КЛЕЕВАЯ КОМПОЗИЦИЯ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК C09J103/00 C09J139/02 C09J5/00 

Настоящее изобретение относится к клеевой композиции, способу изготовления клеевой композиции, способу склеивания материалов на основе дерева и к изделию на основе дерева.

Введение

Смолы на основе формальдегида широко используются в клеевых композициях, применяемых для склеивания материалов на основе дерева. Примерами являются многослойные изделия, включающие несколько шпонов, склеенных вместе с целью создания изделий, используемых в производстве, например, мебели, или с целью получения клееной фанеры. В мебельной промышленности также принято наклеивать шпон на древесностружечную или древесноволокнистую плиту. Также материалы для пола обычно включают несколько клеевых прослоек, соединяющих слои материалов на основе дерева. При отверждении смолы на основе формальдегида формальдегид может высвобождаться как во время изготовления изделия, так и после него, в ходе использования изделия. Формальдегид, присутствующий в воздухе помещений, уже в течение многих лет вызывает обеспокоенность в связи с вредным воздействием на здоровье.

Существует возрастающая потребность в клееных изделиях на основе дерева, таких как мебельные материалы, материалы для пола и другие строительные материалы для отделки помещений, которые удовлетворяют более строгим вступающим в силу стандартам по выделению токсичных веществ.

В качестве альтернативы клеевым композициям, включающим смолы на основе формальдегида, доступны клеи на основе полимерных дисперсий, например поливинилацетата. Однако при изготовлении компрессионно-формованных изделий путем совместного склеивания слоев шпонов и прессования структуры в определенную форму важно свести к минимуму так называемый “отскок” клееной структуры, когда она извлечена из пресс-формы. Клеи на основе поливинилацетата обычно дают плохие результаты в терминах отскока.

Также важно, чтобы компрессионно-формованное изделие по существу сохраняло свою форму при использовании, то есть при воздействии на него нагрузки. Данное свойство может быть измерено так называемым “испытанием на усталость”, используемым, например, для мебельных изделий, когда компрессионно-формованное изделие подвергают воздействию большого числа циклов нагрузки.

В качестве альтернативы смолам на основе формальдегида в композициях для склеивания древесины также предлагаются клеи на основе крахмала. Imam с соавторами в работе “Wood Adhesive from Crosslinked Poly(vinyl alcohol) and Partially Gelatinized Starch: Preparation and Properties”, Starch/Stärke 51 (1999) Nr.6, S.225-229 раскрывает клеевую композицию, включающую крахмал и поливиниловый спирт, причем композиция далее включает меламиновую смолу. Требуемая температура прессования является весьма высокой. Патенты США 2051025, США 2102937, США 3487033, США 3355307 раскрывают клеи на основе крахмала, используемые для изготовления гофрированного картона. WO 03/069061 A1 раскрывает клей на основе крахмала, используемый при изготовлении изделия из картона.

Однако общей проблемой, с которой приходится сталкиваться в случае известных из уровня техники клеевых композиций на основе крахмала, является увеличение вязкости уже при умеренном содержании сухой массы. Слишком высокая вязкость затрудняет распределение клеевой композиции. Достаточное содержание сухой массы обычно необходимо для получения хороших клеящих свойств, таких как клеевая прочность и отсутствие отскока при компрессионном формовании. Таким образом, основной вопрос заключается в том, как увеличить содержание сухой массы и при этом иметь возможность манипулировать клеем и использовать его наилучшим образом.

Также частично клейстеризованный крахмал содержит частицы или гранулы крахмала, частично или полностью не подвергшиеся клейстеризации, которые могут осесть при хранении. Следовательно, срок хранения часто является ненадлежащим.

Таким образом, все еще необходимы технические решения того, как дополнительно улучшить клеевые композиции на основе крахмала, чтобы сделать их более подходящими для склеивания материалов на основе дерева.

Соответственно, настоящее изобретение предоставляет клеевую композицию, которая основана на крахмале, в которой содержание сухой массы может быть высоким, при этом, однако, имеющую сравнительно низкую вязкость и которая дает превосходное качество склеивания и обладает хорошим сроком хранения. Также предоставляются способ склеивания материалов на основе дерева и изделие на основе дерева. Изделия на основе дерева, изготовленные по изобретению, соответственно, показывают хорошие результаты в испытаниях, например, на прочность соединения, водостойкость, низкий отскок и удержание формы во время воздействия нагрузки для компрессионно-формованных шпонов (испытание на усталость).

Под “содержанием сухих веществ” клеевой композиции здесь понимается неводная часть клеевой композиции.

Сущность изобретения

Клеевая композиция по изобретению включает по крайней мере частично клейстеризованный крахмал и один или несколько полимеров (P), содержащих аминную группу или амидную группу.

Изобретение далее относится к способу изготовления клеевой композиции, включающему смешение крахмала и одного или нескольких полимеров (P), содержащих аминную группу или амидную группу, в водной фазе при повышенной температуре, чтобы по крайней мере частично клейстеризовать крахмал. Соответственно, крахмал добавляют к водной композиции, включающей один или несколько полимеров (P). Температура водной композиции может быть повышена до того, как добавлен крахмал. Альтернативно, температуру повышают после добавления крахмала.

Изобретение далее относится к клеевой композиции, получаемой способом изготовления клеевой композиции.

