АДГЕЗИВНАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОДУКТА НА ОСНОВЕ ДРЕВЕСИНЫ
ADHESIVE SYSTEM AND METHOD OF OBTAINING WOOD-BASED PRODUCT

Настоящее изобретение относится к адгезивной системе и к способу получения продукта на основе древесины.
Введение
Смолы на основе формальдегида, такие как фенолформальдегидная смола, меламиноформальдегидная смола и мочевиноформальдегидная смола, широко используются в качестве связующих веществ при получении продуктов на основе древесины. Примеры таких продуктов на основе древесины представляют собой композитные продукты, содержащие слои, склеенные вместе, такие как фанера, ламинированные продукты половых покрытий и продукты с покрытием из шпона, используемые, например, в мебели. Дополнительные примеры таких продуктов на основе древесины представляют собой композитные продукты, такие как древесные плиты на основе частиц, стружки и волокон, где древесная стружка и/или волокна вместе со связующим прессуются с формированием плиты.
При отверждении смолы на основе формальдегида формальдегид может высвобождаться как во время производства продукта на основе древесины, так и позже, во время использования продукта. Выделение формальдегида в воздух в помещении представляет собой главную проблему в течение многих лет по причинам его опасности для здоровья.
Имеется возрастающая потребность в несодержащих формальдегид адгезивов для дерева, которые дают достаточную прочность связывания и общее качество конечного продукта, что делает их пригодными в качестве альтернатив известным из литературы адгезивам, содержащим смолы на основе формальдегида.
Водостойкость и прочность связывания, как правило, являются важными свойствами, отражающими качество продуктов на основе древесины. Как правило, имеются конкретные параметры качества, необходимые для соответствия установленному стандарту для конкретного конечного продукта. Например, плита на основе частиц должна удовлетворять определенным стандартам в терминах, например внутреннего связывания, набухания по толщине и поглощения воды, в то время как ламинированный продукт для половых покрытий, как правило, должен удовлетворять определенным стандартам с точки зрения, например, деламинирования и разрыва волокон.
В качестве альтернативы смолам на основе формальдегида в композициях адгезива для дерева предлагаются адгезивы на основе крахмала. Imam et al. "Wood Adhesive from Crosslinked Poly(vinyl)alcohol) and Partially Gelatinized Starch: Preparation and Properties", Starch/Starke 51 (1999) Nr. 6, S. 225-229, описывает композицию адгезива, содержащую крахмал и поливиниловый спирт, композиция дополнительно содержит меламиновую смолу. Патент США 2051025, патент США 2102937, патент США 3487033, патент США 3355307 описывают адгезивы на основе крахмала, используемые для изготовления гофрированного картона. Заявка на Международный патент WO 03/069061 A1 описывает адгезив на основе крахмала, используемый при изготовлении продукта картона.
В настоящее время адгезивные системы на основе крахмала не используются в способах производства плит на основе частиц.
По-прежнему имеется необходимость в альтернативных адгезивных системах на основе крахмала, пригодных для получения продуктов на основе древесины, таких как ламинированные продукты или плиты на основе частиц.
Соответственно, настоящее изобретение предусматривает способ получения продукта на основе древесины, а также оно предусматривает адгезивную систему.
Изобретение
Настоящее изобретение относится к способу получения продукта на основе древесины, включающему нанесение адгезивной системы на один или несколько кусков материала на основе древесины и соединение одного или нескольких кусков с одним или несколькими дополнительными кусками материала, предпочтительно материала на основе древесины, адгезивная система содержит один компонент, содержащий крахмал, и другой компонент, содержащий один или несколько полимеров (P), содержащих аминовую группу или амидную группу, эти два компонента наносятся на материал на основе древесины как отдельные компоненты. Эти два компонента удобно наносить через некоторый промежуток времени один после другого. Альтернативно, эти два компонента удобно наносить одновременно на материал на основе древесины.
Под термином "адгезивная система" здесь подразумевается сочетание компонентов, которое функционирует и предназначено для использования в качестве адгезива, когда объединяется.
В термин "адгезив" здесь также включается термин "связующее".
Посредством термина "амидная группа" сюда включается формамидная группа.
