КОМПОЗИЦИЯ КЛЕЯ ДЛЯ ДЕРЕВА
GLUE COMPOSITION FOR WOOD

Настоящее изобретение относится к композиции амино-изоцианатной смолы, пригодной в качестве клея для древесины.
Аминные смолы, такие как мочевино-формальдегидные смолы (UF), наиболее широко используются в качестве клеев для дерева, особенно для производства древесно-стружечных плит из-за их низкой стоимости, высокой скорости отверждения и хороших эксплуатационных данных. Как правило, добавление изоцианатов, таких как метилендифенилдиизоцианат (МДИ), к UF-смолам делается для повышения эксплуатационных параметров последнего с точки зрения гидролитической устойчивости и механических характеристик, таких как минимальная прочность, модуль, твердость при сжатии, толщина набухания и выбросы формальдегида.
Мочевино-формальдегидные смолы являются водными клеевыми системами и показывают плохие характеристики смешиваемости с изоцианатами в ходе смешивания/перемешивания. Как следствие, разделение фаз может происходить в смеси в результате получения обогащенной изоцианатом области. Например, было сообщено в публикации (Wieland et al., Journal of Applied Polymer Science, 104, 2633-2636, 2007), что кластеры и коллоидные агрегаты образуются после отверждения UF и полимерного метилендифенилдиизоцианата (пМДИ). Очевидно, что такое соответствие регулируемой морфологии сказывается на конечных свойствах клея.
Плохая смешиваемость компонентов может привести к клеям с повышенной площадью поверхности (различной морфологии, подобной капельному рельефу). Кроме того, эти материалы также показывают высокое содержание соли по причине пониженной степени конверсии/сшивания.
Разделение фаз может также влиять на кинетику склеивания. Хорошая смешиваемость может улучшить (то есть, уменьшить) время гелеобразования гибридных амино-изоцианатных смоляных адгезивов.
Проблема разделения фаз в результате смешивания оставалась нерешенной до сего времени. В настоящее время частные решения в области технологии включают следующие способы:
- Использование поверхностно-активных веществ для улучшения смешиваемости, например, силиконов. Это решение не является предпочтительным, из-за проблем пластификации, летучести поверхностно-активного вещества (миграции к поверхности), способности выпущенной продукции окрашиваться и потенциальных проблем адгезии/отклеивания.
- Модификация (например, химическая модификация) МДИ с UF-подобными соединениями для улучшения совместимости. Например, в патентном документе GB 1223320 описывается синтез полиуретанов с концевыми уреидными группами для использования в термореактивных смолах альдегидного типа. Это решение проблемы не является предпочтительным из-за сложностей со стабильностью, таких как ограниченный срок хранения.
- Использование специализированных технологий смешивания (условия сильного сдвига, ультразвуковое смешивание и т.д.) и/или использование более высоких энергий смешивания для лучшей гомогенизации капелек изоцианата в композиции матрицы аминных смол. Это решение не является предпочтительным из-за необходимости наличия специальных перемешивающих устройств/конструкций. Кроме того, смесь может иметь только ограниченный срок годности, прежде чем предпочтительные термодинамические свойства будут установлены.
Поэтому остается потребность в композициях, которые смогут преодолеть одну или более вышеупомянутых проблем. Задачей настоящего изобретения является преодоление одной или более вышеупомянутых проблем. Более конкретно, задачей настоящего изобретения является улучшение смешиваемости аминной смолы/гибридных изоцианатных смесей.
Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что одну или более этих задач можно решить с помощью композиции, включающей по меньшей мере одну аминную смолу, по меньшей мере один изоцианат и по меньшей мере один простой полиэфир. Эта композиция может обеспечить значительное улучшение смешиваемости. Лучшая смешиваемость и более совместимая система может улучшить общие эксплуатационные параметры таких гибридных клеевых систем.
По сравнению с использованием силиконовых поверхностно-активных веществ, добавление простого полиэфира в качестве агента, улучшающего совместимость, позволяет избежать любых проблем адгезии/отклеивания и/или проблем окрашиваемости выпущенной продукции. Более того, у простого эфира есть преимущество, что он не является летучей добавкой.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения обеспечивается композиция, подходящая в качестве клея для древесины. Композицию согласно первому аспекту получают путем смешивания по меньшей мере одного изоцианата, по меньшей мере одного простого полиэфира и по меньшей мере одной аминной смолы, где указанный простой полиэфир содержит по меньшей мере одну функциональную группу этиленоксида и по меньшей мере одну группу, способную реагировать с изоцианатом, выбранную из группы, включающей гидроксил, амино, эпокси и тиол; и где указанная аминная смола является продуктом конденсации альдегида с соединением, выбранным из группы, содержащей мочевину, меламин, бензогуанамин, гликолурил, ацетогуанамин и их смеси.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения также осуществляется способ получения композиции в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, включающий стадию смешивания по меньшей мере одной аминной смолы, по меньшей мере одного простого полиэфира и по меньшей мере одного изоцианата, как описано в первом аспекте настоящего изобретения, в результате чего получается композиция в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения.
