ВОДНАЯ СВЯЗУЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ
AQUEOUS BINDER COMPOSITION

Перекрестная ссылка на родственные заявки
[0001] Данная заявка, в соответствии с Парижской конвенцией, притязает на приоритет японской патентной заявки № 2016-063804, поданной 28 марта 2016 года и во всей своей полноте включенной посредством ссылки в настоящий документ.
Область техники, к которой относится изобретение
[0002] Настоящее изобретение относится к водной связующей композиции, способной обеспечить производство водного клея, и материалу на древесной основе, который может быть произведен при использовании водной связующей композиции.
Уровень техники
[0003] Материалы на древесной основе (например, фанеры (шпонированную плиту и тому подобное), древесностружечные плиты, древесноволокнистые плиты (древесноволокнистую плиту средней плотности: ДВПСП и тому подобное) и слоистую клееную древесину) в общем случае производят в результате нанесения или распыления клея и тому подобного на элементы на древесной основе (материалы исходного сырья) (например, волокна, мелкие куски и шпоны различных размеров, получаемые в результате тонкого измельчения древесины или травянистых растений) со следующим далее формованием элементов на древесной основе в результате воздействия повышенным давлением и нагреванием. Материалы на древесной основе являются природными регенерируемыми (или возобновляемыми) материалами, у которых улучшена стабильность прочности и размера, и, таким образом, устранены дефекты, свойственные древесине, при одновременном использовании преимуществ древесины. С точки зрения защиты окружающей среды на земле, защиты рабочих, производящих материалы на древесной основе, и предотвращения токсического воздействия вредных материалов здания на организм человека в качестве используемого клея был разработан водный клей, который не вызывает диффундирования формальдегида и не содержит органического растворителя.
[0004] В случае производства материала на древесной основе (например, древесностружечной плиты) при использовании карбамидной смолы и фенольной смолы смесь из элемента на древесной основе и клея в общем случае будут подвергать нагреванию при температуре в диапазоне приблизительно от 130 до 170°С и формованию. Поэтому предпочтительным также является нагревание водного клея до приблизительно той же самой температуры, что, таким образом, делает возможным производство материала на древесной основе. Однако, при использовании водного клея зачастую требуется и более высокая температура.
[0005] Также существует потребность в том, чтобы материал на древесной основе, полученный таким образом, (например, древесностружечная плита) проявлял превосходные эксплуатационные характеристики, такие как прочность при изгибе, прочность при изгибе во влажных условиях, коэффициент расширения по толщине при поглощении воды и прочность при отслаивании. Однако, при использовании водного клея эксплуатационные характеристики зачастую являются неудовлетворительными.
[0006] В источнике патентной литературы 1 раскрывается водное связующее, содержащее восстанавливающий сахарид, такой как декстроза, и карбоксилат аммония, такой как трехзамещенный цитрат аммония, (см. ФОРМУЛУ ИЗОБРЕТЕНИЯ и таблицу 1 в абзаце [0131] и тому подобное). Данное водное связующее используют для производства стеклопластика и волокнистой плиты на древесной основе (см. абзацы от [0016] до [0017] и тому подобное). Однако, вследствие демонстрации стеклопластиком и волокнистой плитой на древесной основе из источника патентной литературы 1 уменьшенной прочности при изгибе во влажных условиях и увеличенного коэффициента расширения по толщине при поглощении воды невозможно сказать, что они являются подходящими для использования в отношении конструкционного материала, от которого требуется демонстрация серьезной влагостойкости.
[0007] В источнике патентной литературы 2 раскрывается связующая композиция, содержащая сахарид (сахарозу, мальтозу и тому подобное) и поликарбоновую кислоту (лимонную кислоту, яблочную кислоту, малеиновый ангидрид, полималеиновую кислоту, полиакриловую кислоту и тому подобное), в которой формальдегиду трудно диффундировать (см. пункты 1 и 2 формулы изобретения, абзацы от [0031] до [0032] и тому подобное). В источнике патентной литературы 2, кроме того, раскрывается производство плиты на древесной основе при использовании данной композиции (см. абзац [0126] и тому подобное). Как это раскрывается в источнике патентной литературы 2, связующая композиция содержит загуститель (см. пункты 4 и 13 формулы изобретения, абзац [0046] и тому подобное), и связующая композиция, содержащая загуститель, конкретно раскрывается в таблице 5.
[0008] Связующая композиция из источника патентной литературы 2 содержит поликарбоновую кислоту для улучшения силы соединения в древесине. Однако, плита на древесной основе из источника патентной литературы 2 также характеризуется неудовлетворительной прочностью при изгибе во влажных условиях и неудовлетворительным коэффициентом расширения по толщине при поглощении воды и является неподходящей для использования в отношении конструкционного материала, от которого требуется демонстрация серьезной влагостойкости.
Перечень цитирования
Источники патентной литературы
[0009]
[ИПЛ 1] JP 2009-503193 A
[ИПЛ 2] JP 2012-214687 A
Сущность изобретения
Техническая проблема
[0010] Недавно от водного клея, использующегося для производства материала на древесной основе, потребовалось улучшение эксплуатационных характеристик материала на древесной основе, таких как прочность при изгибе, прочность при изгибе во влажных условиях, коэффициент расширения по толщине при поглощении воды и прочность при отслаивании, сбалансированным образом при одновременной демонстрации клеем связующей способности при сравнительно низкой температуре.
[0011] Кроме того, в случае производства конструкционного материала, такого как формованная плита, в результате смешивания водной связующей композиции с различными материалами основы с учетом эффективности производства конструкционного материала предпочтительно требуются демонстрация водной связующей композицией превосходной совместимости для каждого компонента и наличие простой возможности ее распыления без закупоривания нагнетающего устройства, такого как распылитель.
[0012] В свете данных обстоятельств было совершено настоящее изобретение, и одна его цель заключается в предложении водной связующей композиции, которая является подходящей для сбалансированного улучшения эксплуатационных характеристик материала на древесной основе, таких как прочность при изгибе, прочность при изгибе во влажных условиях, коэффициент расширения по толщине при поглощении воды и прочность при отслаивании, при одновременной демонстрации клеем связующей способности при сравнительно низкой температуре и каждым компонентом композиции превосходной совместимости; и в предложении материала на древесной основе, который может быть получен при использовании водной связующей композиции.