В качестве материалов на основе древесины сюда включаются, кроме твердого дерева, древесные материалы, такие как материалы на основе волокон, стружек и частиц. Поверхности, которые должны соединяться, могут состоять из одного и того или из различных типов материала на основе древесины.
Материал на основе древесины может относиться к любому типу и форме материала на основе древесины, такому как стружки, волокна, листы, слои, шпон, куски и тому подобное.
Настоящее изобретение также относится к адгезивной системе, содержащей один компонент, содержащий крахмал, и другой компонент, содержащий один или несколько полимеров (P), содержащих аминовую группу или амидную группу, эти два компонента присутствуют в качестве несмешанных отдельных компонентов.
Настоящее изобретение также относится к использованию адгезивной системы в соответствии с настоящим изобретением для получения продукта на основе древесины.
Кроме того, настоящее изобретение относится к продукту на основе древесины, содержащему куски материала на основе древесины, соединенные с помощью адгезива, содержащему крахмал, и один или несколько полимеров (P), содержащих аминовую группу или амидную группу.
Компонент, содержащий крахмал, может содержать раствор или дисперсию крахмала или содержать крахмал как твердый материал. Компонент, содержащий один или несколько полимеров (P), может содержать раствор или дисперсию или содержать полимер (P) как твердый материал. Предпочтительно, один или несколько полимеров (P) содержатся в растворе или дисперсии.
Компоненты адгезивной системы предпочтительно наносятся на материал на основе древесины через определенный промежуток времени один после другого, как первый наносимый компонент и как второй наносимый компонент, который наносится на материал на основе древесины.
В одном из вариантов осуществления первый наносимый компонент, если он находится в растворе или дисперсии, сушится после нанесения перед тем как наносится второй компонент.
В одном из вариантов осуществления удобно, чтобы первый компонент адгезивной системы, наносимый на материал на основе древесины, содержал крахмал, и удобно, чтобы второй наносимый компонент содержал один или несколько полимеров (P). Удобно, чтобы первый наносимый компонент содержал раствор или дисперсию крахмала, и удобно, чтобы второй наносимый компонент содержал раствор или дисперсию одного или нескольких полимеров (P).
В одном из вариантов осуществления удобно, чтобы первый наносимый компонент, содержащий крахмал, сушился после нанесения и перед нанесением второго наносимого компонента, содержащего один или несколько полимеров (P).
В одном из вариантов осуществления удобно, чтобы первый наносимый компонент содержал твердый крахмал, и удобно, чтобы второй наносимый компонент содержал раствор или дисперсию одного или нескольких полимеров (P).
В одном из вариантов осуществления удобно, чтобы первый компонент адгезивной системы, наносимый на материал на основе древесины, содержал один или несколько полимеров (P), и удобно, чтобы второй наносимый компонент содержал крахмал. Удобно, чтобы первый наносимый компонент содержал раствор или дисперсию одного или нескольких полимеров (P), и второй наносимый компонент содержал крахмал либо как раствор или дисперсию, либо как твердый материал.
В одном из вариантов осуществления удобно, чтобы первый компонент, содержащий один или несколько полимеров (P), сушился после нанесения и перед нанесением второго компонента, содержащего крахмал.
Удобно, чтобы твердый крахмал, используемый в настоящем изобретении, представлял собой порошок и мог иметь различные содержания влажности.
Удобно, чтобы массовое отношение крахмала к одному или нескольким полимерам (P) составляло примерно от 1:2 примерно до 100:1, предпочтительно примерно от 1:1 примерно до 50:1, наиболее предпочтительно примерно от 2:1 примерно до 20:1.
Удобно, чтобы один или несколько полимеров (P), присутствующих в водной композиции, составляли примерно от 0,1 примерно до 99 мас.% полимера (P), предпочтительно примерно от 1 примерно до 80 мас.%, более предпочтительно примерно от 3 примерно до 50 мас.%, наиболее предпочтительно примерно от 5 примерно до 20 мас.%.