Изобретение далее относится к изделию на основе дерева, включающему детали из материала на основе дерева, соединенные клеем, включающим крахмал и один или несколько полимеров (P), содержащих аминную группу или амидную группу.

Требуемая температура для по крайней мере частичной клейстеризации крахмала зависит от типа использованного крахмала, однако обычно составляет по крайней мере 50°C. По крайней мере частично клейстеризованный крахмал получается путем воздействия на водную смесь, включающую крахмал, повышенной температуры соответственно от примерно 50 до примерно 99°C, предпочтительно от примерно 50 до примерно 80°C, более предпочтительно от примерно 55 до примерно 75°C. По крайней мере частично клейстеризованный крахмал получается путем выдерживания водной смеси, включающей крахмал, при повышенной температуре в течение соответственно по крайней мере примерно 0,1 минуты, также соответственно от примерно 0,1 до примерно 180 минут, предпочтительно по крайней мере 1 минуты, также предпочтительно от примерно 1 минуты до примерно 60 минут, более предпочтительно по крайней мере 10 минут, также более предпочтительно от примерно 10 до примерно 40 минут.

В одном осуществлении изобретения, осуществлении A, крахмал частично клейстеризован в меньшей степени и получается путем воздействия на водную смесь, включающую крахмал, повышенной температуры предпочтительно от примерно 50 до примерно 70°C, более предпочтительно от примерно 55 до примерно 65°C. В данном случае частично клейстеризованный крахмал получается путем выдерживания водной смеси, включающей крахмал, при повышенной температуре в течение предпочтительно по крайней мере 1 минуты, также предпочтительно от примерно 1 до примерно 40 минут, более предпочтительно по крайней мере 5 минут, также более предпочтительно от примерно 5 до примерно 30 минут.

В другом осуществлении изобретения, осуществлении B, крахмал частично клейстеризован в высшей степени или полностью клейстеризован и получается путем воздействия на водную смесь, включающую крахмал, повышенной температуры предпочтительно от примерно 70 до примерно 99°C, более предпочтительно от примерно 80 до примерно 95°C. В данном случае частично клейстеризованный крахмал получается путем выдерживания водной смеси, включающей крахмал, при повышенной температуре в течение предпочтительно по крайней мере 1 минуты, также предпочтительно от примерно 1 до примерно 240 минут, более предпочтительно по крайней мере 10 минут, также более предпочтительно от примерно 10 до примерно 100 минут.

Количество крахмала в клеевой композиции составляет соответственно от примерно 1 до примерно 50 массовых %, предпочтительно от примерно 15 до примерно 40 массовых %, более предпочтительно от примерно 20 до примерно 40 массовых %, наиболее предпочтительно от примерно 30 до примерно 40 массовых %, альтернативно наиболее предпочтительно от примерно 20 до примерно 35 массовых %.

Количество одного или нескольких полимеров (P) в клеевой композиции составляет соответственно от примерно 0,1 до примерно 50 массовых %, предпочтительно от примерно 1 до примерно 40 массовых %, более предпочтительно от примерно 2 до примерно 25 массовых %, наиболее предпочтительно от примерно 2 до примерно 15 массовых %.

Количество суммы крахмала и одного или нескольких полимеров (P) в клеевой композиции составляет соответственно от примерно 20 до примерно 70 массовых %, предпочтительно от примерно 35 до примерно 60 массовых %.

Содержание сухих веществ в клеевой композиции составляет соответственно от примерно 20 до примерно 70 массовых %, предпочтительно от примерно 35 до примерно 60 массовых %, более предпочтительно от примерно 40 до примерно 50 массовых %, наиболее предпочтительно от примерно 42 до примерно 50 массовых %.

Примерами подходящих крахмалов являются нативные крахмалы и модифицированные крахмалы, полученные, например, из картофеля, кукурузы, пшеницы, риса, гороха и так далее, такие как ацетилированный деградированный крахмал, модифицированный алкилянтарной кислотой крахмал, окисленный крахмал, гидроксипропилированный крахмал, катионный крахмал, амилопектиновый крахмал, ацетилированный крахмал с высоким содержанием амилозы, крахмал из тапиоки, нативный картофельный крахмал, нативный кукурузный крахмал, нативный пшеничный крахмал, нативный рисовый крахмал и нативный гороховый крахмал.

Один или несколько полимеров (P) соответственно включают мономерные звенья, содержащие аминную или амидную группу. Соответственно, от примерно 5 до примерно 100% мономерных звеньев в одном или нескольких полимерах (P) содержат аминную или амидную группу, предпочтительно от примерно 25 до примерно 100%, более предпочтительно от примерно 50 до примерно 100%, даже более предпочтительно от примерно 90 до примерно 100%. Наиболее предпочтительно все мономерные звенья в одном или нескольких полимерах (P) содержат аминную или амидную группу. Один или несколько полимеров (P) соответственно содержат первичную аминную или амидную группу. Один или несколько полимеров (P) предпочтительно включают один или несколько из названных: поливиниламин, поли(виниловый спирт-со-виниламин), поли(виниловый спирт-со-винилформамид), полиаллиламин, полиэтиленимин, полиамидоамин и поливинилформамид. Более предпочтительно один или несколько полимеров (P) включают один или несколько из названных: поливиниламин, полиэтиленимин и поли(виниловый спирт-со-виниламин). Наиболее предпочтительным полимером (P) является поливиниламин.