Разрешение проблемы
[0013] Как обнаружили изобретатели настоящего изобретения в результате проведения продолжительного интенсивного исследования, водная связующая композиция, содержащая сахарид, растворимую в воде синтетическую смолу и специфическую аммониевую соль неорганической кислоты, является подходящей для сбалансированного улучшения эксплуатационных характеристик материала на древесной основе, таких как прочность при изгибе, прочность при изгибе во влажных условиях, коэффициент расширения по толщине при поглощении воды и прочность при отслаивании, при одновременной демонстрации клеем связующей способности при сравнительно низкой температуре и каждым компонентом композиции превосходной совместимости, таким образом, совершив настоящее изобретение.
[0014] В одном аспекте настоящее изобретение предлагает водную связующую композицию, содержащую:
(А) сахарид; (В) растворимую в воде синтетическую смолу; и (С) аммониевую соль неорганической кислоты, и
где аммониевая соль неорганической кислоты (С) включает, по меньшей мере, одного представителя, выбираемого из дигидрофосфата аммония и хлорида аммония.
[0015] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает водную связующую композицию, где растворимая в воде синтетическая смола (В) включает соединение на основе поливинилового спирта.
В еще одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает водную связующую композицию, которая, кроме того, содержит (D) металлическую соль, и где металлическая соль (D) включает хлорид магния.
[0016] В одном дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает водную связующую композицию, которая содержит растворимую в воде синтетическую смолу (В) в количестве в диапазоне от 5 до 20 массовых частей при расчете на 100 массовых частей совокупной массы компонентов от (А) до (D).
В еще одном аспекте настоящее изобретение предлагает материал на древесной основе, содержащий водную связующую композицию и элемент на древесной основе.
Выгодные эффекты от изобретения
[0017] Водная связующая композиция, соответствующая одному варианту осуществления настоящего изобретения, содержит (А) сахарид, (В) растворимую в воде синтетическую смолу и (С) аммониевую соль неорганической кислоты, и аммониевая соль неорганической кислоты (С) включает, по меньшей мере, одного представителя, выбираемого из дигидрофосфата аммония и хлорида аммония, и поэтому улучшается совместимость каждого компонента, и композиция характеризуется связующей способностью при сравнительно низкой температуре. Кроме того, композиция предпочтительно может быть распылена при использовании распылителя.
Переработка, формование и отверждение материала с нанесенным покрытием из водной связующей композиции настоящего изобретения могут придавать материалу превосходный баланс между эксплуатационными характеристиками, такими как прочность при изгибе, прочность при изгибе во влажных условиях, коэффициент расширения по толщине при поглощении воды и прочность при отслаивании.
С учетом эксплуатационных характеристик материалов, которые отверждают, водная связующая композиция настоящего изобретения является подходящей для использования при производстве различных материалов и является наиболее пригодной для производства материала на древесной основе.
Описание вариантов осуществления
[0018] Водная связующая композиция, соответствующая одному варианту осуществления настоящего изобретения, содержит (А) сахарид, (В) растворимую в воде синтетическую смолу и (С) аммониевую соль неорганической кислоты.
В настоящем изобретении термином «(А) сахарид» в общем случае называют сахарид, и на него конкретных ограничений не будут накладывать до тех пор, пока может быть получена целевая водная связующая композиция настоящего изобретения. Сахарид (А) включает, например, моносахарид, дисахарид, трисахарид, тетрасахарид, полисахарид и другие олигосахариды.
[0019] Конкретные примеры «моносахарида» включают нижеследующее:
гексозы, такие как глюкоза, псикоза, фруктоза, сорбоза, тагатоза, аллоза, альтроза, манноза, гулоза, идоза, галактоза, талоза, фукоза, фукулоза и рамноза;
триозы, такие как кетотриоза (дигидроксиацетон) и альдотриоза (глицеральдегид);
тетрозы, такие как эритрулоза, эритроза и треоза; и
пентозы, такие как рибулоза, ксилулоза, рибоза, арабиноза, ксилоза, ликсоза и дезоксирибоза.
[0020] Примеры «дисахарида» включают сахарозу, лактозу, мальтозу, трегалозу, туранозу и целлобиозу.
Примеры «трисахарида» включают раффинозу, мелецитозу, мальтотриозу и 1-кестозу (GF2).
Примеры «тетрасахарида» включают акарбозу, стахиозу и нистозу (GF3).
[0021] Примеры «полисахарида» включают гликоген, крахмал (амилозу, амилопектин и тому подобное), целлюлозу, декстрин, глюкан, N-ацетилглюкозамин, хитин и инулин (в том числе фруктофуранозилнистозу: GF4).
Примеры «других олигосахаридов» включают фруктоолигосахарид, галактоолигосахарид и маннаноолигосахарид.
Данные «сахариды (сахарид)» могут быть использованы индивидуально или в комбинации.
[0022] «Сахарид» предпочтительно содержит структуру, произведенную из фруктозы. Примеры сахарида могут включать саму фруктозу, сахарозу и инулин.
Инулин обычно относится к полимеру фруктозы, включающему глюкозу, связанную с концом полимера. Поэтому инулин включает, например, 1-кестозу (GF2), при классифицировании относимую к категории наиболее простого трисахарида, нистозу (GF3), включенную в тетрасахарид, фруктофуранозилнистозу (GF4 ), включенную в полисахарид, и тому подобное. 1-кестоза образована из двух фруктоз и одной глюкозы, в то время как нистоза образована из трех фруктоз и одной глюкозы.
[0023] Сахарид (А) может, кроме того, включать, например, сахарный сироп. Термин «сахарный сироп» обозначает сироп, полученный в результате удаления пищевых волокон и примесей из материалов сахаросодержащего исходного сырья, таких как сахарный тростник, сахарная свекла, сахарный клен и пальмировая пальма, или вязкую жидкость (патоку), также содержащую компоненты, отличные от сахара, которая может быть получена при очищении сахара от материалов исходного сырья.
