ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛИИЗОЦИАНАТНЫХ КОМПОЗИЦИЙ В КАЧЕСТВЕ СВЯЗУЮЩЕГО ДЛЯ КОМПОЗИТНЫХ ЛИГНОЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2006 года по МПК C08G18/76 C08G18/48 C08L97/02 

Область техники

Данное изобретение относится к использованию полиизоцианатных композиций, пригодных в качестве связующего при получении композитных лигноцеллюлозных материалов, в особенности композитов, содержащих волокна лигноцеллюлозы, таких как ориентированная древесно-стружечная плита. Полиизоцианатные композиции данного изобретения содержат специфический полиизоцианатный форполимер, необязательно смешанный с базовым полиизоцианатом.

Предпосылки изобретения

Использование органических полиизоцианатов в качестве связующих для лигноцеллюлозного материала при изготовлении листов или формованных изделий, таких как вафельная плита, древесно-стружечная плита, древесно-волокнистая плита и фанера, хорошо известно и коммерчески желательно, потому что получающиеся в результате композиты обладают высокими адгезионной и когезионной прочностями, их свойства гибко подстраиваются к изменению пород древесины, они универсальны в отношении температуры и скорости отверждения, получающиеся в результате композиты обладают превосходными конструкционными свойствами и способностью связывать лигноцеллюлозные материалы с содержанием воды, более высоким по сравнению с обычно используемым для поликонденсационных смол, таких как фенолформальдегидные смолы.

Однако при использовании стандартных изоцианатных связующих встречаются трудности переработки при высоких уровнях содержания влаги в композиции, что может негативно сказаться на переработке композитов. Один способ, используемый для сведения данных трудностей к минимуму, заключается в использовании только лигноцеллюлозных материалов, содержание влаги в которых низко (то есть с содержанием влаги в диапазоне от приблизительно 3 до приблизительно 8%). Данное низкое содержание влаги в общем случае достигается в результате высушивания исходного целлюлозного сырья для уменьшения содержания влаги. Однако стоимость такого высушивания высока, и это оказывает значительное влияние на экономические параметры способа. Использование материалов с низким содержанием влаги также невыгодно, потому что для панелей из получаемого композитного материала отмечается тенденция к абсорбированию влаги и набуханию при использовании во влажных средах.

Соответственно, существует очевидная потребность в создании композиций полиизоцианатных связующих, которые можно было бы применять для утилизации лигноцеллюлозного сырья с высоким содержанием влаги, значительно уменьшая, таким образом, общую потребность в энергии, идущей на высушивание в производственной установке. В то же время, данные композиции полиизоцианатных связующих должны обеспечивать возможность получения композитов, имеющих превосходную безусадочность, когда продукт будет покидать операцию прессования, и, таким образом, в меньшей степени претерпевающих усадку/возвращение в равновесное состояние. Композиции полиизоцианатных связующих также должны позволять добиваться более высокой клейкости мата, таким образом, обеспечивая лучшую стабильность мата перед операцией прессования.

Еще одна трудность, встречающаяся при прессовании композитных панелей с использованием обычного полимерного дифенилметандиизоцианата (pMDI), заключается в том, что во время переработки низшие гомологи в pMDI могут покидать пресс вместе с избыточным паром на стадии декомпрессии. Соответственно, дополнительно существует потребность в обеспечении возможности реализации способа при меньших давлениях и в сокращенных циклах прессования. Более низкая температура при прессовании в результате приводит к уменьшению выделений на стадии декомпрессии за счет создания значительно более низкого давления газа в композите вследствие меньших уровней присутствия пара, образуемого во время прессования при пониженных температурах или в сокращенных циклах прессования. Сокращение циклов прессования обеспечивает возможность увеличения производственной мощности для существующих установок без значительных потребностей в капиталовложениях в новую установку.

Уменьшение потребности в давлении при прессовании во время работы установки по переработке композита при более высоких уровнях содержания влаги в композиции позволит в результате уменьшить потребность в энергии и потенциально, для тех, кто хотел бы вложить инвестиции в новые фонды, снизить требования к давлению на всем протяжении действия пресса, что значительно уменьшает капитальные затраты. Снижение требований к гидравлическому давлению для достижения целевой толщины делает возможным получение лигноцеллюлозных композитов при более высоких плотностях без необходимости в модификации существующего оборудования для прессования. Кроме того, более низкие температуры прессования и времена циклов в результате приводят к получению продукта со значительно меньшей степенью деструкции поверхности или обугливания, возникающего в результате использования внешних смазок для форм, и поэтому с превосходным внешним видом, в результате чего обработка после прессования, такая как шлифовка шлифовальной шкуркой, будет необходима в меньшей степени.

Изоцианатные форполимеры входят в число изоцианатных материалов, которые использовали в композициях связующих для решения различных проблем переработки. Например, патент США №4100328 описывает форполимеры с концевыми изоцианатными группами, которые улучшают отлипание готового продукта от формы. Патент США №4609513 также описывает связующее, которое представляет собой форполимер с концевыми изоцианатными группами, улучшающий отлипание готового продукта. Патент США №5179143 описывает композицию связующего, в которой для улучшения адгезионной способности при комнатной температуре используется конкретный тип изоцианатного форполимера.

