СОСТАВ КЛЕЯ ДЛЯ ДЕРЕВА
COMPOUND OF GLUE FOR WOOD

Настоящее изобретение относится к составу аминной смолы/изоцианата или композиции, подходящей в качестве клея для дерева.
Аминные смолы, такие как мочевино-формальдегидные смолы (UF), представляют собой наиболее широко используемые клеи для дерева, в частности для производства древесностружечных плит, благодаря их низкой стоимости, высокой скорости отверждения и хороших показателей. Как правило, добавление изоцианатов, таких как метилендифенилдиизоцианат (МДИ), к UF-смолам производят с целью улучшения дальнейших показателей, таких как гидролитическая стабильность, и механических показателей, таких как минимальная сила, модуль, сопротивление сжатию и толщина слоя, и формальдегидные эмиссии.
Мочевино-формальдегидные смолы представляют собой водные клеевые системы и демонстрируют низкую смешиваемость с изоцианатами в ходе составления смесей/перемешивания. Как следствие, в ходе перемешивания в областях с высоким содержанием изоцианата может возникать разделение фаз. Например, было показано (Wieland et al., Journal of Applied Polymer Science, 104, 2633-2636, 2007), что после отверждения UF и полимерного метилендифенилдиизоцианата (пМДИ) образуются кластеры и коллоидные агрегаты. Очевидно, что такого рода совместимость, контролируемая морфологией, влияет на конечные качества клея.
Низкая смешиваемость компонентов может также приводить к образованию клеев, имеющих увеличенную площадь поверхности (различная морфология, капельная топография). В дополнение, такого рода материалы имеют высокое содержание соли, вследствие низкой степени трансформации/перекрестного сшивания.
Разделение фаз может также влиять на кинетику процесса склеивания. Более высокая смешиваемость может улучшить (т.е. уменьшить) время гелеобразования гибридных адгезивных веществ, состоящих из аминных смол и изоцианата.
Проблема разделения фаз в ходе процесса образования смесей была признана нерешенной на сегодняшний день. В настоящее время, частичные решения данной проблемы включают нижеследующие способы:
- использование поверхностно-активных веществ, например силиконов, для улучшения смешиваемости. Данное решение проблемы не является предпочтительным из-за явлений пластификации, летучести поверхностно-активного вещества (миграции на поверхность), окрашиваемости на завершающем этапе создания системы и возможных явлений адгезии/отклеивания;
- модификация (например, химическая модификация) МДИ с UF-подобными соединениями для улучшения смешиваемости. Например, GB 1223320 описывает синтез полиуреатанов с концевыми уреидными группами для использования в термореактивных смолах альдегидного типа. Данное решение проблемы не является предпочтительным из-за сложностей со стабильностью, таких как ограниченный срок хранения;
- использование специализированных конфигураций смешивания (условия сильного сдвига, перемешивание ультразвуком и т.п.) и/или использование бóльших энергий смешивания с целью гомогенизации капель изоцианата в матриксе аминных смол. Данное решение проблемы не является предпочтительным из-за необходимости наличия специализированных смесительных устройств/конструкций. Кроме того, смесь может иметь только ограниченный срок годности перед получением термодинамически предпочтительных качеств.
Таким образом, наблюдается необходимость в создании составов или композиций, решающих одну или более из вышеуказанных проблем. Целью настоящего изобретения также является решение одной или более из вышеуказанных проблем. Более конкретно, целью настоящего изобретения является повышение смешиваемости смесей, состоящих из аминных смол и изоцианата.
Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что одну или более из указанных целей можно достичь путем создания состава или композиции, содержащей аминную смолу, изоцианат и простой полиэфир. Данный состав обладает значительно повышенной смешиваемостью. Система, обладающая повышенной смешиваемостью и улучшенной совместимостью, может улучшать общую производительность такого рода гибридных адгезивных систем.
По сравнению с использованием силиконовых поверхностно-активных веществ, добавление простого полиэфира в качестве агента, улучшающего совместимость, позволяет избежать проблем адгезии/отклеивания и/или проблем окрашиваемости на завершающем этапе создания системы. Кроме того, простой полиэфир имеет преимущество, являясь нелетучей добавкой.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предоставляется состав, подходящий в качестве клея для дерева. Состав, в соответствии с первым аспектом изобретения, содержит:
- первый компонент, полученный из по меньшей мере одного изоцианата и по меньшей мере одной аминной смолы; где указанная аминная смола представляет собой продукт конденсации альдегида с соединением, выбранным из группы, состоящей из мочевины, меламина, бензогуанамина, гликолурила, ацетогуанамина и их смесей; и
- второй компонент, содержащий по меньшей мере один простой полиэфир; где указанный простой полиэфир содержит по меньшей мере одно этиленоксидное звено и по меньшей мере одну группу, способную реагировать с изоцианатом, выбранную из группы, состоящей из гидроксила, амино, эпокси и тиола.
В соответствии со вторым аспектом, настоящее изобретение также включает композицию, полученную путем смешивания первого компонента со вторым компонентом состава, в соответствии с первым аспектом изобретения.