В одном из вариантов осуществления способ включает способ получения ламинированного или покрытого шпоном продукта, удобно, чтобы способ включал нанесение адгезивной системы в соответствии с настоящим изобретением на материал, подобный листу, такой как слой, плита, шпон или что-либо подобное, и соединение его с другим материалом, подобным листу.
В одном из вариантов осуществления способ включает способ получения композитного продукта, где куски материала на основе древесины представляют собой древесные стружки, при этом термин "древесные стружки" здесь включает стружки, щепки, хлопья, частицы опилок и подобный мелкодисперсный материал на основе древесины. Удобно, чтобы композитный продукт представлял собой плиту на основе стружек, частиц или волокон или плиту на основе ориентированных длинномерных стружек. Способ включает нанесение адгезивной системы на стружки материала на основе древесины и соединение стружек. Способ соответствующим образом включает смешивание стружек на основе древесины с адгезивной системой, формирование смеси стружек и адгезивной системы и прессование ее в виде плиты.
Удобно, чтобы массовое отношение одного или нескольких полимеров (P) к стружкам составляло примерно от 1:500 примерно до 1:5, предпочтительно примерно от 1:100 примерно до 1:10, наиболее предпочтительно примерно от 1:50 примерно до 1:20.
Удобно, чтобы содержание влажности стружек перед смешиванием с одним или несколькими полимерами (P) составляло от 0 примерно до 30 мас.%, предпочтительно от 0 примерно до 10 мас.%, наиболее предпочтительно от 0 примерно до 5 мас.%.
Удобно, чтобы содержание влажности в смеси стружек и адгезивной системы в начале прессования составляло примерно от 3 примерно до 25 мас.%, предпочтительно примерно от 5 примерно до 20 мас.%, более предпочтительно примерно от 7 примерно до 15 мас.%, наиболее предпочтительно примерно от 7 примерно до 12 мас.%.
Примеры пригодных для использования крахмалов представляют собой природные крахмалы и модифицированные крахмалы, полученные, например, из картофеля, кукурузы, пшеницы, риса, гороха и тому подобное, такие как: ацетилированный деградированный крахмал, крахмал, модифицированный алкил-янтарной кислотой, окисленный крахмал, гидроксипропилированный крахмал, катионный крахмал, амилопектиновый крахмал, ацетилированный крахмал с высоким содержанием амилозы, крахмал из тапиоки, природный картофельный крахмал, природный кукурузный крахмал, природный пшеничный крахмал, природный рисовый крахмал и природный гороховый крахмал.
Один или несколько полимеров (P) соответствующим образом содержат мономерные единицы, содержащие аминовую или амидную группу. Соответственно, примерно от 5 примерно до 100% мономерных единиц в одном или нескольких полимерах (P) содержат аминовую или амидную группу, предпочтительно примерно от 25 примерно до 100%, более предпочтительно примерно от 50 примерно до 100%, еще более предпочтительно примерно от 90 примерно до 100%. Наиболее предпочтительно, все мономерные единицы в одном или нескольких полимерах (P) содержат аминовую или амидную группу.
Один или несколько полимеров (P) соответствующим образом содержат первичную аминовую группу или амидную группу. Один или несколько полимеров (P) предпочтительно включают одно или несколько соединений из поливиниламина, сополимеров поли(виниловый спирт-со-виниламин), поли(виниловый спирт-со-винилформамид), полиаллиламина, полиэтиленимина, полиамидоамина и поливинилформамида. Более предпочтительно один или несколько полимеров (P) включают одно или несколько соединений из поливиниламина и сополимера поли(виниловый спирт-со-виниламин). Наиболее предпочтительно полимер (P) представляет собой поливиниламин.
В одном из вариантов осуществления один или несколько полимеров (P) соответствующим образом принадлежат к группе виниловых полимеров. В таком случае, один или несколько полимеров (P) предпочтительно включают одно или несколько соединений из поливиниламина, сополимеров поли(виниловый спирт-со-виниламин, поли(виниловый спирт-со-винилформамид), полиаллиламина и поливинилформамида. Более предпочтительно, один или несколько виниловых полимеров (P) содержат первичную аминовую группу. Наиболее предпочтительно, виниловый полимер (P) представляет собой поливиниламин.
