Адгезивная система
Изобретение относится к адгезивной системе, функционирующей как адгезив для древесины. Адгезивная система содержит белок и один или несколько полимеров, принадлежащих к группе из поливиниламина, поли(винилового спирта-со-виниламина), поли(винилового спирта-со-винилформамида), полиаллиламина, полиэтиленимина и поливинилформамида. Адгезивная система дополнительно содержит один или несколько полимеров, содержащих ацетоацетилированный поливиниловый спирт. Адгезивную систему применяют для склеивания частей материалов на основе древесины с образованием продукта на основе древесины. Для получения продукта на основе древесины адгезивную систему наносят на одну или несколько частей материала на основе древесины и соединяют части с одной или несколькими дополнительными частями материала. При этом частями материала на основе древесины могут быть листами или тонкими пластинками, древесными стружками или древесными опилками. Продуктом на основе древесины является ламинированный материал для настила полов, а также древесностружечная или древесноволокнистая плита или плита из опилок. Использование адгезивной системы для склеивания древесины дает высокую прочность крепления и высокое качество продукта. 4 н. и 22 з.п. ф-лы, 8 табл., 8 пр.
Настоящее изобретение относится к адгезивной системе и способу получения продукта на основе древесины.
Введение
Смолы на основе формальдегида, такие как фенолформальдегидная смола, меламиноформальдегидная смола и карбамидоформальдегидная смола, широко применяются в качестве связующих веществ при производстве продуктов на основе древесины. Примерами подобных продуктов на основе древесины являются композиционные продукты, содержащие слои, склеенные вместе, такие как фанера, ламинированные продукты для настила полов, облицованный настил для пола и другие облицованные продукты, применяемые, например, в мебели. Дополнительными примерами являются продукты из плит, такие как плиты из опилок, древесностружечные и древесноволокнистые плиты, в которых древесные стружки и/или волокна вместе со связующим веществом прессуются для образования плиты.
Во время отверждения смолы на основе формальдегида может выделяться формальдегид как во время изготовления продукта на основе древесины, так и также позже в ходе применения продукта. Эмиссия формальдегида в окружающий воздух является основной темой для беспокойства по причинам здоровья в течение многих лет.
Существует все увеличивающаяся потребность в адгезивах для древесины, не содержащих формальдегид, которые дают достаточную прочность крепления и общее качество готового продукта, делая их подходящими в качестве альтернативы адгезивам предшествующего уровня техники, содержащих смолы на основе формальдегида.
Водостойкость и прочность крепления, как правило, являются важными свойствами, отражающими качество продуктов на основе древесины. Как правило, существуют конкретные параметры качества, требуемые для удовлетворения установленного стандарта для конкретного конечного продукта. Например, для плиты из опилок необходимо удовлетворять определенным стандартам в терминах, например, внутреннего крепления, набухания в направлении толщины и водопоглощения, в то время как для ламинированного продукта для настила полов необходимо удовлетворять определенным стандартам в терминах, например, расслаивания.
Много десятилетий назад в изготовлении фанеры применяли адгезивы на основе белков, но их заменили на смолы на основе формальдегида благодаря их превосходным характеристикам. В последнее время предложены различные типы адгезивов на основе белков. WO 2005/113700 А1, US 2004/0037906 и US 2004/0089418 раскрывают адгезивные композиции на основе соевого белка. Дополнительный пример адгезива на основе белка раскрывается в Li et al., “Soy-based adhesives with 1,3-dichloro-2-propanol as a curing agent”, Wood and Fiber Science, 36(2), 2004, pp. 186-194. US 2002/0005251 раскрывает адгезив на основе изолята соевого белка. US 2005/0166796 раскрывает адгезивную композицию, содержащую изолят соевого белка. US 6790271 и US 2005/0234156 раскрывают адгезивные композиции, содержащие изолят соевого белка, применяемого для образования плиты из опилок.
Однако все еще существует необходимость в альтернативном адгезиве для древесины на основе белка, который дает высокую прочность крепления и высокое качество продукта.
Соответственно настоящее изобретение предоставляет композицию адгезива на основе белка, которая дает превосходную прочность склеивания и качество продукта в терминах, например, водостойкости. Также обеспечен способ изготовления продуктов на основе древесины.
Изобретение
Настоящее изобретение обеспечивает адгезивную систему, содержащую белок и один или несколько полимеров (Р), содержащих первичные, вторичные или третичные аминогруппы или подвесные амидные группы.
Под термином “амидные группы” в данном документе также включаются формамидные группы.
В качестве аминогруппы в данном документе не рассматривается -NH- структура как часть амидной группы.
Под “адгезивной структурой” в данном документе подразумевается комбинация двух или несколько компонентов, которые образуют и функционируют как адгезив для древесины. В термин “адгезив” в данном документе также включается термин “связующее вещество”.
Настоящее изобретение также относится к способу получения продукта на основе древесины, содержащего нанесение адгезивной системы, содержащей белок и один или несколько винильных полимеров (Р), содержащих первичные, вторичные или третичные аминогруппы или подвесные амидные группы, на одной или нескольких частях материала на основе древесины и присоединение частей с одной или несколькими частями материала, предпочтительно материала на основе древесины.
Материал на основе древесины содержит деревянный материал, который может находиться в любой форме, такой как лист, тонкая пластина, древесная стружка или древесные опилки.
Массовое соотношение белка к полимерам (Р) составляет подходящим образом от приблизительно 1:2 до приблизительно 100:1, предпочтительно от приблизительно 1:1 до приблизительно 20:1, наиболее предпочтительно от приблизительно 2:1 до приблизительно 10:1.
В одном варианте осуществления адгезивная система содержит адгезивную композицию.
