本公開總體上涉及用于形成包括木質纖維素粒子的一體板坯(unitary mat)的連續方法。更具體地,該方法使用異氰酸酯、異氰酸酯催化劑和木質纖維素粒子并且不含添加水的步驟。
相關技術描述
板坯,如定向刨花板(oriented strand board,OSB)、定向成材(oriented strand lumber,OSL)、顆粒板(PB)、重組木(scrimber)、農業纖維板(agrifiber board)、木屑板(chipboard)、刨花板(flakeboard)和纖維板(fiberboard),例如中密度纖維板(MDF)通常通過在摻合機中混合的同時將木質纖維素材料與粘合劑摻合或用粘合劑噴涂木質纖維素材料制造。在摻合后,木質纖維素材料通常被粘合劑涂布并通過在加熱壓板/板之間壓縮以使粘合劑凝固并將木質纖維素材料以致密形式,例如以板、面板(panel)或其它形狀粘合在一起而成形成板坯。
用于制造這些板坯的粘合劑包括酚醛(PF)樹脂、脲醛(UF)樹脂和三聚氰胺-脲-酚-甲醛(MUPF)樹脂。但是,這些樹脂傾向于產生不合意的排放。為了改進這一工藝,使用二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)。但是,MDI不適用于連續生產工藝,因為其不能使木質纖維素材料以板坯形式在連續生產線上保持完好。更具體地,振動和傳送帶之間的一個或多個間隙傾向于破壞板坯的完整性,由此產生有缺陷的板。相當簡單地,由MDI制成的板在連續生產線上/中生產時傾向于散開。因此,仍然有改進的可能。
公開概述
本公開提供了一種在具有至少兩個彼此隔開的傳送機的生產線上形成一體板坯的連續方法。該方法包括合并異氰酸酯、異氰酸酯催化劑和許多木質纖維素粒子以形成混合物和異氰酸酯在所述混合物中的原位自聚合產物。該方法還包括在第一傳送機上由所述混合物形成一體板坯和在保持所述一體板坯的結構完整性的同時將所述一體板坯從第一傳送機經預定距離輸送至第二傳送機。該木質纖維素粒子具有0.5至30重量%水的濕含量。此外,該連續方法不含將水添加到異氰酸酯、異氰酸酯催化劑、木質纖維素粒子和/或一體板坯中的步驟。
附圖簡述
容易認識到本公開的其它優點,因為其在聯系附圖考慮時參考下列詳述更好地理解,其中:
圖1A是顯示在Fomrez UL-1異氰酸酯催化劑存在下由水分與pMDI的反應(24小時)形成聚脲的較高分子量低聚物的凝膠滲透色譜圖;
圖1B是僅顯示pMDI的凝膠滲透色譜圖;
圖2是包括如實施例中所述的Push-Off值的表;
圖3A是包括如實施例中報道的數據的第一個表;
圖3B是包括如實施例中報道的數據的第二個表;和
圖3C是包括如實施例中報道的數據的第三個表。
公開詳述
本公開提供了形成板坯的連續方法和板坯本身。該板坯可以被描述為一體板坯。術語一體板坯可描述為該板坯是單一粘結塊。或者,該板坯可被描述為整塊、無破損、完整、完好、未分開、整體、無損等。在另一些實施方案中,該板坯被描述為使用使該板坯在該方法的過程中不碎成小塊或分開的方法形成。或者,該板坯可以被描述為在整個過程中保持結構完整性。
該板坯具有長度和寬度。該板坯也具有厚度。在連續方法中形成時,該板坯通常具有未定、連續、不間斷的長度。但是,最后將該板坯切割成預定最終尺寸,例如在壓制后。通常,該板坯具有4至12、5至11、6至10、7至9、5至10、或6至8英尺的寬度。該板坯通常具有0.1至6、0.2至4、0.25至1、0.2至0.9、0.3至0.8、0.4至0.7、或0.5至0.6英寸的厚度。該板坯可以在整個長度或僅部分長度上具有恒定寬度和/或厚度。類似地,該板坯可以在整個寬度或僅部分寬度上具有恒定長度和/或厚度。該板坯可以是對稱或不對稱的并可以是任何形狀,包括但不限于,正方形、矩形、圓形等。在各種非限制性實施方案中也可以使用上述這些之間的所有數值和數值范圍,包括上述這些數值。
該板坯不受特別限制并可用于各種用途。此類用途的實例包括,但不限于,用于包裝;用于家具和櫥柜;用于屋頂和地板覆板;用于屋頂、地板和墻面鑲板;用于窗框和門框;用于網幅板(webstock),例如用于工程工字梁的網幅板(webstock)。
該板坯在各種實施方案中可被稱作各種形式的工程木質纖維素復合材料,例如工程木材復合材料,如定向刨花板(OSB);定向成材(oriented strand lumber,OSL);重組木;纖維板,如低密度纖維板(LDF)、中密度纖維板(MDF)和高密度纖維板(HDF);木屑板;刨花板(flakeboard)或(flake board);顆粒板(PB);膠合板等。通常,該板坯為OSB、OSL、PB、重組木、膠合板、LDF、MDF或HDF的形式,更特別為PB、MDF、HDF或OSB的形式。但是,要認識到,該板坯可以是其它工程木材形式,例如但不限于本文中描述和例舉的那些。要認識到,木質纖維素復合制品的名稱在本領域中經常可互換使用。例如,一個人可能將復合材料稱作OSB,而另一人可能將相同復合材料稱作刨花板。
該板坯可具有各種尺寸、形狀和厚度。例如,該板坯可配置成模擬傳統復合板坯,如OSB、PB、重組木和MDF梁、板或面板。該板坯也可具有各種復雜形狀,如模制品、飾面(fascias)、家具等。在某些實施方案中,該板坯是纖維板,例如MDF。在另一些實施方案中,該板坯是OSB、重組木或OSL。在再一些實施方案中,該板坯是PB。該板坯可包括一個或多個層。例如,如果該板坯是OSB,則該板坯可包括一個層,例如芯層,兩個層,例如芯層和面層/飾面層(fascia layer),或三個或更多個層,例如芯層和兩個飾面層(fascia layer)。
在某些實施方案中,如對于OSB用途,該板坯具有第一飾面層(fascia layer),其包括壓縮在一起并基本以第一方向取向的第一部分的所述許多木質纖維素粒子。該板坯可進一步具有與第一飾面層(fascia layer)隔開并平行并包括壓縮在一起并基本以第一方向取向的第二部分的所述許多木質纖維素粒子的第二飾面層(fascia layer)。該板坯可進一步具有布置在第一和第二飾面層(fascia layer)之間并包括壓縮在一起并基本以不同于第一方向的第二方向取向的剩余部分的所述許多木質纖維素粒子的芯層。這些層可各自包括不同的粘合劑體系,取決于這些層各自的粘合劑體系中所用的特定組分。在某些實施方案中,至少一個層,例如一個或兩個飾面層(fascia layer)可包括PF樹脂。各層可具有各種厚度,如傳統OSB層遇到的厚度。OSL通常具有基本以僅一個方向取向的許多木質纖維素粒子。The Polyurethanes Handbook(David Randall&Steve Lee eds.,John Wiley&Sons,Ltd.2002)的第395至408頁描述了可例如使用粘合劑體系形成的其它類型的復合板坯,例如木材復合材料和它們的制造方法,其在一個或多個非限制性實施方案中全文經此引用并入本文。