В соответствии с третьим аспектом, настоящее изобретение также включает способ приготовления композиции, в соответствии со вторым аспектом изобретения, состоящий из нижеследующих этапов:
- смешивание по меньшей мере одного изоцианата с по меньшей мере одной аминной смолой для приготовления первого компонента, как описано в первом аспекте изобретения; и
- добавление к первому компоненту второго компонента, содержащего по меньшей мере один простой полиэфир, как описано в первом аспекте изобретения, и смешивание с последующим получением композиции, в соответствии со вторым аспектом изобретения.
В соответствии с четвертым аспектом, настоящее изобретение также включает использование состава, в соответствии с первым аспектом изобретения, или композиции в качестве адгезива, в соответствии со вторым аспектом изобретения.
В соответствии с пятым аспектом, настоящее изобретение также включает лигноцеллюлозное сырье, полученное с использованием состава, в соответствии с первым аспектом изобретения, или композиции, в соответствии со вторым аспектом изобретения.
Независимые или зависимые пункты формулы изобретения представляют частные варианты и предпочтительные характерные особенности изобретения. Характерные особенности из зависимых пунктов могут быть совмещены с характерными особенностями независимых или других зависимых пунктов при необходимости.
Вышеуказанные и другие показатели, характерные особенности и преимущества настоящего изобретения станут ясны из нижеследующего подробного описания, иллюстрирующего в качестве примера принципы изобретения.
Перед описанием составов настоящего изобретения необходимо понять, что настоящее изобретение не ограничивается конкретными описанными составами; такого рода составы могут, конечно, варьироваться. Также необходимо понять, что терминология, используемая в настоящем документе, не предназначена для ограничения; границы настоящего изобретения указаны только в приложенной формуле.
В настоящем документе единственное число включает и единственное, и множественное число, если контекст ясно не указывает иное. Например, термин ”изоцианат” обозначает один изоцианат или более чем один изоцианат.
Термины ”содержащий”, ”содержит” и ”состоит из”, использованные в настоящем документе, являются синонимами терминов ”включающий”, ”включает” или ”содержащий”, ”содержит”; и являются включающими или открытыми и не исключают дополнительные, не указанные в настоящем описании компоненты, элементы или стадии способов. Необходимо отметить, что термины ”содержащий”, ”содержит” и ”состоит из”, использованные в настоящем документе, включают термины ”состоящий из”, ”состоит” и ”состоит из”.
По всему тексту данной заявки термин ”приблизительно” использован для обозначения, что значение включает присущие колебания погрешности устройства или способ, использованный для определения значения.
Перечисленные интервалы значений путем указания их границ включают все целые числа и, где требуется, дробные числа, попадающие в интервал (например, при описании числа элементов интервал 1-5 может включать 1, 2, 3, 4; но он также может включать значения 1,5, 2, 2,75 и 3,80 при описании, например, измерений). Перечисление границ интервалов значений также включает сами граничные значения интервалов (например, интервал 1,0-5,0 включает и 1,0, и 5,0). Любой интервал значений, указанный в настоящем документе, включает в себя все подынтервалы, входящие в его состав.
Все ссылки, указанные в настоящем описании, включены в настоящий документ путем отсылки во всей своей полноте. В частности, все основополагающие ссылки включены в настоящий документ путем отсылки.
Если не указано иное, все термины, использованные для раскрытия изобретения, включая технические и научные термины, имеют значения, обычно понятные любому специалисту в той области техники, к которой относится изобретение. Посредством дальнейших указаний в настоящий документ включены значения терминов для лучшего понимания основ настоящего изобретения.
В нижеследующих описаниях различные аспекты настоящего изобретения представлены более детально. Каждый описанный аспект может быть объединен с любым другим аспектом или аспектами, если только ясно не указана их противоположность. В частности, любая, указанная как предпочтительная или полезная, характерная особенность может быть объединена с любой другой характерной особенностью или характерными особенностями, указанными как предпочтительные или полезные.
По всему тексту данного описания отсылка к ”одному варианту осуществления изобретения” означает, что описание какой-либо конкретной характерной особенности, структуры или показателя, связанное с вариантом осуществления изобретения, включено в по меньшей мере один вариант осуществления настоящего изобретения. Таким образом, словосочетание ”в одном варианте осуществления изобретения”, использованное в различных местах на протяжении всего текста описания, необязательно означает отсылку к одному и тому же варианту осуществления изобретения, но может и означать. Кроме того, в то время как некоторые варианты осуществления изобретения, описанные в настоящем документе, включают некоторые характерные особенности, не включенные в другие варианты осуществления изобретения; комбинации характерных особенностей из различных вариантов осуществления изобретения находятся в пределах изобретения и формируют другие варианты осуществления изобретения, понятные специалистам в данной области техники. Например, в приложенной формуле изобретения любой из представленных вариантов осуществления изобретения может быть использован в любой комбинации.
