定向結構板的制作方法

專利名稱：定向結構板的制作方法
定向結構板
本發明涉及一種定向結構板(Oriented Strand Board, OSB)，其包括 芯層和兩個面層，其中至少一個層包含膠粘劑組合物。
這樣的OSB及其制造方法通常是己知的，并在例如下列文獻中冇所描 述 "Holzwekstoffe und Leime， M. Dunky and P. Niemz, p 33-135， Springer-Verlag, 2002"禾口 "Taschenbuch der Spanplatten Technik， Dcppc & Ernst, p 258-266， 1991, DRW Verlag"。
已知的OSB的缺點是，為了使OSB符合嚴格標準，例如EN 300標準 中的OSB/3或OSB/4要求，或美國商業部的國家標準與技術協會頒布的 PS2-92自愿性產品標準中提出的"Exterior"等級，通常使用大景的W^ 和高性能的膠粘劑組合物，例如基于聚合二苯甲烷二異氰酸酯(pMDI) 的膠粘劑組合物。同時，OSB還需要滿足一系列嚴格性較低的要求，例如 上述PS 2-92標準中提出的已知的"Exposure 1"要求。使用pMDI i'J'使 OSB滿足Exposurel標準。然而，如果以"Exterior"等級所需的暴:使川， pMDI則超過了額定量并且十分昂貴。另一方面，減少pMDI的貫很容易 導致膠粘劑組合物在材料條(strand)上分布不均，從而造成OSB巾的均 勻性問題。因此，需要提供一種膠粘劑組合物，所述膠粘劑組合物能夠以 如下方式制備滿足Exposure l標準的OSB:所述膠粘劑組合物以足以避免 不均勻性的量被添加。
本發明的目的是滿足上述需求。
上述目的通過包含含有尿素和甲醛的樹脂組合物的膠粘劑組合物實
現，其中所述樹脂組合物還包含蜜胺和/或芳族羥基化合物，其中
甲醛與蜜胺加芳族羥基化合物之和的摩爾比為8:1-100:1; 甲醛與-(NH2)2加芳族羥基化合物之和的摩爾比為1:0.2-1:2。 本發明的OSB的優點是，可以最大程度地使用低成本組分，例如「卩賂 和尿素，而同時該OSB適合用于許多實際應用，例如那些需耍滿足
Exposure 1標準的應用。
本發明涉及定向結構板(OSB) 。 OSB包括木條的芯層，該芯層的每 側被木條的面層覆蓋。芯層可以是一個均質層，也可以由若干個子層構 成。通常，芯層和面層的木條與膠粘劑化合物結合。已知的是，木條的選 擇和定向以及膠粘劑組合物的固化(結合擠壓操作)可得到具有特定性能 的OSB。在本發明的上下文中，術語OSB是指如此制備的定向結構板， 即，其中膠粘劑組合物優選至少以實際中常見的程度被固化。OSB的性能 通常被描述為介于刨花板與膠合板之間。OSB中的木條通常具有以下尺 寸長度為5-150 mm，寬度為1-50 mm，厚度為0.1-2 mm。芯層可以構 成OSB的10-90 wt%，通常構成OSB的40-70 wt%。芯層的木條可以與面 層的木條相同，也可以不同。芯層的膠粘劑組合物可以與面層的膠粘劑饑 合物相同，也可以不同。兩個面層的膠粘劑組合物可以相同或不同。
根據本發明，至少一個層(芯層和/或一個或兩個面層)的膠粘劑組合 物至少包含樹脂組合物(即由其制備)，所述樹脂組合物包含尿素和甲i'降 以及蜜胺和/或芳族羥基化合物。通常，這樣的樹脂組合物及其制備木身是 已知的。已知的是，通過向樹脂組合物添加至少催化劑，由所述樹脂組合 物制備膠粘劑組合物；優選地，在此過程中不添加其它樹脂。根據本發 明，樹脂組合物包含尿素、甲醛以及蜜胺和/或芳族羥基化合物。在本發明 的上下文中，術語蜜胺和尿素是指該化合物本身或結合至多25 wt(K的量的 衍生物的該化合物。蜜胺衍生物的例子是三聚氰酸二酰胺、氰尿酰胺、密 白胺和蜜勒胺。尿素衍生物的例子是縮二脲。芳族羥基化合物是具有至少 一個與芳環直接相連的0H基的化合物和化合物的混合物。優選地，芳族 羥基化合物主要包括或甚至基本上由苯酚構成。在本發明的上下文中，甲 醛是指該化合物本身或可以在樹脂形成或膠粘劑形成或膠粘劑固化條件下 釋放甲醛的化合物；這樣的化合物的例子是低聚甲醛和三噁烷。木發明的 上下文中所稱的甲醛、蜜胺、尿素和芳族羥基化合物是指該化合物本身和Z 或以反應形式結合在樹脂中的該化合物。