該板坯具有原始厚度,即在制造后,例如在將板坯壓制形成最終,即固化板坯后的厚度。在各種實施方案中,該板坯表現出基于根據ASTM D1037的24小時冷浸泡試驗小于大約10%、小于大約5%或小于大約3%的溶脹。該厚度可變,但通常為大約0.25至大約10、大約0.25至大約5、或大約0.25至大約1.5英寸,或它們之間的任何子范圍。要認識到,當描述板或面板以外的復雜形狀時,描述厚度是不合適的。因此,基于該板坯的最終配置,該板坯可具有各種尺寸。
該板坯具有內結合(IB)強度。根據ASTM D1037,IB強度可以大于大約20、大于大約30、大于大約40、大于大約50、大于大約60、大于大約70、大于大約80、大于大約90或大于大約100磅/平方英寸(psi)。在某些實施方案中,根據ASTM D1037,該板坯具有大約50至大約500、大約100至大約300、或大約150至大約250psi的IB強度,或它們之間的任何子范圍。在各種非限制性實施方案中也可以使用上述這些之間的所有數值和數值范圍,包括上述這些數值。
IB強度是拉伸性質。通常,在傳統板坯中,隨著IB強度提高,撓曲性質如彈性模量(MOE)和斷裂模量(MOR)改變,具體而言,隨著IB強度提高,MOE通常降低。
在各種實施方案中,根據ASTM D1037,該板坯具有大于75,000、大于95,000、大于100,000、或大于110,000psi的MOE。通常,根據ASTM D1037,該板坯具有大于3,000、大于3,250、大于3,300、或大于3,500psi的MOR。在各種非限制性實施方案中也可以使用上述這些之間的所有數值和數值范圍,包括上述這些數值。
在各種實施方案中,該板坯具有與使用脲-甲醛樹脂形成的相當板坯類似的Push Off Test Extension值,其中本領域技術人員會理解術語“類似”。在各種實施方案中,該板坯具有在這樣的對比板坯的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20或25%內的Push Off Test Extension值。在各種非限制性實施方案中也可以使用上述這些之間的所有數值和數值范圍,包括上述這些數值。
該板坯可具有3、4、5、6、7、8、9或10英寸的push off值或它們之間的任何數值或數值范圍。可以如實施例中所述計算push off值并可如本領域技術人員所理解,隨溫度和是否在傳送機上評估該板坯而變。在各種非限制性實施方案中也可以使用上述這些之間的所有數值和數值范圍,包括上述這些數值。
在各種實施方案中,可以使用由R.J.Leicht在Journal of Adhesion,1998,第25卷,第31-44頁(其在一個或多個非限制性實施方案中全文經此引用并入本文)中描述的設備改造的裝置測量冷粘性(cold tack),將預壓制的板坯推過組裝臺的邊緣,以使板坯斷裂處的長度定義用于制備該板坯的粘合劑的冷粘性能。下述這種測量冷粘性的試驗在本文中被稱作"Push Off Test"。相應地,由其獲得的值可被描述為上述Push Off Test Extension值。
在該Push Off試驗中,用于測量冷粘性的改良裝置通常包括連接到電動機上的液壓缸,該電動機連接到木平臺上。可將聚四氟乙烯"T"固定到氣缸推桿的末端。可以在置于被光滑聚乙烯膜片覆蓋的金屬板上的木模型(form)中制備要測試的板坯樣品以使其具有2英寸(5厘米)高度。然后可以在該布置(furnish)上放置緊密嵌入該模型(form)中的平頂木質嵌件,然后可以將承載該模型(form)和布置(furnish)的金屬板置于來自Black Brothers Company的Power Pod C-壓機下。該壓機通常配有兩個加壓至90psi的空氣艙以制造280psi的計算總力,其施加90秒以形成9″x6″x1″(22.9cm x 15.2cm x 2.5cm)壓制板坯。然后通常將在塑料覆蓋的金屬板上的板坯放置在推桿前并可以使用電動液壓缸將板坯邊緣與平臺邊緣對齊。然后可以同時啟動計時器和在每分鐘1.67英寸(4.2厘米)的速率下的程序化推桿。然后記錄板坯第一次斷裂的時間和落到天平上的材料重量。在另一些實施方案中,用于生成這些值的試驗可以是美國專利No.8,440,747和/或Journal of Adhesion,1998,vol.25,第31-44頁中描述的任何試驗,它們各自在各種非限制性實施方案中特此并入本文。
許多木質纖維素粒子:
該板坯包括許多木質纖維素粒子。所述許多木質纖維素粒子可替代地描述為木質纖維素材料或木質纖維素片。該木質纖維素材料可替代地描述為許多木質纖維素片。所述許多木質纖維素粒子可衍生自各種木質纖維素材料。通常,所述許多木質纖維素粒子衍生自木材;但是所述許多木質纖維素粒子可衍生自其它木質纖維素材料,如衍生自甘蔗渣、稻草、亞麻屑、堅果殼、谷物殼等,及其混合物。如果使用木材作為木質纖維素材料,則可以由各種物種的硬木和/或軟木制備所述許多木質纖維素粒子。薄片、纖維或其它微粒形式的非木質纖維素材料,如玻璃纖維、云母、石棉、橡膠、塑料等也可以與許多木質纖維素粒子混合。但是,這些材料不是必需的。
所述許多木質纖維素粒子可來自各種工藝,如通過將小圓木、工業木渣、樹枝、粗紙漿用木材等粉碎成鋸屑、碎屑、薄片、圓片、板條(strands)、基布(scrim)、纖維、片等形式的碎片。在某些實施方案中,所述許多木質纖維素粒子包括通常用于形成OSB、OSL、重組木和顆粒板(PB)的那些碎片。在另一些實施方案中,所述許多木質纖維素粒子包括常用于形成纖維板(如LDF、MDF和HDF)的那些碎片。在另一實施方案中,所述許多木質纖維素粒子包括常用于形成膠合板的那些碎片。要認識到,該板坯可包括上述材料和/或碎片的各種組合,如板條和鋸屑。此外,可以將該板坯成型成面板和板以外的形狀。
所述許多木質纖維素粒子可通過各種傳統技術制造。例如,膠合板級圓木可以用傳統圓材刨片機在一次操作中轉化成薄片。或者,可以用傳統裝置將圓木和伐木殘渣切割成大約0.5至大約3.5英寸長的指狀小物(fingerling),并將該指狀小物(fingerling)在傳統環形刨片機中刨片。圓木通常在刨片前剝皮。該板坯不限于任何特定的形成所述許多木質纖維素粒子的方法。
