专利名称：用于生产木材复合产品的填充的多亚甲基多(苯基异氰酸酯)树脂粘合剂的制作方法
背景技术：
本发明涉及复合木材产品或材料的生产方法。该方法包括将木材刨花与含有(1)选自脲、三聚氰胺及其混合物的化合物与(2)多亚甲基多(苯基异氰酸酯)的混合物混合，然后模制或压制木材刨花和反应性混合物的混合物。
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150-225℃、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。一种最大限度地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原材料进行干燥以降低含水量而实现的。然而干燥过程的成本高，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’-三异氰酸酯和多苯基多异氰酸酯。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、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5,641,819描述了制备复合板的方法，其中将与占主要部分的较大的木材刨花分离的细料用粘合剂涂覆，并将该混合物用作较大的木材刨花的粘合剂生产复合板材。此处，细料充当了脲醛树脂粘合剂的载体。
美国专利4,944,823描述了用于粘接固体木素纤维素材料的组合物。适合的粘合剂配方是基于异氰酸酯和碳水化合物的反应性混合物。这些混合物既有效又不昂贵，并且消除了与使用甲醛相关的健康危害。碳水化合物材料包括如糖和淀粉和可有可无的其它活性材料。这些碳水化合物与液体二异氰酸酯混合后涂覆到木材上，然后压制成复合产品。
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结合得到的脲填充多异氰酸酯的粘接组合物及其制备方法。该参考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。使用该发明的方法会在木材刨花中加入大量的水，这些水必须随后在模制操作中被除去，因而导致了非所希望的压制循环时间的增加。
只用多异氰酸酯粘合的复合材料的大规模工业生产是已经被限制的。使用某些多异氰酸酯，尤其是性能较好的异氰酸酯如多亚甲基二异氰酸酯，受到其价格的限制。因为价格限制，这些昂贵的异氰酸酯在某一材料中的应用被控制在低水平。提高这类异氰酸酯应用水平的方法是用不昂贵的填充剂对异氰酸酯进行扩链。
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施工性能，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公开了添加作为相容剂的中性正磷酸酯、蜡和多异氰酸酯进行木素纤维素型材料的热压塑的方法。
美国专利5,001,190和PCT申请WO 88/03090公开了用聚氨酯复合物在水的存在下填充结构中空隙的方法。适合的聚氨酯复合物含有(a)在要填充的结构空隙中加进粗集料、(b)在集料中加进聚氨酯粘合剂，其中的粘合剂含有(i)含有可溶性酚醛树脂和疏水性溶剂体系的酚醛树脂组分、(ii)含有芳香族多异氰酸酯和疏水性溶剂的多异氰酸酯组分和(iii)氨基甲酸乙酯促进剂。
已知异氰酸酯是处理纤维素纤维和木材产品的适合组分。关于这种处理的某些方法已有描述，如美国专利5,179,143和5,674,568。美国专利5,179,143的粘合剂中含有多异氰酸酯，具有至少两个异氰酸酯活性氢原子的化合物和亚烷基碳酸酯。美国专利5,674,568的用于改性纤维素产品的粘合剂含有多亚甲基多(苯基异氰酸酯)、水和选自无酯基的多羟醇、聚醚多醇及其混合物的羟基官能度为2-8、分子量为约60-8000的有机化合物。