В одном из вариантов осуществления один или несколько полимеров (P) соответствующим образом содержат первичные аминовые группы или боковые амидные группы. Один или несколько полимеров (P) предпочтительно включают одно или несколько соединений из поливиниламина, сополимеров поли(виниловый спирт-со-виниламин), поли(виниловый спирт-со-винилформамид), полиаллиламина, полиэтиленимина и поливинилформамида. Наиболее предпочтительно, полимер (P) представляет собой поливиниламин или полиэтиленимин.
Поливиниламин обычно получают посредством гидролиза поливинилформамида до определенной степени. Под "поливиниламином" здесь подразумевается поливиниламин, где молярное отношение аминовых групп к формамидным группам составляет от 5:95 до 100:0. Если молярное отношение аминовых групп к формамидным группам составляет меньше чем 5:95, полимер определяется как поливинилформамид. Молярное отношение аминовых групп к формамидным группам в поливиниламине предпочтительно составляет примерно от 10:90 примерно до 100:0, более предпочтительно примерно от 50:50 примерно до 100:0, наиболее предпочтительно примерно от 80:20 примерно до 100:0.
Сополимер поли(виниловый спирт-со-виниламин) обычно получают посредством сополимеризации винилацетата и винилформамида с последующим гидролизом, который дает сополимер, имеющий единицы винилового спирта и виниламина. В сополимере могут также находиться оставшиеся формамидные группы, а также оставшиеся ацетатные группы. Молярное отношение аминовых групп к формамидным группам в сополимере поли(виниловый спирт-со-виниламин) составляет от 5:95 до 100:0. Если численное отношение аминовых групп к формамидным группам составляет меньше чем 5:95, полимер определяется как сополимер поли(виниловый спирт-со-винилформамид). Удобно, чтобы молярное отношение гидроксильных групп к ацетатным группам в сополимере поли(виниловый спирт-со-виниламин) или в сополимере поли(виниловый спирт-со-виниламид) составляло примерно от 25:75 до 100:0, предпочтительно примерно от 75:25 до 100:0. Удобно, чтобы молярное отношение аминовых и формамидных групп к гидроксильным и ацетатным группам в сополимере поли(виниловый спирт-со-винилформамин) или в сополимере поли(виниловый спирт-со-винилформамид) составляло примерно от 3:97 примерно до 100:0, предпочтительно примерно от 10:90 примерно до 100:0, наиболее предпочтительно примерно от 25:75 примерно до 100:0.
Удобно, чтобы один или несколько полимеров (P) имели средневзвешенную молекулярную массу примерно от 1000 примерно до 1000000 г/моль, предпочтительно примерно 10000 примерно до 800000 г/моль, более предпочтительно примерно от 20000 примерно до 600000 г/моль, наиболее предпочтительно примерно от 50000 примерно до 500000 г/моль.
Адгезивная система может также объединяться с дополнительной композицией, удобно, чтобы это была композиция адгезива на основе дисперсии полимера или сополимера одного или нескольких этиленненасыщенных мономеров. Примеры соответствующих полимеров или сополимеров одного или нескольких этиленненасыщенных мономеров представляют собой гомополимеры сложных виниловых эфиров, такие как поливинилацетат, сополимеры сложных виниловых эфиров, такие как сополимер этиленвинилацетат (EVA), или сополимеры винилацетата с акриловыми мономерами, такими как метилметакрилат или бутилакрилат, стиролбутадиеновый каучук (SBR) и полиакрилаты. В этом случае удобно, чтобы количество адгезива на основе крахмала составляло примерно от 10 примерно до 99 мас.%, предпочтительно примерно от 25 примерно до 85 мас.%, наиболее предпочтительно примерно от 50 примерно до 75 мас.%, по отношению к влажным компонентам адгезивной системы в целом.
