催化组合物和固化脲甲醛树脂的方法技术

公开了一种用来粘结基底如刨花板制造用木料的一种粘合剂组合物。粘合剂包括包含缓冲盐催化剂和（优选）酸的第一种水溶液与包含脲和甲醛的第二种水溶液的混合物。还公开了缓冲盐作为催化剂用来固化脲甲醛树脂的方法。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包含脲甲醛树脂的粘合剂，它具有高含量的缓冲盐，缓冲盐用来加速脲甲醛树脂的固化。缓冲体系是一种添加少量酸或碱之后pH值变化很小或不变化的体系。当诱发缓冲物质(例如磷酸钾，乙酸钠)被加入到体系中时，它趋向于将体系缓冲在相当特定的pH值范围。体系被缓冲的pH值范围将根据所使用的缓冲物质的类型来变化。一些诱发缓冲物质不只在一个特定pH值范围内起作用，例如磷酸钾的缓冲pH值范围为1-3，6-8和11-13。因此，当磷酸二钾被加入到UF树脂中时，该树脂在pH值范围约1-3，6-8和11-13内对因添加酸或碱所引起的pH值变化显示出较强的抵抗能力。在这些缓冲作用范围以外，添加少量酸或碱即可改变pH值。其它盐被认为是“中性”的。这些类型的盐类添加到含水体系中时不诱发缓冲。这些盐的例子是氯化钠，硫酸钠，氯化钾和氯化镁。一般来说，中性盐是由强酸与强碱结合得到的，而缓冲盐是由弱酸与强碱或弱碱与强酸结合得到的。脲甲醛(UF)粘合剂树脂用于大范围的木材粘结体系。其中包括热压刨花板，中密度纤维板和胶合板应用。脲甲醛树脂通常称作热固性树脂，它在合理的时间内受热获得足够的固化。大家都清楚，UF树脂通过游离酸催化可在室温下固化。在实际应用中，一般通过稍增加酸性和提高温度来进行固化。为制造刨花板，通常依赖木料中本身的酸性为固化提供低pH值，该pH值一般在4-6.5范围内变化，取决于木料种类。UF树脂只有在pH值为7以上是贮存稳定的。因此，树脂一般含有少量，例如0-0.3％(重量)的缓冲剂，这样，当树脂被喷到木料上并与材料紧密混合时树脂能表现出对pH值下降的微弱抵抗作用。此外，可添加潜催化剂或游离酸，如果需要较快的固化速度的话，如在受热比表面缓慢的夹心层中；或者当使用高pH值值木材时；或者尤其对于胶合板应用来说，其中没有达到树脂与木料的紧密混合，因而树脂会有最小的pH值下降。通常使用的潜催化剂包括氨-酸型盐如NH4Cl和(NH4)2SO4，它与固化过程中产生的游离甲醛反应，随后释放出游离的酸。其它非缓冲无机盐也可用来加快固化速度。这些盐的例子包括MgCl2，MgSO4，NaCl和Na2SO4。这些盐在UF粘合剂体系中加快固化速度的具体机理目前不大清楚并可能根据盐而变化。正如上面所提到的，除了在某些情况下，一般制造的刨花板树脂应使其表现出对pH值下降的低抵抗作用，即它们一般是低度缓冲的，以便通过树脂与木料表面紧密混合，产生胶快速固化所需要的pH值的充分下降。常常只使用最少量的缓冲作用来延长UF树脂的贮存期。这一少量的缓冲作用在贮存过程中防止树脂的pH值下降到低于约7.5。还有一些情况，其中使用了缓冲盐，从而防止了树脂的固化，一直到树脂+木料的成形板坯进行热压时。这是常常需要的，因为，在树脂与木料掺混之后，在树脂处理过的配料混合物到达热压处之前仍有很长一段时间。由于木料因预干燥操作几乎总是处在温热状态，且许多时间制造车间本身是非常温热的，树脂的酸性增加和在板坯放在热压机中固结之前开始固化，导致木板性能下降。所以，在如上所述发生预固化的情况下，实际操作中已使用缓冲剂，通过迟滞pH值下降来减慢树脂的固化。一般被相信和接受的是，包含在刨花板树脂中的缓冲型盐只减慢它们的固化。因而只使用防止预固化所需要的最低用量的缓冲盐。在胶合板应用中，缓冲剂通常再次保持在最低量，因为潜催化剂必须用来克服缓冲剂，为的是将粘合剂pH值降低至明显低于pH值7.0以促进固化。一般来说，使UF树脂具有较快的固化速度是有利的。在压制阶段中所需要的时间常常是决定性因素，它限制了在绝大部分的木料复合板制造工艺中的总产量。所以，能加速固化的任何催化剂，即它在较短的压制时间赋予改善的性能，是需要的。将压制时间缩短至仅仅几秒钟会使木板制造商的利益显著增加。