1-12
В настоящем документе термин ”алкил”, самостоятельно или в составе другого заместителя, обозначает линейную или разветвленную замещенную углеводородную радикальную группу, присоединенную при помощи углерод-углеродных связей, имеющую в своем составе 1 или более углеродный атом, например, от 1 до 12 углеродных атомов, например, от 1 до 6 углеродных атомов, например, от 1 до 4 углеродных атомов, например, от 2 до 3 углеродных атомов. Примеры Салкильных групп включают метил, этил, пропил, изопропил, бутил, изобутил, втор-бутил, трет-бутил, пентил и их цепочечные изомеры; гексил и его цепочечные изомеры; гептил и его цепочечные изомеры; октил и его цепочечные изомеры; нонил и его цепочечные изомеры; децил и его цепочечные изомеры; ундецил и его цепочечные изомеры; додецил и его цепочечные изомеры.
6-10
В настоящем документе термин ”С арил”, самостоятельно или в составе другого заместителя, обозначает фенил, нафтил, инданил или 1,2,3,4-тетрагидронафтил.
6-10
1-6
1-6
6-10
6-10
1-6
В настоящем документе термин ”Сарил Салкил”, самостоятельно или в составе другого заместителя, обозначает С алкильную группу, как описано выше, где один или более атом водорода замещен на Сарил, как описано выше. Примеры Сарил Салкильных радикалов включают бензил, фенетил, дибензилметил, метилфенилметил, 3-(2-нафтил)-бутил и т.п.
Настоящее изобретение относится к составу, содержащему:
- первый компонент, содержащий по меньшей мере один изоцианат и по меньшей мере одну аминную смолу, где указанная аминная смола представляет собой продукт конденсации альдегида с соединением, выбранным из группы, состоящей из мочевины, меламина, бензогуанамина, гликолурила, ацетогуанамина и их смесей; и
- второй компонент, содержащий по меньшей мере один простой полиэфир, где указанный простой полиэфир содержит по меньшей мере одно этиленоксидное звено и по меньшей мере одну группу, способную реагировать с изоцианатом, выбранную из группы, состоящей из гидроксила, амино, эпокси и тиола.
В частности, настоящее изобретение относится к составу, содержащему:
- первый компонент, полученный из по меньшей мере одного изоцианата и по меньшей мере одной аминной смолы; где указанная аминная смола представляет собой продукт конденсации альдегида с соединением, выбранным из группы, состоящей из мочевины, меламина, бензогуанамина, гликолурила, ацетогуанамина и их смесей; и
- второй компонент, содержащий по меньшей мере один простой полиэфир; где указанный простой полиэфир содержит по меньшей мере одно этиленоксидное звено и по меньшей мере одну группу, способную реагировать с изоцианатом, выбранную из группы, состоящей из гидроксила, амино, эпокси и тиола; предпочтительно, указанный простой полиэфир содержит по меньшей мере одно этиленоксидное звено и по меньшей мере один гидроксил.
В варианте осуществления изобретения состав по изобретению содержит по меньшей мере два компонента.
Первый компонент состава по изобретению содержит по меньшей мере один изоцианат. В варианте осуществления изобретения по меньшей мере один изоцианат содержит полиизоцианатное соединение. Неограничивающие примеры подходящих полиизоцианатов, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, включают любое органическое полиизоцианатное соединение или смесь органических полиизоцианатных соединений, где, предпочтительно, указанные соединения имеют по меньшей мере две изоцианатные группы. Неограничивающие примеры органических полиизоцианатов включают диизоцианаты, в частности, ароматические диизоцианаты, и изоцианаты повышенной функциональности. Неограничивающие примеры органических полиизоцианатов, которые могут быть использованы в составе настоящего изобретения, включают алифатические изоцианаты, такие как гексаметилендиизоцианат; и ароматические изоцианаты, такие как дифенилметандиизоцианат (МДИ) в форме его 2,4’-, 2,2’- и 4,4’-изомеров и их смесей (также обозначаемых как чистый МДИ), смеси дифенилметандиизоцианатов (МДИ) и их олигомеров (известных из уровня техники как «неочищенный» или полимерный МДИ); м- и п-фенилендиизоцианат; толуол-2,4- и толуол-2,6-диизоцианат (также известный как толуолдиизоцианат, обозначаемый ТДИ, такой как 2,4-ТДИ и 2,6-ТДИ) в любой подходящей изомерной смеси; хлорофенилен-2,4-диизоцианат; нафтилен-1,5-диизоцианат, дифенилен-4,4’-диизоцианат; 4,4’-диизоцианат-3,3’-диметилдифенил; 3-метил-дифенилметан-4,4’-диизоцианат и дифениловый эфир диизоцианата; и циклоалифатические диизоцианаты, такие как циклогексан-2,4- и -2,3-диизоцианат; 1-метилциклогексил-2,4- и -2,6-диизоцианат и их смеси; и бис-(изоцианатоциклогексил)метан (например, 4,4’-диизоцианатодициклогексилметан (Н12МДИ)); триизоцианаты, такие как 2,4,6-триизоцианатотолуол и 2,4,4-триизоцианатодифенилэфир; изофорондиизоцианат (ИФДИ), бутилендиизоцианат, триметилгексаметилендиизоцианат; изоцианатометил-1,8-октандиизоцианат; тетраметилксилолдиизоцианат (ТМКДИ); 1,4-циклогександиизоцианат (ЦДИ) и толидиндиизоцианат (ТОДИ).