Адгезивная система может также объединяться с агентом для поперечной сшивки незадолго перед использованием. Пригодные для использования агенты для поперечной сшивки являются такими, которые взаимодействуют с амино- и/или гидроксильными группами. Примеры агентов для поперечной сшивки представляют собой: изоцианаты, мономеры или полимеры, содержащие адипиновую кислоту, меламиноформальдегидную смолу, мочевиноформальдегидную смолу, соли меламина, альдегиды, такие как глютаральдегид, глиоксаль, и полимерные альдегиды, такие как диальдегидные крахмалы, и комплексообразующие агенты, такие как соли циркония. Они могут добавляться к любому из двух компонентов адгезивной системы. Если он используется, удобно, чтобы количество агента для поперечной сшивки в компоненте адгезивной системы составляло примерно до 30 мас.% или примерно от 0,1 примерно до 30 мас.%.
Удобно, чтобы адгезивная система дополнительно содержала один или несколько полимеров (P1), содержащих ацетоацетоксигруппы. Удобно, чтобы содержание ацетоацетоксигрупп в одном или нескольких полимерах (P) составляло примерно от 0,05 примерно до 15 мол.%, предпочтительно примерно от 1 примерно до 10 мол.%. Один или несколько полимеров (P1) предпочтительно включают ацетоацетилированный поливиниловый спирт (AAPVA).
Удобно, чтобы один или несколько полимеров (P1) имели средневзвешенную молекулярную массу примерно от 1000 примерно до 5000000 г/моль, предпочтительно примерно от 10000 примерно до 2000000 г/моль.
Один или несколько компонентов адгезивной системы, содержащей крахмал, полимер (P) и полимер (P1) соответственно, могут дополнительно содержать добавки, такие как агенты для регулировки вязкости, и наполнители, такие как каолин, пшеничная мука, соевая мука, мука из шелухи грецких орехов или другие, о которых известно, что они пригодны для использования в препаратах адгезивов для дерева.
Компонент адгезивной системы, содержащий один или несколько полимеров (P) или (P1), может также содержать неорганические или органические соли. Часть одного или нескольких полимеров (P) может быть ионно заряженной, предпочтительно катионно заряженной. Количество отрицательных противоионов солей в компоненте, содержащем один или несколько полимеров (P), может оставлять от 0 примерно до 30 мас.% или примерно от 0,1 примерно до 20 мас.%, или примерно от 0,5 примерно до 10 мас.%.
В одном из вариантов осуществления способа первый наносимый компонент содержит крахмал, второй наносимый компонент содержит раствор или дисперсию одного или нескольких полимеров (P) и третий наносимый компонент содержит раствор или дисперсию одного или нескольких полимеров (P1). Удобно, чтобы первый наносимый компонент представлял собой твердый материал крахмала.
В одном из вариантов осуществления способа первый наносимый компонент содержит раствор или дисперсию одного или нескольких полимеров (P), второй наносимый компонент содержит раствор или дисперсию одного или нескольких полимеров (P1) и третий наносимый компонент содержит крахмал либо как раствор или дисперсию, либо как твердый материал.
Удобно, чтобы прессование имело место при повышенной температуре. Температура прессования зависит от того, какой продукт на основе древесины предполагается производить, но удобно, чтобы она составляла примерно 50 примерно до 250°C, предпочтительно примерно от 100 примерно до 225°C, наиболее предпочтительно, примерно от 150 примерно до 200°C.
Время прессования и температура прессования связаны так, что более низкие температуры прессования, как правило, требуют более продолжительных отрезков времени прессования. Продукт на основе древесины, который должен производиться, также определяет соответствующие температуры прессования и отрезки времени прессования. Удобно, чтобы время прессования составляло, по меньшей мере, примерно 10 сек, также удобно, чтобы оно составляло примерно от 10 сек примерно до 60 минут, предпочтительно, по меньшей мере, примерно 30 сек, также предпочтительно примерно от 30 сек примерно до 30 минут, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, примерно 1 минуту, также предпочтительно примерно от 1 примерно до 15 минут.
Настоящее изобретение также относится к продукту на основе древесины, который может получаться с помощью способа получения продукта на основе древесины.
Удобно, чтобы продукт на основе древесины по настоящему изобретению представлял собой ламинированный или покрытый шпоном материал, такой как ламинированное половое покрытие, покрытое шпоном половое покрытие, покрытый шпоном материал для мебели, фанеру, стеновую панель, кровельную панель, ламинированную балку или композитный продукт, такой как плита на основе частиц, плита на основе волокон, плита на основе стружки или плита из ориентированных длинномерных стружек. Предпочтительно он представляет собой фанеру, покрытый шпоном материал для мебели, покрытое шпоном половое покрытие, ламинированное половое покрытие или плиту на основе частиц.