Сахарный сироп включает, например, дискардную патоку, ледовую патоку, белый мед, карамельную массу, неочищенный сахарид, сахарный раствор и сок, выжатый из материалов сахаросодержащего исходного сырья (сахарного тростника, сахарной свеклы, сахарного клена и пальмировой пальмы и тому подобного).
Сахарный сироп предпочтительно включает, по меньшей мере, одного представителя, выбираемого из дискардной патоки, ледовой патоки и неочищенного сахарида.
[0024] Водная связующая композиция настоящего изобретения содержит сахарид (А), и поэтому материал, получаемый в результате нанесения покрытия из водной связующей композиции и отверждения, характеризуется превосходными прочностью при изгибе, прочностью при изгибе во влажных условиях, коэффициентом расширения по толщине при поглощении воды и прочностью при отслаивании и характеризуется в особенности превосходными прочностью при изгибе во влажных условиях и коэффициентом расширения по толщине при поглощении воды.
[0025] В случае содержания в «сахариде» структуры, произведенной из фруктозы, водная связующая композиция настоящего изобретения будет в большей мере характеризоваться превосходной водостойкостью. Поэтому, что касается материала на древесной основе настоящего изобретения, то прочность при изгибе во влажных условиях может быть дополнительно увеличена, а коэффициент расширения по толщине при поглощении воды может быть дополнительно уменьшен.
В качестве «сахарида» возможным является использование коммерчески доступных продуктов.
[0026] В настоящем изобретении термин «растворимая в воде синтетическая смола (В)» обозначает полимер, который может быть растворен в водной среде, и который производят искусственно. Поэтому в растворимую в воде синтетическую смолу (В) не включаются крахмал, сахарид, агар, желатин и животный клей, поскольку они представляют собой полимеры (растительного или животного происхождения), полученные природным способом.
Термин «водная среда» в соответствии с использованием в настоящем документе обозначает так называемую воду, такую как дистиллированная вода, деионизированная вода и чистая вода, и может включать растворимый в воде органический растворитель, например, ацетон, низший спирт и тому подобное.
[0027] Примеры растворимой в воде синтетической смолы (В) включают нижеследующее:
неионные растворимые в воде полимеры, такие как поливиниловый спирт, полиакриламид, поливинилпирролидон и полиэтиленгликоль;
анионные растворимые в воде полимеры, такие как полиакрилат натрия и полисульфонат натрия;
катионные растворимые в воде полимеры, такие как полимеры диаллилдиметиламмониевых солей и полиэтиленимин.
Данные растворимые в воде синтетические смолы (смола) могут быть использованы индивидуально или в комбинации.
В растворимую в воде синтетическую смолу (В) этиленгликоль и диэтиленгликоль не включаются, поскольку они представляют собой не полимеры, а мономеры.
Димеры и тримеры в соответствии с использованием в настоящем документе не рассматриваются в качестве полимеров и не включаются в растворимую в воде синтетическую смолу (В).
[0028] В настоящем изобретении растворимая в воде синтетическая смола (В) предпочтительно включает соединение на основе поливинилового спирта. Примеры соединения на основе поливинилового спирта включают поливиниловый спирт, модифицированный (или денатурированный) поливиниловый спирт и тому подобное.
3
-
«Поливиниловый спирт» в общем случае производят в результате гидролиза поливинилацетата, и он может содержать ацетатную группу (СНСОО).
[0029] Термин «модифицированный поливиниловый спирт» в соответствии с использованием в настоящем документе обозначает поливиниловый спирт, модифицированный (или денатурированный) в результате присоединения новой функциональной группы (предпочтительно гидрофильной группы). Модифицированный поливиниловый спирт может быть произведен в результате модифицирования поливинилового спирта при присоединении новой функциональной группы (предпочтительно гидрофильной группы) во время или после синтеза поливинилового спирта.
Примеры модифицированного поливинилового спирта включают поливиниловый спирт, модифицированный при использовании бутандиола, поливиниловый спирт, модифицированный при использовании сульфоновой кислоты, поливиниловый спирт, модифицированный при использовании ацетоацетильной группы, поливиниловый спирт, модифицированный при использовании карбоновой кислоты, поливиниловый спирт, модифицированный при использовании аминогруппы, и тому подобное.
[0030] Водная связующая композиция настоящего изобретения содержит растворимую в воде синтетическую смолу (В) и поэтому в большей степени характеризуется превосходной отверждаемостью, что, таким образом, делает возможным дальнейшее улучшение связующей способности (прочности при изгибе во влажных условиях и коэффициента расширения по толщине при поглощении воды) для материала на древесной основе. В случае содержания в растворимой в воде синтетической смоле (В) соединения на основе поливинилового спирта материал на древесной основе настоящего изобретения будет в большей мере характеризоваться превосходным балансом между эксплуатационными характеристиками, такими как прочность при изгибе во влажных условиях и коэффициент расширения по толщине при поглощении воды.
[0031] В настоящем изобретении аммониевая соль неорганической кислоты (С) включает, по меньшей мере, одного представителя, выбираемого из дигидрофосфата аммония и хлорида аммония. Водная связующая композиция настоящего изобретения содержит аммониевую соль неорганической кислоты (С) и поэтому в большей мере характеризуется превосходной отверждаемостью, что, таким образом, делает возможным дальнейшее улучшение связующей способности (прочности при изгибе, прочности при изгибе во влажных условиях и коэффициента расширения по толщине при поглощении воды) для материала на древесной основе.
[0032] Кроме того, дигидрофосфат аммония и хлорид аммония характеризуются хорошей совместимостью с сахаридом (А) и растворимой в воде синтетической смолой (В) и поэтому могут подавлять образование осадков в водной связующей композиции настоящего изобретения, предпочтительно не допускают образования осадков. Поэтому водная связующая композиция настоящего изобретения является более подходящей для использования в отношении распыления при использовании нагнетательного устройства, такого как распылитель.
[0033] До тех пор, пока может быть получена целевая водная связующая композиция настоящего изобретения, аммониевая соль неорганической кислоты (С) может включать и другие аммониевые соли, отличные от дигидрофосфата аммония и хлорида аммония. Примеры других аммониевых солей могут включать сульфат аммония, фторид аммония, бромид аммония, иодид аммония, фосфат аммония и гидрофосфат аммония.