所述許多木質纖維素粒子的尺寸不是特別重要。在某些實施方案,如用于形成OSB的那些實施方案中,所述許多木質纖維素粒子通常包括具有大約2.5至大約6英寸的平均長度、大約0.5至大約2英寸的平均寬度和大約0.1至大約0.5英寸的平均厚度的板條。要認識到,也可以使用如本領域技術人員需要的其它尺寸。在這些實施方案的一些中,除板條外,該板坯可包括其它類型的木質纖維素粒子,如碎屑。在某些實施方案中,可以使用通常大約1.5英寸寬和大約12英寸長的板條制造刨片層積材(laminated strand lumber),而通常大約0.12英寸寬和大約9.8英寸長的板條可用于制造平行板條成材(parallel strand lumber)。在某些實施方案,如用于形成刨花板的那些實施方案中,所述許多木質纖維素粒子包括具有大約2至大約6英寸的平均長度、大約0.25至大約3英寸的平均寬度和大約0.005至大約0.05英寸的平均厚度的薄片。在另一些實施方案,如用于形成重組木的那些實施方案中,所述許多木質纖維素粒子包括具有大約0.25至大約20、大約0.5至大約15或大約1至大約10毫米的平均直徑和幾英寸至幾英尺的長度的薄的不規則碎片。關于所述許多木質纖維素粒子,例如基布(scrim)的合適尺寸和形狀以及制造重組木的方法的詳細信息描述在授予Coleman的美國專利No.6,344,165中,其公開內容在一個非限制性實施方案中全文經此引用并入本文。在另一些實施方案中,所述許多木質纖維素粒子是常用于形成傳統PB的那些。所述許多木質纖維素粒子可以在使用前進一步研磨,如果需要這樣才能產生更適用于制造所需板坯的尺寸。例如,錘子、翼攪拌器(wing beater)和齒盤磨機可用于形成各種尺寸和形狀的所述許多木質纖維素粒子。
所述許多木質纖維素粒子具有一定的濕含量并且不能干燥(即具有小于0.5重量%的濕含量),因為水通常充當異氰酸酯反應性組分。所述許多木質纖維素粒子通常具有基于100重量份的所述許多木質纖維素粒子計0.5至30重量%水的濕含量。在各種其它實施方案中,所述許多木質纖維素粒子具有基于100重量份的所述許多木質纖維素粒子計0.5至25、0.5至20、0.5至15、0.5至10、0.5至5、1至25、1至20、1至15、1至10、1至5、2至15、3至12、或5至10重量%水的濕含量。水有助于該板坯的固化或凝固。所述許多木質纖維素粒子的濕度通常是固有的,即通常不添加獨立的或外來的水。實際上,本公開的方法不含添加水的步驟。在各種非限制性實施方案中也可以使用上述這些之間的所有數值和數值范圍,包括上述這些數值。
根據需要形成的板坯的類型,所述許多木質纖維素粒子以各種量用在板坯中。通常,如在OSB、PB、重組木或MDF用途中,基于100重量份的板坯計,所述許多木質纖維素粒子以大約75至大約99、大約85至大約98、大約90至大約97、或大約92至大約95.5重量份的量使用,或它們之間的任何子范圍。要認識到,根據各種因素,包括所述許多木質纖維素粒子的濕含量,該量可以更高或更低。例如,所述許多木質纖維素粒子的濕含量可隨地理位置、來源等而變,如隨磨機而變。
該板坯還包括異氰酸酯的自聚合產物,并可任選包括聚氨酯和/或聚脲,各自不受特別限制并可以是本領域中的任何聚氨酯和/或聚脲。該聚氨酯和/或聚脲可被進一步定義為異氰酸酯和可與異氰酸酯反應的異氰酸酯反應性組分的反應產物。該板坯中的聚氨酯的量可隨何時選擇樣品測試而變。例如,如果在形成板坯的方法開始時測量樣品,則該量可能比稍后測量樣品更低或更高。這同樣適用于聚脲和/或自聚合產物。聚氨酯和/或聚脲可以與所用異氰酸酯的原始量相比較的量存在。例如,基于所用異氰酸酯的100%摩爾基礎計,聚氨酯和/或聚脲的量可以為1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95或甚至更大的摩爾%。在各種非限制性實施方案中也可以使用上述這些之間的所有數值和數值范圍,包括上述這些數值。
異氰酸酯:
在各種實施方案中,該異氰酸酯通常是具有兩個或更多個官能團,例如兩個或更多個異氰酸酯(NCO)基團的多異氰酸酯。換言之,該異氰酸酯可以是異氰酸酯或異氰酸酯的組合。合適的有機多異氰酸酯包括,但不限于,傳統脂族、脂環族、芳脂族和芳族異氰酸酯。在某些實施方案中,該異氰酸酯選自二苯甲烷二異氰酸酯(MDIs)、聚合二苯甲烷二異氰酸酯(pMDIs)及其組合。聚合二苯甲烷二異氰酸酯也可被稱作多亞甲基多亞苯基多異氰酸酯。在另一些實施方案中,該異氰酸酯是可乳化MDI(eMDI)。其它合適的異氰酸酯的實例包括,但不限于,甲苯二異氰酸酯(TDIs)、六亞甲基二異氰酸酯(HDIs)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDIs)、萘二異氰酸酯(NDIs)及其組合。在一個具體實施方案中,該異氰酸酯是MDI。在另一具體實施方案中,該異氰酸酯是pMDI,即聚合亞甲基-4,4′-二苯基二異氰酸酯。在另一些具體實施方案中,該異氰酸酯是MDI和pMDI的組合。
在某些實施方案中,該異氰酸酯是異氰酸酯封端的預聚物。該異氰酸酯封端的預聚物是異氰酸酯和多元醇和/或多胺的反應產物。該異氰酸酯可以是聚氨酯領域中的任何類型的異氰酸酯,如多異氰酸酯之一。如果用于制造異氰酸酯封端的預聚物,該多元醇通常選自乙二醇、二乙二醇、丙二醇、二丙二醇、丁二醇、甘油、三羥甲基丙烷、三乙醇胺、季戊四醇、山梨糖醇及其組合。該多元醇也可以是如下文在異氰酸酯反應性組分的論述中進一步描述和例舉的多元醇。如果用于制造異氰酸酯封端的預聚物,則該多胺通常選自乙二胺、甲苯二胺、二氨基二苯甲烷和多亞甲基多亞苯基多胺、氨基醇及其組合。合適氨基醇的實例包括乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺及其組合。該異氰酸酯封端的預聚物可以由兩種或更多種上述多元醇和/或多胺的組合形成。
其它合適異氰酸酯包括授予Gismondi等人的美國專利Nos.4,742,113;授予Mente等人的5,093,412;授予Clarke等人的5,425,976;授予Hsu的6,297,313;授予Thompson等人的6,352,661;授予Mente等人的6,451,101;授予Mente等人的6,458,238;授予Mente等人的6,464,820;授予Mente等人的6,638,459;授予Mente等人的6,649,098;授予Capps的6,822,042;授予Capps的6,846,849;授予Evers等人的7,422,787;授予Lu等人的7,439,280;和授予至Mente的8,486,523;和Savino等人的美國公開No.2005/0242459中描述的那些;其公開內容在不與本發明的一般范圍沖突的程度上全文經此引用并入本文。