Все приведенные выше цели в настоящее время достигнуты и преимущества реализованы в результате использования полиизоцианатных композиций настоящего изобретения. Данное изобретение относится к использованию полиизоцианатных композиций, пригодных в качестве связующего при получении композитных лигноцеллюлозных материалов, в особенности композитов, содержащих волокна лигноцеллюлозы, таких как ориентированная древесно-стружечная плита. Полиизоцианатные композиции данного изобретения содержат специфический полиизоцианатный форполимер, необязательно смешанный с получением базового полиизоцианата.

Полиизоцианатные композиции настоящего изобретения дают возможность получить материал, свойства которого можно отрегулировать таким образом, чтобы обеспечить достижение технологических преимуществ/преимуществ в свойствах конечного композита, требуемых заказчиком. Полиизоцианатный форполимер получают в результате использования гидроксилсодержащих систем, вводящих в форполимер связи, которые улучшают пригодность конечной полиизоцианатной композиции к связыванию лигноцеллюлозного материала. Композиция настоящего изобретения, таким образом, дает возможность получать композиты на основе древесины в значительно более сокращенных циклах прессования по сравнению с теми, что были бы возможны даже в случае катализируемых изоцианатных связующих, при меньших температурах и давлениях прессования и при более высоком содержании влаги в подаваемом лигноцеллюлозном материале по сравнению с тем, что было бы возможно в ходе традиционной переработки лигноцеллюлозных композитов. Также было обнаружено, что полиизоцианатные композиции настоящего изобретения позволяют добиться улучшенных эксплуатационных свойств в отношении отлипания готового продукта в сравнении со стандартными полиизоцианатами, используемыми в настоящее время для связывания лигноцеллюлозного материала. Данные улучшенные эксплуатационные свойства характеризуются значительно более низкими уровнями использования внешних смазок для форм, таких как воска или мыла, для достижения тех же самых эксплуатационных свойств в отношении отлипания готового продукта, что и у стандартных полиизоцианатных систем, используемых в сочетании со значительно более высокими уровнями загрузки тех же самых внешних смазок для форм. Все приведенное выше делает очевидным то, что композиции, соответствующие настоящему изобретению, обеспечивают производителю композитов на основе лигноцеллюлозных материалов достижение нескольких значительных преимуществ.

Подробное описание настоящего изобретения

Композиция полиизоцианатного связующего по настоящему изобретению, используемая для связывания лигноцеллюлозного материала, содержит форполимер с концевыми изоцианатными группами, необязательно смешанный с базовым полиизоцианатом. Полиизоцианатная композиция, соответствующая настоящему изобретению, содержит полиизоцианатный форполимер, причем указанный форполимер представляет собой продукт реакции полиизоцианата, содержащего смесь изомеров дифенилметандиизоцианата, и, по меньшей мере, одного полиэфирного полиола, содержащего от 2 до 8 гидроксильных групп, где полиэфирный полиол содержит заполимеризованные алкиленовые звенья, включающие, по меньшей мере, 15% этиленоксидных звеньев.

Композиция полиизоцианатного связующего предпочтительно характеризуется числом свободных групп NCO, находящимся в диапазоне от 15 до приблизительно 30% (масс.), а более предпочтительно от 20 до 30% (масс.). Как описано в данном описании, она состоит из форполимера с концевыми изоцианатными группами. Данный форполимер представляет собой продукт реакции избытка органического полиизоцианата и полиэфирного полиола.

Органический полиизоцианат, который используется для получения форполимера настоящего изобретения, предпочтительно представляет собой дифенилметандиизоцианат (MDI), например, 4,4'-MDI, 2,4'-MDI, полимерный MDI, варианты MDI и их смеси.

MDI, наиболее предпочтительным для получения форполимера, является 4,4'-MDI или смесь 4,4'-MDI и 2,4'-MDI, где смесь содержит, по меньшей мере, 50% 4,4'-MDI, предпочтительно в количестве, превышающем приблизительно 75% (масс.) и более предпочтительно превышающем приблизительно 90% (масс.), и наиболее предпочтительно превышающем приблизительно 95% (масс.). Кроме того, можно добавить «полимерный MDI». Под «полимерным MDI» понимаются полиметиленполифениленполиизоцианаты, которые содержатся в полиизоцианатных композициях, и функциональность которых равна, по меньшей мере, 2,5. Полимерные MDI коммерчески доступны и их получают фосгенированием смесей полиаминов, полученных конденсацией анилина и формальдегида в подходящих соотношениях. Для целей данного изобретения в особенности пригодны полимерные MDI, функциональность которых находится в данном диапазоне 2,5-3,5, и предпочтительно 2,5-3,1.

Используемый полиол представляет собой полиэфирные полиолы.

Термин «полиэфирный полиол», в свою очередь, может означать смеси этих различных продуктов, подвергнутых алкоксилированию. Предпочтительные полиолы включают те соединения, в которых присутствуют заполимеризованные звенья пропиленоксида и/или заполимеризованные звенья этиленоксида. Данные звенья могут быть скомпонованы со статистическим распределением, в виде полиэтиленоксидных блоков внутри цепи и/или по ее концам.

Полиэфирные полиолы, пригодные для получения форполимера с концевыми изоцианатными группами настоящего изобретения, содержат, по меньшей мере, приблизительно 15% (масс.) этиленоксидных групп, и более предпочтительно от 50% до 100% (масс.) этиленоксидных групп. Полиэфирные полиолы отличаются средней номинальной функциональностью в диапазоне 2-6, предпочтительно 2-4 и наиболее предпочтительно функциональностью, равной 2. Их среднечисленная эквивалентная масса составляет от приблизительно 700 до приблизительно 5000, предпочтительная эквивалентная масса составляет от приблизительно 1000 до приблизительно 4000, более предпочтительно от приблизительно 1200 до приблизительно 3500 и наиболее предпочтительно от приблизительно 1500 до приблизительно 3000.