Поливиниламин обычно получают гидролизом поливинилформамида до определенной степени. Под “поливиниламином” здесь понимается поливиниламин, в котором мольное отношение аминных групп к формамидным группам составляет от 5:95 до 100:0. Если мольное отношение аминных групп к формамидным группам составляет менее чем 5:95, полимер определяют как поливинилформамид. Мольное отношение аминных групп к формамидным группам в поливиниламине составляет предпочтительно от примерно 10:90 до примерно 100:0, более предпочтительно от примерно 50:50 до примерно 100:0, наиболее предпочтительно от примерно 80:20 до примерно 100:0.

Поли(виниловый спирт-со-виниламин) обычно получают сополимеризацией винилацетата и винилформамида с последующим гидролизом, который дает сополимер, содержащий звенья винилового спирта и виниламина. В сополимере также могут присутствовать оставшиеся формамидные группы, а также оставшиеся ацетатные группы. Мольное отношение аминных групп к формамидным группам в поли(виниловом спирте-со-виниламине) составляет от 5:95 до 100:0. Если числовое отношение аминных групп к формамидным группам менее чем 5:95, полимер определяют как поли(виниловый спирт-со-винилформамид). Мольное отношение гидроксильных групп к ацетатным группам в поли(виниловом спирте-со-виниламине) или в поли(виниловом спирте-со-виниламиде) составляет соответственно от примерно 25:75 до 100:0, предпочтительно от примерно 75:25 до 100:0. Мольное отношение аминных и формамидных групп к гидроксильным и ацетатным группам в поли(виниловом спирте-со-винилформамине) или в поли(виниловом спирте-со-винилформамиде) составляет соответственно от примерно 3:97 до примерно 100:0, предпочтительно от примерно 10:90 до примерно 100:0, более предпочтительно от примерно 25:75 до примерно 100:0.

Один или несколько полимеров (P) имеют соответственно среднемассовую молекулярную массу от примерно 1000 до примерно 1000000 г/моль, предпочтительно от примерно 10000 до примерно 800000 г/моль, более предпочтительно от примерно 20000 до примерно 600000 г/моль, наиболее предпочтительно от примерно 50000 до примерно 500000 г/моль.

В осуществлении A изобретения вязкость (вискозиметр Брукфилда, 12 об/мин, шпиндель 4, при 20°C) клеевой композиции составляет соответственно меньше чем 100000 мПа·с, предпочтительно от примерно 5000 до примерно 50000 мПа·с, наиболее предпочтительно от примерно 10000 до примерно 25000 мПа·с.

Клеевая композиция может далее включать добавки, такие как регуляторы вязкости и наполнители, такие как каолин, пшеничная мука, соевая мука, мука из скорлупы грецкого ореха или другие добавки, известные как подходящие для использования в рецептурах клеев для дерева.

Клеевая композиция может также включать неорганические и органические соли, которые могли получиться из раствора одного или нескольких полимеров (P), использованных при получении клеевой композиции на основе крахмала. Часть одного или нескольких полимеров (P) может быть ионно-заряженной, предпочтительно катионно-заряженной. Количество отрицательных противоионов солей в клеевой композиции может составлять от 0 до примерно 10 массовых % или от примерно 0,1 до примерно 5 массовых %, или от примерно 0,2 до примерно 1 массового %.

Клеевая композиция на основе крахмала также может быть объединена с дополнительной композицией, соответственно клеевой композицией, на основе дисперсии полимера или сополимера одного или нескольких этиленненасыщенных мономеров, который соответственно совершенно не включает аминные или амидные группы. В данном случае количество клея на основе крахмала составляет соответственно от примерно 10 до примерно 99 массовых %, предпочтительно от примерно 25 до примерно 85 массовых %, также предпочтительно от примерно 25 до примерно 75 массовых %, наиболее предпочтительно от примерно 50 до примерно 75 массовых % в расчете на совокупную массу непросохшего клея. Данная дополнительная клеевая композиция, помимо смешения с клеем на основе крахмала, может быть также использована как самостоятельный компонент в сочетании с клеевой композицией на основе крахмала.

В дополнительном осуществлении клеевая композиция на основе крахмала может включать полимер или сополимер одного или нескольких этиленненасыщенных мономеров, который соответственно совершенно не включает аминные или амидные группы.

Примерами подходящих полимеров или сополимеров одного или нескольких этиленненасыщенных мономеров являются виниловые сложноэфирные гомополимеры, такие как поливинилацетат, сополимеры виниловых сложных эфиров, такие как сополимер этиленвинилацетат (EVA), или сополимеры винилацетата с акриловыми мономерами, такими как метилметакрилат или бутилакрилат, стирол-бутадиеновый каучук (SBR) и полиакрилаты.

В общем включение полимеров или сополимеров одного или нескольких этиленненасыщенных мономеров перечисленных выше типов в клеевую композицию на основе крахмала или в сочетании с клеевой композицией на основе крахмала может улучшить связывающие характеристики, такие как разрыв волокон шпонового или слоистого изделия.