Согласно третьему аспекту настоящее изобретение также охватывает использование композиции в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения в качестве клея.
В соответствии с четвертым аспектом настоящее изобретение также охватывает лигноцеллюлозную основу, полученную с использованием композиции в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения.
В независимых и зависимых пунктах формулы изобретения изложены частные варианты и предпочтительные признаки настоящего изобретения. Признаки из зависимых пунктов формулы изобретения могут сочетаться с признаками независимых или других зависимых пунктов формулы изобретения по мере необходимости.
Упомянутые выше и другие характеристики, признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из следующего подробного описания, которое иллюстрирует с помощью примера принципиальные особенности настоящего изобретения.
Прежде чем существующие композиции настоящего изобретения будут описаны, следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено описанными конкретными композициями, поскольку такие композиции могут, конечно, изменяться. Также следует понимать, что терминология, использованная в настоящем документе, не предназначена для ограничения, поскольку область настоящего изобретения будет ограничена прилагаемой формулой изобретения.
В настоящем документе единственное число включает и множественное число, если из контекста явно не следует иное. В качестве примера, "изоцианат" означает один изоцианат или более чем один изоцианат.
Термины "составляющий", "составлять" и "состоящий из", используемые в настоящем документе, являются синонимами "включительно", "включать" или "содержащий", "содержит" и являются охватывающими или ничем не ограниченными, и не исключают дополнительные не перечисленные компоненты, элементы или стадии способов. Следует иметь в виду, что термины "составляющий", "составляет" и "состоящий из", используемые в настоящем документе, включают термины "состоящие из", "состоит" и "состоит из".
Повсеместное применение термина "приблизительно" используется для указания, что значение включает среднеквадратичное отклонение ошибки для устройства или способа, используемого для определения этого значения. Перечисление области числовых значений с помощью конечных точек включает все целые числа и, где уместно, относительные количества, отнесенные к какой-либо категории в пределах этого диапазона (например, от 1 до 5 может включать 1, 2, 3, 4, причем, когда речь идет, например, о числе элементов, и также может включать 1,5; 2; 2,75 и 3,80, когда речь идет, например, об измерениях). Перечисление конечных точек также включает непосредственно значение конечных точек (например, от 1,0 до 5,0 включает как 1,0, так и 5,0). Любой числовой диапазон, перечисленный в настоящем документе, предназначен для того, чтобы включать поддиапазоны, отнесенные к какой-либо категории в настоящем документе.
Все ссылки, приведенные в настоящем описании, включены в данное описание в качестве ссылок во всей их полноте. В частности, все ссылки, конкретно упоминаемые в настоящем документе, включены в качестве ссылки.
Если не определено иное, то все термины, используемые в раскрытии настоящего изобретения, включая технические и научные термины, имеют значение, которое обычно понятно специалистам с обычной квалификацией в данной области, к которой принадлежит это изобретение. С помощью дополнительных указаний включены определения терминов, чтобы лучше понять основы настоящего изобретения.
В следующих вариантах осуществления различные аспекты настоящего изобретения будут определены более подробно. Каждый аспект, характеризуемый таким образом, может быть объединен с любым другим аспектом или аспектами, если четко не указано иное. В частности, любая особенность, указанная как предпочтительная или преимущественная, может быть объединена с любой другой особенностью или особенностями, указанными как предпочтительные или преимущественные.
Ссылка на всем протяжении настоящего описания к "одному варианту осуществления" или "варианту осуществления" означает, что конкретная особенность, структура или характеристика, описанная в связи с вариантом осуществления, включены по меньшей мере в одном варианте осуществления настоящего изобретения. Таким образом, появление фраз "в одном варианте осуществления" или "в варианте осуществления" в различных местах на протяжении всего описания необязательно относятся к тому же самому варианту, но могут и относиться. Кроме того, конкретные признаки, структуры или характеристики могут комбинироваться любым подходящим способом в одном или более вариантах осуществления, что должно быть очевидно из этого описания специалисту, работающему в данной области. Кроме того, в то время как некоторые варианты осуществления, описанные в настоящем документе, включают некоторые, но не все особенности, включенные в другие варианты осуществления, комбинации особенностей различных вариантов осуществления предназначаются, чтобы быть в рамках настоящего изобретения и формировать различные варианты осуществления, что должно быть понятно специалистам, работающим в данной области. Например, в прилагаемой формуле изобретения любой из заявленных вариантов осуществления может быть использован в любой комбинации.