Адгезивная композиция подходящим образом содержит от приблизительно 1 до приблизительно 99% мас. белка, предпочтительно от приблизительно 3 до приблизительно 75% мас., наиболее предпочтительно от приблизительно 5 до приблизительно 50% мас. Адгезивная композиция является предпочтительно водной композицией.
Адгезивная композиция подходящим образом содержит от приблизительно 0,1 до приблизительно 99% мас. одного или нескольких полимеров (Р), предпочтительно от приблизительно 1 до приблизительно 80% мас., более предпочтительно от приблизительно 2 до приблизительно 50% мас., даже более предпочтительно от приблизительно 2 до приблизительно 25% мас., наиболее предпочтительно от приблизительно 5 до приблизительно 15% мас.
Содержание сухого остатка в адгезивной композиции подходящим образом составляет от приблизительно 10 до приблизительно 95% мас., предпочтительно от приблизительно 20 до приблизительно 75% мас., наиболее предпочтительно от приблизительно 30 до приблизительно 50% мас.
В одном варианте осуществления адгезивная композиция содержит белок и один или несколько полимеров (Р) в качестве отдельных компонентов, которые предпочтительно остаются отдельными до их фактического применения в процессе склеивания. Отдельные компоненты адгезивной системы можно также смешать незадолго до фактического применения в процессе склеивания, образуя таким образом адгезивную композицию настоящего изобретения. Под “незадолго” в данном документе подходящим образом подразумевается менее чем приблизительно 1 час, предпочтительно менее чем приблизительно 30 минут, наиболее предпочтительно менее чем приблизительно 15 минут.
В одном варианте осуществления способа изобретения адгезивная система наносится на одной или нескольких частях материала на основе древесины в качестве отдельных компонентов, в которой один компонент содержит белок и другой компонент содержит один или несколько полимеров (Р).
Компонент, содержащий белок, может содержать раствор или дисперсию белка или содержать белок в качестве сухого материала. Раствор или дисперсия белка является предпочтительно водной. Компонент, содержащий один или несколько полимеров (Р), является подходящим образом раствором или дисперсией, предпочтительно водным раствором или дисперсией, или как твердый материал. В качестве отдельного компонента адгезивной системы полимер (Р) подходящим образом присутствует в водной композиции, содержащей от приблизительно 0,1 до приблизительно 99% мас. полимера (Р), предпочтительно от приблизительно 1 до приблизительно 80% мас., более предпочтительно от приблизительно 2 до приблизительно 50% мас., даже более предпочтительно от приблизительно 2 до приблизительно 25% мас., наиболее предпочтительно от приблизительно 3 до приблизительно 15% мас.
Водная композиция, содержащая один или несколько полимеров (Р), может дополнительно содержать неорганические или органические соли. Часть одного или нескольких полимеров (Р) может быть ионно-заряженной, предпочтительно катионно-заряженной. Количество отрицательных противоионов солей в водной композиции подходящим образом составляет от приблизительно 0 до приблизительно 50% мас., предпочтительно от приблизительно 1 до приблизительно 30% мас., наиболее предпочтительно от приблизительно 2 до приблизительно 20% мас.
При предоставлении в качестве отдельных компонентов адгезивной системы на одну или несколько частей материала на основе древесины, предпочтительно последовательное нанесение компонентов адгезивной системы, содержащее нанесение первого компонента и нанесение второго компонента.
В одном варианте осуществления способа изобретения нанесенный первый компонент содержит белок или в качестве раствора или дисперсии или в качестве сухого материала, и нанесенный второй компонент содержит раствор или дисперсию одного или нескольких полимеров (Р).
В одном варианте осуществления способа изобретения нанесенный первый компонент содержит раствор или дисперсию одного или нескольких полимеров (Р), и нанесенный второй компонент содержит белок или в качестве раствора или дисперсии, или в качестве сухого материала.
В одном варианте осуществления способа изобретения первый нанесенный компонент, являясь раствором или дисперсией, высушивается после нанесения до того, как наносится второй компонент. В этом случае первый нанесенный компонент является предпочтительно раствором или дисперсией одного или нескольких полимеров (Р).
Подходящим образом в адгезивную систему не включается компонент, не следует рассматривать белок, содержащий любые тиоловые или фенольные гидроксильные функциональные группы.
Никакой дополнительный не полимерный компонент, предназначенный для действия в качестве отвердителя, подходящим образом не присутствует в адгезивной системе.
Примерами подходящих белков являются природные белки и модифицированные белки, полученные, например, из молока (казеина), сои, картофеля, кукурузы, пшеницы, риса, гороха и т.д. Примеры подходящих содержащих соевые белки продуктов включают концентрат соевого белка, соевую муку, гидролизат соевого белка и изолят соевого белка. Предпочтительно белок является изолятом соевого белка (SPI). Белок подходящим образом наносится для применения в настоящем изобретении в форме продукта, такого как белковая мука или изолят белка. Содержание белка в белковой муке или белковом изоляте составляет подходящим образом от приблизительно 30 до приблизительно 100% мас., предпочтительно от приблизительно 50 до приблизительно 100% мас., наиболее предпочтительно от приблизительно 70 до приблизительно 100% мас.
Белок подходящим образом не является модифицированным никаким фенольным гидроксильным донорным соединением.
Водная композиция, содержащая 12% мас. белка, обладает подходящим образом вязкостью (по Брукфилду, 12 оборотов за минуту, шпиндель 4, при 20°С), равной от приблизительно 500 до приблизительно 5000000 мПа·с, предпочтительно от приблизительно 1000 до приблизительно 2000000 мПа·с, более предпочтительно от приблизительно 50000 до приблизительно 1500000 мПа·с, наиболее предпочтительно от приблизительно 100000 до приблизительно 1000000 мПа·с.