根據本發明，樹脂組合物的特征在于若干個摩爾比。甲醛與蜜胺加芳 族羥基化合物之和的摩爾比為8:1-100:1。因此，盡管存在蜜胺和芳族羥基
化合物中的至少一種，但它們的存在量與甲醛的量相比較低。令人驚訝 地，用如此低量的蜜胺和/或芳族羥基化合物制備的OSB仍能夠通過在美
國市場中特別關鍵和知名的Exposure 1測試。甲醛與蜜胺加芳族羥基化合 物之和的所述比例應為至少8:1，以使本發明的OSB的經濟性最佳。優選 地，所述比例為至少9:1、 10:1、 11:1、 12:1、 13:1、 14:1或甚至15:1。該 比例應為至多100:1，從而確保由蜜胺和/或芳族羥基化合物帶來的優點ii 現在本發明的OSB中。優選地，所述比例為至多95:1、 90:1、 85:1、 80:1、 75:1、 70:1、 65:1、 60:1、 55:1或甚至50:1。蜜胺與芳族羥基化合物 的摩爾比可為100:0、 0:100，或其間的任意值，例如75:25、 50:50或 25:75。
由于樹脂組合物中的甲醛與蜜胺加芳族羥基化合物之和的這種摩爾 比，甲醛的全部或大部分或甚至主要部分組合物不可能單獨基于蜜胺和Z或 芳族羥基化合物，如樹脂組合物中期望的那樣已反應掉或可以反應掉。因 此，本發明的樹脂組合物還包含尿素，其量可使甲醛與可與甲醛形成樹脂 的化合物的總和(即蜜胺、尿素加芳族羥基化合物之和，其中蜜胺和尿素 現在以其摩爾-(NH2)2當量表示)的摩爾比為1:0.2-1:2。對于包含尿素和/或 蜜胺的樹脂領域的技術人員來說，處理甲醛與-(NH2)2的比例(，12)2 比)是常見的；這使得可以在考慮尿素與蜜胺之間的反應基團的數&差異 的同時來表示甲醛與尿素加蜜胺之和的摩爾比。已知的是，-一個尿素分子 具有兩個-(NH2)2基，而一個蜜胺分子具有三個-(NH2)2基。本文所用農述 "-(NH2)2之禾卩"具有重新計為-(NH2)2當量的尿素與蜜胺之和的通常含
義。優選地，甲醛與-(NH2)2加芳族羥基化合物之和的摩爾比為1:0.4-1丄7, 1:0.6-1:1.5或1:0.8-1:1.3。由于蜜胺和/或芳族羥基化合物的量被定 為遠低于甲醛摩爾量的水平，因此該摩爾比的結果是使一方面的蜜胺和/或 芳族羥基化合物與甲醛的所需摩爾比與另一方面的甲醛與應與其反應的所 有化合物的所需比例之間的"差距"被尿素所彌補。
根據本發明，考慮樹脂組合物中的蜜胺與尿素的摩爾比是有用的。在 一種優選實施方式中，該比例為1:8-1:100，確保如果使用蜜胺，則存在的 尿素遠多于蜜胺。
如上所述，本發明的樹脂組合物可以包含蜜胺，優選確實包含蜜胺。 因此，通常，上面給定的比例可以得到含有1-10 WtM的蜜胺的樹脂，所述
重量百分比相對于固體含量為60%的樹脂的總量。對于具有其它固體含量
的樹脂，蜜胺的重量百分比應當落入給定的范圍，條件是可以通過調節水
量使得樹脂的固體含量為60%。優選地，所述重量百分比為2-8 wt%， 3-7 wt。/。或4-6wt%。在這些類型的樹脂組合物中，只為芳族羥基化合物留下 有限的余地，這種余地取決于本發明的甲醛與蜜胺加芳族羥基化合物之和 的摩爾比。
或者，而且如上所示，本發明的樹脂組合物可以包含芳族羥基化合 物，優選苯酚。因此，通常，上面給定的比例得到的樹脂所含的芳族羥基 化合物可為1-10 wt% (基于樹脂總量的重量百分比，所述樹脂的固體含量 約為60%)，優選2-8wt。/。， 3-7 wt。/。或4-6 wt%。這些類型的樹脂組合物 中，只為蜜胺留下有限的余地，這種余地取決于本發明的甲醛與蜜胺加芳 族羥基化合物之和的摩爾比。