本发明的目的是提供改进的生产复合木材产品的方法，其中使用多异氰酸酯与含有共反应剂的固体去活性胺形成的反应性混合物作为粘合剂。这种改进的粘合剂的优点是使用少量较贵的多异氰酸酯而获得与传统MDI粘合剂可比的性能。含有反应性胺的填充剂起到液体粘合剂载体的作用。这类填充剂不含有可能增加压制循环时间的额外水分。树脂粘接到压板的趋势也可以被减弱。
发明概述本发明涉及木材复合材料的生产方法，包括a)将木材刨花与占木材复合物总量1-25％(重量)的一种混合物混合，然后b)模制或压制涂覆了的混合物。用于涂覆木材刨花的适合的混合物主要由下列组分组成(1)选自脲、三聚氰胺和其混合物的固体、干燥的化合物，和(2)多亚甲基多(苯基异氰酸酯)组分，其官能度为约2.1-约3.5、NCO基团含量为约30-33％，而单体含量为约30-约90％(重量)，其中单体含有占多异氰酸酯总量最多约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；其中组分a)(1)与组分a)(2)的重量比为10∶1-2∶1.优选3∶1-7∶1。
在本发明的另一实施方案中，所述方法包括a)将木材刨花与(1)选自脲、三聚氰胺及其混合物的固体、干燥化合物混合，b)用(2)多亚甲基多(苯基异氰酸酯)涂覆来自a)的混合物，其中多亚甲基多(苯基异氰酸酯)的官能度为约2.1-约3.5、NCO基团含量为约30-33％，而单体含量为约30-约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c)模制或压制b)中形成的涂覆的混合物。
在本发明另一可选的实施方案中，所述方法包括a)将木材刨花与(2)多亚甲基多(苯基异氰酸酯)混合，其中多亚甲基多(苯基异氰酸酯)的官能度为约2.1-约3.5、NCO基团含量为约30-33％，而单体含量为约30-约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；b)用(1)选自脲、三聚氰胺及其混合物的固体、干燥化合物涂覆来自a)的混合物；和c)模制或压制b)中形成的涂覆的混合物。
在任何一个上述可选实施方案中，一种组分首先涂覆到木材刨花上，随后是第二种组分，组分a)(1)与组分b)(2)的重量比为10∶1-2∶1、优选7∶1-3∶1。加入到木材刨花中的组分a)(1)和组分b)(2)两种组分的量占木材复合物总重量的1-25％(重量)(优选2-10％(重量)、更优选3-8％(重量))。
本发明的详细描述这里所用的聚合型MDI表示由苯胺-甲醛缩合产物经光气化得到的三环和/或更多环的产物。
适合用作本发明的粘合剂组合物组分(2)的多异氰酸酯包括那些多亚甲基多(苯基异氰酸酯)混合物，该混合物具有约2.1-约3.5的官能度，NCO基团含量为约30-33％(重量)。典型地单体含量为约30-90％(重量)，其余为聚合型MDI即MDI系列的较高的同系物。其中单体MDI含有占多异氰酸酯总量最多约5％(重量)的2，2’-异构体、约1-20％(重量)的2，4，-异构体和约25-65％(重量)的4，4’-异构体。
优选的多亚甲基多(苯基异氰酸酯)混合物具有2.2-2.4的官能度，其NCO基团含量为约31.2-约32.8％(重量)，而单体含量为约55-约80％，其中单体含有占混合物总量最多约3％(重量)的2，2’-异构体、约15-约20％(重量)的2，4，-异构体和约40-约55％(重量)的4，4’-异构体。这类多异氰酸酯混合物含有约20-约45％(重量)的聚合型MDI。