1-12
Использованный в настоящем документе термин "алкил" сам по себе или как часть другого заместителя, относится к прямой или разветвленной насыщенной углеводородной радикальной группе, соединенной одинарными углерод-углеродными связями, имеющими 1 или более атомов углерода, 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. Примерами С алкильных групп являются метил, этил, пропил, изопропил, бутил, изобутил, втор-бутил, трет-бутил, пентил и их изомеры цепи, гексил и его изомеры цепи, гептил и его изомеры цепи, октил и его изомеры цепи, нонил и его изомеры цепи, децил и его изомеры цепи, ундецил и его изомеры цепи, додецил и его изомеры цепи.
6-10
Использованный в настоящем документе термин "Cарил", сам по себе или в качестве части другого заместителя, относится к фенилу, нафтилу, инданилу или 1,2,3,4-тетрагидронафтилу.
6-10
1-6
1-6
6-10
6-10
1-6
Используемый в настоящем документе термин "Cарил Cалкил", сам по себе или в качестве части другого заместителя, относится к Cалкильной группе, как определено в настоящем документе, где один или более атомов водорода замещены на Cарил, как определено в настоящем документе. Примеры Cарил Cалкил радикалов включают бензил, фенетил, дибензилметил, метилфенилметил, 3-(2-нафтил)-бутил и подобные. Настоящее изобретение обеспечивает композицию, которую получают при помощи смешивания по меньшей мере одного изоцианата, по меньшей мере одного простого полиэфира и по меньшей мере одной аминной смолы, где указанный простой полиэфир содержит по меньшей мере одну функциональную группу этиленоксида и по меньшей мере одну группу, способную реагировать с изоцианатом, выбранную из группы, включающей гидроксил, амино, эпокси и тиол, и где указанная аминная смола является продуктом конденсации альдегида с соединением, выбранным из группы, включающей мочевину, меламин, бензогуанамин, гликолурил, ацетогуанамин и их смеси.
В варианте осуществления композиция согласно изобретению получена с помощью смешивания одновременно (например, взаимодействия) по меньшей мере одного изоцианата, по меньшей мере одного простого полиэфира и по меньшей мере одной аминной смолы, где указанный простой полиэфир содержит по меньшей мере одну функциональную этиленоксидную группу и по меньшей мере одну группу, способную реагировать с изоцианатом, выбранную из группы, включающей гидроксил, амино, эпокси и тиол, и где указанная аминная смола является продуктом конденсации альдегида с соединением, выбранным из группы, включающей мочевину, меламин, бензогуанамин, гликолурил, ацетогуанамин и их смеси.
Композиция согласно изобретению содержит по меньшей мере один простой полиэфир, где указанный простой полиэфир содержит по меньшей мере одну функциональную этиленоксидную группу и по меньшей мере одну группу, способную реагировать с изоцианатом, выбранную из группы, включающей гидроксил, амино, эпокси и тиол, предпочтительно гидроксил.
Простой полиэфир, используемый в настоящем документе, может представлять смеси различных продуктов алкоксилирования полиолов. Предпочтительный простой полиэфир полиолов включает те, в которых присутствуют полимеризованные пропиленоксидные звенья и/или полимеризованные этиленоксидные звенья. Эти звенья могут быть расположены в статистическом распределении в форме полиэтиленоксидных блоков в пределах цепей и/или на их концах.
В варианте осуществления простой полиэфир имеет среднюю номинальную функциональность от 1 до 6, более предпочтительная функциональность от 1 до 4, наиболее предпочтительная функциональность 1 или 2. Термин "средняя номинальная функциональность" используется в настоящем документе, чтобы указать на среднечисленную функциональность (число функциональных групп на молекулу) простого эфира при условии, что это является среднечисленной функциональностью инициатора(ов), используемого в их получении, хотя практически это часто будет несколько меньше из-за некоторой концевой ненасыщенности.
Используемый в настоящем документе термин "средний" относится к среднему числу, если не указано иное.
Предпочтительно, чтобы функциональные группы являлись функциональными группами, способными 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 композиции содержит по меньшей мере одну функциональную группу этиленоксида. Предпочтительно, чтобы простые полиэфиры, пригодные для получения композиции настоящего изобретения, содержали по меньшей мере приблизительно 15% по массе этиленоксидных групп и более предпочтительно от 50% до 100% по массе этиленоксидных групп в расчете на 100% по массе по меньшей мере одного простого полиэфира.