В одном из вариантов осуществления продукт на основе древесины по настоящему изобретению содержит один или несколько слоев, соединенных с помощью одной или нескольких адгезивных связей, содержащих крахмал, и один или несколько полимеров (P), содержащих аминовую группу или амидную группу.
В одном из вариантов осуществления продукт на основе древесины по настоящему изобретению содержит композитный продукт, содержащий стружку на основе древесины, соединенную вместе с помощью адгезива, содержащего крахмал и один или несколько полимеров (P), содержащих аминовую группу или амидную группу. Удобно, чтобы композитный продукт содержал примерно от 70 примерно до 98 мас.%, предпочтительно примерно от 80 примерно до 90 мас.%, материала на основе древесины, примерно от 2 примерно до 25 мас.%, предпочтительно примерно от 5 примерно до 15 мас.%, крахмала, и примерно от 0,5 примерно до 10 мас.%, предпочтительно примерно от 2 примерно до 6 мас.% одного или нескольких полимеров (P), количества вычисляются как масса сухого композитного продукта.
Композитный продукт предпочтительно представляет собой плиту на основе стружки, частиц или волокон или плиту на основе ориентированных длинномерных стружек.
Настоящее изобретение иллюстрируется далее с помощью следующих далее неограничивающих примеров. Доли и проценты относятся к долям массовым, соответственно к процентам массовым, если не утверждается иного.
Примеры
Пример 1
2
2
Плита на основе частиц производится посредством смешивания 864 г древесной стружки, имеющей содержание влажности 2 мас.%, с 205 г 11 мас.% раствором полиэтиленимина (Polyimin SK, от BASF) с последующим смешиванием с 85,3 г кукурузного крахмала (C*Gum NC 03432 от Cerestar, содержание влажности 10%). Смесь со стружками прессуют в виде плиты с толщиной 16 мм. Прессование осуществляют при 189°C в течение трех минут. Последовательность давлений представляет собой 160 кг/см в течение 30 сек, 40 кг/см в течение 2,5 мин и отсутствие давления в течение последних 30 сек.
Прочность на разрыв (внутренняя связь, IB) измеряют посредством наклеивания кусков 5×5 см на два металлических блока, а затем их отрыва. Набухание по толщине (TSW) и поглощение воды (ABS) также измеряют. Набухание по толщине измеряют посредством определения степени набухания после того, как кусок 5×5 см погружают в воду (20°C, 24 час). Поглощение воды измеряют посредством определения увеличения массы после погружения куска 5×5 см в воду (20°C, 24 час).
Значение IB равно 190 кПа, TSW 35% и ABS (24 час) составляет 136%.
Пример 2
2
Плиты на основе частиц производят в меньшем масштабе посредством смешивания 50,7 г древесных стружек, соответственно, имеющих содержание влажности 2 мас.%, с 10,9 г водного раствора примерно 4 мас.% (11 мас.%, включая соли) поливиниламина (Lupamin 9095 от BASF) с последующим подмешиванием 5 г и 10 г соответственно кукурузного крахмала (C*Gum NC 03432 от Cerestar, содержание влажности 10%). Смесь со стружкой прессуют в виде плит толщиной 10 мм. Прессование осуществляют при 9 кг/см при 180-185°C в течение 5 минут. Прочность внутренней связи (IB) измеряют посредством приклеивания кусков 5×5 см на два металлических блока, а затем их отрыва.
Две эталонных плиты изготавливают аналогичным способом, но вместо использования раствора поливиниламина добавляют 10,9 г воды.
Таблица 1
Древесная стружка (г)
Крахмал (г)
Поливиниламин(4 мас.%) (г)
Содержание влажности в плите (%)
IB (кПа)
50,7
5
10,9
16,8
657
50,7
10
10,9
16,8
613
50,7
5
-
16,8
129
50,7
10
-
16,8
127