生物聚合物可以是生物聚合物纳米颗粒或者经烧煮和化学改性的淀粉。任选地，粘合剂还可包含脲。用于粘合剂的基材可以是木材、其他木质纤维素材料或者合成或天然纤维。在具体例子中，粘合剂被用于制造包括刨花板和MDF的不添加甲醛的木材复合物。物。物。
【技术实现步骤摘要】
基于生物聚合物和异氰酸酯的粘合剂以及复合材料
[0001]本专利技术专利申请是国际申请号为PCT/CA2015/050371，国际申请日为2015年4月30日，进入中国国家阶段的申请号为201580070432.2，专利技术名称为“基于生物聚合物和异氰酸酯的粘合剂以及复合材料”的专利技术专利申请的分案申请。
[0002]相关申请
[0003]本专利要求2014年12月23日提交的美国临时申请62/096,260，其通过引用结合入本文。
[0004]本说明书涉及粘合剂或热固性树脂，还涉及包含粘合剂和木材的复合材料、其他木质纤维素材料或者合成或天然纤维。
技术背景
[0005]复合木产品包括例如刨花板、中密度纤维板、定向刨花板(OSB)、夹板和层叠胶合木料(LVL)。通常来说，许多复合木产品是由基于甲醛的树脂制造的。但是，对于甲醛过量排放的考虑鼓励生产“无甲醛添加”(NAF)树脂。替代树脂应该符合对于终端产品的相关性能要求，例如粘合强度和防水性。但是，替代树脂还必须符合各种制造工艺要求。
[0006]已经使用异氰酸酯树脂(例如聚亚甲基二苯基二异氰酸酯(pMDI))来制造NAF木材复合物，例如刨花板或MDF。使用pMDI来制造这些产品的原因在于，对于属性而言，其具有低粘度(在40℃时小于500cPs)，适用于在喷管或共振器中喷洒到锯屑或木屑上，得到具有良好耐水性和机械性质的最终板材。但是，pMDI具有一些缺点。例如，pMDI会被木材吸收，因此其并不总是在木材颗粒的表面处产生有效粘结，除非施加的量足以无视吸附提供良好的覆盖。由于pMDI不与水混溶，其通常以100％活性液体使用，并且无法在不增加pMDI用量的情况下增加覆盖。由于基于异氰酸酯的粘合剂会在木材压制之前开始固化，所以还可能降低粘结质量。克服这些困难所需的pMDI量与原材料的单位体积价格相结合，导致基于pMDI的产品比基于甲醛的产品更为昂贵。pMDI还倾向于在金属表面上(例如在压制板和加工设备中)发生积聚，需要脱模剂和定期工艺清理，导致机器停机。相对于较软的基于脲
‑
甲醛(UF)树脂而言，对由pMDI制造的木产品进行机械加工存在导致工具磨损增加的潜在可能性。尽管存在这些缺点，pMDI仍然是用于制造NAF刨花板和MDF的主要粘合剂之一。pMDI的低粘度虽然对于喷洒应用具有优势，但是使得pMDI不适用于制造其他复合物，例如使用更高粘度粘合剂的夹板或胶合板。
[0007]美国专利4,801,631描述了一种水性分散体，其含有约为15
‑
30重量％的聚异氰酸酯、10
‑
15％的可溶于冷水的淀粉和14
‑
25％的面粉，以及适量的水加合至100％。示例性分散体具有至少一小时的适用期，和约为2000厘泊(cP)的粘度。将分散体喷洒到木质胶合板上并固化。以没有面粉的方式制造的样品具有相似粘度，但是适用期小于30分钟。
[0008]美国专利4,944,823主要涉及不含水组合物，其含有异氰酸酯和糖或淀粉。但是，在一个例子中，通过如下方式制造水性组合物：首选掺混20％的MDI和80％的工业小麦粉持
续5分钟；使混合物反应10分钟；然后将100克的掺混物与150克的水混合5分钟。将得到的粘合剂喷洒在胶合板上来制造夹板。该粘合剂被描述成具有较短保质期的粘性物质。
[0009]导言
[0010]下文试图向读者介绍更详细的描述，而不是限定或定义任何要求保护的专利技术。
[0011]多年以来，本领域存在对于不添加甲醛的粘合剂的需求，特别是存在对于扩充或分散异氰酸酯粘合剂的方式的特定需求。例如，1989年和1990年分别公布了'631和'823专利。更近年来，开发了一些改性异氰酸酯(称作EMDI)，其在水中形成乳液。这些产品有助于上文所述覆盖问题，但是使用的是甚至比pMDI更为昂贵的产品并且仍然是由石油制造的。就专利技术人所知，商业上尚未有尝试将pMDI与生物基材料相混合。上文所述的两篇专利暗示基于生物聚合物和pMDI的粘合剂倾向于具有高粘度和短的适用期，这会阻碍它们用于工业规模设备来制造常见的木质复合物，例如刨花板和MDF。在本说明书中，专利技术人描述了生物聚合物与异氰酸酯的混合物，其具有低且稳定的粘度，并且还具有足够的强度和耐水性，从而提供了作为不添加甲醛粘合剂的替代品。不希望受限于理论，相信这些性质来源于通过生物聚合物壳的稳定化形成异氰酸酯小液滴的乳液，同时在乳液的连续相中，通过生物聚合物的作用限制了粘度。优选地，壳包括淀粉或者通过异氰酸酯和淀粉的反应形成的生物氨基甲酸酯。令人惊讶的是，即使异氰酸酯通常不与水混溶，当将异氰酸酯混合到仅为有限量的水中时，产生最为稳定的乳液。