Полиэфирные полиолы, которые должны использоваться при получении форполимера с концевыми изоцианатными группами, включают продукты, полученные в результате полимеризации этиленоксида с другим циклическим оксидом, например, пропиленоксидом в присутствии полифункциональных инициаторов; однако данный продукт должен соответствовать требованиям, описанным выше в данном описании. Подходящие соединения-инициаторы содержат несколько активных атомов водорода и включают воду и низкомолекулярные полиолы, например, этиленгликоль, пропиленгликоль, диэтиленгликоль, дипропиленгликоль, циклогександиметанол, резорцин, бисфенол А, глицерин, триметилолпропан, 1,2,6-гексантриол, пентаэритрит и тому подобное. Можно использовать смеси инициаторов и/или циклических оксидов.

В особенности подходящие полиэфирные полиолы включают поли(оксиэтиленоксипропилен)диолы и/или -триолы, полученные в результате ступенчатого присоединения пропилен- и этиленоксидов к би- или трифункциональным инициаторам так, как это полностью описано в предшествующем уровне техники. Также пригодны и смеси указанных диолов и триолов. В высшей степени предпочтительны диолы.

Форполимер с концевыми изоцианатными группами получают в результате проведения реакции между избыточным количеством полиизоцианата и полиэфирным полиолом. Используемые количества полиизоцианата и полиэфирного полиола, известные как эффективные при получении форполимера, имеющего указанное число групп NCO, при использовании методик, известных в данной области техники. Например, форполимер можно получить в результате проведения реакции органического полиизоцианата и полиэфирного полиола с последующим разбавлением модифицированным полиизоцианатом, определенным в данном описании, в случае наличия последнего. Альтернативно, модифицированный полиизоцианат можно смешать с немодифицированным полиизоцианатом до проведения реакции с полиолом. Такой реакции дают возможность протекать при температурах, эффективных для получения форполимера, таких как в диапазоне от приблизительно 40°С до приблизительно 100°С, и в общем случае использование катализатора необязательно. Относительные количества органического полиизоцианата и полиола зависят от желательного числа групп NCO форполимера, числа групп NCO полиизоцианата и числа групп ОН полиола, и их легко сможет рассчитать специалист в данной области.

По меньшей мере, 90% групп, полученных в результате реакции полиизоцианата и полиэфирного полиола при синтезировании форполимера, являются уретановыми группами. К полученным таким образом форполимерам можно добавлять небольшие количества (вплоть до 30% (масс.)) полиизоцианата или его варианта при том условии, что число групп NCO останется в указанном диапазоне, описанном выше в данном описании. В общем случае добавляемое количество предпочтительно меньше приблизительно 20% (масс.) в расчете на полную массу полиизоцианатной композиции. Базовый полиизоцианат или вариант можно выбрать из соединений, указанных выше. Предпочтительны ароматические полиизоцианаты и в особенности полиизоцианаты на основе MDI. Еще более предпочтительно добавление модифицированного полиизоцианата, и еще более предпочтительно, когда базовым полиизоцианатом является вариант MDI, используемый при проведении реакции с полиолом.

Базовый полиизоцианат.

Полиизоцианатами, предназначенными для использования в качестве базового полиизоцианата, могут быть любое органическое производное полиизоцианата или смесь органических производных полиизоцианата при том условии, что указанные соединения содержат, по меньшей мере, 2 изоцианатные группы. Органические полиизоцианаты включают диизоцианаты, в особенности ароматические диизоцианаты, и изоцианаты с более высокой функциональностью. Примеры органических полиизоцианатов, которые можно использовать в композиции настоящего изобретения, включают алифатические изоцианаты, такие как гексаметилендиизоцианат; и ароматические изоцианаты, такие как м- и п-фенилендиизоцианат, толуилен-2,4- и толуилен-2,6-диизоцианат, дифенилметан-4,4'-диизоцианат, хлорфенилен-2,4-диизоцианат, нафтилен-1,5-диизоцианат, дифенилен-4,4'-диизоцианат, 3,3'-диметилдифенил-4,4'-диизоцианат, 3-метилдифенилметан-4,4'-диизоцианат и диизоцианат дифенилового эфира; 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 и триизоцианаты, такие как 2,4,6-триизоцианатотолуол и простой 2,4,4-триизоцианатодифениловый эфир. Также можно использовать и модифицированные полиизоцианаты, содержащие изоциануратные, карбодиимидные или уретониминовые группы. Кроме этого, можно использовать блокированные полиизоцианаты, подобные продукту реакции фенола или оксима и полиизоцианата, температура деблокирования которых ниже температуры при использовании полиизоцианатной композиции. Можно использовать и смеси изоцианатов, например, смесь изомеров толилендиизоцианата, такую как коммерчески доступные смеси 2,4- и 2,6-изомеров, а также смесь бифункциональных полиизоцианатов и полиизоцианатов с более высокой функциональностью, полученных в результате фосгенирования продуктов конденсации анилина/формальдегида. Такие смеси хорошо известны в данной области техники, и включают не подвергнутые дополнительной переработке после их получения продукты фосгенирования, содержащие полифенилполиизоцианаты с метиленовыми мостиковыми группами, в том числе диизоцианат, триизоцианат и полиизоцианаты с более высокой функциональностью вместе с любыми побочными продуктами фосгенирования. Предпочтительные изоцианаты, предполагаемые для использования в настоящем изобретении, представляют собой изоцианат, являющийся ароматическим диизоцианатом или полиизоцианатом с более высокой функциональностью, таким как чистый дифенилметандиизоцианат или смесь полифенилполиизоцианатов с метиленовыми мостиковыми группами, содержащая диизоцианаты, триизоцианаты и полиизоцианаты с более высокой функциональностью. Полифенилполиизоцианаты с метиленовыми мостиковыми группами хорошо известны в данной области техники. Их получают фосгенированием соответствующих смесей полиаминов, полученных конденсацией анилина и формальдегида. Для удобства полимерные смеси полифенилполиизоцианатов с метиленовыми мостиковыми группами, содержащие диизоцианат, триизоцианат и полиизоцианаты с более высокой функциональностью, далее в данном описании называют полимерными MDI. Подходящие полиизоцианаты включают SUPRASEC™ DNR, SUPRASEC™ 2185, RUBINATE™ M и RUBINATE™ 1840, все выпускаемые компанией Huntsman Polyurethanes. Полиизоцианат предпочтительно является жидкостью при комнатной температуре. Полиизоцианатную смесь можно получить в соответствии с любой из методик, известных в данной области техники. При необходимости содержание изомеров дифенилметандиизоцианата можно привести в требуемые диапазоны, используя методики, которые хорошо известны в данной области техники. Одна методика изменения содержания изомера заключается в добавлении мономерного MDI к смеси MDI, содержащей такое количество полимерного MDI, которое превышает желательное.