最优选的多异氰酸酯包括如多亚甲基多(苯基异氰酸酯)混合物，该混合物具有约2.5-约3.0、优选约2.6-约2.8的官能度，其NCO基团含量为约30-32％(重量)，而单体含量为约40-50％(重量)，其中单体含有占混合物总量最多约1％(重量)的2，2’-异构体、约2-约10％(重量)的2，4’-异构体和约35-约45％(重量)的4，4’-异构体。这类异氰酸酯混合物含有约50-约60％(重量)的聚合型MDI。
适合用作本发明的组合物组分(2)的多异氰酸酯包括那些多亚甲基多(苯基异氰酸酯)组合物和混合物，其NCO基团含量为约25-33％(重量)，25℃下的粘度小于约2000cps。本发明的多异氰酸酯具有约2.1-约3.5、优选2.3-3.0和最优选2.6-2.8的官能度，NCO基团含量为约30-约33％、优选约30.5-约32.5％，单体含量为约30-约90％(重量)、优选约40-约70％(重量)，其中单体含有占组合物或混合物总量最多约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。这些异氰酸酯的聚合型MDI含量为约10-约70％(重量)、优选约30-约60％(重量)。
适合本发明的组分(2)的多异氰酸酯也包括例如上述多异氰酸酯混合物与MDI加合物的混合物，其中的MDI加合物包括例如美国专利5,319,053、5,319,054和5,440,003所描述的MDI的脲基甲酸酯，这些专利公开的内容在此引为参考，和如美国专利2,853,473、2,941,966、3,152,162、4,088,665、4,294,719和4,244,855所描述的MDI的碳化二亚胺，这些专利公开的内容在此引为参考。
当在本发明范围内使用，固体胺和多异氰酸酯的混合物具有潮湿粉末或红糖的稠度。在刨花板、大片刨花板和纤维板等的生产中，粉状粘合剂配方被涂覆到木材刨花上，方法是将木材刨花物流与粉状粘合剂配方物流按要求的比例、并使用复合材料产品如刨花板生产中常用的机械搅拌进行混合。当使用粉状粘合剂制造刨花板或类似产品时，木材的含水率可以有很大变化，即可以占木材刨花总重约0.5-约10％(重量)。然而，如果木材刨花的含水率相对较低，即约1-6％，而在最初压制之后和最后进行热压压实之前，对预成型的刨花板喷水使其含水率增加到10-11％，这样的做法是有利的。
另外，虽然不太优选，但也可以将粘合剂分别加入木材刨花并与之顺序混合。这是不太优选的，因为至少在某些情况下两种反应物没有按适当的比例紧密混合。一旦本发明的粘合剂与木材接触，即开始与木材中含有的水分发生反应。
粘合剂和最终产品是不含甲醛的，并且复合物的生产成本与使用脲-甲醛树脂的木材产品的生产成本相比具有竞争性，后者存在严重的散发甲醛问题。粘合剂配方也可以用于高含水率木材，因此通过降低通常在压制前需达到的干燥程度而节约了能量。
适合用作本发明组分(1)的固体、干燥的化合物包括脲、三聚氰胺及其混合物。根据本发明的需要，固体、干燥的脲、三聚氰胺及其混合物含有低于10％(重量)的水，并且优选不含水。或者，可以使用类似的化合物，包括但不局限于胍或氰基胍，但优选以与脲和/或三聚氰胺的混合物方式使用，因为它们有释放氨的不利倾向。
这里所用的“干燥”一词的意义是指固体夹带水分含量小于10％(重量)。
用于催化异氰酸酯加成反应的已知催化剂原则上可以用于制备这类粘合剂组合物。优选本发明的反应混合物中无催化剂存在。为此目的的适合的催化剂包括锡化合物例如二丁基锡二月桂酸盐或锡(II)辛酸盐。其它催化剂在“塑料手册”，卷VII，Becker和Braun出版，Carl Hanser Verlag，慕尼黑，1983，第92-98页中有所描述。如果使用催化剂，则其用量是占反应物总量的约0.001-10％(重量)、优选约0.002-0.1％(重量)。