«Аммониевая соль (соли) неорганической кислоты» может быть использована индивидуально или в комбинации.
В качестве «аммониевой соли неорганической кислоты» возможным является использование коммерчески доступных продуктов.
[0034] В настоящем изобретении водная связующая композиция предпочтительно содержит (D) металлическую соль, и металлическая соль (D) предпочтительно включает хлорид магния.
В случае содержания в водной связующей композиции настоящего изобретения металлической соли (D) материал на древесной основе настоящего изобретения может быть отвержден в результате воздействия нагреванием и повышенным давлением при пониженной температуре в течение сокращенного периода времени. В случае включения в металлическую соль (D) хлорида магния материал на древесной основе, произведенный при использовании водной связующей композиции настоящего изобретения, может быть отвержден в результате воздействия нагреванием и повышенным давлением при пониженной температуре в течение сокращенного периода времени, что, таким образом, делает возможной демонстрацию им уменьшенного коэффициента расширения по толщине при поглощении воды и увеличенной прочности при изгибе во влажных условиях.
[0035] Металлическая соль (D) предпочтительно включает хлорид магния и может, кроме того, включать «другие металлические соли» до тех пор, пока не будут утрачены выгодные эффекты от настоящего изобретения.
Примеры других металлических солей включают:
калиевые соли, такие как сульфат калия, гидросульфат калия, галогенид калия (например, фторид калия, хлорид калия, бромид калия и иодид калия), фосфат калия, гидрофосфат калия и дигидрофосфат калия;
кальциевые соли, такие как сульфат кальция, гидросульфат кальция, галогенид кальция (например, фторид кальция, хлорид кальция, бромид кальция и иодид кальция), фосфат кальция, гидрофосфат кальция и дигидрофосфат кальция;
натриевые соли, такие как сульфат натрия, гидросульфат натрия, галогенид натрия (например, фторид натрия, хлорид натрия, бромид натрия и иодид натрия), фосфат натрия, гидрофосфат натрия и дигидрофосфат натрия; и
магниевые соли, такие как сульфат магния, гидросульфат магния, галогенид магния (например, фторид магния, бромид магния и иодид магния), фосфат магния, гидрофосфат магния и дигидрофосфат магния.
[0036] Металлической солью (D) предпочтительно является металлическая соль сильной кислоты, а более предпочтительно галогенид металла и металлическая соль серной кислоты. В случае металлической соли (D), являющейся металлической солью сильной кислоты, значение рН водной связующей композиции настоящего изобретения может попадать в диапазон от 1 до 6. В настоящем изобретении значение рН водной связующей композиции предпочтительно находится в диапазоне от 1 до 6, в особенности предпочтительно от 2 до 5, а наиболее предпочтительно от 3 до 4,5.
[0037] Материал на древесной основе, произведенный при использовании водной связующей композиции, которая содержит металлическую соль (D) сильной кислоты и характеризуется значением рН в вышеупомянутом диапазоне, может быть отвержден в результате воздействия нагреванием и повышенным давлением при пониженной температуре в течение сокращенного периода времени.
Данные металлические соли (соль) (D) могут быть использованы индивидуально или в комбинации.
В качестве металлической соли (D) возможным является использование коммерчески доступных продуктов.
[0038] На каждое количество содержащихся компонентов от (А) до (С) и компонента (D), который необязательно может быть включен, конкретных ограничений не будут накладывать до тех пор, пока может быть получена целевая водная связующая композиция настоящего изобретения. Композиция (или рецептура) по каждому компоненту будет продемонстрирована ниже, но численное значение каждого компонента определяется как значение, рассчитанное применительно к уровню содержания обезвоженного твердого вещества.
Компонент (А) предпочтительно включается в количестве в диапазоне от 60 до 90 массовых частей, более предпочтительно от 70 до 90 массовых частей, а в особенности предпочтительно от 75 до 85 массовых частей, при расчете на 100 массовых частей совокупного количества компонентов от (А) до (С) при невключении компонента (D) или при расчете на 100 массовых частей совокупного количества компонентов от (А) до (D) при включении компонента (D).
Компонент (В) предпочтительно включается в количестве в диапазоне от 5 до 20 массовых частей, более предпочтительно от 5 до 15 массовых частей, а в особенности предпочтительно от 5 до 10 массовых частей, при расчете на 100 массовых частей совокупного количества компонентов от (А) до (С) при невключении компонента (D) или при расчете на 100 массовых частей совокупного количества компонентов от (А) до (D) при включении компонента (D).
Компонент (С) предпочтительно включается в количестве в диапазоне от 2 до 15 массовых частей, более предпочтительно от 5 до 15 массовых частей, а в особенности предпочтительно от 7 до 15 массовых частей, при расчете на 100 массовых частей совокупного количества компонентов от (А) до (С) при невключении компонента (D) или при расчете на 100 массовых частей совокупного количества компонентов от (А) до (D) при включении компонента (D).
Компонент (D) предпочтительно включается в количестве в диапазоне от 5 до 15 массовых частей, более предпочтительно от 7 до 15 массовых частей, а в особенности предпочтительно от 8 до 12 массовых частей, при расчете на 100 массовых частей совокупного количества компонентов от (А) до (D).
[0039] В случае включения сахарида (А) в количестве в диапазоне от 60 до 90 массовых частей материал на древесной основе, произведенный при использовании водной связующей композиции настоящего изобретения, может в большей мере характеризоваться превосходными прочностью при изгибе и прочностью при изгибе во влажных условиях.
В случае включения растворимой в воде синтетической смолы (В) в количестве в диапазоне от 5 до 20 массовых частей материал на древесной основе, произведенный при использовании водной связующей композиции настоящего изобретения, может в большей мере характеризоваться превосходным балансом между свойствами, такими как прочность при изгибе во влажных условиях и коэффициент расширения по толщине при поглощении воды.