Полиизоцианатный форполимер на основе определенной смеси изомеров, описываемой в настоящем изобретении, получают посредством введения гидроксилсодержащего вещества для того, чтобы ввести связи, соответствующие по типу форполимеру. Реакцию проводят при интенсивном перемешивании с использованием или без использования нагревания в зависимости от природы веществ и обычно данную операцию проводят в инертной атмосфере (азота или сухого воздуха). Данный конкретный форполимер затем наносят на лигноцеллюлозный материал с добавлением/без добавления соединений-разбавителей с использованием/без использования нагревания для уменьшения вязкости материала перед нанесением. Затем в результате использования давления и температуры в течение определенного периода времени материал отверждают с получением конечного композита.

Форполимеры данного изобретения характеризуются вязкостью, меньшей 1000 сПз при 50°С, а предпочтительно вязкостью, меньшей 500 сПз при 50°С. Форполимеры данного изобретения характеризуются содержанием групп NCO (то есть, изоцианатных групп), составляющим от 6 до 32%, предпочтительно содержанием групп NCO от 6 до 30%, и наиболее предпочтительно содержанием групп NCO от 7 до 30%.

Альтернативно, форполимер на основе определенной смеси изомеров, соответствующей настоящему изобретению, получают в результате введения сначала гидроксилсодержащего вещества для того, чтобы ввести связи, соответствующие по типу форполимеру. Эту операцию проводят при интенсивном перемешивании с использованием или без использования нагревания в зависимости от природы веществ и обычно данную операцию проводят в инертной атмосфере (азота или сухого воздуха). Затем конечную полиизоцианатную систему, предназначенную для использования в качестве связующего для лигноцеллюлозного материала, получают введением требуемого количества форполимера, определенного по данному изобретению, в другой полиизоцианат, определенный по данному изобретению. Этого можно добиться с использованием или без использования включенного в технологическую линию смесительного оборудования или любой другой методики, известной специалисту в данной области. Конечную полиизоцианатную композицию затем наносят на лигноцеллюлозный материал с добавлением или без добавления соединений-разбавителей и/или с использованием или без использования нагревания для уменьшения вязкости материала перед нанесением. Затем в результате использования давления и температуры в течение определенного периода времени материал отверждают с получением конечного композитного материала.

Для того чтобы дополнительно улучшить либо устойчивость при хранении полиизоцианатной композиции настоящего изобретения, либо эффективность затрат в настоящем изобретении, в композицию можно добавить разбавитель. Подходящие разбавители включают пластификаторы того типа, который приведен в работе "Taschenbuch der Kunststoff-Additive", Ed. by R. Gachter and H. Muller, Carl Hanser Verlag Munchen, third edition, 1989. Предпочтительными разбавителями являются фталаты, алифатические карбоксилаты, сложные эфиры жирных кислот, льняное масло, соевое масло и пропиленкарбонат. Данные разбавители добавляют в количествах от 1 до 40 массовых частей на 100 массовых частей полиизоцианата и предпочтительно в количествах от 1 до 15 массовых частей на 100 массовых частей полиизоцианата. Композиция дополнительно может содержать обычно используемые добавки, такие как антипирены, консерванты для лигноцеллюлозы, фунгициды, воска, проклеивающие средства, наполнители, поверхностно-активные вещества, тиксотропные добавки и другие связующие, подобные связующим на основе формальдегидсодержащих поликонденсационных смол и лигнину (необязательно в комбинации с растворителем лигнина, таким как описанный в патентной заявке РСТ №ЕР96/00924). В особенности предпочтительной добавкой для использования в полиизоцианатной композиции настоящего изобретения является агент связывания, такой как органофункциональный силан. Добавление в полиизоцианатную композицию такого агента связывания позволяет добиться улучшенных свойств изготавливаемой плиты. Агенты связывания на основе органофункционального силана используют в количествах от 0,01 до 3%, предпочтительно от 0,1 до 2% (масс.) в расчете на полиизоцианат. Полиизоцианатную композицию настоящего изобретения можно получить в результате простого смешивания ингредиентов при комнатной температуре до нанесения полиизоцианата на лигноцеллюлозный материал.