Химически модифицированные полиизоцианаты, содержащие изоциануратную, карбодиимидную или уретониминную группы, могут быть также использованы. В дальнейшем блокированные полиизоцианаты, такие как, например, продукт реакции фенола или оксима и полиизоцианата, могут быть также использованы; предпочтительно, если температура деблокирования блокированного полиизоцианата ниже температуры нанесения при использовании полиизоцианатной композиции. Могут быть также использованы смеси изоцианатов, например, смесь изомеров толуолдиизоцианата, таких как доступные в продаже смеси 2,4- и 2,6-изомеров, и также, например, смесь диизоцианатов и высших полиизоцианатов, полученных путем фосгенирования анилин/формальдегидных конденсатов. Такого рода смеси известны из уровня техники и включают неочищенные продукты фосгенирования, содержащие полифениловые полиизоцианаты, соединенные метиленовым мостиком, включая диизоцианат, триизоцианат и высшие полиизоцианаты, вместе с любыми побочными продуктами реакции фосгенирования. Предпочтительные для использования в настоящем изобретении изоцианаты представляют собой ароматические диизоцианаты или полиизоцианаты повышенной функциональности, такие как чистый дифенилметандиизоцианат или смесь полифениловых полиизоцианатов, соединенных метиленовым мостиком, содержащая диизоцианаты, триизоцианаты или полиизоцианаты повышенной функциональности. Полифениловые полиизоцианаты, соединенные метиленовым мостиком, могут быть получены в ходе реакции фосфогенирования соответствующих смесей полиаминов, полученных путем конденсации анилина и формальдегида.
В варианте осуществления изобретения по меньшей мере один изоцианат может представлять собой эмульгирующийся полиизоцианат. Подходящие эмульгирующиеся изоцианаты могут быть представлены в любом виде эмульгирующегося МДИ, например, такие как описанные в следующих патентных публикациях: EP 18061, EP 516361, GB 1523601, GB 1444933, GB 2018796, все включены в настоящий документ путем отсылки. Подходящий класс эмульгирующихся МДИ включает продукты, полученные в ходе предварительной реакции полиизоцианата, особенно полимерного МДИ, с меньшим количеством алкоксиполиалкиленгликоля (например, такого, в котором одна из ОН-групп гликоля заменена на алкоксильную группу, например, в ходе реакции с низшим спиртом, таким как метанол и/или этанол); такого рода продукты, представляющие собой смеси полиизоцианата с меньшим количеством неионного поверхностно-активного вещества, образуются в ходе реакции между полиизоцианатом и алкоксиполиалкиленгликолем. Самоэмульгирующийся полиизоцианат может быть основан на любом органическом полиизоцианате, например, МДИ с низкой функциональностью, такой как уретонимин-модифицированный МДИ, но предпочтительно, если он основан на смесях, известных как полиметилен полифенил полиизоцианаты или полимерные МДИ. Алкоксиполиалкиленгликоли, реагирующие с полиизоцианатом с образованием самоэмульгирующегося полиизоцианата, включают алкоксиполиэтиленгликоли, имеющие молекулярную массу в диапазоне от 250 до 4000, в частности, от 600 до 2000. Алкоксильная группа, предпочтительно, содержит от одного до шести атомов углерода; предпочтительными являются метоксиполиэтиленгликоли. Подходящие эмульгирующиеся полиизоцианаты доступны в продаже от Huntsman под торговыми названиями Suprasec 1042, Suprasec 2405, Suprasec 2408 и Suprasec 2419 (Suprasec является товарным знаком Huntsman LLC).
В варианте осуществления изобретения по меньшей мере один изоцианат может быть выбран из 2,4’-, 2,2’ и 4,4’-метилендифенилдиизоцианатов и их смесей, смесей 2,4’-, 2,2’ и 4,4’-метилендифенилдиизоцианатов и их олигомеров. В варианте осуществления изобретения по меньшей мере один изоцианат выбирают из группы, включающей 2,2’- или 4,4’-МДИ, гомополимеры и их смеси, или смеси 2,2’- и 4,4’-метилендифенилдиизоцианатов и их олигомеров. В варианте осуществления изобретения по меньшей мере один изоцианат выбирают из 4,4’-МДИ и их гомополимеров.
Смесь полиизоцианатов может быть получена в соответствии с любой технологией, известной из уровня техники. Содержание изомера дифенилметандиизоцианата определяется в допустимых пределах, если необходимо - при помощи технологий, известных из уровня техники. Одной из техник изменения содержания изомера является добавление мономерного МДИ к смеси МДИ, содержащей избыточное количество полимерного МДИ.
В варианте осуществления изобретения по меньшей мере один изоцианат содержит любую подходящую смесь любых полиизоцианатов, описанных выше, или любую подходящую смесь одного или более полиизоцианатов, описанных выше, с полиизоцианатами МДИ-типа.