合適的異氰酸酯的具體實例可以商標如M、M20、MI、LUPRANATE MM103、M20SB、M20HB和M20FB異氰酸酯購自BASF Corporation of Florham Park,NJ。在一個實施方案中,該異氰酸酯是M20。在另一實施方案中,該異氰酸酯是M20FB。要認識到,該異氰酸酯可包括上述異氰酸酯和/或異氰酸酯封端的預聚物的任何組合。
在再一些實施方案中,該異氰酸酯進一步被定義為純液體或固體(其中術語“純”如異氰酸酯領域中所理解),被定義為異氰酸酯預聚物(NCO封端和/或羥基封端)、脲基甲酸酯-異氰酸酯、縮二脲-異氰酸酯、異氰酸酯-異氰酸酯、碳二亞胺-異氰脲酸酯、聚氨酯-異氰酸酯雜化物、聚脲-異氰酸酯雜化物和/或其組合。在一個實施方案中,該異氰酸酯具有255至280g/mol的數均分子量、470至550g/mol的重均分子量、170至200cP的在25℃下測得的粘度和41至46mN/m的在25℃下測得的表面張力。
或者,該異氰酸酯可存在于或用于有機乳狀液中。例如,該異氰酸酯可作為分散相存在于具有50至99、50至95、55至90、60至85、65至80、或70至80、或75重量%連續相的乳狀液中。
在再一些實施方案中,該異氰酸酯具有0至33、5至30、10至25、或15至20的NCO百分比。在附加實施方案中,考慮在上述任何一個或多個數值內或之間的任何數值或數值范圍,包括整數和分數。
該異氰酸酯通常具有適合將異氰酸酯施加到所述許多木質纖維素粒子上的特定施加方式(例如通過將異氰酸酯噴涂、成霧和/或霧化以將異氰酸酯施加到所述許多木質纖維素粒子上)的粘度。通常,該異氰酸酯具有根據ASTM D2196大約100至大約5,000、大約100至大約2,500、或大約100至大約1,000cps的在25℃下的粘度,或它們之間的任何子范圍。
就形成聚氨酯而言,通常使異氰酸酯與異氰酸酯反應性組分(其通常是或包括多元醇或具有多于一個羥基的化合物)反應。可以使用本領域中已知的或下述的任何多元醇或具有多于一個羥基的化合物。例如,所述許多木質纖維素粒子可包括多于一個羥基以使所述許多木質纖維素粒子可與異氰酸酯反應。
多元醇:
在各種實施方案中,該多元醇選自常規多元醇,如乙二醇、二乙二醇、丙二醇、二丙二醇、丁二醇、甘油、三羥甲基丙烷、三乙醇胺、季戊四醇、山梨糖醇及其組合。其它合適的多元醇包括,但不限于,生物多元醇,如大豆油、蓖麻油、大豆蛋白質、菜籽油等,及其組合。合適的聚醚多元醇包括,但不限于,通過環狀氧化物,例如環氧乙烷(EO)、環氧丙烷(PO)、環氧丁烷(BO)或四氫呋喃在多官能引發劑存在下的聚合獲得的產物。合適的引發劑化合物含有多個活性氫原子,并包括水、丁二醇、乙二醇、丙二醇(PG)、二乙二醇、三乙二醇、二丙二醇、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲苯二胺、二乙基甲苯二胺、苯基二胺、二苯甲烷二胺、乙二胺、環己烷二胺、環己烷二甲醇、間苯二酚、雙酚A、甘油、三羥甲基丙烷、1,2,6-己三醇、季戊四醇及其組合。
其它合適的聚醚多元醇包括聚醚二醇和三醇,如通過環氧乙烷和環氧丙烷同時或相繼加成到二官能或三官能引發劑上而得的聚氧丙烯二醇和三醇和聚(氧乙烯-氧丙烯)二醇和三醇。也可以使用具有多元醇組分的重量的大約5至大約90重量%的氧乙烯含量的共聚物,其中該多元醇可以是嵌段共聚物、無規/嵌段共聚物或無規共聚物。其它合適的聚醚多元醇包括通過四氫呋喃的聚合而得的聚四亞甲基二醇。
合適的聚酯多元醇包括,但不限于,芳族聚酯多元醇,多元醇,如乙二醇、丙二醇、二乙二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、環己烷二甲醇、甘油、三羥甲基丙烷、季戊四醇或聚醚多元醇或此類多元醇的混合物和多羧酸,尤其是二羧酸或它們的成酯衍生物,例如琥珀酸、戊二酸和己二酸或它們的二甲酯、癸二酸、鄰苯二甲酸酐、四氯鄰苯二甲酸酐或鄰苯二甲酸二甲酯或其混合物的羥基封端反應產物。也可以使用通過內酯,例如己內酯(與多元醇聯合)或羥基羧酸,例如羥基己酸的聚合而得的聚酯多元醇。
合適的聚酯酰胺多元醇可通過在聚酯化混合物中加入氨基醇,如乙醇胺獲得。合適的聚硫醚多元醇包括通過硫二甘醇獨自或與其它二醇、氧化烯、二羧酸、甲醛、氨基醇或氨基羧酸一起縮合而得的產物。合適的聚碳酸酯多元醇包括通過使二醇,如1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、二乙二醇或四乙二醇與碳酸二芳酯,例如碳酸二苯酯或與光氣反應而得的產物。合適的聚縮醛多元醇包括通過使二醇,如二乙二醇、三乙二醇或己二醇與甲醛反應制成的那些。其它合適的聚縮醛多元醇也可通過使環狀縮醛聚合制備。合適的聚烯烴多元醇包括羥基封端的丁二烯均聚物和共聚物,且合適的聚硅氧烷多元醇包括聚二甲基硅氧烷二醇和三醇。
胺:
現在涉及形成聚脲,該異氰酸酯反應性組分通常是或包括胺。可以使用本領域中已知的任何胺。例如,該胺可選自MDA、TDA、乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊烷二胺、己烷二胺、辛烷二胺、癸烷二胺、十二烷二胺、十四烷二胺、十六烷二胺、十八烷二胺、Jeffamines-200、-400、-2000、-5000,受阻仲胺,如Unilink 4200、Curene 442、Polacure 740、Ethacure 300、Lonzacure M-CDEA、Polyaspartics、4,9二氧雜十二烷-1,12-二胺及其組合。在另一些實施方案中,該胺選自API-N-(3-氨基丙基)咪唑、DMI-1,2-二甲基咪唑、DMI-1,2-二甲基咪唑、N 100-N,N-二甲基環己基胺、N 101–二甲基乙醇胺、N 103-N,N-二甲基芐胺、N 104-N-乙基嗎啉、N 105-N-甲基嗎啉、N 106-2,2'-二嗎啉二乙基醚、N 107–二甲基氨基乙氧基乙醇、N 201-TEDA/DPG、N 202-TEDA/BDO、N 203-TEDA/MEG、N 204-N,N'-二甲基哌嗪、N 205-雙(2-二甲基氨基乙基)醚、N 206-雙(2-二甲基氨基乙基)醚、N 301–五甲基二亞乙基三胺、N 301–五甲基二亞乙基三胺、N 400–三甲基氨基乙基乙醇胺、N500-四甲基-1,6-己二胺、N 500-四甲基-1,6-己烷二胺、N 600-S-三嗪、N 700-1,8-二氮雜雙環-5,4,0-十一烯-7、NMI-N-甲基咪唑及其組合。
自聚合產物:
現在涉及異氰酸酯的自聚合產物,這種自聚合產物可以是上文闡述的或本領域中已知的任何異氰酸酯的自聚合產物。如本領域中理解,該自聚合產物在反應過程中的不同點,例如在提取樣品時可能不同。此外,也如本領域中理解,溫度、壓力和時間也影響自聚合產物的形成、特定反應在哪里結束等。此外,也如本領域中理解,該自聚合產物可能受動力學和或熱力學考量影響。
例如,該自聚合產物可以進一步被定義為聚合亞甲基-4,4′-二苯基二異氰酸酯的自聚合產物并可以是或包括下列:
或者,也可以使用任何一種或多種上述異氰酸酯的任何其它自聚合產物。但是,該自聚合產物可以以上文沒有描述的量存在,因為難以量化精確的量。例如,該量通常隨時間和溫度提高直至所有異氰酸酯轉化成二-、三-和最終聚脲。換言之,該板坯中的自聚合產物的量可隨何時選擇樣品測試而變。例如,如果在形成板坯的方法開始時測量樣品,則該量可能比稍后測量樣品更低或更高。該自聚合產物可以與所用異氰酸酯的原始量相比較的量存在。例如,基于所用異氰酸酯的100%摩爾基礎計,自聚合產物的量可以為1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95或甚至更大的摩爾%。也可存在在上述數值之間的所有數值和數值范圍。為進一步說明這一概念,圖1A-1B包括凝膠滲透色譜圖,其中圖1A顯示在Fomrez UL-1異氰酸酯催化劑存在下由水分與pMDI的反應(24小時)形成聚脲的較高分子量低聚物,而圖1B僅顯示pMDI。通常,該板坯在該方法中的某一時刻始終包括一定量的自聚合產物。
異氰酸酯催化劑:
現在涉及異氰酸酯催化劑,這種催化劑可以是本領域中的任何一種。在一個實施方案中,該異氰酸酯催化劑是胺催化劑。在另一實施方案中,該異氰酸酯催化劑是有機金屬催化劑。
該異氰酸酯催化劑可以是或包括錫催化劑。合適的錫催化劑包括,但不限于,有機羧酸的錫(II)鹽,例如乙酸錫(II)、辛酸錫(II)、乙基己酸錫(II)和月桂酸錫(II)。在一個實施方案中,該異氰酸酯催化劑是或包括二月桂酸二丁基錫,其是有機羧酸的二烷基錫(IV)鹽。非限制性異氰酸酯催化劑的具體實例可以商標購自Air Products and Chemicals,Inc.of Allentown,PA。該異氰酸酯催化劑還可包括有機羧酸的其它二烷基錫(IV)鹽,如二乙酸二丁基錫、馬來酸二丁基錫和二乙酸二辛基錫。
其它合適但非限制性的異氰酸酯催化劑的實例包括氯化鐵(II);氯化鋅;辛酸鉛;三(二烷基氨基烷基)-s-六氫三嗪,包括三(N,N-二甲基氨基丙基)-s-六氫三嗪;四烷基氫氧化銨,包括四甲基氫氧化銨;堿金屬氫氧化物,包括氫氧化鈉和氫氧化鉀;堿金屬醇鹽,包括甲醇鈉和異丙醇鉀;和具有10至20個碳原子和/或OH側基的長鏈脂肪酸的堿金屬鹽。
其它合適但非限制性的異氰酸酯催化劑的另一些實例包括N,N,N-二甲基氨基丙基六氫三嗪、鉀、乙酸鉀、N,N,N-三甲基異丙基胺/甲酸酯,及其組合。合適的三聚催化劑的一個具體實例可以商標購自Air Products and Chemicals,Inc.。
其它合適但非限制性的異氰酸酯催化劑的再一些實例包括二甲基氨基乙醇、二甲基氨基乙氧基乙醇、三乙胺、N,N,N',N'-四甲基乙二胺、N,N-二甲基氨基丙胺、N,N,N',N',N"-五甲基二亞丙基三胺、三(二甲基氨基丙基)胺、N,N-二甲基哌嗪、四甲基亞氨基-雙(丙胺)、二甲基芐基胺、三甲基胺、三乙醇胺、N,N-二乙基乙醇胺、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基嗎啉、N-乙基嗎啉、雙(2-二甲基氨基-乙基)醚、N,N-二甲基環己基胺(DMCHA)、N,N,N',N',N"-五甲基二亞乙基三胺、1,2-二甲基咪唑、3-(二甲基氨基)丙基咪唑及其組合。在各種實施方案中,該異氰酸酯催化劑可以商標購自Air Products and Chemicals,Inc.。該異氰酸酯催化劑可包括一種或多種上述催化劑的任何組合。
在再一些實施方案中,該催化劑選自DABCO TMR、DABCO TMR-2、DABCO HE、DABCO 8154、PC CAT DBU TA 1、PC CAT Q1、Polycat SA-1、Polycat SA-102、成鹽形式和/或其組合。
在另一些實施方案中,該催化劑選自二月桂酸二丁基錫、二丁基錫氧化物(例如作為在C8-C10鄰苯二甲酸酯中的液體溶液)、二月桂基硫醇二丁基錫、雙(2-乙基己基巰基乙酸)二丁基錫、二月桂基硫醇二甲基錫、二新癸酸二甲基錫、二油酸二甲基錫、雙(2-乙基己基巰基乙酸)二甲基錫、二月桂酸二辛基錫、雙(2-乙基己酸)二丁基錫、辛酸亞錫、油酸亞錫、二馬來酸二丁基錫、二馬來酸二辛基錫、馬來酸二丁基錫、巰基丙酸二丁基錫、雙(異辛基巰基乙酸)二丁基錫(dibutyltin bis(isoodyithioglycolate))、二乙酸二丁基錫、二辛基錫氧化物混合物、二辛基錫氧化物、二異辛酸二丁基錫、二新癸酸二丁基錫、羧酸二丁基錫、羧酸二辛基錫及其組合。
該異氰酸酯催化劑可促進–NCO/H2O反應以形成聚脲粘合劑的低分子量低聚物。或者,該異氰酸酯催化劑可促進異氰酸酯的自聚合反應。該異氰酸酯催化劑還可促進異氰酸酯和多元醇反應形成聚氨酯。
該異氰酸酯催化劑可以以各種量使用。例如,在各種實施方案中,該異氰酸酯催化劑以基于該混合物或異氰酸酯的總重量%的0.0001至10、0.0001至5、5至10重量%的量使用,或它們之間的任何其它數值或數值范圍。通常,所用催化劑的量取決于該方法的溫度。例如,在150℉下,可以使用0.0001%,而在室溫下,可以使用5-10%。在各種實施方案中,選擇催化劑的量以控制自聚合產物、聚氨酯和/或聚氨酯的一種或多種的形成速率并使板坯具有足夠的強度(生坯強度或冷粘性)以在傳送過程中保持結構完整性。
磷酸三乙酯(TEP):
在另一實施方案中,該異氰酸酯催化劑存在于磷酸三乙酯(TEP)中或與磷酸三乙酯(TEP)結合使用。或者,TEP可獨立于異氰酸酯催化劑用于并存在于該方法和/或板坯中。TEP具有化學式(C2H5)3PO4或(C2H5)3P=O并且也可被稱作“磷酸,三乙酯”。TEP通常被歸類為極性非離子溶劑。在某些實施方案中,TEP據信充當異氰酸酯(例如MDI、pMDI等)與給質子材料,如水、多元醇和/或多胺的反應的相轉移催化劑。TEP也可充當可溶于TEP的組分,例如異氰酸酯、水和各種多元醇和/或多胺之間的溶劑。TEP據信能通過除去通常不混溶的液體反應物之間的相屏障而使該反應以更快速率和在更低溫度下進行。一個實例是在水和MDI/pMDI之間的反應中以形成聚脲鍵。另一實例是形成聚氨酯鍵,例如當使用一種或多種多元醇時。TEP的加入能夠通過促進組分的反應而使用于制造板坯的壓制時間更短。在使用高粘異氰酸酯樹脂(例如在室溫下粘稠、半固體或固體的那些)的實施方案中,可以使用TEP降低粘度,這易于操作、制造等。例如,TEP可以與此類樹脂共混以減輕/消除加熱需要,降低泵送設備上的負荷,促進更快施用,促進更快反應等。還相信TEP的使用意外地使所述許多木質纖維素粒子具有提高的粘性和提高的Push Off值以使板坯在該連續方法中成型和使用時保持完好。在各種實施方案中,TEP以基于該混合物的總重量%的0至20、5至20、或10至15重量%的量使用。在各種非限制性實例中,TEP以相當于大約20克TEP的量與65克異氰酸酯和15克異氰酸酯催化劑與多元醇的組合結合使用,±1、2、3、4、5、10、15、20或25%。