Описание лигноцеллюлозного материала.

Лигноцеллюлозные материалы, которые может связывать полиизоцианатный форполимер данного изобретения, включают: древесину, древесную кору, пробку, выжимки сахарного тростника, солому, лен, бамбук, эспарто, кожицу рисовых зерен, волокно сизаля, волокно кокосового ореха, древесную щепу, древесное волокно, древесную стружку, древесную пыль, древесную муку, кенаф, скорлупу орехов, шелуху зерен хлебных злаков, таких как рис и овес. В особенности предпочтительны древесина, солома и выжатый сахарный тростник. Для получения композита, содержащего полиизоцианат данного изобретения, можно использовать любую смесь описанных выше материалов. Кроме того, с лигноцеллюлозными материалами можно смешивать и другие материалы в виде частиц или волокон, такие как измельченные выброшенные в отходы пенопласты (например, измельченные выброшенные в отходы пенополиуретаны), минеральные наполнители, стекловолокно, слюда, каучук, выброшенный в отходы текстиль, такой как волокна и ткани из пластика. Данные материалы можно использовать в виде гранулятов, стружки или щепы, волокон, нитей, сфер или порошка. Содержание влаги в данных материалах может находиться в диапазоне от 2 до 50%, предпочтительно от приблизительно 5 до 20%, а наиболее предпочтительно от 8 до 20%. При нанесении полиизоцианатной композиции данного изобретения на лигноцеллюлозный материал массовое отношение полиизоцианат/лигноцеллюлозный материал будет варьироваться в зависимости от объемной плотности используемого лигноцеллюлозного материала. Поэтому полиизоцианатные композиции можно наносить в таких количествах, чтобы получить массовое отношение полиизоцианат/лигноцеллюлозный материал в диапазоне от 0,1:99,9 до 20:80, предпочтительно в диапазоне от 0,5:99,5 до 10:90 и наиболее предпочтительно в диапазоне от 3:97 до 8:92. При желании в сочетании с полиизоцианатной композицией данного изобретения можно использовать и другие обычно используемые связующие, такие как связующие на основе формальдегидсодержащих поликонденсационных смол.

Композиция настоящего изобретения дополнительно может содержать обычно используемые добавки, подобные смазкам для форм, таким как воска, катализаторы, антипирены, стабилизаторы для лигноцеллюлозы, наполнители, поверхностно-активные вещества.

Описание способа получения лигноцеллюлозных композитов

1. Получение лигноцеллюлозного материала

В способе настоящего изобретения получаемый лигноцеллюлозный материал сначала высушивали до достижения требуемого содержания влаги. Поскольку содержание влаги, требуемое при использовании ароматического полиизоцианата данного изобретения, значительно выше, в любом аппарате для сушки требуется намного меньшее время пребывания, что в результате позволяет добиться значительного увеличения производительности установки для сушки в составе установки по получению композита. Кроме того, более высокий уровень содержания влаги, который допустим для полиизоцианатов данного изобретения, означает, что будет значительно уменьшено выделение летучих органических соединений из сушилок обычной производственной установки.

2. Нанесение композиции полиизоцианатного связующего на лигноцеллюлозный материал

В способе настоящего изобретения композицию полиизоцианатного связующего добавляют к предназначенному для связывания лигноцеллюлозному материалу в количестве от приблизительно 1 до приблизительно 20% (масс.) в расчете на полную массу связующего плюс лигноцеллюлозного материала, предпочтительно от приблизительно 2 до приблизительно 10% (масс.).

3. Получение предварительных матов/предварительной формы

Получаемую в результате смесь лигноцеллюлозного материала и полиизоцианата затем можно сформовать с получением «предварительных матов» для изготовления панели или с получением любой другой требуемой формы. В результате использования полиизоцианата данного изобретения увеличивают уровень «клейкости», делая таким образом, возможно более эффективное получение конечных изделий благодаря улучшению постоянства мата/формы как целостной системы до прессования. В результате это позволяет уменьшить уровень потерь, обусловленных плохим распределением лигноцеллюлозы.