В случае включения аммониевой соли неорганической кислоты (С) в количестве в диапазоне от 2 до 15 массовых частей будет улучшена отверждаемость водной связующей композиции настоящего изобретения таким образом, что материал на древесной основе может быть отвержден в результате воздействия нагреванием и повышенным давлением при пониженной температуре в течение сокращенного периода времени.
В случае включения металлической соли (D) в количестве в диапазоне от 5 до 15 массовых частей материал на древесной основе настоящего изобретения будет в большей мере характеризоваться превосходной низкотемпературной отверждаемостью.
[0040] Водная связующая композиция, соответствующая настоящему изобретению, содержит воду и имеет форму водного раствора, в котором все вышеупомянутые компоненты от (А) до (С) и компонент (D), который необязательно может быть включен, растворены в воде, или форму дисперсии, в которой, по меньшей мере, один из вышеупомянутых компонентов от (А) до (С) и компонента (D), который необязательно может быть включен, диспергирован без растворения в воде.
Термином «вода» в соответствии с использованием в настоящем документе в общем случае называют «воду», и на него конкретных ограничений не будут накладывать до тех пор, пока может быть получена целевая водная связующая композиция настоящего изобретения. Ее примеры могут включать дистиллированную воду, деионизированную воду, чистую воду, водопроводную воду и технологическую воду.
[0041] На количество воды, содержащейся в водной связующей композиции, соответствующей одному варианту осуществления настоящего изобретения, конкретных ограничений не будут накладывать до тех пор, пока может быть получена целевая водная связующая композиция настоящего изобретения, и его надлежащим образом будут выбирать при учете используемых компонентов от (А) до (С), компонента (D), который необязательно может быть использован, и добавок.
Водная связующая композиция, соответствующая одному варианту осуществления настоящего изобретения, предпочтительно содержит воду в количестве в диапазоне от 50 до 250 массовых частей, более предпочтительно от 70 до 200 массовых частей, а в особенности предпочтительно от 100 до 200 массовых частей, при расчете на 100 массовых частей совокупного количества компонентов от (А) до (С) при невключении компонента (D) и при расчете на 100 массовых частей совокупного количества компонентов от (А) до (D) при включении компонента (D).
[0042] Водная связующая композиция, соответствующая настоящему изобретению, имеет форму водного раствора или водной дисперсии таким образом, что ее легко наносить или распылять на склеиваемый материал. Кроме того, водная связующая композиция, соответствующая настоящему изобретению, характеризуется превосходными защитой окружающей среды на земле и защитой производственной окружающей среды для работников, поскольку органический растворитель предпочтительно не используется.
[0043] Водная связующая композиция, соответствующая одному варианту осуществления настоящего изобретения, может включать другие компоненты. Примеры других компонентов могут включать стабилизатор свойств при хранении, загуститель, консервант, противоплесневое средство, противокоррозионное средство и стабилизатор дисперсии.
Примеры стабилизатора свойств при хранении могут включать поликарбоновую кислоту, такую как лимонная кислота, яблочная кислота, винная кислота, янтарная кислота и эриторбиновая кислота.
[0044] Загуститель будут использовать для предотвращения уменьшения вязкости композиции в случае воздействия на композицию повышенным давлением и нагреванием, и на него не будут накладывать конкретных ограничений до тех пор, пока может быть получена целевая водная связующая композиция настоящего изобретения. Загуститель при классифицировании относят к категориям, например, органического загустителя и неорганического загустителя.
[0045] Примеры неорганического загустителя могут включать глину, тальк и диоксид кремния.
Примеры органического загустителя могут включать карбоксиметилцеллюлозу и разновидности растительной муки, такие как пшеничная мука, кукурузный крахмал, рисовая мука высшего сорта, мука орехового дерева и кокосовая мука.
Данные загустители могут быть использованы индивидуально или в комбинации.
[0046] Водная связующая композиция, соответствующая одному варианту осуществления настоящего изобретения, может быть произведена в результате добавления вышеупомянутых компонентов от (А) до (С) и необязательного компонента (D) и при необходимости других компонентов и воды со следующим далее перемешиванием. На порядок добавления соответствующих компонентов от (А) до (D), воды и других компонентов, способ добавления и способ перемешивания конкретных ограничений не будут накладывать до тех пор, пока может быть получена целевая водная связующая композиция настоящего изобретения.
[0047] Примеры материалов, получаемых при использовании водной связующей композиции настоящего изобретения, включают материал на древесной основе и неорганический формованный материал, который может быть получен в результате формования материалов, таких как силикат кальция, гипс, минеральная вата, бетон, цемент, строительный раствор и сланец, в виде различных форм (пластины, блока и тому подобного).
В настоящем изобретении материал на древесной основе является наиболее подходящим для использования.
[0048] Материал на древесной основе, соответствующий настоящему изобретению, представляет собой смесь, содержащую водную связующую композицию, соответствующую одному варианту осуществления настоящего изобретения, и элемент на древесной основе (материал исходного сырья) (например, волокна, мелкие куски и шпоны на древесной основе и волокна, мелкие куски и шпоны травянистых растений и тому подобное). Материал на древесной основе производят в результате нанесения или распыления водной связующей композиции, соответствующей одному варианту осуществления настоящего изобретения, на элемент на древесной основе и нагревания, связывания и формования элемента на древесной основе.
Примеры элемента на древесной основе (материала исходного сырья) включают пиленые доски, шпоны, пряди на древесной основе, опилки на древесной основе, волокна на древесной основе и растительные волокна и тому подобное, что может быть получено в результате дробления или резки древесины.
[0049] Примеры материала на древесной основе включают слоистую клееную древесину, фанеры, древесностружечные плиты, древесноволокнистые плиты, древесноволокнистые плиты средней плотности (ДВПСП) и тому подобное, что может быть получено в результате связывания элемента на древесной основе при использовании клея.
Водная связующая композиция, соответствующая одному варианту осуществления настоящего изобретения, может быть использована для связывания различных склеиваемых материалов (например, бумаги, волокон на древесной основе, фанер и тому подобного) и может быть подходящим для использования образом применена при производстве вышеупомянутого материала на древесной основе.