2
2
2
2
2
Используемые в настоящем документе термины "простой полиэфир, включающий по меньшей мере один этиленоксидный фрагмент", "этиленоксид, содержащий простой полиэфир" и "ЭО, содержащий простой полиэфир" используются взаимозаменяемо. Используемые в настоящем документе термины "этиленоксидная функциональная группа", "этиленоксидная группа" и "этиленоксидное звено" используются взаимозаменяемо и относятся к фрагментам формулы (-CH-CH-O-), за исключением таких фрагментов, которые являются частью пропиленоксидного фрагмента, описываемого формулой (-CH-CH-CH-О-).
Неограничивающие примеры простых полиэфиров, которые могут быть использованы для приготовления композиции согласно изобретению, включает продукты, получаемые с помощью полимеризации этиленоксида, включая продукты, получаемые с помощью сополимеризации этиленоксида с другими циклическими оксидами, например, с пропиленоксидом в присутствии соединения инициатора, предпочтительно в присутствии одного или более многофункциональных инициаторов.
Подходящие соединения инициаторов содержат множество активных атомов водорода, включают воду и низкомолекулярные простые полиэфиры, например, этиленгликоль, пропиленгликоль, диэтиленгликоль, дипропиленгликоль, циклогександиметанол, резорцин, бисфенол A, глицерин, триметилoлпропан, 1,2,6-гексантриол, пентаэритрит и подобные. Могут быть использованы смеси инициаторов и/или циклические оксиды.
Особенно полезные простые полиэфиры, подходящие для настоящего изобретения, включают поли(оксиэтилен-оксипропилен)диолы и/или триолы, получаемые последовательным добавлением пропиленоксидов и этиленоксидов к ди- или трифункциональным инициаторам, как подробно описано в предшествующей технологии. Также пригодны смеси упомянутых диолов и триолов. Исключительно предпочтительны 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, чтобы по меньшей мере один простой полиэфир можно было выбрать из группы, включающей монометиловый эфир полиэтиленгликоля, полиэтиленгликоль и их смеси.
В варианте осуществления настоящего изобретения простой полиэфир имеет среднюю эквивалентную массу приблизительно от 700 до приблизительно 5000, и предпочтительную эквивалентную массу в диапазоне приблизительно от 1000 до приблизительно 4000, более предпочтительно в диапазоне приблизительно от 1200 до приблизительно 3500 и наиболее предпочтительно в диапазоне приблизительно от 1500 до приблизительно 3000. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления простой полиэфир может иметь среднюю молекулярную массу Mw 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 настоящего изобретения простой полиэфир может присутствовать в количестве по меньшей мере 0,01% по массе в расчете на 100% массы общей композиции. Например, простой полиэфир может присутствовать в количестве по меньшей мере 0,03% по массе, например, в количестве по меньшей мере 0,1% по массе, например, в количестве по меньшей мере 0,3% по массе, предпочтительно в количестве по меньшей мере 0,5% по массе в расчете на 100% массы композиции.
Используемые в настоящем документе термины "% по массе", "масс. %", "массовый процент" или "процент по массе" используются взаимозаменяемо.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения простой полиэфир может присутствовать в композиции в количестве от 0,01 до 50% по массе, например, от 0,03 до 40% по массе, желательно от 0,1 до 30% по массе, предпочтительно от 0,3 до 25% по массе, предпочтительно от 0,5 до 20% по массе в расчете на 100% массы композиции.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения композиция может иметь содержание этиленоксида (ЭО) по меньшей мере 1% по массе в расчете на 100% массы по меньшей мере одного изоцианата и по меньшей мере одного простого полиэфира, взятых вместе. Например, содержание ЭО может быть по меньшей мере 2% по массе, например, по меньшей мере 3% по массе, например, по меньшей мере 5% по массе, например, по меньшей мере 10% по массе, например, по меньшей мере 15% по массе, например, по меньшей мере 20% по массе, например, по меньшей мере 25% по массе, например, по меньшей мере 30% по массе, например, по меньшей мере 40% по массе в расчете на 100% массы по меньшей мере одного изоцианата и по меньшей мере одного простого полиэфира.
Используемый в настоящем документе термин "ЭО содержание по отношению к изоцианату" относится к части, выраженной в массовых процентах этиленоксида, по сравнению с общим количеством по массе по меньшей мере одного изоцианата и по меньшей мере одного простого полиэфира, взятых вместе.
Настоящая композиция также содержит по меньшей мере одну аминную смолу, где указанная смола является продуктом конденсации альдегида по меньшей мере с одним соединением, выбранным из группы, включающей мочевину, меламин, бензогуанамин, гликолурил, ацетогуанамин и их смеси.