4. Прессование предварительного мата/предварительной формы

Под действием нагревания и давления можно затем прессовать предварительный мат/предварительную форму для получения панелей или трехмерных сформованных изделий с приданной формой. Подходящие для способа прессования температуры в общем случае находятся в диапазоне от приблизительно 70 до приблизительно 250°С, предпочтительно от приблизительно 130 до приблизительно 205°С и наиболее предпочтительно от 140 до 180°С. Давления, использованные в способах прессования для получения требуемых размеров продукта, находятся в диапазоне от приблизительно 50 до приблизительно 300 бар, что значительно ниже по сравнению с давлениями, требуемыми для обычного получения композита. Само собой разумеется, что время прессования будет зависеть от толщины получаемого продукта. В результате использования полиизоцианатной композиции данного изобретения было обнаружено, что потребность в использовании способов со впрыскиванием пара отсутствует, даже для изделий с толщиной 25 мм или более. Аналогичным способом из шпона, бумаги или тканых материалов можно получать многослойные плиты или сформованные изделия в результате обработки слоев связующим так, как описано выше, с последующим их прессованием в общем случае при повышенных температуре и давлении. В таких способах в общем случае предпочтительны температуры, непосредственно воздействующие на поверхность композита, в диапазоне от 100 до приблизительно 220°С, при этом наиболее предпочтительны температуры в диапазоне от приблизительно 140 до 220°С. Для гарантии получения композитов с желательными безусадочностью и физическими характеристиками при использовании полиизоцианатной композиции данного изобретения температуры, действию которых подвергается сердцевина композита, могут находиться в диапазоне от 70 до приблизительно 140°С, при этом предпочтительны температуры от 80 до 130°С и наиболее предпочтительны температуры от 85 до 120°С. Начальное давление прессования предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 50 до 300 бар, при этом наиболее предпочтительно начальное давление прессования в диапазоне от 50 до 200 бар. Кроме того, полиизоцианатные композиции настоящего изобретения отличаются чрезвычайной эффективностью в том, что касается сведения к минимуму нежелательной адгезии к подушкам пресса, плитам пресса и другим поверхностям, с которыми обработанный лигноцеллюлозный материал может вступить в контакт при использовании в комбинации с системами внешних смазок для форм.

5. Продукт после прессования/конечный продукт

Композитные продукты на основе древесины, полученные с использованием связующего настоящего изобретения, отличаются превосходным внешним видом благодаря значительно более низкой температуре прессования в сочетании с сокращенными временами циклов обработки, что позволяет в результате добиться значительно более низкого уровня деструкции поверхности или обугливания внешних смазок для форм. Кроме того, получают превосходные свойства внутреннего связывания, хорошую безусадочность и превосходную долговечность внешнего вида у получаемых в результате материалов, и, таким образом, их можно использовать в любых ситуациях, в которых обычно используют такие изделия.

В предшествующем уровне техники доступны и более детальные описания способов получения продуктов на основе лигноцеллюлозного материала. Методики и оборудование, используемые обычно, можно адаптировать к использованию для полиизоцианатных композиций настоящего изобретения.

Данное изобретение проиллюстрировано, но не ограничено следующими далее примерами.

Пример 1

Форполимер получали реакцией между 83,7 массовой части Suprasec DNR (стандартный полимерный MDI) и 16,3 массовой части Volpo G26, инициированного глицерином полиэфирного полиола, форполимеризованного со 100% этиленоксида (ЕО) до тех пор, пока не достигали ММ, равной 1200 (число ОН=140 мг КОН/г). Время реакции было равно 1,5 часам в печи при 85^оС с циркуляцией воздуха. Получаемый в результате продукт согласно измерению характеризовался содержанием NCO, равным 24%. Затем форполимер наносили при помощи распыления в смесителе с вращающимся барабаном на стружки сосновой древесины, содержащие 25% Н₂О (в расчете на сухую массу). Концентрация связующего составляла 6% в расчете на сухую древесину. После формования мата прессовали панель из ориентированной древесно-стружечной плиты с размерами 400 мм х 400 мм х 14 мм и плотностью 650 кг/м³. Температура плит пресса была равна 150^оС, а коэффициент прессования составлял 11 сек/мм при том, что стадия прессования и дегазации занимала 20 сек. Прочность внутреннего связывания в панели в сухом состоянии (V20-IB) была равна 673 кПа и набухание по истечении 24 часов составляло 9,1%.

Содержание NCO в форполимере (%)24Тип полиолаГлицерин+ЕОММ1200Концентрация связующего (%)6Плотность панели (кг/м³)650Толщина панели (мм)14Содержание влаги в древесине (%)25Температура пресса (^оС)150Коэффициент прессования (сек/мм)11Прочность внутреннего связывания V20-IB (кПа)673Набухание по истечении 24 часов (%)9,1

Пример 2

Использовали аналогичное связующее, как описано в примере 1, в аналогичных условиях, но при температуре плит пресса, равной 100^оС, и более высоком значении коэффициента прессования, равном 17 сек/мм. Прочность внутреннего связывания в сухом состоянии была равна 412 кПа и набухание по истечении 24 часов составляло 10%.

Пример 3

Форполимер получали, используя методику, аналогично примеру 1, с использованием стандартного полимерного MDI и PEG 600, инициированного диолом полиэфирного полиола, форполимеризованного со 100% этиленоксида (ЕО) до тех пор, пока не достигали ММ, равной 600 (число ОН=140 мг КОН/г). Время реакции было равно 1,5 часам в печи при 85^оС с циркуляцией воздуха. Получаемый в результате продукт согласно измерению характеризовался содержанием групп NCO, равным 28%. Маты из древесных стружек для ориентированной древесно-стружечной плиты с покрытием данным продуктом, нанесенным, как в примере 1, можно было подвергать обработке при температуре прессования 130^оС, коэффициенте прессования 17 сек/мм и содержании влаги как 12%, так и 25% Н₂О.

Пример 4

Форполимер получали, применяя методику, аналогично примеру 1, с использованием стандартного полимерного MDI и PEG 600, инициированного диолом полиэфирного полиола, форполимеризованного со 100% этиленоксида (ЕО) до тех пор, пока не достигали ММ, равной 600 (число ОН=140 мг КОН/г). Время реакции было равно 1,5 часам в печи при 85^оС с циркуляцией воздуха. Получаемый в результате продукт согласно измерению характеризовался содержанием групп NCO, равным 22%. Маты из древесных стружек для ориентированной древесно-стружечной плиты с покрытием в виде данного продукта, нанесенным, как в примере 1, можно было подвергать обработке при температуре прессования 130^оС, коэффициенте прессования 17 сек/мм и содержании влаги как 12%, так и 25% Н₂О.