Клеевая композиция также может быть объединена со сшивающим агентом незадолго до использования. Подходящими сшивающими агентами являются те, которые реакционноспособны к аминным и/или гидроксильным группам. Примерами сшивающих агентов являются изоцианаты, мономеры или полимеры, содержащие ацетоацетоксигруппы, адипиновая кислота, меламиноформальдегидная смола, мочевиноформальдегидная смола, меламиновые соли, альдегиды, такие как глутаровый альдегид, глиоксаль, и полимерные альдегиды, такие как диальдегидные крахмалы, и комплексообразующие агенты, такие как соли циркония. Предпочтительно в качестве сшивающих агентов используют полимеры, содержащие ацетоацетоксигруппы, такие как ацетоацетилированный поливиниловый спирт. Если применяют сшивающий агент, его количество в клеевой композиции составляет соответственно вплоть до примерно 30 массовых % или от примерно 0,1 до примерно 30 массовых %, предпочтительно от примерно 0,1 до примерно 10 массовых %, наиболее предпочтительно от примерно 0,5 до примерно 5 массовых %.

Изобретение далее относится к применению клеевой композиции по изобретению для склеивания деталей материалов на основе дерева, образующих изделие на основе дерева.

Изобретение далее относится к способу склеивания деталей из материалов на основе дерева, включающему нанесение клеевой композиции по настоящему изобретению на одну или несколько деталей из материала на основе дерева и соединение одной или нескольких деталей с одной или несколькими другими деталями из материала, предпочтительно материала на основе дерева.

В одном осуществлении способ соответственно включает нанесение клеевой композиции по настоящему изобретению на деталь из материала на основе дерева, приведение в контакт поверхности, имеющей нанесенную клеевую композицию, с поверхностью другой детали из материала на основе дерева, тем самым соединение деталей вследствие образования клеевого соединения между деталями.

В материалы на основе дерева здесь, помимо цельной древесины, также включены древесные материалы, такие как древесноволокнистые плиточные материалы, плиты из прессованных опилок и древесностружечные плиточные материалы. Подлежащие соединению поверхности могут представлять собой один и тот же тип материала на основе дерева или относится к разным типам материала на основе дерева.

Материал на основе дерева может представлять собой любой тип и форму материала на основе дерева, такие как стружки, волокна, листы, тонкие пластины, шпоны, куски и так далее.

В одном осуществлении при изготовлении слоистых изделий способ соответственно включает нанесение клеевой композиции по изобретению на поверхность таким образом, чтобы клеевое соединение включало первоначально нанесенное количество, составляющее от примерно 0,1 до примерно 500 г/м². Нанесенное количество зависит от производимого изделия: для компрессионно-формованных шпонов оно предпочтительно составляет от примерно 50 до примерно 200 г/м², для слоистого материала для пола оно предпочтительно составляет от примерно 100 до примерно 160 г/м² и для слоистых деревянных балок оно предпочтительно составляет от примерно 180 до примерно 500 г/м². Подходящий верхний предел также зависит от того типа материала на основе дерева, который обработан раствором. Клеевая композиция может быть нанесена на одну или на обе поверхности, подлежащие соединению. Если она нанесена на обе поверхности, сумма количеств, нанесенных на каждую поверхность, будет соответствовать предпочтительным количествам для конкретно оговоренного совокупного клеевого соединения.

При изготовлении компрессионно-формованных шпонов способ соответственно включает соединение более чем двух деталей материалов на основе дерева, предпочтительно от 2 до 15.

В одном осуществлении способ включает склеивание деталей материалов на основе дерева, где детали материала на основе дерева представляют собой древесные стружки, в котором термин “древесные стружки” здесь включает стружки, обрезки, чешуйки, древесные опилки и любой другой подобный материал на основе мелко раздробленного дерева. В данном случае изделие на основе дерева представляет собой композитное изделие, такое как плиту из прессованных опилок, древесностружечную или древесноволокнистую плиту или ориентированно-стружечную плиту.

Влагосодержание подлежащих использованию древесных стружек составляет соответственно от примерно 0 до примерно 20 массовых %, предпочтительно от примерно 1 до примерно 10 массовых %, более предпочтительно от примерно 1,5 до примерно 5 массовых %.

Массовое отношение древесных стружек к клеевой композиции, рассчитанное на сухую массу, составляет соответственно от примерно 100:1 до примерно 1:1, предпочтительно от примерно 50:1 до примерно 2:1, более предпочтительно от примерно 30:1 до примерно 2,5:1, наиболее предпочтительно от примерно 15:1 до примерно 3:1.

Влагосодержание смеси древесных стружек и клеевой композиции в начале прессования составляет соответственно от примерно 3 до примерно 25 массовых %, предпочтительно от примерно 5 до примерно 20 массовых %, наиболее предпочтительно от примерно 7 до примерно 15 массовых %.

За нанесением клеевой композиции предпочтительно следует прессование. Прессование соответственно происходит при повышенной температуре. Температура прессования зависит от того, какое изделие на основе дерева предполагается изготовить, но может соответственно составлять от примерно 0 до примерно 250°C и предпочтительно от примерно 70 до примерно 200°C.

Для слоистых или шпоновых изделий температура прессования, когда к клеевой композиции не добавлен сшивающий агент, составляет соответственно от примерно 0°C до примерно 200°C, предпочтительно от примерно 20 до примерно 150°C, еще более предпочтительно от примерно 50 до примерно 130°C, наиболее предпочтительно от примерно 70 до примерно 130°C. Когда к клеевой композиции добавлен сшивающий агент, температура прессования иногда может быть понижена в зависимости от эффективности сшивающего агента.