用于本發明的OSB中的樹脂組合物可以通過本身已知的方法制備。在 一種優選實施方式中，樹脂組合物按如下制備制備尿素-甲醛樹脂，并且 制備蜜胺-尿素-甲醛樹脂和/或芳族羥基-甲醛樹脂，然后將這些樹脂混合以 得到滿足本發明的組合物標準的樹脂組合物。在另一種實施方式中，所需 量的蜜胺已與一種樹脂中的尿素共縮合，之后該樹脂與所需量的芳族羥基-甲醛樹脂混合。在樹脂制備過程中，在添加尿素之前、同時或之后，可將 蜜胺和/或芳族羥基化合物添加至樹脂形成混合物；所述添加也可以是上述 方法的組合。優選地，本發明的OSB中的樹脂組合物的重均分子量為 500-10000，優選1000-9000。如果樹脂組合物包含蜜胺，則該樹脂組合物 優選以至少已達到濁點的方式制備。已知的是，當在2(TC下將一滴含蜜胺 的樹脂滴入大量的水中，如果不再溶解而是出現渾濁，則達到該樹脂的濁 點。
如上所示，而且本身已知的是，通過向樹脂組合物中添加至少催化 劑，由該樹脂組合物制備膠粘劑組合物。根據本發明，可以使用任何合適 的催化劑，例如那些目前用于固化含尿素或含尿素-蜜胺的膠粘劑組合物的
催化劑。這樣的催化劑的例子是硫酸銨、氯化銨和硝酸銨。己知的是，除 催化劑以外，可向樹脂或膠粘劑組合物中添加其它物質，例如蠟。優選 地，根據本發明，上面對樹脂組合物給定的摩爾比也總體上適用于膠粘劑 組合物。
本發明的OSB中的至少一個層包含上述膠粘劑組合物。由于技術^
因，需要某一最小量(依賴于OSB的具體類型和厚度)的膠粘劑組合物， 以使OSB滿足所需的要求，例如Exposure l標準。由于經濟原因，期望對 樹脂的用量設定一最大量。在OSB的至少一個層中(或者，在一種優選實 施方式中，在兩個面層或甚至在全部層中)使用的膠粘劑組合物的量優選 為2.5-12 wt%。此重量百分比以干樹脂量/干木材量表示。如本領域技術人 員所知，通過將樹脂量乘以固體含量來確定干樹脂量。通過將少量樹脂 (例如，l或2g)放入12CTC的烘箱2小時，確定樹脂的固體含量。問體 含量被定義為剩余物質的相對重量，以放入烘箱的樹脂的重量百分比農 示。優選地，用于至少一個層的膠粘劑組合物的量為3-11 wt%，更優選 3.5-10.5、 4-10、 4.5-9.5、 5-9或5.5-8.5 wt%。
除本發明的膠粘劑組合物以外，本發明的OSB還可以包含其它膠粘 劑。這樣的其它膠粘劑的例子是pMDI、苯酚-甲醛或包含含蜜胺樹脂組合 物(蜜胺含量高)的膠粘劑組合物。例如，當OSB的一個層包含本發叨的 膠粘劑組合物，而另一個層包含另一種膠粘劑時，就會使用其它膠粘劑。 包含本發明的膠粘劑組合物的一個層或多個層還包含另一種膠粘劑，這也 是可以的；但優選的是，這樣的其它膠粘劑的量的上限為本發明的膠粘劑 組合物的量的50 wt%，更優選40、 30、 20、 10或5 wt%。。最優選地， 包含本發明的膠粘劑組合物的一個層或多個層不包含另一種膠粘劑。
本發明還涉及制備定向結構板(OSB)的方法，并涉及可如此獲得的 OSB。能夠制備本發明上述的OSB的本發明的方法包括如下步驟
a)制備包含含有尿素和甲醛的樹脂組合物的膠粘劑組合物，其屮樹 脂組合物還包含蜜胺和/或芳族羥基化合物，其中甲醛與蜜胺加芳族羥基化 合物之和的摩爾比為8:1-100:1，并且甲醛與-(NH2)2加芳族羥基化合物之和 的摩爾比為1:0.2-1:2;
b)用所述膠粘劑組合物處理木條；
C)分散經膠粘劑處理的木條以形成面層、所述面層上的芯層和所述 芯層上的另一個面層，其中至少一個層的木條是用a)中制備的膠粘劑組 合物在步驟b)中處理過的；
d)壓制步驟c)中形成的木條的所述層以形成OSB，其中膠粘劑組合 物至少部分地固化。
通常通過以下方法制備OSB:首先分散(同時通常實現定向)面層材
料，之后分散該面層材料上的芯層材料，然后分散該芯層材料上的另一個
面層材料層；在此分散步驟之后，進行熱壓步驟，以形成OSB。在熱壓吋 發生膠粘劑組合物和任何其它膠粘劑的固化。壓制可以是連續方式或間歇 方式。在芯層和面層中可以使用不同尺寸和定向的木條。與面層中的木條 相比，芯層中的木條通常具有更小的尺寸和更低的定向度。