[0012]本说明书描述了具有异氰酸酯、生物聚合物和水的粘合剂。优选的生物聚合物是淀粉纳米颗粒或低分子量淀粉。异氰酸酯的质量优选是水的质量的50％至150％。任选地，粘合剂还可包含脲。
[0013]在本说明书所述的工艺中，将生物聚合物分散在水中，然后将异氰酸酯添加到分散体中。任选地，可以添加更多的水来稀释得到的乳液。
[0014]本说明书所述的乳液包含多个异氰酸酯液滴，每个异氰酸酯液滴被淀粉壳包围。优选地，异氰酸酯液滴的平均尺寸为10
‑
500微米。任选地，乳液还可包含溶液中的淀粉或者淀粉水凝胶颗粒。
[0015]本文所述的粘合剂可具有适用于施加到基材上来制造复合材料(例如，刨花板或MDF)的粘度，例如，在40℃的粘度小于或等于700cPs。粘合剂还可用于制造其他木材复合物，或者其他木质纤维素材料的复合物或者合成或天然纤维。
[0016]附图
[0017]图1显示对于如下重量比样品组合物(生物聚合物:脲:pMDI:水)＝(21:4:75:水发生变化)，在存在生物聚合物纳米颗粒的情况下，40℃的水乳液中的pMDI(“油”)的一个例子的初始RVA粘度
‑
相比例关系。
[0018]图2是对于如下重量比样品组合物(生物聚合物:脲:pMDI:水)＝(21:4:75:水发生变化)，在存在生物聚合物纳米颗粒的情况下，不同pMDI:水相比例(β)下，水乳液中的pMDI的光学显微镜图像。所有图像中的比例尺都等于100μm。
[0019]图3是在pMDI:水相比例为1.60和之后稀释至1.00的相比例的情况下，产生的乳液的光学显微镜图像和液滴尺寸数据，表明通过稀释可以进一步降低乳液粘度而不发生材料的粒度下降。比例尺表示100μm。
[0020]图4是对于如下重量比样品组合物(生物聚合物:脲:pMDI:水)＝(21:4:75:75)，在
存在生物聚合物纳米颗粒的情况下，在40℃时，水乳液中的pMDI的RVA粘度随时间的演变。以100rpm的快速粘度分析仪来测定粘度。
具体实施方式
[0021]可用作粘合剂的异氰酸酯包括但不限于：甲苯二异氰酸酯(TDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、亚甲基二苯基二异氰酸酯(MDI)和聚本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于复合产品的粘合剂，其包含：异氰酸酯；水；生物聚合物；以及选自下组的第二化合物：酰胺或胺化合物，三聚氰胺，柠檬酸，氮杂环以及具有胺官能团的化合物。2.如权利要求1所述的粘合剂，其中，所述第二化合物包含脲。3.如权利要求1或2所述的粘合剂，其中，所述生物聚合物包含淀粉。4.如权利要求3所述的粘合剂，其中，所述淀粉选自下组：a)淀粉纳米颗粒，优选地，其中，所述淀粉纳米颗粒的尺寸为1000nm或更小，以及b)分子量为1,000,000Da或更小或者100,000Da或更小的改性淀粉。5.如权利要求4所述的粘合剂，其中，所述生物聚合物包含淀粉纳米颗粒。6.如权利要求5所述的粘合剂，其中，所述淀粉纳米颗粒的尺寸为1000nm或更小。7.如权利要求6所述的粘合剂，优选地，其中，80％或更多的淀粉纳米颗粒由淀粉构成。8.如权利要求1或2中任一项所述的粘合剂，其在40℃的粘度为500cPs或更小。9.如权利要求1或2所述的粘合剂，其中，异氰酸酯的质量为水的质量的50％至150％，以及生物聚合物的质量不超过水的质量的55％。10.如权利要求1或2所述的粘合剂，其具有至少1:1的生物聚合物与第二化合物之比。11.如权利要求2所述的粘合剂，其具有10
‑
25份脲每100份淀粉。12.一种复合产品，其包括如权利要求1至11中任一项所述的粘合剂和木材。13.如权利要求12所述的复合产品，其中，所述木材是碎屑、颗粒或纤维的形式。14.如权利要求12或13的复合产品用于铺板的用途。15.如权利要求12或13所述的复合产品，其中，淀粉和异氰酸酯的重量是木材的重量的2％至8％。16.一种制造复合产品的方法，其包括以下步骤：在基材上喷洒异氰酸酯、水、生物聚合物和第二化合物；以及对基材进行加热；其中，所述第二化合物选自下组：酰胺或胺化合物，三聚氰胺，柠檬酸，氮杂环以及具有胺官能团的化合物。17.如权利要求16所述的方法，其中，所述第二化合物是脲。18.如权利要求16所述的方法，其中，所述基材包括木材。19.如权利要求18所述的方法，其中，所述木材是碎屑、颗粒或纤维的形式。20.如权利要求18所述的方法，其中，所述第二化合物是脲。21.如权利要求20所述的方法，其中，所述木材是碎屑...
【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：生态合成股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。