Для изделий из древесностружечных плит, плит из прессованных опилок и древесноволокнистых плит температура прессования составляет предпочтительно от примерно 100 до примерно 225°C, наиболее предпочтительно от примерно 150 до примерно 200°C. Для слоистых изделий, таких как изделия из клееной фанеры, из многослойных половых досок или из обшитых шпоном половых досок, температура прессования составляет предпочтительно от примерно 70 до примерно 175°C, наиболее предпочтительно от примерно 90 до примерно 160°C.

Время прессования и температура прессования взаимосвязаны, так что меньшие температуры прессования обычно требуют больших времен прессования. Производимое изделие на основе дерева также определяет подходящие температуры прессования и времена прессования. Время прессования составляет соответственно по крайней мере примерно 10 с, также соответственно от примерно 10 с до примерно 60 минут, предпочтительно по крайней мере примерно 30 с, также предпочтительно от примерно 30 с до примерно 30 минут, наиболее предпочтительно по крайней мере примерно 1 минуту, также предпочтительно от примерно 1 до примерно 15 минут.

В одном осуществлении способа клеевую композицию высушивают после нанесения и позднее вновь увлажняют добавлением воды или водного раствора перед приведением в контакт поверхности, имеющей клеевую композицию, с другой поверхностью. Водный раствор может включать полимер, включающий аминные или амидные группы, такого типа, как уже было описано здесь выше, или сшивающий агент, который является соответственно реакционноспособным к аминным и/или гидроксильным группам.

В одном осуществлении способа, предпочтительно при производстве, когда материал на основе дерева присутствует в форме древесных стружек, деталь или детали материала на основе дерева сначала приводят в контакт с водным раствором, включающим сшивающий агент. Подходящими сшивающими агентами являются те, которые реакционноспособны к аминным и/или гидроксильным группам.

Примерами сшивающих агентов в двух вышеописанных осуществлениях являются изоцианаты, мономеры или полимеры, содержащие ацетоацетоксигруппы, адипиновая кислота, меламиноформальдегидная смола, мочевиноформальдегидная смола, меламиновые соли, альдегиды, такие как глутаровый альдегид, глиоксаль и полимерные альдегиды, такие как диальдегидные крахмалы, и комплексообразующие агенты, такие как соли циркония. Предпочтительно в качестве сшивающих агентов используют полимеры, содержащие ацетоацетоксигруппы, такие как ацетоацетилированный поливиниловый спирт.

Настоящее изобретение также относится к изделию на основе дерева, получаемому способом склеивания деталей из материалов на основе дерева.

В одном осуществлении изделие на основе дерева по изобретению включает один или несколько слоев, соединенных одним или несколькими клеевыми соединениями, включающими крахмал и один или несколько полимеров (P), содержащих аминную или амидную группу.

Изделие на основе дерева по изобретению может представлять собой материал для пола, обшитый шпоном мебельный материал, клееную фанеру, стеновую панель, кровельную панель, слоистую балку или композитное изделие, такое как древесностружечная плита, древесноволокнистая плита, плита из прессованных опилок, ориентированно-стружечная плита. Изделие на основе дерева по изобретению представляет собой предпочтительно клееную фанеру, обшитый шпоном мебельный материал, обшитое шпоном покрытие для пола, слоистое покрытие для пола или древесностружечную плиту.

В одном осуществлении изделие на основе дерева по изобретению включает композитное изделие, включающее стружку на основе дерева, соединенную воедино клеем, включающим крахмал и один или несколько полимеров (P), содержащих аминную группу или амидную группу. Композитное изделие соответственно включает от примерно 70 до примерно 98 массовых %, предпочтительно от примерно 80 до примерно 90 массовых % материала на основе дерева, от примерно 2 до примерно 25 массовых %, предпочтительно от примерно 5 до примерно 15 массовых % крахмала и от примерно 0,5 до примерно 10 массовых %, предпочтительно от примерно 2 до примерно 6 массовых % одного или несколько полимеров (P), где все количества рассчитаны на сухую массу композитного изделия.

Композитное изделие представляет собой предпочтительно плиту из прессованных опилок, древесностружечную или древесноволокнистую плиту или ориентированно-стружечную плиту.

Количество крахмала в одном или нескольких сухих клеевых соединениях в изготовленном изделии на основе дерева составляет соответственно от примерно 10 до примерно 75 массовых %, предпочтительно от примерно 25 до примерно 65 массовых %, наиболее предпочтительно от примерно 40 до примерно 60 массовых %.

Количество одного или несколько полимеров (P) в одном или нескольких сухих клеевых соединениях в изготовленном изделии на основе дерева составляет соответственно от примерно 25 до примерно 90 массовых %, предпочтительно от примерно 35 до примерно 75 массовых %, наиболее предпочтительно от примерно 40 до примерно 60 массовых %.

Изобретение далее иллюстрировано посредством нижеприведенных неограничивающих примеров. Части и процентные отношения относятся к частям по массе и, соответственно, процентам по массе, если не оговорено обратное.

Примеры

Пример 1: Клей на основе крахмала получали смешением 66 г водного раствора, содержащего примерно 7,5 массовых % поливиниламина (Lupamin® 9095 от BASF), 5 г воды и 37,5 г кукурузного крахмала (C*Gum NC 03432 от Cerestar, влагосодержание 10%). Крахмал частично клейстеризовали путем перемешивания смеси при 63°C в течение 20 минут. Числовое отношение аминных групп к формамидным группам в поливиниламине составляло более чем 90:10. Среднемассовая молекулярная масса поливиниламина составляла 340000 г/моль. Содержание сухой массы в клее было измерено равным 45 массовым %. Вязкость композиции была измерена равной 15000 мПа·с при 20°C (вискозиметр Брукфилда, 12 об/мин, шпиндель 4).