在过去10-15年中，板条生产厂家所面临的在使用UF树脂非常突出的问题是，人们对低甲醛释放的板条产品的需求。为了满足对低气味产品的需要，树脂生产厂家已转移到使用具有低F/U摩尔比的树脂。一般来说，低气味树脂导致木板性能下降，因为固化度低。同时，该树脂比过去的高摩尔比、高气味、高活性的树脂固化速度慢。鉴于此，新的催化剂体系，它可改善木板性能(尤其在短压制时间)同时保持等同的甲醛释放潜力，将给木板生产厂家带来巨大的经济效益。同样，木板制造商的整个厂区甲醛和其它挥发性有机化合物(VOC)的排放(它们在压制过程、板冷却过程和在各种制造步骤中的其它地方会产生)最近已成为一个重要因素，它可限制工厂的产量。关键是木板制造商能够通过使用低气味树脂减少烟道气(stack)排放，或者通过使用快固化树脂(它显示出相同的或较低的甲醛气味潜力)提高产量(在同样的总烟道排放水平下)。B.Meyer在“Urea-Formaldehyde Resins(脲甲醛树脂)”(Addison-Wesley Pulbishing Company，1979)一书中回顾了从本世纪初至约1979年的UF树脂化学专利和期刊文献。Meyer的书涉及了UF树脂在制造浇铸聚合物玻璃时的应用和作为木材粘合剂的用途。Meyer指出，传统上缓冲剂在UF树脂中的使用是为了控制pH值。在12页中他强调，在需要高酸含量进行固化的冷固化木材粘合剂应用中，缓冲剂可用来防止酸催化体系的pH值值下降太多。过分低的pH值值将导致胶合点减少。在169页中指出，所有的刨花板UF树脂被缓冲至一定的程度，但在必要时或有利时应控制其水平以防止pH值变化。授权给Dundon的US3,335,115(2栏，45-55行)指出，在U F树脂用于织物时必须有同样的考虑。授权给Ripper的US1,460,606指出，缓冲剂可迟滞固化和反应速率。在UF树脂用来制造聚合物玻璃的非常早的应用中(直至约1940年)，在制造树脂的过程中，缓冲剂通常用作pH值调节剂和pH值控制剂，正如USP1,737,918；1,791,062；1,952,598；2,015,806；2,647,212；和2,729,616，和更近的在USP3,637,562和4,139,507中所教导的那样。必须认识到，在本世纪初期，pH值的测量是困难的工作，因而使用缓冲体系，这样pH值监测是不必要的。这对于UF反应是特别重要的，因为反应速度严格依赖于pH值。在任何情况下缓冲剂没有称作固化催化剂，但是，当在这些专利中使用时，发现有必要的是，游离酸或能产生酸的盐用来克服缓冲剂以获得充分的固化。没有情况表明，此类被中和的缓冲剂的存在能加快任何类型(反应)的固化速度。例如，授权给Luther的USP1,598公开了缓冲剂是惰性物质，而且除了作为pH值控制剂以外不参与UF反应过程。缓冲型盐的使用还已在UF树脂用于高氮肥料时采用过。这些情况下，缓冲剂或者作为肥料的钾和磷的来源(3,497,175)，或者在制造低缩合树脂过程中，用来控制pH值(4,781,749和4,895,983)。固化对于肥料树脂来说通常是不需要考虑的，但在USP4,244,727中，在制造UF树脂肥料的过程中使用低含量的缓冲作用。这类似于在木材技术粘合剂应用中传统上实现固化对最低的缓冲作用的需要。在尿素和甲醛树脂反应中存在两个反应“加成”反应和“缩合”反应。这些反应将在本说明书本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粘合剂组合物，它包括以下两组分的混合物：包含至少一种缓冲盐催化剂的第一种水溶液，第一种水溶液的ｐＨ值为约２－８．５；和 脲－甲醛树脂的第二种水溶液，该树脂的脲∶甲醛摩尔比在约０．３３－１．６７∶１范围内；其中，混合物中至少一 种缓冲盐的量等于第二种水溶液重量的约０．０５－１５％（重量），和第二种水溶液的约０－２％（重量）是游离甲醛。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：威廉K莫特，尼克K黛西，威廉D德特勒夫森，
申请(专利权)人：博登化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]