本发明的粘合组合物中可以含有的其它任选的添加剂和/或助剂包括例如降低吸水性的蜡和蜡乳液、防腐剂、表面活性剂如乳化剂和稳定剂，脱模剂如硬脂酸锌等。
在本发明的其中三聚氰胺或脲是低含量的实施方案中，可以使用足够量的稳定剂使粘合组合物具有工作稠度。“工作稠度”一词的意义是指组合物在使其为自由流动粉末到红糖的稠度范围。
正如前文指出的，本发明的木材粘合剂组合物中的组分含量可以根据需要和具体应用条件而有很大变化。然而，考虑到其它活性材料可以含有一种或多种催化剂、稳定剂和脱模剂，通常认为下面范围内的含量是适合的。
用于复合产品如刨花板的优选配方包括三聚氰胺和/或脲的混合物以及异氰酸酯(PMDI)和有或没有稳定剂、催化剂或脱模剂。用于具体产品的粘合剂配方依赖于木材种类、对最终产品物理性能的要求和压制条件。例如，可以满足道格拉斯枞木商业配料对在350°F压板温度下压制4.4分钟制得的内部刨花板的要求、得到高质量商业产品的配方如下
这一粘合剂配方的用量占木材总重量的百分数可以是1-25％(重量)，或者以PMDI占木材重量的百分数表示，则为约0.25-8.0％。根据碎木的结构和对产品的要求，优选粘合剂配方的用量占木材总重量的约2-10％。同样，如果在粘合剂配方中使用小量的异氰酸酯(例如占粘合剂配方总量的约10-20％，形成相对干燥的粉末)，那么将使用相对较大的粘合剂配方用量(如占木材重量8-10％的粘合剂配方或1-2％的异氰酸酯)。另一方面，当使用相对小量的粘合剂配方用量(如2-6％)，那么异氰酸酯在粉状粘合剂中的量应稍大一些(如25-35％的粘合剂配方)以提供充分的粘接，这规定了异氰酸酯占木材量约0.5-2％的最小比例。通常，对于优选的粉状粘合剂配方，其异氰酸酯的最大量将占粘合剂的约20％，或如果粘合剂用量为10％，则异氰酸酯占木材的2％。
尽管很少作为优选方案，但是也可以通过使用小量的惰性、极性和非水性溶剂如二氯甲烷或增塑剂如邻苯二酸丁基苄基酯或邻苯二酸二辛基酯制备本发明的液体粘合剂配方，或者也可以使用酚醛清漆树脂在惰性、极性和非水性溶剂中的溶液。液体粘合剂配方可能具有有限的适用期。由于在木材粘接操作之前，异氰酸酯和水之间会发生不希望的反应，因此必须十分注意最大限度地降低这些溶解的去活性胺的含水量。
制备本发明的液体粘合剂配方，也可以首先将较大量的干燥的去活性的胺与较小量的异氰酸酯混合，让混合物反应直至其中不再有自由的异氰酸酯存在，然后加入惰性溶剂或增塑剂以形成粘稠的物质。因此，制备这样的粘稠物质，可以首先以10-50％(重量)的异氰酸酯与50-90％(重量)的粉状胺的比例将异氰酸酯与脲或三聚氰胺混合，然后让混合物反应5-60分钟，最后加入占混合物重量30-70％的惰性溶剂或增塑剂，从而得到一种在胶合板生产中适合对单板进行滚涂的粘稠物质。粘度可以通过调节混合物中组分的比例进行控制。
本发明的粘合剂配方的制备是按上述通过适当的顺序混合各种组分进行的。当制备优选的粉状粘合剂时，这类混合优选地包括剧烈搅拌数分钟，如在适合的碾磨机中，以保证异氰酸酯与其它组分充分混合。优选首先将异氰酸酯与稳定剂、催化剂(如果存在的话)和脱模剂(如果使用了一种或多种后面这些组分)混合，然后加入三聚氰胺和/或脲。当然应当进行足够时间的混合以获得均匀的混合物，在剧烈搅拌条件下，一般要进行数分钟的剧烈搅拌才能做到这一点。
正如在这里提出的，多异氰酸酯与固体脲、固体三聚氰胺和/或其混合物混合形成本发明的稳定的混合物。该混合物的稠度可以是从干燥的自由流动粉末到红糖的稠度。
在本发明的实施中，粘合组合物的用量依赖于用以生产复合物的材料的种类、含水率和类似因素。典型地，粘合组合物的用量是占木材复合物总重量的1-25％(重量)、优选2-10％(重量)并且最优选3-8％(重量)。