Пример 2: Клей на основе крахмала получали смешением 66 г водного раствора, содержащего 17 массовых % поливинилформамида (Lupamin® 9000 от BASF), 5 г воды и 37,5 г кукурузного крахмала (C*Gum NC 03432 от Cerestar, влагосодержание 10%). Крахмал частично клейстеризовали путем перемешивания смеси при 63°C в течение 20 минут. Числовое отношение аминных групп к формамидным группам в поливинилформамиде составляло 0:100. Среднемассовая молекулярная масса поливинилформамида составляла 340000 г/моль. Содержание сухой массы в клее было измерено равным 41 массовому %. Вязкость композиции была измерена равной 65000 мПа·с при 20°C (вискозиметр Брукфилда, 12 об/мин, шпиндель 4).

Пример 3: Клей на основе крахмала получали смешением 66 г водного раствора, содержащего 17 массовых % поли(винилового спирта-со-виниламина) (изготовлен на заказ Erkol), 5 г воды и 37,5 г кукурузного крахмала (C*Gum NC 03432 от Cerestar, влагосодержание 10%). Крахмал частично клейстеризовали путем перемешивания смеси при 63°C в течение 20 минут. Поли(виниловый спирт-со-виниламин) имел степень гидролиза ацетатных групп, равную 99%. Мольное отношение аминных и формамидных групп к гидроксильным и ацетатным группам в поли(виниловом спирте-со-виниламине) или в поли(виниловом спирте-со-виниламиде) составляло около 10:90. Среднемассовая молекулярная масса полимера составляла примерно 30000 и 50000 г/моль. Содержание сухой массы в клее было измерено равным 42 массовым %. Вязкость композиции была измерена равной 42500 мПа·с при 20°C (вискозиметр Брукфилда, 12 об/мин, шпиндель 4).

Пример 4: Клей на основе крахмала получали смешением 66 г водного раствора, содержащего 17 массовых % поливинилового спирта (Kuraray Poval® от Kuraray), 5 г воды и 37,5 г кукурузного крахмала (C*Gum NC 03432 от Cerestar, влагосодержание 10%). Крахмал частично клейстеризовали путем перемешивания смеси при 63°C в течение 20 минут. Поливиниловый спирт имел степень гидролиза, равную 87-89%. Содержание сухой массы в клее было измерено равным 42 массовым %. Вязкость композиции была измерена равной 141000 мПа·с при 20°C (вискозиметр Брукфилда, 12 об/мин, шпиндель 4).

Из Примеров 1-4 можно заключить, что вязкость клея на основе крахмала является значительно более низкой, когда вместо поливинилового спирта использован полимер по изобретению (Примеры 1-3).

Пример 5: Клеевую композицию, такую как в Примере 1, смешивали с поливинилацетатным клеем (Mowilith® DHSS3 от Celanese) в соотношении 50:50. Поливинилацетатный клей имел содержание сухой массы, равное 50 массовым %. Смешанный клей тестировали склеиванием вместе 13 буковых шпонов при количестве нанесенного клея, равном 150 г/м², и компрессионным формованием компоновки в течение времени прессования, равном 10 минутам, и при температуре прессования, равной 90°C. Результатом было: отсутствие отскока, хорошая прочность и 60-70% (хороший) разрыв волокон.

Пример 6: Поливинилацетатный клей, такой же как использованный в Примере 5, тестировали сам по себе путем склеивания 13 буковых шпонов таким же образом, как в Примере 5. Результатом было: хорошая прочность и 60% (хороший) разрыв волокон, но значительный отскок.

Пример 7: Клеевую композицию, как в Примере 1, получали с той разницей, что клейстеризацию проводили при 90°C в течение 60 минут. В результате получали мягкую, легко намазываемую пастообразную композицию. При изготовлении компрессионно-формованного изделия, как в Примере 5, результатом было: отсутствие отскока, хорошая прочность и 60-80% (хороший) разрыв волокон.

Пример 8: Клей на основе крахмала по Примеру 1 наносили на древесностружечную плиту 15×15 см в количестве 130 г/м². Затем на плиту прессовали буковый шпон (0,6 мм). Компоновку прессовали в течение 1 минуты при 130°C. Прочность склеивания, измеренную как разрыв волокон (отрубание зубилом), измеряли на теплой компоновке (непосредственно после прессования) и на холодной компоновке соответственно после прессования.

Разрыв волокон (теплый) составлял 100% и разрыв волокон (холодный) также составлял 100%.

Пример 9: Клей на основе крахмала по Примеру 1 наносили на древесностружечную плиту 15×15 см в количестве 130 г/м². Затем на плиту прессовали буковый шпон (0,6 мм). Компоновку прессовали в течение 10 минут при 90°C. Прочность склеивания, измеренную как разрыв волокон (отрубание зубилом), измеряли на теплой компоновке (непосредственно после прессования) и на холодной компоновке соответственно после прессования. Была повторена такая же методика, но с использованием клея по Примеру 1, к которому добавили водный раствор, включающий 17 массовых % ацетоацетилированного поливинилового спирта (AAPVA), в количестве 10 частей на 100 частей клеевой композиции по Примеру 1. Результаты приведены в Таблице 1.