Неограничивающие примеры подходящих альдегидов включают формальдегид, ацетальдегид, кротоновый альдегид, акролеин, бензальдегид и фурфураль; предпочтительным альдегидом является формальдегид.
Неограничивающие примеры подходящих аминных смол включают мочевино-формальдегидные смолы, меламино-формальдегидные смолы, меламино-мочевино-формальдегидные смолы, меламино-мочевино-фенолформальдегидные смолы, меламино-фенолформальдегидные смолы, бензогуанамино-формальдегидные смолы, гликолурил-формальдегидные смолы и ацетогуанамино-формальгидные смолы.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления по меньшей мере одна аминная смола присутствует в количестве по меньшей мере 30% по массе в расчете на 100% по массе общей композиции. Например, по меньшей мере одна аминная смола может присутствовать в количестве по меньшей мере 40% по массе, например, по меньшей мере 50% по массе в расчете на 100% массы композиции. Например, по меньшей мере одна аминная смола может присутствовать в композиции в количестве от 30 до 95% по массе, например, от 40 до 90% по массе, например, от 50 до 85% по массе в расчете на 100% массы композиции.
Настоящая композиция также содержит по меньшей мере один изоцианат. В варианте осуществления по меньшей мере один изоцианат содержит полиизоцианатное соединение. Неограничивающие примеры подходящих полиизоцианатов, которые можно использовать в настоящем изобретении, могут быть любым органическим полиизоцианатным соединением или смесью органического полиизоцианатного соединения, предпочтительно, чтобы у упомянутых соединений было по меньшей мере две изоцианатные группы. Неограничивающие примеры органических полиизоцианатов включают диизоцианаты, особенно, ароматические диизоцианаты и изоцианаты с более высокой функциональностью. Неограничивающие примеры органических полиизоцианатов, которые можно использовать в композиции настоящего изобретении, включают алифатические изоцианаты, такие как гексаметилендиизоцианат; и ароматические изоцианаты, такие как дифенилметандиизоцианат (МДИ) в форме его 2,4ʹ-, 2,2ʹ- и 4,4ʹ-изомеров и их смеси (также упоминаемые как чистый МДИ), смеси дифенилметандиизоцианата (МДИ) и его олигомеры (известные в данной области техники как "сырье" или полимерный МДИ), м- и п-фенилендиизоцианат, толилен-2,4- и толилен-2,6-диизоцианат (также известный как толилендиизоцианат и упоминаемый как TДИ, такой как 2,4-TДИ и 2,6-TДИ) в любой подходящей изомерной смеси, хлорфенилен-2,4-диизоцианат, нафтилен-1,5-диизоцианат, дифенилен-4,4ʹ-диизоцианат, 4,4ʹ-диизоцианат-3,3ʹ-диметилдифенил, 3-метилдифенилметан-4,4ʹ-диизоцианат и дифениловый простой 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-(изоцианатциклогексил)метан (например, 4,4ʹ-диизоцианатодициклогексилметан (H12МДИ), триизоцианат, такой как 2,4,6-триизоцианаттолуол и 2,4,4-триизоцианатдифениловый простой эфир, изофорондиизоцианат (ИФДИ), бутилендиизоцианат, триметилгексаметилендиизоцианат, 4-изоцианатметил-1,8-октандиизоцианат, тетраметилксилолдиизоцианат (TMКДИ), 1,4-циклогександиизоцианат (ЦДИ) и толидиндиизоцианат (TOДИ).
Также могут применяться мoдифицированные полиизоцианаты, содержащие изоцианурат, карбодиимид или уретониминовую группу. Кроме того, могут использоваться блокированные полиизоцианаты, такие как продукт реакции фенола или оксима и полиизоцианата, предпочтительно, где температура разблокирования у блокированного полиизоцианата ниже температуры, применяемой при использовании полиизоцианатной композиции. Могут использоваться смеси изоцианатов, например, смесь толуолдиизоцианатных изомеров, таких как коммерчески доступные смеси 2,4- и 2,6-изомеров, и, например, также смесь диизоцианатов и высших полиизоцианатов, получаемых фосгенированием анилин/формальдегидных конденсатов. Такие смеси хорошо известны в данной области техники и включают сырые фосгенированные продукты, содержащие метиленовые мостиковые полифенилполиизоцианаты, включающие диизоцианаты, триизоцианаты и высшие полиизоцианаты вместе с любыми фосгенированными побочными продуктами. Предпочтительные изоцианаты, которые будут использоваться в настоящем изобретении, это те, в которых изоцианат является ароматическим диизоцианатом или полиизоцианатом с более высокой функциональностью, например, химически чистый дифенилметандиизоцианат или смесь полифенилполиизоцианатов с метиленовыми мостиковыми группами, содержащими диизоцианаты, триизоцианаты и полиизоцианаты с более высокой функциональностью. Полифенилполиизоцианаты с метиленовыми мостиковыми группами могут быть приготовлены фосгенированием смесей полиаминов, полученных с помощью конденсации анилина и формальдегида.
В варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один изоцианат может быть эмульгируемым полиизоцианатом. Подходящим эмульгируемым изоцианатом может быть любой вид эмульгируемого МДИ, такой как те, которые описаны в следующих патентных публикациях: EP 18061, EP 516361, GB 1523601, GB 1444933, GB 2018796, все включены в настоящий документ ссылкой. Подходящий класс эмульгируемого МДИ содержит те продукты, которые получены с помощью предварительной реакции полиизоцианата, особенно полимерного МДИ, с незначительной долей алкоксиполиалкиленгликоля (например, того, в котором одна из гликолевых -OH групп превращается в алкоксигруппу, например, с помощью реакции с низшим спиртом, таким как метанол и/или этанол), такие продукты, которые являются смесями полиизоцианата и небольшой доли неионного поверхностно-активного вещества, сформированного с помощью реакции между полиизоцианатом и алкоксиполиалкиленовым гликолем. Самоэмульгируемый полиизоцианат может быть получен на основе любого органического полиизоцианата, например, c вариантами МДИ с низкой функциональностью, такими как уретонимин-модифицированный МДИ, предпочтительно, на основе смеси, известной как полиметиленполифенилполиизоцианат или полимерный МДИ. Алкоксиполиалкиленовые гликоли, которые могут реагировать с полиизоцианатом для формирования самоэмульгируемого полиизоцианата, включают алкоксиполиэтиленовые гликоли, такие как те, которые имеют молекулярные массы в диапазоне от 250 до 4000, особенно от 600 до 2000. Алкоксигруппа соответственно содержит от одного до шести атомов углерода, метоксиполиэтиленовые гликоли являются предпочтительными. Подходящие эмульгируемые полиизоцианаты коммерчески доступны от компании Huntsman под торговыми названиями Suprasec 1042, Suprasec 2405, Suprasec 2408 и Suprasec 2419 (Suprasec является торговой маркой компании Huntsman LLC).
В варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один изоцианат может быть выбран из 2,4ʹ-, 2,2ʹ- и 4,4ʹ- МДИ изомеров, гомополимеров и их смесей, смесей 2,4ʹ-, 2,2ʹ- и 4,4ʹ-метилендифенилдиизоцианата и их олигомеров. В варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один изоцианат выбран из группы, включающей 2,2ʹ- или 4,4ʹ-МДИ изомеры, гомополимеры и их смеси, смеси 2,4ʹ-, 2,2ʹ- и 4,4ʹ-метилендифенилдиизоцианата и их олигомеров. В варианте осуществления по меньшей мере один изоцианат выбран из 4,4'-МДИ или его гомополимеров.
Смесь полиизоцианата может быть получена в соответствии с любой технологией, известной в данной области техники. Содержание изомера дифенилметандиизоцианата может быть получено в требуемых пределах, если необходимо, с помощью технологий, которые известны в данной области техники. Одной из технологий для изменения содержания изомера является добавление мономерного МДИ к смеси МДИ, содержащей избыточное количество полимерного МДИ.
В варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один изоцианат содержит любую подходящую смесь любого полиизоцианата, описанного выше, или любую подходящую смесь одного или более полиизоцианатов, описанных выше, с полиизоцианатами МДИ-типа.
В некоторых вариантах настоящего изобретения по меньшей мере один изоцианат может присутствовать в количестве по меньшей мере 0,5% по массе в расчете на 100% массы общей композиции. Например, по меньшей мере один изоцианат может присутствовать в композиции в количестве по меньшей мере 5% по массе, например, в количестве по меньшей мере 10% по массе, например, в количестве по меньшей мере 15% по массе в расчете на общую массу (100%) композиции. Например, по меньшей мере один изоцианат может присутствовать в количестве от 0,5 до 60% по массе, например, от 5 до 40% по массе, например, от 10 до 30% по массе, например, от 15 до 25% по массе в расчете на 100% массы общей композиции.
В некоторых вариантах настоящего изобретения композиция может далее включать по меньшей мере одну добавку, выбранную из группы, включающей отвердитель, поверхностно-активное вещество, антиадгезив, воск или пигмент.