В некоторых вариантах осуществления изобретения по меньшей мере один изоцианат может быть представлен в количестве, меньшем 0,5% (масс.) от 100%-ной массы всего состава. Например, по меньшей мере один изоцианат может быть представлен в составе в количестве по меньшей мере 5% (масс.), например, в количестве по меньшей мере 10% (масс.), например, в количестве по меньшей мере 15% (масс.) от общей массы (100%) состава. Например, по меньшей мере один изоцианат может быть представлен в количестве от примерно 0,5 до 60% (масс.), например, от 5 до 40% (масс.), например, от 10 до 30% (масс.), например, от 15 до 25% (масс.) от 100%-ной массы всей композиции.
Первый компонент состава, в соответствии с изобретением, содержит по меньшей мере одну аминную смолу; где указанная смола представляет собой продукт конденсации альдегида с по меньшей мере одним соединением, выбранным из группы, включающей мочевину, меламин, бензогуанамин, гликолурил, ацетогуанамин и их смеси.
Неограничивающие примеры подходящих альдегидов включают формальдегид, ацетальдегид, кротональдегид, акролеин, бензальдегид и фурфураль; предпочтительно, если альдегид представляет собой формальдегид.
Неограничивающие примеры подходящих аминных смол включают мочевино-формальдегидные смолы, меламин-формальдегидные смолы, меламин-мочевино-формальдегидные смолы, меламин-мочевино-фенолформальдегидные смолы, меламин-фенолформальдегидные смолы, бензогуанамин-формальдегидные смолы, гликолурил-формальдегидные смолы и ацетогуанамин-формальдегидные смолы.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения по меньшей мере одна аминная смола представлена в количестве, составляющем по меньшей мере 30% (масс.) от 100%-ной массы всего состава. Например, по меньшей мере одна аминная смола может быть представлена в количестве, составляющем по меньшей мере 40% (масс.), например, по меньшей мере 50% (масс.) от 100%-ной массы всего состава. Например, по меньшей мере одна аминная смола может быть представлена в составе в количестве от 30 до 95% (масс.), например, от 40 до 90% (масс.), например, от 50 до 85% (масс.) от 100%-ной массы всего состава.
Настоящий состав также содержит второй компонент, содержащий по меньшей мере один простой полиэфир; где указанный простой полиэфир содержит по меньшей мере одно этиленоксидное звено и по меньшей мере одну группу, способную реагировать с изоцианатом, выбранную из группы, включающей гидроксил, амино, эпокси и тиол, предпочтительно гидроксил.
Простой полиэфир, использованный в настоящем изобретении, может представлять собой смеси различных продуктов алкоксилирования полиолов. Предпочтительные полиэфирные полиолы включают те, в которых представлены звенья полимеризованного пропиленоксида и/или звенья полимеризованного этиленоксида. Эти звенья могут быть скомпонованы статистическим распределением, в форме полиэтиленоксидных блоков внутри цепей и/или на их концах.
В варианте осуществления изобретения простой полиэфир имеет среднюю номинальную функциональность от 1 до 6; более предпочтительно, функциональность от 1 до 4; наиболее предпочтительно, 1 или 2. Термин «средняя номинальная функциональность» использован в настоящем документе для численного обозначения средней функциональности (числа функциональных групп в одной молекуле) простого полиэфира при допущении, что это число средней функциональности инициатора(ов), использованных в их приготовлении, хотя на практике это число будет часто немного занижено из-за явления терминальной ненасыщенности.
Использованный в настоящем документе термин «средний» обозначает среднее число, если не указано иное. Предпочтительно, функциональные группы представляют собой функциональные группы, способные реагировать с изоцианатом. Неограничивающие примеры групп, способных реагировать с изоцианатом, могут быть выбраны из группы, включающей гидроксил, амино, эпокси и тиол.
По меньшей мере один простой полиэфир для использования в составе содержит по меньшей мере одно этиленоксидное звено. Предпочтительно, полиэфиры, использованные для приготовления состава настоящего изобретения, содержат, по меньшей мере примерно 15% (масс.) этиленоксидных групп; и более предпочтительно, между 50% и 100% (масс.) этиленоксидных групп от 100%-ной массы по меньшей мере одного простого полиэфира.
2
2
2
2
2
В настоящем документе термины «простой полиэфир, содержащий по меньшей мере одно этиленоксидное звено», «этиленоксид, содержащий простой полиэфир» и «ЭО, содержащий простой полиэфир» использованы взаимозаменяемо. В настоящем документе термины «одно этиленоксидное звено», «этиленоксидная группа» и «звено этиленоксида» использованы взаимозаменяемо и обозначают половины веществ с формулой (-CH-CH-O-), исключая половины веществ, образующих половину пропиленоксида, описанных формулой (-CH-CH-CH-O).
Неограничивающие примеры простых полиэфиров, которые могут быть использованы для приготовления состава в соответствии с изобретением, включают продукты, полученные путем полимеризации этиленоксида, включая продукты, полученные путем сополимеризации этиленоксида с другим циклическим оксидом, например, пропиленоксидом, в присутствии инициатора, предпочтительно, в присутствии одного или более полифункционального инициатора.
Подходящие инициаторы содержат множество активных водородных атомов, воду и низкомолекулярные простые полиэфиры, например, этиленгликоль, пропиленгликоль, диэтиленгликоль, дипропиленгликоль, циклогександиметанол, резорцин, бисфенол А, глицерин, триметилолпропан, 1,2,6-гексантриол, пентаэритрит и т.п. Могут быть также использованы смеси инициаторов и/или циклического оксида.