Пример 5

Форполимер с 8% NCO получали из 4,4'-изомера мономерного MDI и полиэфирного полиола Arcol 2580. Последний представлял собой соединение, полученное из глицерина и ЕО/РО со статистическим распределением 75% ЕО и ММ, равной 4007. Данный форполимер затем смешивали с Suprasec DNR для получения материала с уровнем содержания NCO, равным 25%. Данный продукт при помощи распыления наносили на древесные стружки и обработку проводили способом, аналогично примеру 4, за исключением того, что содержание влаги было несколько более низким - 18%. Достигали того же самого минимального коэффициента прессования, что и в предшествующем примере: 5,3 сек/мм.

Содержание NCO в форполимере (%)25Тип полиолаГлицерин+ЕО/РО (75/25)ММ4007Концентрация связующего (%)6Плотность панели (кг/м³)615Толщина панели (мм)14Содержание влаги в древесине (%)18Температура прессования (^оС)190Минимальный коэффициент прессования5,3(сек/мм)Прочность внутреннего связывания561V20-IB (кПа)Набухание по истечении 24 часов (%)7,8

Пример 6

Провели сравнение между форполимером, описанным в примере 5 (=РР1), и стандартным полимерным MDI, не входящим в объем данного изобретения, но обычно используемым при получении композитных панелей (=РР2). Соответствующие связующие с концентрацией 6% в расчете на древесину наносили при помощи распыления и получали панели 400 мм х 400 мм х 14 мм с плотностью 650 кг/м³. Регистрировали минимальные достижимые коэффициенты прессования до расслаивания при температуре 100°С для форполимерной системы (РР1) и температуре прессования 190°С для стандартного MDI, не входящего в объем данного изобретения, (PP2). При использовании форполимера данного изобретения, основу которого на 75% составляет ЕО, (РР1) композиты можно было получать при близких коэффициентах прессования, но при температурах, которые были на 90°С ниже по сравнению с теми, что требуются для стандартной системы MDI, не входящей в объем данного изобретения.

Содержание влаги (%)*Температура прессования (°С)Минимальный достижимыйкоэффициент прессования(сек/мм)РР1РР21510013 15190 102510014 25190 12

Регистрировали также и максимальное гидравлическое давление, создаваемое лабораторным прессом Siempelkamp для прессования матов (400 мм × 400 мм × ± 150 мм) до целевой толщины, равной 14 мм, при использовании связующего РР1. При более высоких уровнях содержания влаги в мате (25%) требуемую для прессования энергию уменьшали на ±100% по сравнению с более низким уровнем содержания влаги в мате (15%). Температура прессования оказывала незначительное влияние на данные значения.

МС (содержание влаги) (%)*Температура прессования (^оС)Максимальное гидравлическое давление (бар)151001302510065* Рассчитано на сухую древесину. Измеренные значения в расчете на смесь представляют собой 12 и 19% соответственно.

Результаты демонстрируют значительное влияние наличия возможности обрабатывать панели при более высоком уровне содержания влаги на потребность в гидравлическом давлении, необходимом для достижения конечной толщины мата. Во время получения панелей, содержащих композицию данного изобретения, в конце циклов прессования регистрировали также и максимальную температуру сердцевины, достигаемую в панели. Регистрацию проводили при помощи температурного зонда, соединенного с программным обеспечением ATR пресса Siempelkamp. В панелях, полученных при температуре плит пресса 100^оС, непосредственно перед декомпрессией в сердцевине достигался максимум 90^оС.

МС (содержание влаги) (%)*Температура прессования (^оС)Максимальная температура сердцевины (^оС)15100902510090

Результаты демонстрируют то, что композиция данного изобретения делает возможным получение композитов, в которых внутренняя температура не достигает 100°С. Это удивительно для любого специалиста в области получения композитов, где максимальная температура сердцевины до декомпрессии выше 100°С считается необходимым условием получения композитов с подходящими эксплуатационными свойствами.

Пример 7

Форполимер получали и перерабатывали в соответствии с условиями примера 5. На стальные плиты пресса наносили 15%-ный водный раствор олеата калия в концентрации 4 г/м². Качество эксплуатационных свойств в отношении отлипания готового продукта после прессования исчисляли в шкале от 0 до 5, где последняя величина представляла собой полное отсутствие прилипания к плитам. С категорией 5 было последовательно изготовлено семь панелей, после чего эксперимент прекратили.

ОбразецНижняя плитаВерхняя плитаКоличество повторов155255355455555655755

Категорию в отношении отлипания готового продукта присваивали в виде величины в диапазоне от 1 до 5, имеющей следующее значение:

1 полное прилипание, плиту материала нельзя удалить без разрушения плиты материала.2 прилипание с разрушением древесины, превышающим 50%. 3 прилипание с разрушением древесины, меньшим 25%, но большим 5%.4 прилипание с разрушением древесины, меньшим 5%. Для удаления плиты материала необходимо небольшое усилие.4,5 прилипание без разрушения древесины, удерживающаяся плита материала. Для удаления плиты материала усилий не требуется.5 превосходное отлипание готового продукта, плита материала отлипает самопроизвольно.