Таблица 1   Разрыв волокон, теплый (%) Разрыв волокон, холодный (%) крахмал + поливиниламин 0 10-20 крахмал + поливиниламин + AAPVA 60-70 100

Можно сделать вывод, что добавление сшивающего агента (AAPVA) увеличивает прочность соединения.

Пример 10: Древесностружечную плиту изготавливали смешением 864 г древесной стружки, имеющей влагосодержание 2 массовых %, с 285 г клеевой композиции, полученной по Примеру 1. Стружковую смесь формовали в лист 30×30 см и прессовали при 185°C в течение трех минут в плиту толщиной 16 мм. Последовательность приложения давления представляла собой: 160 кг/см² в течение 30 с, 40 кг/см² в течение 2,5 мин и отсутствие давления в течение последних 30 с. Предел прочности на разрыв (внутренняя связь, IB) был измерен наклеиванием кусков 5×5 см на два металлических блока и их отрывом. Также измеряли толщину набухания (TSW) и абсорбцию воды (ABS). Толщину набухания измеряли определением степени набухания после погружения куска 5×5 см в воду (20°C, 24 ч). Абсорбцию воды измеряли определением прироста массы после погружения куска 5×5 см в воду (20°C, 24 ч).

Значение IB составляло 750 кПа, TSW 33,2% и ABS (24 ч) составляло 97,1%.

Пример 11: Древесностружечную плиту изготавливали сначала смешением 864 г древесной стружки, имеющей влагосодержание 2 массовых %, с 28 г водного раствора, включающего 11 массовых % ацетоацетилированного поливинилового спирта (AAPVA), и затем подмешиванием в 285 г клеевой композиции, полученной по Примеру 1. Стружковую смесь формовали в лист 30×30 см и прессовали при 185°C в течение трех минут в плиту толщиной 16 мм. Последовательность приложения давления представляла собой: 160 кг/см² в течение 30 с, 40 кг/см² в течение 2,5 мин и отсутствие давления в течение последних 30 с.

Значение IB составляло 970 кПа, TSW 29,1% и ABS (24 ч) составляло 98,2%.

Изобретение относится к клеевой композиции для склеивания материалов на основе дерева, а также к способу склеивания деталей материалов на основе дерева. Композиция включает по крайней мере частично клейстеризованный крахмал и один или несколько полимеров (Р), содержащих аминную группу, полимеры (Р) выбирают из группы, состоящей из поливиниламина, поли(винилового спирта-со-виниламина) и полиэтиленимина. Количество крахмала в клеевой композиции составляет от примерно 15 до примерно 40 мас.%. Количество одного или нескольких полимеров (Р) в клеевой композиции составляет от примерно 2 до примерно 25 мас.%. Суммарное количество крахмала и одного или нескольких полимеров (Р) в клеевой композиции составляет от примерно 35 до примерно 55 мас.%. Композиция дополнительно включает полимер или сополимер одного или нескольких этиленненасыщенных мономеров, а также полимер, содержащий ацетоацетоксигруппы. Полимер или сополимер одного или нескольких этиленненасыщенных мономеров представляет собой виниловый сложноэфирный гомополимер или виниловый сложноэфирный сополимер. Клеевая композиция может представлять собой комбинированный состав и дополнительно включать клеевую композицию на основе дисперсии полимера одного или нескольких этиленненасыщенных мономеров. Полимер представляет собой виниловый сложноэфирный гомополимер или виниловый сложноэфирный сополимер. Способ изготовления клеевой композиции включает смешение крахмала и одного или нескольких полимеров (Р) в водной фазе при повышенной температуре от примерно 50 до примерно 99°С. Повышенная температура поддерживается в течение по меньшей мере 1 минуты. Способ склеивания деталей из материалов на основе дерева включает нанесение клеевой композиции на одну или несколько деталей из материала на основе дерева и соединение одной или нескольких деталей с одной или несколькими другими деталями. Детали из материалов на основе дерева могут являться древесной стружкой. С помощью клеевой композиции получают изделия на основе дерева, включающие детали из материала на основе дерева. Изделие на основе дерева может включать один или несколько слоев, соединенных клеевой композицией. Изобретение позволяет получить клеевую композицию с низкой вязкостью и превосходным качеством склеивания. Изделия, изготовленные с использованием клеевой композиции, показывают хорошие результаты на прочность соединения, водостойкость, низкий отскок и удержание формы во время нагрузки. 8 н. и 26 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Клеевая композиция для склеивания материалов на основе дерева, включающая по крайней мере частично клейстеризованный крахмал, воду и один или несколько полимеров (Р), содержащих первичную аминную группу, где один или несколько полимеров (Р) принадлежат к группе, состоящей из поливиниламина, поли(винилового спирта-со-виниламина) и полиэтиленимина.

2. Клеевая композиция по п.1, где количество крахмала в клеевой композиции составляет от примерно 15 до примерно 40 мас.%.

3. Клеевая композиция по любому из пп.1 и 2, где количество одного или нескольких полимеров (Р) в клеевой композиции составляет от примерно 2 до примерно 25 мас.%.