Особенно подходящие для использования в изобретении простые полиэфиры включают поли(оксиэтилен-оксипропилен)диолы и/или триолы, полученные путем последовательного добавления пропилен- и этиленоксидов к ди- или трифункциональным инициаторам, как полностью описано в предшествующем уровне техники. Смеси указанных диолов и триолов могут быть также использованы. Особенно предпочтительными являются моноолы и диолы.
В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один простой полиэфир может быть выбран из группы, включающей полиэтиленгликоль, монометиловый эфир полиэтиленгликоля, моноэтиловый эфир полиэтиленгликоля, монопропиловый эфир полиэтиленгликоля, моноизопропиловый эфир полиэтиленгликоля, монобутиловый эфир полиэтиленгликоля, монопентиловый эфир полиэтиленгликоля, моногексиловый эфир полиэтиленгликоля, монофениловый эфир полиэтиленгликоля, монобензиловый эфир полиэтиленгликоля и их смеси. Предпочтительно по меньшей мере один простой полиэфир может быть выбран из группы, включающей монометиловый эфир полиэтиленгликоля, полиэтиленгликоль и их смеси.
w
В варианте осуществления изобретения, средняя эквивалентная масса простого полиэфира составляет от примерно 700 до примерно 5000; предпочтительная эквивалентная масса варьируется в пределах от примерно 1000 до 4000; более предпочтительная эквивалентная масса варьируется в пределах от примерно 1200 до 3500, наиболее предпочтительно, варьируется от примерно 1500 до примерно 3000. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, простой полиэфир может иметь среднюю молекулярную массу M от 62 до 40000, предпочтительно - от 100 до 20000, более предпочтительно от 200 до 10000, наиболее предпочтительно от 400 до 6000.
В некоторых вариантах осуществления простой полиэфир может быть представлен в количестве по меньшей мере 0,01% (масс.) от 100%-ной массы всего состава. Например, простой полиэфир может быть представлен в количестве по меньшей мере 0,03% (масс.); например, в количестве по меньшей мере 0,1% (масс.); например, в количестве по меньшей мере 0,3% (масс.); предпочтительно, в количестве по меньшей мере 0,5% (масс.) от 100%-ной массы состава.
В настоящем документе термины «% по массе», «% (масс.)», «массовый процент» или «процент по массе» использованы взаимозаменяемо.
В некоторых вариантах осуществления простой полиэфир может быть представлен в составе в количестве, варьирующемся от 0,01 до 50% (масс.); например, от 0,03 до 40% (масс.); желательно, от 0,1 до 30% (масс.); предпочтительно, от 0,3 до 25% (масс.); предпочтительно, от 0,5 до 20% (масс.) от 100%-ной массы состава.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, содержание этиленоксида (ЭО) в составе может составлять по меньшей мере 1% (масс.) от 100%-ной массы по меньшей мере одного изоцианата и по меньшей мере одного простого полиэфира, взятых вместе. Например, содержание ЭО может составлять по меньшей мере 2% (масс.); например, по меньшей мере 3% (масс.); например, по меньшей мере 5% (масс.); например, по меньшей мере 10% (масс.); например, по меньшей мере 15% (масс.); например, по меньшей мере 20% (масс.); например, по меньшей мере 25% (масс.); например, по меньшей мере 30% (масс.); например, по меньшей мере 40% (масс.) от 100%-ной массы по меньшей мере одного изоцианата и по меньшей мере одного простого полиэфира, взятых вместе.
В настоящем документе термин «отношение содержания ЭО к содержанию изоцианата» обозначает количество, выраженное в массовых процентах, этиленоксида, сравнимое с общим количеством по массе по меньшей мере одного изоцианата и по меньшей мере одного простого полиэфира, взятых вместе.
В некоторых вариантах осуществления состав может также содержать по меньшей мере одну добавку, выбранную из группы, включающей отвердитель, поверхностно-активное вещество, разделительный состав, воск или пигмент.
В некоторых вариантах осуществления добавка может быть представлена в количестве по меньшей мере 0,01% (масс.); например, по меньшей мере 0,03% (масс.); например, по меньшей мере 0,1% (масс.); предпочтительно по меньшей мере 0,3% (масс.); предпочтительно по меньшей мере 1% (масс.) от общей массы (100%) состава.
В варианте осуществления изобретения указанная добавка может представлять собой отвердитель. Неограничивающие примеры подходящих отвердителей включают аммонийные соли, ангидриды и амины. В некоторых вариантах осуществления отвердитель может представлять собой аммонийную соль органической или неорганической кислоты. Неограничивающие примеры аммонийных солей включают сульфат аммония, хлорид аммония, карбонат аммония, моно- и дифосфат аммония, борат аммония, цитрат аммония и нитрат аммония. Предпочтительно, отвердитель выбирают из сульфата аммония или хлорида аммония; предпочтительно, отвердитель представляет собой сульфат аммония. Неограничивающим примером поверхностно-активного вещества является силикон. Неограничивающими примерами восков являются сырой парафин и эмульсионный воск. Неограничивающие примеры подходящих пигментов включают диоксид титана, борат цинка, оксалаты, слюду, перлит, глины и диоксид кремния.