[0050] В случае производства материала на древесной основе в результате формования условия изготовления, такие как наносимое в качестве покрытия количество водной связующей композиции, способ нанесения покрытия, давление формования, температура формования и время формования, будут надлежащим образом выбирать в соответствии с типом, профилем и размером элемента на древесной основе и размером производимого материала на древесной основе. На условия изготовления конкретных ограничений не будут накладывать до тех пор, пока может быть получен целевой материал на древесной основе настоящего изобретения. Однако, с учетом эффективности производства в качестве способа нанесения покрытия предпочтительным является способ распыления водной связующей композиции на элемент на древесной основе при использовании распылителя и тому подобного.
[0051] Водную связующую композицию предпочтительно наносят в количестве в диапазоне от 5 до 80 массовых частей, более предпочтительно от 10 до 60 массовых частей, а в особенности предпочтительно от 15 до 30 массовых частей, при расчете на 100 массовых частей совокупной массы (высушенного) элемента на древесной основе и водной связующей композиции (твердого содержимого).
Способ нанесения покрытия из водной связующей композиции предпочтительно является способом нанесения покрытия при использовании валика, кисти и тому подобного, способом распыления при использовании распылителя и тому подобного, способом импрегнирования при использовании водной связующей композиции и тому подобным.
[0052] Давление формования предпочтительно находится в диапазоне от 0,5 до 6,0 МПа. В случае давления формования, составляющего 6,0 МПа и менее, материал на древесной основе едва ли будет распадаться, поскольку чрезмерно большое давление приложено не будет. В случае давления формования, составляющего 0,5 МПа и более, возможным будет удовлетворительное связывание элемента на древесной основе.
Температура формования предпочтительно находится в диапазоне от 140 до 230°С, более предпочтительно от 140 до 200°С, а в особенности предпочтительно от 140 до 180°С. В случае температуры формования, составляющей 230°С и менее, будет достигнуто низкое потребление энергии вследствие нечрезмерности температуры, а также материал на древесной основе едва ли будет распадаться. В случае проведения формования при температуре, составляющей 140°С и более, связывание будет протекать в течение надлежащего периода времени.
[0053] Время формования предпочтительно находится в диапазоне от 3 до 10 минут, более предпочтительно от 3 до 9 минут, а в особенности предпочтительно от 3 до 7 минут. В случае времени формования, составляющего 10 минут и менее, будет достигнуто низкое потребление энергии вследствие нечрезмерности времени, а также материал на древесной основе едва ли будет распадаться. В случае времени формования, составляющего 3 минуты и более, будет обеспечено получение надлежащего времени связывания, что, таким образом, делает возможным обеспечение получения надлежащей прочности связывания.
Материал на древесной основе, тем самым, полученный описанным выше образом, может быть использован для различных областей применения, например, строительных материалов, мебели и тому подобного, в качестве обычного материала на древесной основе.
Примеры
[0054] Настоящее изобретение будет описываться ниже при использовании примеров и сравнительных примеров. Однако, как это необходимо отметить, данные примеры предназначены для описания настоящего изобретения, и на настоящее изобретение этим ограничений не накладывают.
В качестве компонентов водных связующих композиций получали следующие далее компоненты. В скобках продемонстрированы торговое наименование и наименование производителя. Части являются массовыми.
[0055] (А) Сахарид
(А-1) Сахароза (производства компании Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
(A-2) Дискардная патока (Hayashi shokai, Molasses H (торговое наименование))
(А-3) Ледовая патока (Hayashi shokai, Ice molasses (торговое наименование))
[0056] (B) Растворимая в воде синтетическая смола
(В-1) Поливиниловый спирт (производства компании Kuraray Co., Ltd., PVA 203 (торговое наименование))
(В-2) Поливиниловый спирт, модифицированный при использовании бутандиола, (производства компании The Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd., G polymer (торговое наименование))
(B-3) Поливиниловый спирт, модифицированный при использовании сульфоновой кислоты, (производства компании The Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd., Gohsenx L3266 (торговое наименование))
(B-4) Поливиниловый спирт, модифицированный при использовании ацетоацетильной группы, (производства компании The Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd., Gohsenx Z320 (торговое наименование))
(B-5) Поливиниловый спирт, модифицированный при использовании карбоновой кислоты, (производства компании The Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd., Gohsenx Т330 (торговое наименование))
(В-6) Поливиниловый спирт, модифицированный при использовании аминогруппы, (производства компании The Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd., Gohsenx К434 (торговое наименование))
(B'-7) Мономерный диэтиленгликоль (производства компании Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
[0057] (С) Аммониевая соль неорганической кислоты
(С-1) Дигидрофосфат аммония (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
(С-2) Хлорид аммония (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
(С'-3) Гидрофосфат диаммония (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
(C'-4) Пара-толуолсульфоновая кислота (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
(D) Металлическая соль
(D-1) Хлорид магния (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
[0058] Водные связующие композиции из примеров от 1 до 10 и сравнительных примеров от 11 до 19 производили следующим далее образом.
<Пример 1: Производство водной связующей композиции>
Смешивали (А-1) сахарозу (81,6 части), 8,2 части (В-1) поливинилового спирта, 10,2 части (С-1) дигидрофосфата аммония (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) и смесь добавляли к дистиллированной воде со следующим далее растворением смеси при перемешивании при обычной температуре для получения водной связующей композиции из примера 1.
Что касается водной связующей композиции из примера 1, то, как это продемонстрировано в таблице 1, совокупная масса компонентов (А-1), (В-1) и (С-1), составляла 100 частей, а масса воды составляла 186 частей.
Численное значение для компонента (А-1), продемонстрированное в таблице 1, указывает только на твердое содержимое.
[0059] <Примеры от 2 до 10 и сравнительные примеры от 11 до 19: Производство водной связующей композиции>
Каждая композиция из водных связующих композиций из примеров от 2 до 10 и сравнительных примеров от 11 до 19 продемонстрирована в таблице 1 и таблице 2.
Водные связующие композиции производили при использовании компонентов (А), (В) и (С), использующихся в примере 1, и (D) металлической соли ((D-1) хлорида магния).
Тем же самым образом, как и в примере 1, за исключением замены компонентов на компоненты и их количества, продемонстрированные в таблице 1 и таблице 2, производили водные связующие композиции из примеров от 2 до 10 и сравнительных примеров от 11 до 19.