載體多元醇:
該異氰酸酯催化劑也可以存在于載體多元醇中或與載體多元醇結合使用。或者,載體多元醇可獨立于異氰酸酯催化劑用于并存在于該方法和/或板坯中。在各種實施方案中,該載體多元醇以該混合物的總重量%的0至20、5至20、或10至15重量%的量使用。在各種非限制性實例中,該載體以相當于大約20克載體多元醇的量與65克異氰酸酯和15克異氰酸酯催化劑與TEP的組合結合使用,±1、2、3、4、5、10、15、20或25%。在各種其它實施方案中、該載體多元醇具有50至2,000、50至1,500、50至1,000、50至500、100至450、150至400、200至350、或250至300、g/mol的重均分子量。載體多元醇的合適但非限制性實例包括乙二醇、丙二醇、二乙二醇、三乙二醇、二丙二醇、三丙二醇、甘油、季戊四醇、三羥甲基丙烷、丁二醇、己二醇、辛二醇、癸二醇、十二烷二醇、十四烷二醇、十六烷二醇、十八烷二醇、雙酚A、雙酚F及其組合。
在該連續方法中的任何一個或多個點,該板坯和/或該混合物可包括異氰酸酯聚合反應的反應性中間體,例如縮二脲、縮三脲(triuret)、脲基甲酸酯等。在一個實施方案中,該混合物和/或該板坯包括聚合亞甲基-4,4’-二苯基二異氰酸酯的縮二脲。可以在下文更詳細描述的形成板坯的步驟前原位形成這種反應性中間體。
在一個實例中,該板坯和/或該混合物可包括一種或多種下列或如下形成的化合物:
在另一實施方案中,該板坯和/或該混合物可包括一種或多種下列或如下形成的化合物:
在再一實施方案中,該板坯和/或該混合物可包括一種或多種下列或如下形成的化合物:
該混合物和/或板坯可以不含或包括基于100重量份的整個混合物計少于5、4、3、2、1、0.5或0.1重量%的甲醛樹脂、羥甲基化脲、或由其形成的低聚物、UF膠或粘合劑,和/或不同于異氰酸酯的增粘化合物和/或粘合劑。在某些實施方案中,該板坯基本不含UF樹脂和/或PF樹脂。“基本不含”是指在這些實施方案中,UF樹脂和/或PF樹脂以基于100重量份的制品計不大于大約15、不大于大約10、不大于大約5或接近或等于0重量份的量存在,或它們之間的任何子范圍。在另一些實施方案中,該制品完全不含UF樹脂和/或PF樹脂。該混合物可包括基于100重量份的整個混合物計少于10、5、4、3、2、1、0.5或0.1重量%的量的水。
在另一些實施方案中,該混合物和/或板坯可包括各種量的一種或多種上述化學品。例如,該混合物和/或板坯可包括1、2、3、4、5、6、7、8、9或10重量%的甲醛樹脂、羥甲基化脲、或由其形成的低聚物、UF膠或粘合劑等的一種或多種。也考慮它們之間的所有數值和數值范圍。
連續方法:
回過頭說,該方法進一步被定義為在具有至少兩個傳送機,例如第一傳送機和第二傳送機的線路上形成板坯的連續方法。該線路和這兩個傳送機可以是形成包括所述許多木質纖維素粒子的板坯的本領域中已知的任何一種。例如,該線路和傳送機可以是如本領域技術人員理解的用于形成UF、PF和/或MUPF顆粒板的那些。這兩個傳送機彼此隔開。這一空間可以被描述為預定或預設的空間或距離。這一空間可以是1至20厘米或5至20厘米。在各種實施方案中,這一空間是1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20厘米,或它們之間的任何數值或數值范圍。這兩個傳送機可以進一步被定義為第一傳送機和第二傳送機。但是,本公開不限于僅使用兩個傳送機。可以使用多于一個第一傳送機,例如一組第一傳送機。類似地,可以使用多于一個第二傳送機,例如一組第二傳送機。或者,可以使用三個、四個、五個或更多個傳送機。這些傳送機的取向和運行可以如上所述與本領域技術人員傳統理解的相同。
合并以形成混合物:
該方法包括合并異氰酸酯、異氰酸酯催化劑和所述許多木質纖維素粒子以形成混合物和異氰酸酯在所述混合物中的原位自聚合產物的步驟。換言之,自聚合產物在該連續方法的過程中形成而非單獨添加到任何組分或該混合物中。盡管可以將額外量的自聚合產物添加到一種或多種組分或該混合物中,但至少一些自聚合產物在這種方法中原位形成。術語“原位”可以描述在形成該混合物時(例如在形成該混合物的過程中)和/或在形成該混合物后形成自聚合產物。例如,可能在該方法中在所述許多木質纖維素粒子和異氰酸酯互相(和可能與異氰酸酯催化劑)接觸后的任何時刻形成自聚合產物。無意受制于任何特定理論,但相信,異氰酸酯在與所述許多木質纖維素粒子的水分接觸時自聚合。
該混合物可包括異氰酸酯、異氰酸酯催化劑和所述許多木質纖維素粒子(和上下文描述的任何其它化合物)的不均勻組合,或可包括它們的均勻組合。在各種實施方案中,該混合物不含水或包括該混合物的總重量的少于10、9、8、7、6、5、4、3、2、1、0.05或0.01重量%的水。
異氰酸酯、異氰酸酯催化劑和所述許多木質纖維素粒子可以以任何量和任何順序合并以形成混合物。類似地,異氰酸酯、異氰酸酯催化劑和所述許多木質纖維素粒子可以在任何溫度下合并以形成混合物。合并步驟可以在室溫(例如25℃)以下、室溫或室溫以上進行。在各種實施方案中,合并步驟在100至200、110至190、120至180、130至170、140至160、140至150、140至180、145至175、150至170、155至165、或155至160℉的溫度下進行。
在一個實施方案中、所述許多木質纖維素粒子在摻合機中在160至180℉的溫度下加熱。隨后,將異氰酸酯和異氰酸酯催化劑與所述許多木質纖維素粒子結合添加到摻合機中以形成混合物。然后加熱該混合物以保持140至150℉的溫度。然后從摻合機中取出該混合物并如下文更詳細描述的那樣用于形成板坯。