В некоторых вариантах настоящего изобретения добавка может присутствовать в количестве по меньшей мере 0,01% по массе, например, по меньшей мере 0,03% по массе, например, по меньшей мере 0,1% по массе, предпочтительно по меньшей мере 0,3% по массе, предпочтительно по меньшей мере 1% по массе в расчете на общую массу (100%) композиции.
В варианте осуществления настоящего изобретения указанная добавка представляет собой отвердитель. Неограничивающие примеры подходящих отвердителей включают аммонийные соли, ангидриды и амины. В некоторых вариантах настоящего изобретения отвердитель может быть аммонийной солью органической или неорганической кислоты. Неограничивающие примеры аммонийных солей представляют сульфат аммония, хлорид аммония, карбонат аммония, моно- и дифосфат аммония, борат аммония, цитрат аммония и нитрат аммония. Предпочтительно, чтобы отвердитель выбирали из сульфата аммония или хлорида аммония, предпочтительным отвердителем является сульфат аммония. Неограничивающим примером поверхностно-активного вещества является силикон. Неограничивающими примерами восков являются сырой парафин или эмульсионный воск. Неограничивающие примеры подходящих пигментов включают диоксид титана, цинковую буру, оксалаты, слюду, перлит, глины и диоксид кремния.
Настоящее изобретение также охватывает способ для приготовления композиции согласно изобретению, включающий стадию смешивания, предпочтительно одновременно, по меньшей мере одной аминной смолы, по меньшей мере одного простого полиэфира и по меньшей мере одного изоцианата, описанных выше, с получением композиции, как описано выше.
Настоящие композиции обеспечивают особенно хорошие клеи.
Настоящее изобретение также охватывает использование композиции согласно изобретению в качестве адгезива. Композиция может быть особенно полезной в качестве адгезива для материала, включающего лигноцеллюлозу, упоминаемую в настоящем документе также как "лигноцеллюлозный материал".
Неограничивающие примеры лигноцеллюлозных материалов включают древесные нити, щепы, древесные волокна, стружку, шпоны, древесную шерсть, пробку, кору, древесные опилки как отходы производства деревообрабатывающей промышленности, а также другие материалы, имеющие лигноцеллюлозную основу, такие как низкосортная бумага, выжимки, солома, лен, сизаль, бамбук, кокосовое волокно, конопля, тростник, камыш, рисовая шелуха, лузга, трава, скорлупа ореха и подобные. Кроме того, лигноцеллюлозный материал можно смешивать с другими частицами или волокнистыми материалами, такими как измельченные отходы пенопласта (например, измельченные отходы полиуретана), минеральные наполнители, стекловолокно, слюда, резина, отходы текстиля, такие как волокна пластика и тканей. Лигноцеллюлозный материал можно использовать в виде гранул, стружки или крошки, волокнистой массы, нитей, сфер или порошка. Предпочтительно, лигноцеллюлозный материал содержит древесину.
Настоящее изобретение также охватывает использование композиции в соответствии с настоящим изобретением для того, чтобы склеить по меньшей мере одну лигноцеллюлозу, содержащую продукт, также упоминаемый в настоящем документе, как "лигноцеллюлозная основа". Композиции согласно изобретению могут также быть особенно полезными для восстановления лигноцеллюлозной основы.
Настоящее изобретение также охватывает способ соединения лигноцеллюлозных материалов, содержащих покрытие лигноцеллюлозных материалов, с композицией согласно изобретению и отверждение композиции.
Настоящее изобретение также охватывает подложку, включающую композицию согласно настоящему изобретению.
Настоящее изобретение также охватывает лигноцеллюлозную основу, приготовленную, используя композицию согласно настоящему изобретению.
Лигноцеллюлозная основа может быть приготовлена соединением лигноцеллюлозного материала путем контакта с композицией согласно настоящему изобретению, например, с помощью смешивания, напыления и/или распределения композиции по/на поверхности лигноцеллюлозного материала и с помощью нажима на лигноцеллюлозный материал, предпочтительно, путем горячего прессования, например, при температуре от 120°C до 300°C, предпочтительно от 140°C до 270°C и, например, при 2-6 MПa удельного давления. Лигноцеллюлозный материал после обработки с композицией согласно настоящему изобретению может быть помещен на подушку плиты пресса, изготовленной из алюминия или стали, которая служит для переноса лигноцеллюлозного материала с проклеивающей композицией и другими добавками в пресс, где его сжимают до желаемой степени, обычно при температуре между 120°C и 300°C, предпочтительно между 140°C и 270°C. В начале промышленного цикла может быть полезным, но не обязательным, привести в определенное состояние плиты пресса путем распыления на их поверхности внешнего разделительного средства или увеличить время цикла первой пресс-нагрузки. Предварительно подготовленный пресс может тогда использоваться много раз в способе изобретения без дальнейшей обработки.