Численные значения для компонентов (А-2) дискардной патоки и (А-3) ледовой патоки, продемонстрированных в таблицах 1 и 2, указывают только на твердое содержимое, а вода не включается.
[0060] [Таблица 1]
Композиция
(Примеры)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
(A)
(A-1)
81,6
74,1
79,7
74,1
74,1
74,1
74,1
74,1
(A-2)
74,1
(A-3)
74,1
(B)
(B-1)
8,2
7,4
8,0
7,4
7,4
(B-2)
7,4
(B-3)
7,4
(B-4)
7,4
(B-5)
7,4
(B-6)
7,4
(B'-7)
(C)
(C-1)
10,2
9,3
9,3
9,3
9,3
9,3
9,3
9,3
9,3
(C-2)
2,4
(C'-3)
(C'-4)
(D)
(D-1)
9,3
10,0
9,3
9,3
9,3
9,3
9,3
9,3
9,3
Вода
186
186
186
186
186
186
186
186
186
186
pH
3,9
3,2
3,2
0
0
0
0
0
3,8
3,9
Совокупный уровень содержания твердого вещества в клее (%)
35
35
35
35
35
35
35
35
35
35
[0061] [Таблица 2]
Композиция
(Сравнительные примеры)
11
12
13
14
15*
16*
17
18
19
(A)
(A-1)
88,9
80,0
81,6
81,6
81,1
74,1
(A-2)
80,0
(A-3)
80,0
(B)
(B-1)
8,2
80,0
8,2
8,1
(B-2)
(B-3)
(B-4)
(B-5)
(B-6)
(B'-7)
7,4
(C)
(C-1)
11,1
10,0
10,0
10,0
10,0
9,3
(C-2)
(C'-3)
10,2
(C'-4)
10,8
(D)
(D-1)
10,0
10,2
10,0
10,0
10,0
9,3
Вода
186
186
186
186
186
186
186
186
186
pH
Совокупный уровень содержания твердого вещества в клее (%)
35
35
35
15
35
35
35
35
35
* Наблюдали осаждение.
[0062] При использовании вышеупомянутых водных связующих композиций из примеров от 1 до 10 и сравнительных примеров от 11 до 19 производили материалы на древесной основе (древесностружечные плиты) из примеров от 20 до 31 и сравнительных примеров от 32 до 41.
[0063] <Пример 20: Производство материала на древесной основе>
3
В качестве элемента на древесной основе (материала исходного сырья) использовали волокна на древесной основе от хвойного дерева, которые прошли через сито с ячейками в 60 меш. Водную клеевую композицию из примера 1 равномерно наносили на 80 частей элемента на древесной основе при использовании распылителя таким образом, что уровень содержания твердого вещества становился равным 20 частям. Элемент на древесной основе с нанесенным покрытием высушивали в печи при 80°С в течение 2 часов. После прессования в пресс-форме при температуре нагревательной плиты 170°С под давлением 4 МПа в течение 9 минут производили материал на древесной основе (древесностружечную плиту), имеющий толщину 9 мм и плотность 0,8 г/см, из примера 20. Композиция и условия изготовления, использующиеся в примере 20, продемонстрированы в таблице 3.
[0064] <Примеры от 21 до 31 и сравнительные примеры от 32 до 41: Производство материала на древесной основе>
Композиции и условия изготовления, использующиеся для производства древесностружечных плит из примеров от 21 до 31 и сравнительных примеров от 32 до 41, продемонстрированы в таблицах от 3 до 5.
Тем же самым образом, как и в примере 20, за исключением замены водной клеевой композиции, использующейся в примере 20, ее количества, количества элемента на древесной основе и условий прессования в пресс-форме (температуры нагревательной плиты, давления и времени формования) на значения, продемонстрированные в таблицах от 3 до 5, производили материалы на древесной основе (древесностружечные плиты) из примеров от 21 до 31 и сравнительных примеров от 32 до 41.
Однако, водные связующие композиции из сравнительных примеров 15 и 16 не могли быть распылены на элемент на древесной основе при использовании распылителя, вследствие выпадения дигидрофосфата аммония и пара-толуолсульфоновой кислоты в осадок. Вследствие невозможности производства материалов на древесной основе из сравнительных примеров 37 и 38 эксплуатационные характеристики не оценивали, как это продемонстрировано в таблице 5.
За исключением сравнительных примеров 37 и 38 другие условия, такие как размер и плотность каждой древесностружечной плиты, являются идентичными тому, что имело место для древесностружечной плиты из примера 20.
2
2
2
[0065] Что касается древесностружечных плит, полученных таким образом, то соответствующие прочность при изгибе (н/мм), прочность при изгибе во влажных условиях (испытание В) (н/мм), коэффициент расширения по толщине при поглощении воды (%) и прочность при отслаивании (н/мм) измеряли в соответствии с документом JISA5908:2003.
Вышеупомянутая древесностружечная плита соответствует «неполированной плите» «базовой древесностружечной плиты», раскрытой в документе JISA5908:2003. «Прочность (прочности) при изгибе» в направлении ширины представляет собой почти что то же самое, что и соответствующая характеристика (или характеристики) в продольном направлении, и в качестве результатов по «прочности при изгибе» и «прочности при изгибе во влажных условиях» использовали меньшие значения.
[0066] Критерии оценки в каждом испытании представляют собой нижеследующее.
<Критерии оценки для прочности при изгибе>
2
А: Прочность составляет 16 н/мм и более.
2
2
В: Прочность находится в диапазоне от 13 н/мм и более до менее, чем 16 н/мм.
2
С: Прочность составляет менее, чем 13 н/мм.
<Критерии оценки для прочности при изгибе во влажных условиях>
2
А: Прочность составляет 7,0 н/мм и более.
2
2
В: Прочность находится в диапазоне от 6,5 н/мм и более до менее, чем 7,0 н/мм.
2
С: Прочность составляет менее, чем 6,5 н/мм.
<Критерии оценки для коэффициента расширения по толщине при поглощении воды>
А: Коэффициент расширения составляет 6% и более.