形成該混合物的步驟可包括將異氰酸酯和異氰酸酯催化劑同時或在不同時間合并到所述許多木質纖維素粒子中。在一個實施方案中,在異氰酸酯催化劑之前將異氰酸酯施加到所述許多木質纖維素粒子中。在另一實施方案中,首先施加異氰酸酯催化劑。在再一實施方案中,將異氰酸酯和異氰酸酯催化劑同時施加到所述許多木質纖維素粒子中。異氰酸酯和異氰酸酯催化劑可以分開施加或作為預混組合施加。在一個實施方案中,將異氰酸酯和異氰酸酯催化劑摻合形成一種體系,將該體系施加到所述許多木質纖維素粒子中。可以通過各種方法,如通過混合、轉筒翻轉、滾動、噴涂、壓片、吹線處理(blow-line resination)、摻合(例如吹線(blow-line)摻合)等將異氰酸酯和異氰酸酯催化劑施加到所述許多木質纖維素粒子中。例如,異氰酸酯和異氰酸酯催化劑和所述許多木質纖維素粒子可以如下文進一步描述在該混合物,也稱作“供給物(furnish)”的形成過程中混合或一起研磨。
通常,通過噴涂、成霧或霧化法將異氰酸酯和異氰酸酯催化劑施加到所述許多木質纖維素粒子上。然后將其上已施加了異氰酸酯和異氰酸酯催化劑的所述許多木質纖維素粒子置于載體上,并大致成型(或界定)該混合物或板坯。然后可以將該混合物成型為板坯,例如通過將該混合物滴到載體,例如傳送帶上,或該板坯可以直接在載體上成型。換言之,可以將其上已施加了異氰酸酯和異氰酸酯催化劑的所述許多木質纖維素粒子以各種方式布置在載體上以將該混合物成型。然后可以將該混合物供入成型器,其通常將該混合物成型為具有預定寬度和預定厚度的板坯,其中所述許多木質纖維素粒子在載體上松散取向。可以如下文進一步描述根據該制品所需的最終寬度和厚度確定板坯的預定寬度和厚度。該板坯然后可以以各種形狀成型,如板或面板,或例如通過模制或擠出該板坯而成型為更復雜的形狀,以形成制品。
在某些實施方案中,在合適的設備中攪拌所述許多木質纖維素粒子的同時將異氰酸酯和異氰酸酯催化劑噴涂、成霧和/或霧化到所述許多木質纖維素粒子上。噴涂、成霧和霧化可以使用噴嘴進行,如向一個噴嘴供應單個組分,或預混并向其供應兩種或更多種組分的噴嘴。為了最大限度覆蓋所述許多木質纖維素粒子,通常可以通過在所述許多木質纖維素粒子在旋轉摻合機或類似設備中翻滾時噴灑微滴或成霧或霧化而將異氰酸酯和異氰酸酯催化劑施加到所述許多木質纖維素粒子上。作為另一實例,所述許多木質纖維素粒子可以在配有至少一個,通常至少兩個或三個轉盤霧化器的轉鼓摻合機中被異氰酸酯和異氰酸酯催化劑涂布。也可以使用包括擋板的滾筒(tumblers)、鼓(drums)或滾子(rollers)。剪切力也可用。
或者,可以向載體直接提供所述許多木質纖維素粒子,并可以例如通過噴涂或壓片將異氰酸酯和異氰酸酯催化劑施加到所述許多木質纖維素粒子上,以形成該混合物。例如,可以將所述許多木質纖維素粒子置于傳送帶或板上,然后噴涂異氰酸酯和異氰酸酯催化劑以形成該混合物。此外,異氰酸酯和異氰酸酯催化劑的至少一種可以已存在于所述許多木質纖維素粒子上,然后可以將剩余組分施加到所述許多木質纖維素粒子上。
要施加到所述許多木質纖維素粒子上并與其混合的異氰酸酯和異氰酸酯催化劑的量取決于幾個變量,包括所用的特定異氰酸酯和異氰酸酯催化劑、所用的所述許多木質纖維素粒子的尺寸、濕含量和類型、板坯的預期用途和板坯的所需性質。通常將所得混合物成型為單層或多層板坯,將其壓縮成例如OSB、PB、重組木、MDF或所需形狀和尺寸的另一板坯。也可以將該混合物成型為更復雜的形狀,如通過模制或擠出該混合物。
由所述混合物形成板坯:
該方法還包括由所述混合物形成板坯的步驟。該形成步驟不受特別限制并可包括在任何量的熱和/或壓力下壓制。例如,可以使用連續傳送機系統。在一個實施方案中,連續驅動的傳送機在將該混合物分散到傳送機上的分散裝置下方運行。通過該分散裝置可以在傳送機上形成無盡板坯。該無盡板坯可以使用鋸子或其它切割裝置分割或切割。該連續傳送機可包括多個獨立傳送帶,板坯在其上形成和/或行進。本公開中所述的Push Off試驗值使板坯在獨立傳送帶之間行進時的連續性最大化并使斷裂或破壞的可能最小化。在一個實施方案中,該混合物在由該混合物形成板坯的步驟的過程中包括聚合亞甲基-4,4′-二苯基二異氰酸酯的縮二脲。在另一實施方案中,一個或多個工藝步驟可以如美國專利No.8,440,747中所述,其在一個或多個非限制性實施方案中特此引用并入本文。
在一個實施方案中,在從摻合機中取出該混合物后,將該混合物置于傳送機上,然后預壓制以形成初始板坯,其不同于在本公開中形成的最終板坯。初始板坯隨后沿一個或多個傳送帶傳遞,最后在加熱壓機中例如在325至375、325至350、或350至375℉的溫度下壓制。通常,這種施熱能使異氰酸酯形成熱固性材料。
該板坯可以以任何合適的方式形成。例如,可以將該混合物從間隔布置在該帶上方的一個或多個料斗沉積在環形帶或傳送機上承載的板狀托架上。當形成多層板坯時,可以使用多個料斗,各自具有覆蓋該托架的寬度的分散或成型頭以在托架在成型頭之間運動時相繼沉積該混合物的單獨層。板坯厚度隨如所述許多木質纖維素粒子的尺寸和形狀、用于形成板坯的特定技術、最終板坯的所需厚度和密度和在壓制周期過程中使用的壓力之類的因素而變。該板坯的厚度通常為板坯的最終厚度的大約5倍至大約20倍。例如,對于0.5英寸厚和大約35lbs/ft3最終密度的刨花板或板坯板(matboard panels),該板坯通常最初為大約3英寸至大約6英寸厚。
通常,所述許多木質纖維素粒子在該混合物和板坯中松散取向。通常提供載體,如傳送帶或板,并將該混合物和最終板坯置于該載體上。該混合物可以直接在載體上形成和/或例(如在轉筒中)形成后轉移到載體上。在一個實施方案中,聚氨酯、聚脲和/或自聚合產物基本保持該混合物中的所述許多木質纖維素粒子在載體上時的取向。不要求完美保持該取向。例如,可能發生輕微變形。一般而言,自聚合產物通常充當“增粘劑”或充當“粘性”膠,并可用作UF樹脂和/或PF樹脂的替代品,以及其它傳統粘合劑的替代品。因此,該混合物具有粘性或冷粘性。
除上述Push Off值外,可以以各種方式測定冷粘性。例如,可以使用“slump”試驗,其使用堆滿該混合物的漏斗,然后將該漏斗倒扣到表面上并移除,以使該混合物(以漏斗的形狀)留在表面上。然后可以觀察該漏斗形混合物隨時間經過的形狀變化,如歸因于該漏斗形混合物的滑塌/坍塌的角度變化。另一實例被稱作“雪球”試驗,其中可以抓一把該混合物,在手中將該混合物捏成球,并上下拋擲該球以測定該球是否散開。在ASTM D1037中描述了其它合適的試驗。
在將該混合物成型為板坯時,該混合物通常在該板坯在載體上時基本保持該板坯的寬度和厚度。可以認識到,當載體運行時,例如通過傳送,該混合物防止板坯由于振動而散開。例如如果載體是板并且該板朝壓機運動,也可發生振動。這樣的振動會造成木質纖維素碎片的取向問題,會造成降低的內結合(IB)強度并且會造成其它類似的問題。