Один или несколько полимеров (Р) обладают подходящим образом среднемассовой молекулярной массой, равной от приблизительно 1000 до приблизительно 5000000 г/моль, предпочтительно от приблизительно 10000 до приблизительно 2000000 г/моль.
В одном варианте осуществления подходящим образом от приблизительно 5 до приблизительно 100% мономерных звеньев в одном или несколько полимерах (Р) содержат аминогруппу или подвесную амидную группу, предпочтительно от приблизительно 20 до приблизительно 100%, более предпочтительно от приблизительно 50 до приблизительно 100%, даже более предпочтительно от приблизительно 90 до приблизительно 100%. Наиболее предпочтительно все мономерные звенья в одном или нескольких полимерах (Р) содержат аминогруппу или подвесную амидную группу.
В одном варианте осуществления один или несколько полимеров (Р) подходящим образом принадлежат к группе винильных полимеров. В этом случае один или несколько полимеров (Р) предпочтительно принадлежат к группе поливиниламина, поли(виниловый спирт-со-виниламин) (полимер винилового спирта и виниламина), поли(виниловый спирт-со-винилформамид), полиаллиамина и поливинилформамида. Более предпочтительно один или несколько винильных полимеров (Р) содержат первичную аминогруппу. Наиболее предпочтительно винильный полимер (Р) является поливиниламином.
В одном варианте осуществления один или несколько полимеров (Р) подходящим образом содержат первичные аминогруппы или подвесные амидные группы. Один или несколько полимеров (Р) предпочтительно принадлежат к группе поливиниламина, поли(винилового спирта-со-виниламин), поли(винилового спирта-со-винилформамид), полиаллиамина, полиэтиленимина и поливинилформамида. Наиболее предпочтительно полимер (Р) является поливиниламином или полиэтиленимином.
Амидные группы в одном или несколько полимерах (Р) подходящим образом присутствуют в виде ациклических структур.
Поливиниламин обычно получают посредством гидролиза поливинилформамида до определенной степени. Под “поливиниламином” в данном документе подразумевается поливиниламин, в котором молярное соотношение аминных групп к формамидным группам составляет от 5:95 до 100:0. Если молярное соотношение аминных групп к формамидным группам меньше чем 5:95, полимер определяется как поливинилформамид. Молярное соотношение аминных групп к формамидным группам в поливиниламине составляет предпочтительно от приблизительно 10:90 до приблизительно 100:0, более предпочтительно от приблизительно 50:50 до приблизительно 100:0, наиболее предпочтительно от приблизительно 80:20 до приблизительно 100:0.
Поли(виниловый спирт-со-виниламин) обычно получают сополимеризацией винилацетата и винилформамида с последующим гидролизом, который дает сополимер, обладающий звеньями винилового спирта и виниламина. В сополимере также могут присутствовать остаточные формамидные группы и остаточные ацетатные группы. Молярное соотношение аминных групп к формамидным группам в поли(винилового спирта-со-виниламин) составляет от 5:95 до 100:0. Если молярное соотношение аминных групп к формамидным группам меньше чем 5:95, полимер определяется как поли(виниловый спирт-со-винилформамид). Молярное соотношение гидроксильных групп к ацетатным группам в поли(винилового спирта-со-виниламин) или поли(винилового спирта-со-виниламид) подходящим образом составляет от приблизительно 25:75 до 100:0, предпочтительно от приблизительно 75:25 до 100:0. Молярное соотношение аминных и формамидных групп к гидроксильным или ацетатным группам в поли(винилового спирта-со-винилформамин) или поли(винилового спирта-со-винилформамид) подходящим образом составляет от приблизительно 3:97 до приблизительно 100:0, предпочтительно от приблизительно 10:90 до приблизительно 100:0, наиболее от приблизительно 25:75 до приблизительно 100:0.
Один или несколько полимеров (Р) обладают подходящим образом среднемассовой молекулярной массой, равной от приблизительно 1000 до приблизительно 5000000 г/моль, предпочтительно от приблизительно 10000 до приблизительно 2000000 г/моль.
Адгезивная система подходящим образом дополнительно содержит один или несколько полимеров (Р1), содержащие ацетоацетоксигруппы, предпочтительно в качестве отдельного компонента или в качестве смеси с белковым компонентом. Содержание ацетоацетоксигрупп в одном или нескольких полимерах (Р1) составляет подходящим образом от приблизительно 0,05 до приблизительно 15% мол., предпочтительно от приблизительно 1 до приблизительно 10% мол. Один или несколько полимеров (Р1) предпочтительно содержит ацетоацетилированный поливиниловый спирт (AAPVA).
Один или несколько полимеров (Р1) подходящим образом обладают среднемассовой молекулярной массой, равной от приблизительно 1000 до приблизительно 5000000 г/моль, предпочтительно от приблизительно 10000 до приблизительно 2000000 г/моль.
В качестве отдельного компонента адгезивной системы полимер (Р1) подходящим образом присутствует в водной композиции, содержащей от приблизительно 0,1 до приблизительно 99% мас. полимера (Р1), предпочтительно от приблизительно 1 до приблизительно 80% мас., более предпочтительно от приблизительно 2 до приблизительно 50% мас., даже более предпочтительно от приблизительно 2 до приблизительно 25% мас., наиболее предпочтительно от приблизительно 3 до приблизительно 15% мас.
Один или несколько компонентов адгезивной системы, содержащей белок, полимер (Р) и необязательно полимер (Р1) соответственно, или адгезивной композиции, содержащей белок, полимер (Р) и необязательно полимер (Р1), могут дополнительно содержать добавки и наполнители, такие как каолин.
В одном варианте осуществления способа адгезивную композицию после нанесения высушивают и позже активируют посредством добавления воды или водной композиции, содержащей один или несколько полимеров (Р), или водной композиции, содержащей один или несколько полимеров (Р1).