Настоящее изобретение также представляет композицию, полученную путем смешивания первого компонента со вторым компонентом состава по изобретению.
Настоящее изобретение также представляет способ приготовления композиции, как описано выше, включающий стадии:
- смешивания по меньшей мере одного изоцианата с по меньшей мере одной аминной смолой для приготовления первого компонента, как описано выше; и
- добавления к первому компоненту второго компонента, содержащего по меньшей мере один простой полиэфир, как описано выше, и смешивания с последующим получением композиции, как описано выше.
Настоящие составы и композиции представляют собой особенно хорошие адгезивы.
Настоящее изобретение также представляет использование состава или композиции, в соответствии с изобретением, в качестве адгезива. Состав или композиция могут быть особенно полезны в качестве адгезивов к материалу, содержащему лигноцеллюлозу; в настоящем документе также используется термин «лигноцеллюлозный материал».
Неограничивающие примеры лигноцеллюлозных материалов включают деревянные тяжи, щепы, древесные волокна, стружки, шпон, древесную шерсть, пробку, кору, опилки и другие продукты отходов деревообрабатывающей промышленности, также как и другие материалы, основанные на лигноцеллюлозе, такие как бумага, низкосортная бумага, солома, лен, сизаль, бамбук, кокосовое волокно, конопля, камыш, тростник, рисовая шелуха, шелуха, трава, ореховая скорлупа и т.п. Дополнительно, лигноцеллюлозные материалы могут быть смешаны с другими таковыми или фиброзными материалами, такими как измельченные отходы пеноматериалов (например, измельченные отходы полиуретановых пеноматериалов), минеральные наполнители, стекловолокно, слюда, каучук, текстильные отходы, такие как пластмассовые волокна и ткани из синтетического волокна. Лигноцеллюлозные материалы могут быть использованы в форме гранул, стружки или щепы, волокон, тяжей, сфер или пудры. Предпочтительно, лигноцеллюлозные материалы содержат древесину.
Настоящее изобретение также представляет использование состава или композиции, в соответствии с изобретением, для связывания по меньшей мере одного продукта, содержащего лигноцеллюлозу, в данном документе также обозначаемого как «лигноцеллюлозный материал». Составы или композиции, в соответствии с изобретением, могут быть также использованы для приготовления лигноцеллюлозного материала.
Настоящее изобретение также представляет процесс связывания лигноцеллюлозных материалов, включающий процесс нанесения состава или композиции на лигноцеллюлозные материалы в соответствии с изобретением и процесс отверждения состава или композиции.
Настоящее изобретение также представляет подложку, содержащий состав или композицию в соответствии с изобретением.
Настоящее изобретение также представляет лигноцеллюлозный материал, полученный с использованием состава или композиции в соответствии с изобретением.
Лигноцеллюлозный материал может быть получен путем образования контакта между лигноцеллюлозным материалом и составом или композицией в соответствии с изобретением; например, путем смешивания, распыления и/или распределения состава или композиции на/в лигноцеллюлозный материал, и путем прессования лигноцеллюлозного материала, предпочтительно, путем горячего прессования, например, при температуре между 120°С и 300°С, предпочтительно между 140°С и 270°С и, например, при давлении от 2 до 6 МПа. После обработки составом или композицией в соответствии с изобретением лигноцеллюлозный материал помещают на подушку плиты пресса, изготовленной из алюминия или стали, служащей для переноса материала в пресс, где он сжимается до желаемого состояния, обычно при температуре между 120°С и 300°С, предпочтительно между 140°С и 270°С. На начальных стадиях производства может быть полезно, но не необходимо, распыление на наружной поверхности прессовальных плит разделительного состава или увеличение времени цикла первой партии для загрузки одного пресса. Предварительно подготовленный пресс может быть использован в процессе по изобретению много раз без последующей обработки.
Неограничивающие примеры лигноцеллюлозных материалов включают ориентированно-стружечные плиты (OSB), строительные композиционные пиломатериалы (SCL), вафельные плиты, древесноволокнистые плиты, древесностружечные плиты, древесноволокнистые плиты средней плотности (MDF), твердые древесноволокнистые плиты (также называемые древесноволокнистыми плитами высокой плотности или HDF), фанеры и плиты, составленные из стружки и шпона.
Нижеследующие примеры иллюстрируют, но не ограничивают изобретение.
Примеры, описанные ниже в данном документе, иллюстрируют эффект использования составов и композиций в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Если не указано иное, все количества и процентные соотношения в нижеследующих примерах, также как и во всем тексте заявки, являются количествами по массе и процентными соотношениями по массе, соответственно. Использованный в настоящем документе термин «содержание ЭО в МДИ» обозначает массовое отношение содержания этиленоксида из по меньшей мере одного простого полиэфира к общей массе по меньшей мере одного изоцианата и по меньшей мере одного простого полиэфира, взятых вместе; где изоцианат представляет собой МДИ или пМДИ.