В: Коэффициент расширения находится в диапазоне от более, чем 6% до 12% и менее.
С: Коэффициент при расширении превышает 12%, или древесностружечная плита схлопывается.
<Критерии оценки для прочности при отслаивании>
2
А: Прочность составляет 1,0 н/мм и более.
2
2
В: Прочность находится в диапазоне от более, чем 0,3 н/мм до менее, чем 1,0 н/мм.
2
С: Прочность составляет 0,3 н/мм и менее.
[0067] [Таблица 3]
Материал на древесной основе
Примеры
20
21
22
23
24
25
Композиция
Клеевая композиция
(Примеры)
1
2
2
3
4
4
Массовые части
20
17
20
20
17
20
Элемент на древесной основе
Массовые части
80
83
80
80
83
80
Условия формования
Температура
°C
170
170
170
170
170
170
Время
Минуты
9
9
9
9
9
9
Давление
МПа
4
4
4
4
4
4
Эксплуатационные характеристики
Прочность при изгибе (н/мм<sup>2</sup>)
28A
17,4A
16,3A
20,4A
19,8A
20,7A
Прочность при изгибе во влажных условиях (н/мм<sup>2</sup>)
9,8A
6,7B
7,2A
10,6A
7,7A
8,8A
Коэффициент расширения по толщине при поглощении воды (%)
10,5B
11,5B
5,3A
11,5B
11,5B
5,8A
Прочность при отслаивании (н/мм<sup>2</sup>)
0,9B
0,9B
1,2A
1,2A
1,2A
1,1A
[0068] [Таблица 4]
Материал на древесной основе
Примеры
26
27
28
29
30
31
Композиция
Клеевая композиция
(Примеры)
5
6
7
8
9
10
Массовые части
20
20
20
20
20
20
Элемент на древесной основе
Массовые части
80
80
80
80
80
80
Условия формования
Температура
°C
170
170
170
170
170
170
Время
Минуты
9
9
9
9
9
9
Давление
МПа
4
4
4
4
4
4
Эксплуатационные характеристики
Прочность при изгибе (н/мм<sup>2</sup>)
15,3B
13,3B
16,3A
16,5A
17,2A
17,6A
Прочность при изгибе во влажных условиях (н/мм<sup>2</sup>)
7,5A
6,7B
7,3A
8,0A
8,0A
7,5A
Коэффициент расширения по толщине при поглощении воды (%)
8,8B
10,8B
9,1B
7,3B
7,3B
6,8B
Прочность при отслаивании (н/мм<sup>2</sup>)
1,2A
1,0A
1,1A
1,2A
1,1A
1,1A
[0069] [Таблица 5]
Материал на древесной основе
Сравнительные примеры
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
Композиция
Клеевая композиция
(Сравнительные примеры)
11
12
12
13
14
15
16
17
18
19
Массовые части
20
17
20
20
20
-
-
20
20
20
Элемент на древесной основе
Массовые части
80
83
80
80
80
-
-
80
80
80
Условия формования
Температура
°C
170
170
170
170
170
170
170
170
170
170
Время
Минуты
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
Давление
МПа
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
Эксплуатационные характеристики
Прочность при изгибе (н/мм<sup>2</sup>)
22,4A
10,5C
14,4B
9,6C
5,8C
-
-
15,5B
14,5B
15,4B
Прочность при изгибе во влажных условиях (н/мм<sup>2</sup>)
2,4C
3,4C
3,5C
**C
0,4C
-
-
3,8C
3,2C
1,7C
Коэффициент расширения по толщине при поглощении воды (%)
18,7C
11,7B
8,5B
**C
34,3C
-
-
15,9C
14,6C
23,7C
Прочность при отслаивании (н/мм<sup>2</sup>)
0,9B
0,8B
0,8B
0,3C
0,2C
-
-
0,9B
0,9B
0,7B
** Материал на древесной основе схлопывался.
[0070] Как это продемонстрировано в таблицах 3 и 4, материалы на древесной основе из примеров от 20 до 31, произведенные при использовании водных связующих композиций из примеров от 1 до 10, характеризовались превосходными прочностью при изгибе, прочностью при изгибе во влажных условиях и прочностью при отслаивании вне зависимости от формования при сравнительно низкой температуре 170°С. Данные материалы на древесной основе также характеризовались превосходным балансом между данными эксплуатационными характеристиками. Поэтому связующая композиция, соответствующая настоящему изобретению, может быть подходящим для использования образом применена при производстве материала на древесной основе в результате нанесения на элемент на древесной основе.
[0071] Наоборот, как это продемонстрировано в таблице 5, материалам на древесной основе из сравнительных примеров от 32 до 41, произведенным при использовании водных связующих композиций из сравнительных примеров от 11 до 19, свойственна проблема в отношении любого одного представителя, выбираемого из прочности при изгибе, прочности при изгибе во влажных условиях, прочности при отслаивании и коэффициента расширения по толщине при поглощении воды. В частности, данные материалы на древесной основе демонстрируют неудовлетворительные эксплуатационные характеристики, такие как прочность при изгибе во влажных условиях и коэффициент расширения по толщине при поглощении воды.
Как это упоминалось прежде, водные связующие композиции из сравнительных примеров 15 и 16 не могут быть распылены на элементе на древесной основе при использовании распылителя. Поэтому эксплуатационные характеристики материалов на древесной основе из сравнительных примеров 37 и 38 не оценивали, как это продемонстрировано в таблице 5.
В соответствии с этим, водные связующие композиции из сравнительных примеров от 11 до 19 являются неудовлетворительными для производства материала на древесной основе.
[0072] Как это выявили данные результаты, водная связующая композиция, содержащая вышеупомянутые три компонента от (А) до (С), является подходящей для использования при связывании элемента на древесной основе (материала исходного сырья), и в результате формования элемента на древесной основе при ее использовании может быть произведен превосходный материал на древесной основе.
Применимость в промышленности
[0073] Настоящее изобретение может предложить водную связующую композицию, которая является подходящей для использования при связывании элемента на древесной основе. Материал на древесной основе может быть эффективно произведен в результате формования элемента на древесной основе при использовании водной связующей композиции, соответствующей настоящему изобретению.