В одном варианте осуществления адгезивная композиция содержит белок, один или несколько полимеров (Р) и один или несколько полимеров (Р1) как отдельные компоненты, которые остаются отдельными до их фактического применения в процессе склеивания. Отдельные компоненты адгезивной системы можно также смешать незадолго до фактического применения в процессе склеивания, образуя таким образом адгезивную композицию настоящего изобретения. Под “незадолго” в данном документе подходящим образом подразумевается менее чем приблизительно 1 час, предпочтительно менее чем приблизительно 30 минут, наиболее предпочтительно менее чем приблизительно 15 минут.
В одном варианте осуществления способа изобретения адгезивная система наносится на одну или несколько частей материала на основе древесины как отдельные компоненты, в которой один компонент содержит белок, дополнительный компонент содержит один или несколько полимеров (Р) и дополнительный компонент содержит один или несколько полимеров (Р1). Компонент, содержащий белок, может содержать раствор или дисперсию белка или содержать белок в качестве сухого материала. Компонент, содержащий один или несколько полимеров (Р), является подходящим образом раствором или дисперсией. Компонент, содержащий один или несколько полимеров (Р1), является подходящим образом раствором или дисперсией.
В одном варианте осуществления способа первый нанесенный компонент содержит раствор или дисперсию белка и один или несколько полимеров (Р), который высушивают до нанесения второго компонента, который содержит раствор или дисперсию одного или нескольких полимеров (Р1).
В одном варианте осуществления способа первый нанесенный компонент содержит раствор или дисперсию белка и один или несколько полимеров (Р1), который высушивают до нанесения второго компонента, который содержит раствор или дисперсию одного или нескольких полимеров (Р).
В одном варианте осуществления способа первый нанесенный компонент содержит раствор или дисперсию одного или нескольких полимеров (Р), который высушивают до нанесения второго компонента, который содержит раствор или дисперсию белка и один или несколько полимеров (Р1).
В одном варианте осуществления способа первый нанесенный компонент содержит раствор или дисперсию одного или нескольких полимеров (Р1), который высушивают до нанесения второго компонента, который содержит раствор или дисперсию белка и один или несколько полимеров (Р).
Количество белка и одного или нескольких полимеров (Р) и необязательного одного или нескольких полимеров (Р1) в адгезивной композиции подходящим образом составляет по меньшей мере 75% мас. от компонентов, обладающих молекулярной массой, равной или выше 1000 г/моль, также подходящим образом от приблизительно 75 до приблизительно 100% мас., предпочтительно по меньшей мере 85% мас., также предпочтительно от приблизительно 85 до приблизительно 100% мас., наиболее предпочтительно по меньшей мере 95% мас., также наиболее предпочтительно от приблизительно 95 до приблизительно 100% мас.
Изобретение дополнительно относится к применению адгезивной системы в соответствии с изобретением для склеивания частей материалов на основе древесины, образующих продукт на основе древесины.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения части материала на основе древесины являются листами или тонкими пластинками. В этом случае продукт на основе древесины является подходящим образом ламинированным материалом для настила полов, облицованным настилом для пола, облицованным материалом для мебели, фанерой, настенной панелью, панелью для кровли или ламинированной балкой.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения части материала на основе древесины являются древесными стружками или древесными частицами, такими как стружки, обрезки, хлопья, опилки и любой похожий мелко измельченный материал на основе древесины. В этом случае продукт на основе древесины представляет собой подходящим образом древесностружечную, древесноволокнистую плиту, или плиту из опилок, или плиту с ориентированными стренгами.
Содержание влаги древесных частиц для применения в настоящем изобретении составляет подходящим образом от приблизительно 0 до приблизительно 20% мас., предпочтительно от приблизительно 1 до приблизительно 10% мас., более предпочтительно от приблизительно 1,5 до приблизительно 5% мас.
Массовое соотношение древесных частиц к адгезивной системе, вычисленное как сухая масса, составляет подходящим образом от приблизительно 100:1 до приблизительно 1:1, предпочтительно от приблизительно 50:1 до приблизительно 2:1, более предпочтительно от приблизительно 30:1 до приблизительно 2,5:1, наиболее предпочтительно от приблизительно 15:1 до приблизительно 3:1.
Способы в соответствии с изобретением подходящим образом содержат стадии контакта одной или нескольких частей материала на основе древесины с адгезивной системой в соответствии с изобретением, прессования и, таким образом, соединения частей материала на основе древесины с дополнительным материалом на основе древесины. Прессование подходящим образом происходит при повышенной температуре. Материал на основе древесины может быть материалом на основе древесины любого типа и формы, такой как стружки, волокна, листы, тонкие пластинки, шпоны, куски и т.д. Способ подходящим образом содержит нанесение адгезивной композиции в соответствии с изобретением на поверхность материала на основе древесины с последующим прессованием. Температура прессования зависит от того, какой продукт на основе древесины предназначен для изготовления, но она подходящим образом составляет от приблизительно 50 до приблизительно 250°С и предпочтительно от приблизительно 70 до приблизительно 200°С. Для продуктов из плит из опилок, древесностружечных и древесноволокнистых плит температура прессования составляет предпочтительно от приблизительно 100 до приблизительно 225°С, наиболее предпочтительно от приблизительно 150 до приблизительно 200°С. Для ламинированных продуктов, таких как фанера, ламинированные продукты для настила полов или облицованные продукты для настила полов температура прессования составляет предпочтительно от приблизительно 70 до приблизительно 175°С, наиболее предпочтительно от приблизительно 90 до приблизительно 160°С.