通常通過在升高的溫度下和在壓力下壓縮該混合物而由該混合物形成板坯。通常,至少對該板坯施加壓力足以形成該板坯的時間量。也通常施加熱。這樣的條件促進如上所述的異氰酸酯反應。通過提供粘性,該混合物可減輕所述許多木質纖維素粒子在板坯中的運動,如通過降低所述許多木質纖維素粒子在對板坯施加壓力時爆開的可能。具體而言,可以相對于用于形成傳統板坯的傳統壓制速度和/或壓力提高對該混合物施加壓力以形成板坯的速度,這為板坯制造商提供經濟益處,如提高的吞吐量。該混合物提供的相同粘性在板坯的運動過程中,如在傳送時有用。
通常,施加熱以促進該混合物的固化。壓機溫度、壓力和時間隨板坯的形狀、厚度和所需密度、所述許多木質纖維素粒子,例如木刨花或鋸屑的尺寸和類型、所述許多木質纖維素粒子的濕含量和所用的具體組分廣泛變動。壓機溫度例如可以為大約100℃至大約300℃。為使內部蒸汽的生成最小化和使最終板坯的濕含量降至所需水平以下,壓機溫度通常小于大約250℃,最通常大約180℃至大約240℃,或在它們之間的任何子范圍。所用壓力通常為大約300至大約800磅/平方英寸(psi)或在它們之間的任何子范圍。通常,壓制時間為120至900秒或在它們之間的任何子范圍。所用壓制時間應是足以至少基本固化該混合物并提供所需形狀、尺寸和強度的板坯的持續時間。對于例如刨花板或PB面板的制造,壓制時間主要取決于制造的板坯的板厚度。例如,對于具有大約0.5英寸厚度的板坯,壓制時間通常為大約200秒至大約300秒。
用于形成板坯的其它合適方法描述在授予Mente等人的美國專利Nos.6,451,101;授予Mente等人的6,458,238;授予Mente等人的6,464,820;授予Mente等人的6,638,459;授予Mente等人的6,649,098、授予Coleman的美國專利No.6,344,165;授予Lu等人的7,439,280;和授予Mente的8,486,523;和Savino等人的美國公開No.2005/0242459中,各自在各種非限制性實施方案中特此引用并入本文。
不受制于或局限于任何特定理論,但自聚合產物的存在被認為與不利用自聚合產物形成板坯時需要的時間量相比可減少形成板坯所需的時間量。具體而言,自聚合產物被認為有助于減少在板坯制造過程中該混合物的固化時間。因此,可以通過提高的制造速度,例如壓機速度(即較短壓制時間)提高板坯的吞吐量。也可以實現其它制造效益,如相對于傳統粘合劑改進了將該混合物的組分施加到所述許多木質纖維素粒子上。此外,據信該板坯包括優異的物理性質。例如,在某些實施方案中,該板坯可具有下列一種或多種:提高的粘結強度、降低的邊緣溶脹、改進的脫離(release)性質、改進的彎曲模量和/或降低的排放,各自相對于傳統板坯而言。自聚合產物被認為還可通過相轉移催化和/或減粘機制改進用于形成板坯的其它任選組分(如多元醇)的性能。此外,可以通過緩慢形成提供粘性的聚脲/聚氨酯的低分子低聚物克服間隙和轉變區(transitions)。
將所述板坯從第一傳送機輸送至第二傳送機:
該方法還包括在保持所述板坯的結構完整性的同時將所述板坯從第一傳送機經預定距離輸送至第二傳送機的步驟。該方法可包括兩個或更多個經可具有如上所述的尺寸的距離輸送的步驟。該預定距離通常是所述至少兩個傳送機彼此隔開的距離。結構完整性的保持可以如上所述,其中在該板坯經過預定空間的過程中該板坯不裂開或不裂成碎片。
附加實施方案:
在一個實施方案中,所述許多木質纖維素粒子在干燥機中加熱以控制濕含量。所述許多木質纖維素粒子可隨后在摻合機中與異氰酸酯和異氰酸酯催化劑混合以形成混合物。離開摻合機時該混合物的溫度可變。然后通常將該混合物轉移到成型機,例如芯層成型機或表層成型機中。
成型機通常將該混合物鋪設在第一傳送帶上以在形成板坯時,其以一個、兩個、三個或更多個層,通常以三個層形成。頂層和底層通常被描述為表層,而中間層通常被描述為芯層。但是,也可以使用附加的第一傳送機,例如一組第一傳送機。
第一傳送機通常將該混合物移至預壓機,在此壓縮該混合物以形成復合材料。該組合物然后通常被第二傳送機運往加熱壓機,在此加熱該復合材料以形成板坯。但是,在第二傳送機之后也可以使用附加傳送機。在復合材料從第一傳送機運往第二(或附加)傳送機的過程中,該復合材料遇到轉變區(transitions)和/或間隙。間隙尺寸不等。如果該復合材料沒有足夠的強度,則該復合材料在越過間隙/或轉變區(transitions)時損失結構完整性。制造和移動該復合材料所花的時間為大約15至30分鐘。
實施例
根據本公開形成一系列板坯并評估以測定Push Off試驗值(見圖2的表)。測定Push-Off試驗值以評估自聚合產物的形成速率和板坯的強度。更具體地,該push-off試驗在摻合后10分鐘運行。在具有加熱能力的Hobart混合機中進行Push-off操作。在使用Hobart混合機的各制備中,如本領域中理解的那樣使用475克表面配料(surface furnishing)和25-35克樹脂(異氰酸酯/催化劑/TEP/多元醇)。圖2的表中所列的數據表明,通過改變催化劑/TEP/多元醇的量,可以在使板坯具有足夠的完整性以在連續生產線上保持完好所需的時間定制push-off運行。使用上述方法,即Journal of Adhesion,1998,第25卷,第31-44頁中描述的方法獲得Push-Off試驗值。
在表2中,括號中的數值代表基于該組合物的總重量計特定組分的重量%。所用催化劑是如本領域中已知的UL-28。DEG代表二乙二醇。BDO代表1,4-丁二醇。HDO代表1,6-己二醇。預聚物和羥基封端預聚物都是Pluracol 593和單體MDI的反應產物。以厘米為單位測得的數值描述在碎片落到地板上之前多少板坯保持完整性。
根據本公開形成另一系列板坯并評估以測定IB、MOE和MOR和%MC值(見圖3的表)。IB值、MOE值、MOR值和%MC值各自使用ASTM D1037獲得。
這些板坯如本領域技術人員所理解在littleford摻合機中制造。在摻合后,摻合機混合物中的溫度為~100℉。測試板坯,大部分測試IB,但少數測試MOE和MOR。圖3的表中所列的數據表明與對照物相比,將材料(催化劑/TEP/多元醇)添加到pMDI中不會顯著影響IB、MOE/MOR值。
一個或多個上述數值可改變±5%、±10%、±15%、±20%、±25%等,只要該變動保持在本公開的范圍內。可以由馬庫什群組的各成員獨立于所有其它成員獲得出乎意料的結果。可以獨立和/或組合依賴各成員并為所附權利要求書范圍內的具體實施方案提供足夠的支持。在本文中明確考慮了獨立和從屬權利要求(單項和多項從屬性的)的所有組合的主題。本公開是示例性的,包括描述性而非限制性用詞。可以根據上述教導作出本公開的許多修改和變動,并可以與本文中具體描述不同地實施本公開。