4. Клеевая композиция по любому из пп.1 и 2, где суммарное количество крахмала и одного или нескольких полимеров (Р) в клеевой композиции составляет от примерно 35 до примерно 55 мас.%.

5. Клеевая композиция по любому из пп.1 и 2, где, если полимер (Р), содержащий первичную аминную группу, представляет собой поливиниламин, то мольное отношение аминных групп к формамидным группам составляет от 5:95 до 100:0.

6. Клеевая композиция по любому из пп.1 и 2, где полимер (Р) представляет собой поливиниламин.

7. Клеевая композиция по любому из пп.1 и 2, дополнительно включающая полимер или сополимер одного или нескольких этиленненасыщенных мономеров, который соответственно не включает аминные или амидные группы.

8. Клеевая система по п.7, где полимер или сополимер представляет собой виниловый сложноэфирный гомополимер или виниловый сложноэфирный сополимер.

9. Клеевая композиция по любому из пп.1 и 2, дополнительно включающая полимер, содержащий ацетоацетоксигруппы.

10. Комбинированный состав, включающий клеевую композицию по любому из пп.1-9 и дополнительную клеевую композицию на основе дисперсии полимера одного или нескольких этиленненасыщенных мономеров, где полимер представляет собой виниловый сложноэфирный гомополимер или виниловый сложноэфирный сополимер.

11. Комбинированный состав по п.10, где количество клея на основе крахмала составляет от примерно 25 до примерно 75 мас.% в расчете на совокупную массу непросохшего клея.

12. Способ изготовления клеевой композиции, включающий смешение крахмала и одного или нескольких полимеров (Р), содержащих первичную аминную группу, в водной фазе при повышенной температуре, чтобы, по крайней мере, частично клейстеризовать крахмал, где один или несколько полимеров (Р) принадлежат к группе, состоящей из поливиниламина, поли(винилового спирта-со-виниламина) и полиэтиленимина.

13. Способ по п.12, где повышенная температура составляет от примерно 50 до примерно 99°С.

14. Способ по любому из пп.12 и 13, где повышенная температура составляет от примерно 55 до примерно 65°С.

15. Способ по любому из пп.12 и 13, где повышенная температура поддерживается в течение по меньшей мере 1 мин.

16. Способ по любому из пп.12 и 13, где количество крахмала в клеевой композиции составляет от примерно 15 до примерно 40 мас.%.

17. Способ по любому из пп.12 и 13, где количество одного или нескольких полимеров (Р) в клеевой композиции составляет от примерно 2 до примерно 25 мас.%.

18. Способ по любому из пп.12 и 13, где если полимер (Р), содержащий аминную группу представляет собой поливиниламин, то мольное отношение аминных групп к формамидным группам составляет от 5:95 до 100:0.

19. Клеевая композиция, получаемая способом по любому из пп.12-18.

20. Применение клеевой композиции по любому из пп.1-19 или 19 или продукта объединения по любому из пп.10 и 11 для склеивания деталей из материалов на основе дерева, образующих изделие на основе дерева.

21. Способ склеивания деталей из материалов на основе дерева, включающий нанесение клеевой композиции согласно п.1, включающей по крайней мере частично клейстеризованный крахмал, воду и один или несколько полимеров (Р), содержащих аминную группу, на одну или несколько деталей из материала на основе дерева и соединение одной или нескольких деталей с одной или несколькими другими деталями из материала, где один или несколько полимеров (Р) принадлежат к группе, состоящей из поливиниламина, поли(винилового спирта-со-виниламина) и полиэтиленимина.

22. Способ по п.21, включающий нанесение клеевой композиции на деталь из материала на основе дерева, приведение в контакт поверхности, имеющей нанесенную клеевую композицию, с поверхностью другой детали из материала на основе дерева, тем самым соединение деталей вследствие образования клеевого соединения между деталями.

23. Способ по любому из пп.21 и 22, включающий соединение более чем двух деталей из материалов на основе дерева.

24. Способ по любому из пп.21 и 22, включающий склеивание деталей из материалов на основе дерева, где детали из материала на основе дерева представляют собой древесную стружку.

25. Способ по любому из пп.21 и 22, где количество крахмала в клеевой композиции составляет от примерно 15 до примерно 40 мас.%.

26. Способ по любому из пп.21 и 22, где количество одного или нескольких полимеров (Р) в клеевой композиции составляет от примерно 2 до примерно 25 мас.%.

27. Способ по любому из пп.21 и 22, где количество суммы крахмала и одного или нескольких полимеров (Р) в клеевой композиции составляет от примерно 35 до примерно 55 мас.%.

28. Способ по любому из пп.21 и 22, где полимер (Р) представляет собой поливиниламин.

29. Способ по любому из пп.21 и 22, где клеевая композиция включает полимер одного или нескольких этиленненасыщенных мономеров, который соответственно совершенно не содержит аминные или амидные группы.

30. Способ по любому из пп.21 и 22, где клеевая композиция включает полимер, содержащий ацетоацетоксигруппы.

31. Изделие на основе дерева, включающее детали из материала на основе дерева, соединенные клеевой композицией согласно п.1.

32. Изделие на основе дерева по п.31, включающее один или несколько слоев, соединенных клеевой композицией согласно п.1.

33. Изделие на основе дерева по п.31, включающее древесные стружки, соединенные клеевой композицией согласно п.1.

34. Изделие на основе дерева, получаемое способом по любому из пп.21-30.