Время прессования и температура прессования связаны так, что более низкие температуры прессования, как правило, требуют более длительного прессования. Продукт на основе древесины, который нужно получить, также определяет подходящие температуры прессования и времена прессования. Время прессования составляет подходящим образом по меньшей мере приблизительно 10 с, также подходящим образом от приблизительно 10 с до приблизительно 60 минут, предпочтительно по меньшей мере приблизительно 30 с, также предпочтительно от приблизительно 30 с до приблизительно 30 минут, наиболее предпочтительно по меньшей мере приблизительно 1 минуту, также предпочтительно от приблизительно 1 до приблизительно 15 минут.
В одном варианте осуществления при изготовлении ламинированных продуктов способ подходящим образом содержит нанесение адгезивной композиции в соответствии с изобретением на поверхность так, чтобы клеевое соединение содержало первоначально нанесенное количество, равное от приблизительно 0,1 до приблизительно 500 г/м2. Нанесенное количество зависит от получаемого продукта: для прессованных шпонов оно составляет предпочтительно от приблизительно 50 до приблизительно 200 г/м2; для ламинированного материала для настила полов оно составляет предпочтительно от приблизительно 100 до приблизительно 160 г/м2. Подходящий верхний предел также зависит от того, на какой тип материала на основе древесины наносится раствор. Адгезивную композицию можно нанести на одну или обе поверхности, которые надо соединить. При нанесении на обе поверхности сумма количеств, нанесенных на каждую поверхность, будет соответствовать предпочтительным количествам для всего конкретного клеевого соединения.
В другом варианте осуществления при изготовлении ламинированных продуктов способ подходящим образом содержит нанесение адгезивной композиции в соответствии с изобретением на поверхность как отдельных компонентов белка и полимера (Р). Подходящим образом как белок, так и полимер (Р) наносятся как водные композиции. Альтернативно белок и полимер (Р) можно нанести на отдельные поверхности, предназначенные для соединения. Любой необязательный один или несколько полимеров (Р1) подходящим образом наносят как отдельный компонент или как вместе с белком. Общее количество нанесенной адгезивной системы на одну или обе поверхности является таким, чтобы клеевое соединение содержало первоначально нанесенное количество, равное от приблизительно 0,1 до приблизительно 500 г/м2. Нанесенное количество зависит от получаемого продукта: для прессованных шпонов оно составляет предпочтительно от приблизительно 50 до приблизительно 200 г/м2; для ламинированного материала для настила полов оно составляет предпочтительно от приблизительно 100 до приблизительно 160 г/м2. Подходящий верхний предел также зависит от того, на какой тип материала на основе древесины наносится раствор.
В другом варианте осуществления при изготовлении плит из опилок, древесностружечных и древесноволокнистых плит способ подходящим образом содержит нанесение адгезивной системы в соответствии с изобретением как отдельные компоненты белка и одного или несколько полимеров (Р) на древесные стружки. Белок можно нанести в сухой форме или когда он присутствует в водной композиции. Предпочтительно белок наносят в сухой форме. Один или несколько полимеров (Р) подходящим образом наносят как водную композицию. Альтернативно один или несколько полимеров (Р) наносят как твердое вещество. Один или несколько полимеров (Р) предпочтительно первым добавляют в опилки с последующим добавлением белка. Если один или несколько полимеров (Р) являются твердыми веществами и белок находится в сухой форме, их можно также добавить в качестве смеси, предпочтительно после добавления к древесным опилкам воды до тех пор, пока применяемые древесные опилки не будут обладать содержанием влаги, достаточным для достижения приемлемого скрепляющего результата.
Настоящее изобретение также относится к продукту на основе древесины, получаемому способом изготовления продукта на основе древесины.
Далее изобретение иллюстрируется посредством следующих неограничивающих примеров. Части и проценты относятся к массовым частям и соответственно массовым процентам до тех пор, пока не утверждается иное.
Примеры
Пример 1:
Плиты из опилок изготавливали посредством смешивания 864 г древесных стружек, обладающих содержанием влаги, равным 2% мас., с увеличивающимися количествами водного раствора приблизительно 4% мас. (11% мас., включая соли) поливиниламина (Lupamin® 9095 от Basf) с последующим смешиванием в приблизительно 80 г белка соответственно. Применяли как изолят соевого белка (Supro® 500E от Solae), так и соевую муку (Provabis® 200/80 от Cargil Foods). SPI обладал содержанием белка, равным >90% мас., и содержанием сухого вещества, равным 94% мас., и соевая мука обладала содержанием белка, равным 52-56% мас., и содержанием сухого вещества, равным 93-95% мас. Смесь стружек формировали в листы 30×30 см и прессовали при 185°С в течение трех минут и прессовали в плиту толщиной 16 мм. Последовательность давления составляла 160 кг/см2 в течение 30 с, 40 кг/см2 в течение 2,5 мин и без давления в течение последних 30 с. Прочность при растяжении (внутреннее соединение, IB) измеряли посредством приклеивания частей 5×5 см на два металлических блока и отрыве их на части. Для наилучшего IB-значения также измеряли набухание по толщине (TSW) и водопоглощение (ABS). Набухание по толщине измеряется посредством определения степени набухания после того, как кусок 5×5 см был погружен в воду (20°С, 24 ч). Водопоглощение измеряется посредством определения увеличения массы после того, как кусок 5×5 см был погружен в воду (20°С, 24 ч).
| Таблица 1 | |||||||
| Древесные стружки (г) | Белок | Белок (г) | Поливинил амин (11%), (г) | Содержание влаги до прессования (%) | IB (кПа) | TSW 24 ч (%) | ABS 24 ч (%) |
| 994 | SPI | 79,6 | - | 7,8 | 10 | - | - |
| 994 | SPI | 79,6 | 42,3 | 7,0 | 130 | - | - |
| 994 | SPI | 79,6 | 106,7 | 9,0 | 390 | 65,7 | 120,9 |
| 994 | Соевая мука | 80 | - | 7,5 | 110 | - | - |
| 994 | Соевая мука | 80 | 43,2 | 7,2 | 260 | - | - |
| 994 | Соевая мука | 80 | 106,7 | 9,3 | 380 | 91,2 | 137,9 |
Можно сделать вывод, что добавление поливиниламина увеличивает прочность внутреннего скрепления.