用粉碎的纤维、木材或纤维素材料的刨花生产复合材料的方法包括用本发明的粘合组合物涂覆刨花，其中所述的粘合组合物含有脲和/或三聚氰胺填充的多异氰酸酯。
再生复合板的生产是将粉碎材料在混合机或类似混合设备中被翻动或搅拌的同时与粘合剂组合物混合。通常，粘合剂体系的加入量占木材复合物总重量的1-25％(重量)。根据需要，在混合阶段也可以加入其它材料如耐火剂、防腐剂、蜡、杀生物剂和类似材料等。
适合使用本发明粘合剂进行粘合的含木素纤维素的原料的具体实例包括如木材、树皮、软木、甘蔗渣、秸杆、亚麻、竹子、苜蓿、稻壳、剑麻纤维和椰子纤维等。然而，用本发明方法生产压制制品的原料也可以是其它有机(例如各种类型的塑料碎料)和/或无机材料(如云母或硅酸盐珠)。在这种情况下，材料的形状可以是颗粒、薄片、纤维、球珠或粉尘，并且可以含有占木素纤维素材料总重量例如1-20％(重量)的水分。
下述实施例进一步对本发明的方法进行详细说明。在上面公开中给出的本发明，无论精神还是范围都不受这些实施例的限制。本领域的技术人员会容易地理解，已知的下述方法步骤的条件变化都是可以使用的。除非另外说明，所有的温度为摄氏温度，份数和百分数分别为重量份数和重量百分数。
实施例本发明的实施例使用了下述组分异氰酸酯A聚合型MDI(PMDI)混合物，其粘度为约200mPa·s，异氰酸酯含量为31.5％；可以通过商业途径从拜耳公司得到三聚氰胺购自Aldrich化学品公司，用研钵和研杵研磨，并用#45US-目的筛子过筛。
脲购自A1drich化学品公司，用研钵和研杵研磨，并用#45 US-目的筛子过筛。
癸二酸购自A1drich化学品公司，用研钵和研杵研磨，并用#45US-目的筛子过筛。在各种情况下(实施例6除外)，根据本发明的要求，癸二酸的加入量为各配方的总重量(木材＋粘合剂)的0.5％(重量)。
异氰酸酯A/三聚氰胺粘合剂的制备过程将2份异氰酸酯A与1份癸二酸在32-oz.瓶中充分混合。将1.5份异氰酸酯A/癸二酸加入到7份三聚氰胺中。将伯润杜姆滚筒(burundum cylinders)加到32-oz.瓶，然后将瓶在滚动台上滚动1-1.5小时。定期将容器打开，将粘在器壁上的材料刮掉。然后将粘合剂混合物用#45 US-目的筛子过筛，并置于接受盘中。将盛有粘合剂的接受盘置于干燥器中3-4小时。
异氰酸酯A/脲粘合剂的制备过程将2份异氰酸酯A(实施例6除外，该实施例加4份)与1份癸二酸在32-oz.瓶中充分混合。将异氰酸酯A/癸二酸加入到脲中(其量如表中所列)，然后将伯润杜姆滚筒(burundum cylinders)加到32-oz.瓶。将瓶在滚动台上滚动1-1.5小时。定期将容器打开，将粘在器壁上的材料刮掉。然后将粘合剂混合物用#45 US-目的筛子过筛，并置于接受盘中。将盛有粘合剂的接受盘置于干燥器中3-4小时。
板材的生产过程(三聚氰胺或脲粘合剂)将刨花板配料置于不锈钢钵(KitchenAid KSM90混合机所用)中。根据表中所列的用量，以5-10g的增量加入半干的粘合剂混合物。每个实施例中木材配料的用量是使木材配料和粘合剂混合物的总量达到100重量份。因此实施例1-6使用92重量份的木材配料，实施例7使用96重量份的木材配料，实施例8中使用95重量份木材配料。
先对配料进行手混，以使粘合剂/配料混合物分散均匀。将不锈钢钵转移到KitchenAid混合机上，并在最低的速度下混合5分钟。树脂涂覆的配料被放置在8英寸乘8英寸的型模中并用手预压。然后将这一型模状置于Carver Press(M型)压力机中，用625psi的压力在350°F或400°F温度下(参见下面具体实施例)压制4.5分钟，达到约1/2英寸的厚度。
得到的板材进行内部粘接强度和厚度膨胀测试，所用标准为ASTMD1037，题为“木基纤维和刨花板材料的性能评价”。
表1.脲和三聚氰胺填充的多异氰酸酯粘合剂的比较