Нижеследующие соединения использованы в примерах:
n
- Suprasec 5025 представляет собой полимерный метилендифенилизоцианат (пМДИ) со средней молекулярной массой M, равной 375 (Hunstman).
w
- DME 500 представляет собой диметоксиполиэтиленоксид со средней молекулярной массой M, равной 500 (Huntsman).
w
- MoPEG 500 представляет собой монометиловый эфир полиэтиленгликоля со средней молекулярной массой M, равной 500 (Huntsman).
w
1
- Daltocel F442 представляет собой поли(оксиэтил/оксипропил)простой полиэфир с 73,5%-ным содержанием этиленоксида и средней молекулярной массой M, равной 3500 (Huntsman). Содержание ЭО определяется из Н-ЯМР.
Время гелеобразования составов или композиций из примеров было измерено путем внесения 5 г состава или композиции в стеклянную пробирку. Пробирку затем погружали в масляную баню при 100°С, и использовали стеклянную палочку для перемешивания непрерывными вертикальными движениями. Фиксировали время с момента погружения пробирки до момента гелеобразования смеси. Точку гелеобразования определяли как точку во времени, когда вязкость повышалась до такого состояния, что смесь становилась устойчивой к дальнейшему перемешиванию.
Во всех примерах экзотермический эффект реакции изоцианата измеряли методом дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC) в присутствии заболони (55/45 (массовые доли) клей/заболонь; 20 мг образца; 5°С/мин - линейная скорость изменения температуры от -20°С до 200°С).
Сравнительный пример 1
2,10 г полимерного метилендифенилизоцианата пМДИ (Suprasec 5025) смешивали с 7,90 г UF и 0,2 г сульфата аммония (отвердитель) при 25°С.
Полиэфирные добавки не присутствовали; и содержание ЭО в МДИ составило 0,0%. Время гелеобразования составило 1 мин 40 сек, экзотермический эффект реакции гелеобразования составил 100,0°С.
Сравнительный пример 2
w
1,80 г полимерного метилендифенилизоцианата пМДИ (Suprasec 5025) смешивали с 8,00 г UF и 0,2 г сульфата аммония (отвердитель) при 25°С. Затем 0,20 г диметоксиполиэтиленоксида с M 500 (DME 500) добавляли к этой смеси и перемешивали при 25°С.
Добавленный простой полиэфир не содержал функциональных групп, способных реагировать с изоцианатом; содержание ЭО в МДИ составило 10,0%. Время гелеобразования составило 1 мин 55 сек, экзотермический эффект реакции гелеобразования составил 100,0°С.
Пример 3
w
1,80 г полимерного метилендифенилизоцианата пМДИ (Suprasec 5025) смешивали с 8,00 г UF и 0,2 г сульфата аммония (отвердитель) при 25°С. Затем 0,20 г монометилового эфира полиэтиленгликоля с M 500 (MoPEG 500) добавляли к этой смеси и перемешивали при 25°С.
Добавленный простой полиэфир представлял собой моноактивный простой полиэфир с отношением содержания ЭО к содержанию МДИ 10,0%. Время гелеобразования составило 1 мин 40 сек, экзотермический эффект реакции гелеобразования составил 90,0°С.
Пример 4
w
1,90 г полимерного метилендифенилизоцианата пМДИ (Suprasec 5025) смешивали с 6,50 г UF и 0,2 г сульфата аммония (отвердитель) при 25°С. Затем 0,80 г поли(оксиэтил/оксипропил)простого полиэфира с M 3500 (Daltocel F442) добавляли к этой смеси и перемешивали при 25°С.
Добавленный простой полиэфир представлял собой простой полиэфир с двумя активными группами с содержанием ЭО в МДИ, составляющим 22,0%. Время гелеобразования составило 1 мин 26 сек, экзотермический эффект реакции гелеобразования составил 79,0°С.
Пример 5
w
1,90 г полимерного метилендифенилизоцианата пМДИ (Suprasec 5025) смешивали с 6,50 г UF и 0,2 г сульфата аммония (отвердитель) при 25°С. Затем 1,60 г поли(оксиэтил/оксипропил)простого полиэфира с M 3500 (Daltocel F442) добавляли к этой смеси и перемешивали при 25°С.
Добавленный простой полиэфир представлял собой простой полиэфир с двумя активными группами с содержанием ЭО в МДИ, составляющим 33,0%. Время гелеобразования составило 1 мин 26 сек, экзотермический эффект реакции гелеобразования составил 60,0°С.
При сопоставлении сравнительных примеров 1 и 2 видно, что результаты, полученные в примерах в соответствии с вариантами осуществления изобретения, показывают, что комбинация UF и МДИ с простым полиэфиром улучшает смешиваемость смеси. В дополнение, содержание этиленоксида в простом полиэфире или в конечной смеси значительно уменьшает время гелеобразования и/или температуру, требуемую для запуска реакция затвердевания. Таким образом, клеевые (адгезивные) качества можно контролировать путем выбора простого полиэфира в заявленной композиции.
Необходимо понимать, что несмотря на то что в настоящем документе были описаны предпочтительные варианты осуществления и/или материалы для осуществления вариантов изобретения, также возможны различные модификации и изменения, не выходящие за границы и цели настоящего изобретения.