Пример 2
Плиты из опилок изготавливали в меньшем масштабе посредством смешивания 50,7 г древесных стружек соответственно, обладающих содержанием влаги, равным 2% мас., с 10,9 г водного раствора приблизительно 4% мас. (11% мас., включая соли) поливиниламина (Lupamin® 9095 от Basf) с последующим смешиванием в приблизительно 5 г белка. В качестве белков применяли изолят соевого белка (SPI) (Nurish® 1500 от Solae), обладающий содержанием белка, равным >90% мас., и содержанием сухого вещества, равным приблизительно 94% мас., кукурузный белок (Glutalys® от Roquette), обладающий содержанием белка, равным приблизительно 57% мас., и содержанием сухого вещества, равным приблизительно 88% мас., и картофельный белок (Tubermine® от Roquette). Белки также тестировали без любого полимера, содержащего аминные или амидные группы, но с добавлением воды для достижения содержания влаги до прессования смеси стружек, равного 16,1% мас. Смесь стружек прессовали в плиты толщиной 10 мм. Прессование проводили при 9 кг/см2 при 180-185°С в течение 5 минут. Прочность внутреннего скрепления (IB) измеряли посредством приклеивания частей 5×5 см на два металлических блока и отрыве их на части.
| Таблица 2 | |||||
| Древесные стружки (г) | Белок (г) | Поливиниламин (11%), (г) | Вода (г) | Содержание влаги (%) | IB (кПа) |
| 50,7 | SPI | - | 9,5 | 16,1 | 97 |
| 50,7 | SPI | 10,9 | - | 16,1 | 387 |
| 50,7 | Кукурузный белок | - | 9,5 | 16,1 | 35 |
| 50,7 | Кукурузный белок | 10,9 | - | 16,1 | 293 |
| 50,7 | Картофельный белок | - | 9,5 | 16,1 | 90 |
| 50,7 | Картофельный белок | 10,9 | - | 16,1 | 247 |
Можно сделать вывод, что эффект добавления поливиниламина присутствует для различных типов белков.
Пример 3:
Плиты из опилок изготавливали посредством смешивания 864 г древесных стружек, обладающих содержанием влаги, равным 2% мас., с 205 г водного раствора приблизительно 4% мас. (11% мас., включая соли) поливиниламина (Lupamin® 9095 от Basf) с последующим смешиванием в приблизительно 85 г белка. В качестве белков применяли изолят соевого белка (Supro® 500E от Solae), обладающий содержанием белка, равным >90% мас., и содержанием сухого вещества, равным 94% мас., кукурузный белок (Glutalys® от Roquette), обладающий содержанием белка, равным приблизительно 57% мас., и содержанием сухого вещества, равным приблизительно 88% мас., и картофельный белок (Tubermine® от Roquette), обладающий содержанием белка, равным 78% мас., и содержанием сухого вещества, равным 91% мас., соответственно. Определяли содержание влаги смеси стружек до прессования. Смесь стружек формировали в листы 30×30 см и прессовали при 185°С в течение трех минут в плиты толщиной 16 мм. Последовательность давления составляла 160 кг/см2 в течение 30 с, 40 кг/см2 в течение 2,5 мин и без давления в течение последних 30 с. Измеряли прочность при растяжении (внутреннее соединение, IB), а также набухание по толщине и водопоглощение.
| Таблица 3 | |||||||
| Древесные стружки (г) | Белок | Белок (г) | Поливинил амин (11%), (г) | Содержание влаги до прессования (%) | IB (кПа) | TSW24 ч (%) | ABS 24 ч (%) |
| 864 | Изолят соевого белка | 85,3 | 205 | 16,5 | 880 | 15,8 | 83,2 |
| 864 | Кукурузный белок | 85,3 | 205 | 16,6 | 470 | 22,3 | 94,0 |
| 864 | Картофельный белок | 85,3 | 205 | 16,6 | 500 | 21,3 | 81,9 |
Можно сделать вывод, что добавление поливиниламина дает прекрасные значения прочности внутреннего скрепления и водопоглощения для различных типов белков.
Пример 4:
Плиты из опилок изготавливали в меньшем масштабе посредством смешивания 50,7 г древесных стружек соответственно, обладающих содержанием влаги, равным 2% мас., с 1,2 г полимеров, содержащих аминные или амидные группы, добавленных как растворы, обладающие содержаниями сухих веществ, равными между 10 и 20% мас., с последующим смешиванием в 5,0 г изолята соевого белка (Supro® 500E от Solae). SPI обладал содержанием белка, равным >90% мас., и содержанием сухого вещества, равным 94% мас. Смесь стружек прессовали в плиты толщиной 10 мм. Прессование проводили при 9 кг/см2 при 180-185°С в течение 5 минут. Прочность внутреннего скрепления (IB) измеряли посредством приклеивания частей 5×5 см на два металлических блока и отрыве их на части.