注1在吸水性分析中，蔗糖样品在要求的在水中暴露之后裂开2未对该性能进行分析将实施例2和3(本发明的代表)与对比实施例1进行比较，说明了使用脲或三聚氰胺较最接近的现有技术(参见美国专利4,944,823)中使用碳水化合物所具有的优点。对压制温度和/或板材密度不同的情况进行比较是困难的。实施例2和4可以直接相互比较，因为它们具有相同的粘合剂配方和相同的压制温度，只是密度不同。实施例4和5可以直接相互比较，因为它们具有相同的粘合剂配方和相同的密度，只是压制温度不同。实施例5用以说明树脂即使在较低温度下也可以完全固化，而实施例4用以说明较高的板材密度的影响。将实施例2与实施例7进行比较说明了加入更多脲对粘合剂效果的影响。实施例6说明了较实施例2加入更多的异氰酸酯可以达到对比实施例8的粘合剂的性能水平，实施例8的粘合剂是更为昂贵的、具有更高异氰酸酯含量而无填充剂的粘合剂。
虽然以上为了说明而对本发明进行了详细描述，但是应被理解的是，这样的详细描述只是为了上述目的，并且其中由本领域技术人员可以作出的不脱离本发明精神和范围的变化是受到专利范围限制的。
权利要求
1.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)的含有下述组分的混合物混合(1)选自脲、三聚氰胺和其混合物的固体、干燥的化合物，和(2)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30-33％，而单体含量为约30-约90％，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；其中组分a)(1)与组分a)(2)的重量比为10∶1-2∶1，和b)模制或压制a)中形成的涂覆的混合物。
2.根据权利要求1的方法，其中木材刨花与占木材复合物总重量2-10％(重量)的含有下述组分的混合物混合(1)选自脲、三聚氰胺和其混合物的固体、干燥的化合物，和(2)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30-33％，而单体含量为约30-约90％，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；其中组分a)(1)与组分a)(2)的重量比为10∶1-2∶1。
3.根据权利要求1的方法，其中木材刨花与占木材复合物总重量3-8％(重量)的含有下述组分的混合物混合(1)选自脲、三聚氰胺和其混合物的固体、干燥的化合物，和(2)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30-33％，而单体含量为约30-约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；其中组分a)(1)与组分a)(2)的重量比为3∶1-7∶1。
4.根据权利要求1的方法，其中(2)所说的多亚甲基多(苯基异氰酸酯)的官能度为2.2-2.4，NCO基团含量为约31.2-约32.8％(重量)，而单体含量为约55-约80％，其中单体含有占多异氰酸酯总重量最多约3％(重量)的2，2’-异构体、约15-约20％(重量)的2，4’-异构体和约40-约55％(重量)的4，4’异构体。
5.根据权利要求1的方法，其中(2)所说的多亚甲基多(苯基异氰酸酯)的平均官能度为约2.5-3.0，NCO基团含量为约30-32％，而单体含量为约40-50％(重量)，其中单体含有占多异氰酸酯总重量最多约1％(重量)的2，2’-异构体、约2-约10％(重量)的2，4’-异构体和约35-约45％(重量)的4，4’-异构体。