Неограничивающие примеры лигноцеллюлозных основ включают ориентированно-стружечную плиту (OSB), структурные композитные пиломатериалы (SCL), гофрированный картон, фибролит, прессованную древесину, древесно-стружечную плиту, фибролит средней плотности (MDF), древесно-волокнистую плиту (также названную фибролитом высокой плотности или HDF), многослойную фанеру и пиломатериал, который является композитом непрерывной заготовки и слоев шпона.
Настоящее изобретение проиллюстрировано, но не ограничено следующими примерами.
ПРИМЕРЫ
Примеры, описанные ниже, иллюстрируют эффект использования композиции в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Если не указано иное, то все части и все проценты в следующих примерах, а также во всем описании, являются массовыми частями или соответственно массовыми процентами. Используемый в настоящем документе термин "содержание ЭО в МДИ" относится к массовому проценту содержания этиленоксида, по меньшей мере одного простого полиэфира к общей массе по меньшей мере одного изоцианата и по меньшей мере одного простого полиэфира, вместе взятых, где изоцианатом является МДИ или пМДИ.
Следующие соединения были использованы в примерах:
- Suprasec 5025 представляет собой полимерный метилендифенилизоцианат (пМДИ) со средней молекулярной массой Mn 375 (Huntsman).
- DME 500 является диметоксидом-полиэтиленоксидом со средней молекулярной массой Mw 500 (Huntsman).
1
Daltocel F442 является поли(оксиэтил/оксипропил)простым полиэфиром с содержанием этиленоксида 73,5% и средней молекулярной массой Mw 3500 (Huntsman). Содержание ЭО было определено с помощью H-ЯМР.
Время гелеобразования композиций примеров были измерены путем загрузки 5 г композиции в стеклянную трубку. Трубку затем погружали в масляную баню при температуре 100°C, и для непрерывного вертикального перемешивания использовался стеклянный шпатель. Время регистрировалось от момента погружения до момента образования геля. Точка гелеобразования определялась в тот момент времени, при котором вязкость возрастала до такой степени, при которой смесь сопротивлялась дальнейшему перемешиванию.
Для всех примеров экзотерма реакции изоцианата измерялась с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC) в присутствии заболони (55/45 масс./масс. клей/заболонь; 20 мг образца; 5°C/мин линейное изменение регулируемой величины от -20°C до 200°C.
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 температуре 25°C.
Добавки простого полиэфира при этом не было и содержание ЭО в МДИ было 0,0%. Время гелеобразования составляло 1 мин 40 секунд, и экзотерма гелеобразования наблюдалась при температуре 100,0°C.
Сравнительный пример 2
1,80 г полимерного метилендифенилизоцианата пМДИ (Suprasec 5025) смешивали с 0,20 г диметокси-полиэтиленоксида Mw 500 (DME 500), 8,00 г UF и 0,2 г сульфата аммония и перемешивали в течение 1 часа при температуре 50°C, при температуре 25°C. Добавленный простой полиэфир не содержал функциональных групп, способных реагировать с изоцианатом, и содержание ЭО в МДИ было 10,0%. Время гелеобразования составляло 1 мин 50 секунд и экзотерма наблюдалась при температуре 100,0°C.
Пример 3
1,90 г полимерного метилендифенилизоцианата пМДИ (Suprasec 5025) смешивали с 6,50 г UF, 0,2 г сульфата аммония (отвердитель) и 1,60 г поли(оксиэтил/оксипропил)простого полиэфира Mw 3500 (Daltocel F442) при температуре 25°C и перемешивали.
Добавленным простым полиэфиром был простой полиэфир, содержащий две группы, с ЭО содержанием в МДИ 33,0%. Время гелеобразования составляло 1 мин 26 секунд и экзотерма наблюдалась при температуре 60,0°C.
По сравнению со сравнительными примерами 1 и 2, результаты, полученные в примерах в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, показали, что сочетание реакционно-способного изоцианата - простого полиэфира, UF и МДИ улучшало смешиваемость смеси. Кроме того, содержание этиленоксида в простом полиэфире или в конечной смеси значительно уменьшало время гелеобразования и/или температуру, необходимую для начала реакций отверждения. Таким образом, как заявлено, свойства клея (адгезива) могут регулироваться с помощью подбора простого полиэфира в композиции.
Следует понимать, что предпочтительные варианты осуществления и/или материалы были обсуждены для обеспечения вариантов осуществления в соответствии с настоящим изобретением, чтобы могли быть сделаны различные модификации или изменения, не отступая от объема и цели настоящего изобретения.