| Таблица 4 | ||||
| Древесные опилки (г) | Белок (г) | Полимер | Содержание сухого вещества в растворе полимера (г) | IB (кПа) |
| 50,7 | - | Поливинилформамид1 | 1,2 | 477 |
| 50,7 | 5,0 | Поливинилформамид1 | 1,2 | 530 |
| 50,7 | - | Полиамин2 | 1,2 | 258 |
| 50,7 | 5,0 | Полиамин2 | 1,2 | 645 |
| 50,7 | - | Поливиниламин3 | 1,2 | 239 |
| 50,7 | 5,0 | Поливиниламин3 | 1,2 | 927 |
| 50,7 | - | Поли(виниловый спирт-со-винилформамид)4 | 1,2 | 262 |
| 50,7 | 5,0 | Поли(виниловый спирт-со-винилформамид)4 | 1,2 | 524 |
| 50,7 | - | Полиакриламид5 | 1,2 | 154 |
| 50,7 | 5,0 | Полиакриламид5 | 1,2 | 671 |
| 50,7 | - | Полиэтиленимин6 | 1,2 | 536 |
| 50,7 | 5,0 | Полиэтиленимин6 | 1,2 | 1236 |
| 1Lupamin® 9000 (Basf), 2Lupasol® SC-86X (Basf), 3Lupamin® 9095 (Basf), 4M6i (Erkol), 5Praestaret K325 (Basf), 6PEI 25000 (Aldrich) |
Пример 5:
Адгезивную композицию получали посредством смешивания 16 г изолята соевого белка (Supro® 500E от Solae) и 100 г водного раствора приблизительно 7,5% мас. (22% мас., включая соли) поливиниламина (Lupamin® 9095 от Basf). SPI обладал содержанием белка, равным >90% мас., и содержанием сухого вещества, равным 94% мас. Среднемассовая молекулярная масса поливиниламина составляла 340000 г/моль. В качестве ссылки 16 г такого же изолята соевого белка (SPI) смешивали с 100 г Milli-Q воды. Облицованные продукты изготавливали посредством приклеивания 0,6 мм букового шпона на плиту из опилок. Адгезивную композицию наносили на кусок 15×15 см в количестве 120 г/м2. Пакет прессовали в течение 2 минут при 130°С. Прочность склеивания, измеренную как разрыв волокон (резцом) (чем выше значение, тем лучше), измеряли 5, 30 и (только для SPI) 60 секунд и (только для SPI+поливиниламин) как холодный пакет соответственно после прессования.
| Таблица 5 | ||||
| Разрыв волокон, 5 с (%) | Разрыв волокон, 30 с (%) |
Разрыв волокон, 60 с (%) | Разрыв волокон, холодный (%) | |
| SPI | 30 | 30 | 20 | -* |
| SPI+поливиниламид | 90 | 100 | -* | 70 |
| *не измерено |
Можно сделать вывод, что добавление поливиниламина увеличивает прочность скрепления.
Пример 6:
Адгезивную композицию получали посредством смешивания 36 г изолята соевого белка (Supro® 500E от Solae) и 1,8 г водного раствора приблизительно 12,5% мас. полиаминамидэпихлоргидрина (РААЕ) (Kymene® 557 от Hercules). SPI обладал содержанием белка, равным >90% мас., и содержанием сухого вещества, равным 94% мас. В качестве ссылки применяли композицию 12 г изолята соевого белка в 100 мл воды. Композиции каждую наносили на 15×15 мм плиты из опилок в количестве 160 г/м2. Затем буковые шпоны (0,6 мм) прессовали в плиты. Пакеты прессовали в течение 1 минуты при 130°С. Прочность склеивания, измеренную как разрыв волокон (резцом), измеряли на теплом пакете (непосредственно после прессования) и на холодном пакете соответственно после прессования.
| Таблица 6 | ||
| Разрыв волокон, теплый (%) | Разрыв волокон, холодный (%) | |
| SPI ссылка | 90 | 50 |
| SPI+РААЕ | 50 | 20-30 |
Можно сделать вывод, что применение РААЕ в комбинации с SPI обладает отрицательным воздействием на прочность скрепления.
Пример 7:
Адгезивную композицию получали посредством смешивания 8 г изолята соевого белка (Supro® 500E от Solae) и 50 г водного раствора приблизительно 7,5% мас. (22% мас., включая соли) поливиниламина (Lupamin® 9095 от Basf). SPI обладал содержанием белка, равным >90% мас., и содержанием сухого вещества, равным 94% масс. Среднемассовая молекулярная масса поливиниламина составляла 340000 г/моль. Адгезивную композицию наносили на 15х15 мм плиты из опилок в количестве 120 г/м2. Нанесенному адгезиву позволяли высохнуть в течение 5 дней. Затем адгезивные слои на двух плитах повторно увлажняли 1,5 г воды и 1,1 г раствора (10% мас.) ацетоацетилированного поливинилового спирта (AAPVA) (Gohsefimer® Z-220 от Gohsei) соответственно. Затем буковые шпоны (0,6 мм) прессовали в плиты. Пакеты прессовали в течение 1 минуты при 130°С. Прочность склеивания, измеренную как разрыв волокон (резцом), измеряли на теплом пакете (непосредственно после прессования) и на холодном пакете соответственно после прессования.
| Таблица 7 | ||
| Разрыв волокон, теплый (%) | Разрыв волокон, холодный (%) | |
| SPI+поливиниламин | 100 | 60-70 |
| SPI+поливиниламин+AAPVA | 100 | 100 |
Можно сделать вывод, что добавление AAPVA дополнительно увеличивает прочность скрепления.