Пример 8

Два форполимера получали в результате смешивания стандартного полимерного MDI (Suprasec 5025) с полиэфирным полиолом, функциональность которого равна 2, эквивалентная масса равна 200, а содержание этиленоксида равно 100% (=PEG 400). Форполимеры получали с целевым содержанием NCO, равным 27 и 22% соответственно. После нанесения на стружки получали маты, а панели из ориентированных древесно-стружечных плит, имеющих толщину 16 мм, подвергали обработке при двух различных уровнях следующих параметров: содержание влаги в древесине (8-13%) и температура прессования (190^оС). Условия и соответствующие коэффициенты прессования продемонстрированы в следующей таблице:

Температура (^оС)Содержание влаги (%)NCO (%)Коэффициент прессования (сек/мм)19013225

Пример 9

Два форполимера получали в результате смешивания стандартного полимерного MDI (Suprasec 5025) с полиэфирным полиолом, функциональность которого равна 2, эквивалентная масса равна 200, а содержание этиленоксида равно 0% (=PPG 400). Форполимеры получали с целевым содержанием NCO, равным 27 и 22% соответственно. После нанесения на стружки получали маты, а панели из ориентированных древесно-стружечных плит, имеющих толщину 16 мм, подвергали обработке при двух различных уровнях следующих параметров: содержание влаги в древесине (8-13%) и температура прессования (190^оС). Условия и соответствующие коэффициенты прессования продемонстрированы в следующей таблице:

Температура
(^оС)Содержание влаги (%)NCO (%)Коэффициент прессования (сек/мм)190132271908277

Пример 10

Концентрированный форполимер получали в результате смешивания MI 10 и полиола, имеющего функциональность 3, эквивалентную массу 2000 и содержание этиленоксида 15% (размещение по концам цепи). Целевое содержание NCO было равно 6,8%. Данный форполимер смешивали с полимерным MDI до достижения NCO, равного 27%. Форполимер при помощи распыления наносили на древесные стружки, содержание влаги в которых было равно 15%, а панели из ориентированных древесно-стружечных плит с плотностью 650 кг/м³ подвергали обработке при температуре прессования 190^оС и коэффициенте прессования 7 сек/мм.

Изобретение относится к использованию полиизоцианатных композиций в качестве связующего для композитных лигноцеллюлозных материалов, в особенности таких, как ориентированная древесно-стружечная плита, а также к способу связывания лигноцеллюлозного материала. Описывается полиизоцианатная композиция для связывания лигноцеллюлозного материала, содержащая полиизоцианатный форполимер, представляющий собой продукт реакции полиизоцианата, содержащего смесь изомеров дифенилметандиизоцианата, и по меньшей мере одного полиэфирного полиола с заполимеризованными алкиленовыми звеньями, которые включают по меньшей мере 15% этиленоксидных звеньев, причем указанный полиэфирный полиол получен с использованием воды и низкомолекулярных полиолов в качестве инициаторов. Также описывается способ связывания лигноцеллюлозного материала, включающий стадии а) приведения в контакт лигноцеллюлозного материала с полиизоцианатной композицией, б) нанесения смазки для форм на основе воска или раствора металлсодержащего мыла на поверхность лигноцеллюлозного композита и в) создания условий для связывания указанного материала. Полученные прессованные панели имеют плотность на уровне 650 кг/м³ и прочность внутреннего связывания V20-IB на уровне 673 кПа. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 табл.

1. Полиизоцианатная композиция, используемая для связывания лигноцеллюлозных материалов, содержащая полиизоцианатный форполимер, причем указанный форполимер представляет собой продукт реакции полиизоцианата, содержащего смесь изомеров дифенилметандиизоцианата, и, по меньшей мере, одного полиэфирного полиола, содержащего от 2 до 8 гидроксильных групп, где полиэфирный полиол содержит заполимеризованные алкиленовые звенья, включающие, по меньшей мере, 15% этиленоксидных звеньев, и где, кроме того, указанный полиэфирный полиол получен с использованием полифункциональных инициаторов, выбранных из воды и низкомолекулярных полиолов.2. Полиизоцианатная композиция по п.1, где полиэфирный полиол содержит заполимеризованные алкиленовые звенья, включающие от 50 до 100% этиленоксидных звеньев.3. Полиизоцианатная композиция по пп.1 и 2, где смесь изомеров содержит, по меньшей мере, 50 мас.% 4,4'-дифенилметандиизоцианата.4. Полиизоцианатная композиция по п.3, где смесь изомеров содержит, по меньшей мере, 75 мас.% 4,4'-дифенилметандиизоцианата.5. Полиизоцианатная композиция по пп.1-4, где указанный полиизоцианат дополнительно содержит полифенилполиметиленполиизоцианат.6. Полиизоцианатная композиция по пп.1-4, где указанная полиизоцианатная композиция дополнительно содержит полифенилполиметиленполиизоцианат.7. Полиизоцианатная композиция по пп.1-6, где содержание NCO в полной полиизоцианатной композиции находится в диапазоне от 20 до приблизительно 30%.8. Способ связывания лигноцеллюлозного материала, включающий стадии

a) приведения лигноцеллюлозного материала в контакт с полиизоцианатной композицией по пп.1-7,

b) нанесения смазки для форм на основе воска или раствора металлсодержащего мыла на поверхности лигноцеллюлозного композита или на металлические пластины оборудования для прессования,

c) создания затем условий указанному материалу для протекания связывания.