6.生产木材复合材料的方法，包括a)将木材刨花与(1)选自脲、三聚氰胺和其混合物的固体、干燥的化合物混合，b)用(2)涂覆a)中形成的混合物，其中(2)为多亚甲基多(苯基异氰酸酯)，其官能度为约2.1-约3.5，NCO基团含量为约30-33％，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1-20％(重量)的2，4’-异构体和约25-约65％(重量)的4，4’-异构体，和c)模制或压制b)中形成的涂覆的混合物，其中组分(1)和(2)的量占木材复合物总量的1-25％(重量)，而组分(1)与组分(2)的重量比为10∶1-2∶1。
7.根据权利要求6的方法，其中组分(1)和(2)的量占木材复合物总量的2-10％(重量)。
8.根据权利要求6的方法，其中组分(1)和(2)的量占木材复合物总量的3-8％(重量)，而组分(1)与组分(2)的重量比为7∶1-3∶1。
9.根据权利要求6的方法，其中(2)所说的多亚甲基多(苯基异氰酸酯)的官能度为2.2-2.4，NCO基团含量为约31.2-约32.8％(重量)，而单体含量为约55-约80％，其中单体含有占多异氰酸酯总重量最多约3％(重量)的2，2’-异构体、约15-约20％(重量)的2，4’-异构体和约40-约55％(重量)的4，4’-异构体。
10.根据权利要求6的方法，其中(2)所说的多亚甲基多(苯基异氰酸酯)的平均官能度为约2.5-3.0，NCO基团含量为约30-32％，而单体含量为约40-50％(重量)，其中单体含有占多异氰酸酯总重量最多约1％(重量)的2，2’-异构体、约2-约10％(重量)的2，4’-异构体和约35-约45％(重量)的4，4’-异构体。
11.生产木材复合材料的方法，包括a)将木材刨花与(2)混合，其中(2)为多亚甲基多(苯基异氰酸酯)，其官能度为约2.1-约3.5，NCO基团含量为约30-33％，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；b)用(1)选自脲、三聚氰胺和其混合物的固体、干燥的化合物涂覆a)中形成的混合物；和c)模制或压制b)中形成的涂覆的混合物；其中组分(1)和(2)的量占木材复合物总量的1-25％(重量)，而组分(1)与组分(2)的重量比为10∶1-2∶1。
12.根据权利要求11的方法，其中组分(1)和(2)的量占木材复合物总量的2-10％(重量)。
13.根据权利要求11的方法，其中组分(1)和(2)的量占木材复合物总量的3-8％(重量)，而组分(1)与组分(2)的重量比为7∶1-3∶1。
14.根据权利要求11的方法，其中(2)所说的多亚甲基多(苯基异氰酸酯)的官能度为2.2-2.4，NCO基团含量为约31.2-约32.8％(重量)，而单体含量为约55-约80％，其中单体含有占多异氰酸酯总重量最多约3％(重量)的2，2’-异构体、约15-约20％(重量)的2，4’-异构体和约40-约55％(重量)的4，4’-异构体。
15.根据权利要求11的方法，其中(2)所说的多亚甲基多(苯基异氰酸酯)的平均官能度为约2.5-3.0，NCO基团含量为约30-32％，而单体含量为约40-50％(重量)，其中单体含有占多异氰酸酯总重量最多约1％(重量)的2，2’-异构体、约2-约10％(重量)的2，4’-异构体和约35-约45％(重量)的4，4’-异构体。
全文摘要
本发明涉及木材复合材料的生产方法。该方法包括:将木材刨花与含有脲和/或三聚氰胺的固体化合物和多亚甲基多(苯基异氰酸酯)形成的混合物进行混合,然后模制或压制涂覆的木材刨花混合物。
文档编号C08L75/04GK1330691SQ99814493
公开日2002年1月9日 申请日期1999年12月10日 优先权日1998年12月17日
发明者J·W·罗斯托泽 申请人:美国拜尔公司