Пример 8:
Адгезивную композицию получали посредством смешивания 16 г изолята соевого белка (Supro® 500E от Solae) и 100 г водного раствора приблизительно 7,5% мас. (22% мас., включая соли) поливиниламина (Lupamin® 9095 от Basf). SPI обладал содержанием белка, равным >90% мас., и содержанием сухого вещества, равным 94% мас. Среднемассовая молекулярная масса поливиниламина составляла 340000 г/моль. В качестве ссылки 16 г такого же изолята соевого белка (SPI) смешивали с 100 г Milli-Q воды. Продукты для настила полов для ANSI испытания изготавливали посредством приклеивания верхнего слоя бука на одну сторону материала сердцевины и задней облицовки на другую. Один пакет прессовали в течение 5 минуты при 90°С и другой пакет прессовали в течение 5 минуты при 130°С. В качестве дополнительной ссылки изготавливали такой же тип продукта для настила полов с применением адгезивной системы EPI (эмульсионный полимер изоцианат). Тестировали расслаивание в соответствии с ANSI (1 цикл: куски 31×73 мм, выдержка в воде в течение 4 ч при 24°С, высушивание в печи в течение 19 ч при 50°С).
| Таблица 8 | ||||||
| Образец | Расслаивание (%) | |||||
| После 1 цикла | После 2 циклов | После 3 циклов | ||||
| Задний слой | Верхний слой | Задний слой | Верхний слой | Задний слой | Верхний слой | |
| EPI ссыл. | 0 | 0 | 0,08 | 0 | 0,4 | 0 |
| SPI ссыл. 90°С | 32 | 0 | 69 | 7 | 90 | 21 |
| SPI+поливиниламин 90°С | 0,6 | 0 | 18 | 0 | 25 | 0,09 |
| SPI ссыл. 130°С | 2 | 0 | 77 | 0,5 | 91 | 0,8 |
| SPI+поливиниламин 130°С | 0 | 0 | 0,4 | 0 | 1 | 0 |
Можно сделать вывод, что характеристики, эквивалентные системе EPI, можно достичь с адгезивной композицией в соответствии с настоящим изобретением.
1. Адгезивная система, функционирующая как адгезив для древесины, содержащая белок и один или несколько полимеров (Р), принадлежащих к группе из поливиниламина, поли(винилового спирта-со-виниламина), поли(винилового спирта-со-винилформамида), полиаллиламина, полиэтиленимина и поливинилформамида.
2. Адгезивная система по п.1, в которой массовое соотношение белка к одному или несколько полимерам (Р) в адгезивной системе составляет от приблизительно 2:1 до приблизительно 10:1.
3. Адгезивная система по п.1 или 2, содержащая белок и один или несколько полимеров (Р) в смеси, образующей адгезивную композицию.
4. Адгезивная система по п.3, в которой адгезивная композиция содержит от приблизительно 5 до приблизительно 50 мас.% белка.
5. Адгезивная система по п.4, в которой адгезивная композиция содержит от приблизительно 5 до приблизительно 15 мас.% одного или несколько полимеров (Р).
6. Адгезивная система по п.1 или 2, которая содержит белок и один или несколько полимеров (Р) как отдельные компоненты.
7. Адгезивная система по п.6, в которой один или несколько полимеров (Р) присутствуют в водной композиции, содержащей от приблизительно 2 до приблизительно 25 мас.% полимеров (Р).
8. Адгезивная система по п.1 или 2, в которой один или несколько полимеров (Р) содержат винильные полимеры.
9. Адгезивная система по п.8, в которой один или несколько полимеров (Р) принадлежат к группе из поливиниламина, поли(винилового спирта-со-виниламина), поли(винилового спирта-со-винилформамида), полиаллиламина, полиэтиленимина и поливинилформамида.
10. Адгезивная система по п.1 или 2, которая дополнительно содержит один или несколько полимеров (Р1), содержащих ацетоацетилированный поливиниловый спирт.
11. Способ получения продукта на основе древесины, включающий нанесение адгезивной системы по любому одному из пп.1-10 на одну или несколько частей материала на основе древесины и соединение частей с одной или несколько дополнительными частями материала.
12. Способ по п.11, в котором адгезивная система наносится на части материала на основе древесины в качестве адгезивной композиции.
13. Способ по п.12, в котором адгезивную композицию высушивают после нанесения и впоследствии активируют посредством добавления воды или водной композиции, содержащей один или несколько полимеров (Р), или водной композиции, содержащей один или несколько полимеров (Р1), содержащих ацетоацетоксигруппы.
14. Способ по п.11, в котором адгезивная система наносится на части материала на основе древесины как отдельные компоненты, в которой один компонент содержит белок, и другой компонент содержит один или несколько полимеров (Р).
15. Способ по п.14, в котором первый нанесенный компонент содержит раствор или дисперсию одного или несколько полимеров (Р), и второй нанесенный компонент содержит белок или в качестве раствора или дисперсии, или в качестве сухого материала.
16. Способ по п.14, в котором первый нанесенный компонент содержит раствор или дисперсию белка, и второй нанесенный компонент содержит раствор или дисперсию одного или несколько полимеров (Р).
17. Способ по любому одному из пп.15 и 16, в котором первый нанесенный компонент высушивают после нанесения до того, как наносят второй компонент.
18. Способ по п.17, в котором первый нанесенный компонент содержит белок как сухой материал и второй нанесенный компонент содержит раствор или дисперсию одного или несколько полимеров (Р).
19. Способ по любому одному из пп.17 и 18, в котором адгезивная система содержит один или несколько полимеров (Р1) в качестве отдельного компонента.
20. Способ по п.13, в котором один или несколько полимеров (Р1) содержат ацетоацетилированный поливиниловый спирт.
21. Способ по любому одному из пп.11 или 13, в котором части являются листами или тонкими пластинками.
22. Способ по п.21, в котором продукт на основе древесины является ламинированным материалом для настила полов.
23. Способ по любому одному из пп.12 или 14, в котором части являются древесными стружками или древесными опилками.
24. Способ по п.23, в котором продукт на основе древесины является древесностружечной или древесноволокнистой плитой или плитой из опилок.
25. Продукт на основе древесины, получаемый способом по любому одному из пп.11-24.
26. Применение адгезивной системы по любому одному из пп.1-10 для склеивания частей материалов на основе древесины с образованием продукта на основе древесины.