如此處所述，OSB具有三個層， 一個芯層和兩個面層。可以制備貝W 4個或者更多層的OSB也是己知的，例如將芯層分為兩層。在本發明的上 下文中，將不是面層的所有層看作芯層并根據本發明對其進行處理。
己知的典型壓制條件是1-7 MPa、 150-270°C，壓制時間"3-12 sec/mm，優選5-20或7-17 sec/mm。如本領域的技術人員已知，jlv制ll寸問 是以每mm的OBS厚度的秒數給出的。
通過以下實施例進一步描述本發明，但本發明不限于這些實施例。
實施例1 制備樹脂組合物
以下面的方式制備甲醛與蜜胺的摩爾比為17:1并且甲醛與-(NH2)2的 摩爾比為1:1的蜜胺-尿素-甲醛樹脂
將491 g的福爾馬林(50 wt。/。的甲醛水溶液)裝入攪拌反應器；將溫 度升至52°C 。用含水氫氧化鈉將pH調至7.2。將209.8 g的尿素和60 g的 蜜胺裝入該反應器；將溫度降至45。C。然后，以2tVmin將反應器的內容 物加熱至90°C。在5.9的pH下進行縮合60分鐘，直到粘度達到400 mPa.s。通過用氫氧化鉀將pH升至837，使反應終止；使反應器溫度達到
60°C。然后將所需的剩余量的238.3 g的尿素添加至反應器；此尿素在約7 分鐘內溶解。隨后將反應器冷卻至室溫，并將pH調至8.7。如此得到的樹 脂的固體含量為65% (在烘箱測試中測定)。
制備膠粘劑組合物
通過向樹脂組合物中添加作為催化劑的1 wt。/。的25 wt。/。的硫酸銨水溶 液以及lwtM的散蠟，制備膠粘劑組合物。
制備OSB
制備厚度為18.3 mm的OSB。面層與芯層的重量比為50:50。面層的 材料條為白楊木條，并用如上制備的6 wt 的膠粘劑組合物對其進行處 理。芯層的材料條也為白楊木條，并用8 wt。/。的膠粘劑組合物對其進行處 理，該膠粘劑組合物通過向如上制備的樹脂組合物中添加作為催化劑的3 wt。/。的25 wt。/。的硫酸銨水溶液以及1 wt。/。的散蠟而制備。壓制條件為JN: 制時間為330秒；壓制溫度為2irC，其中OSB內的溫度升至120°C; W 大壓力為3MPa。
OSB的性能
與Exposure 1要求(在此情況下參照的要求是加拿大標準CS八0 437.0-39 Group 1 (0-2))比較，如此制備的OSB具有以下性能
性能OSB (測定值)Exposure 1標準
彈性模量(MPa)7000>5500
內部結合強度(MPa)0.412^0.345
24小時浸泡厚度膨脹率8.8^10
從上表可清楚地看出，本發明的OSB通過了所有Exposure l標準，而 在評價膠粘劑組合物時，這些標準通常被認為是苛刻的。實施例1的結果 清楚地表明，可以制備能夠通過Exposure 1標準的只包含本發明的膠粘劑
組合物的OSB。
如實施例i制備樹脂組合物、膠粘劑組合物和osB，但是存在以下區
別
用2.5 wt。/。的標準MDI膠粘劑處理芯層的材料條 面層與芯層的重量比為55/45 壓制時間為275秒 如此制備的OSB具有以下性能
性能OSB (測定值)Exposure 1標準
彈性模量(MPa)10000>5500
內部結合強度(MPa)0.345「^0.345
24小時浸泡厚度膨脹率8.6^10
實施例3
如實施例2制備樹脂組合物、膠粘劑組合物和OSB，區別在f ()SB 的厚度為ll.l mm;這也意味著對24小時浸泡厚度膨脹率測試的要求不 同。
如此制備的OSB具有以下性能
性能OSB (測定值)Exposure 1標準
彈性模量(MPa)8400k5500
內部結合強度(MPa)0.483^0.345
24小時浸泡厚度膨脹率12.1^1權利要求
1.定向結構板(OSB)，包括芯層和兩個面層，其中至少一個層包含膠粘劑組合物，其特征在于，所述膠粘劑組合物包含含有尿素和甲醛的樹脂組合物，其中所述樹脂組合物還包含蜜胺和/或芳族羥基化合物，其中·甲醛與蜜胺加芳族羥基化合物之和的摩爾比為8∶1-100∶1；·甲醛與-(NH2)2加芳族羥基化合物之和的摩爾比為1∶0.2-1∶2。
2. 如權利要求1的OSB，其中所述兩個面層包含所述膠粘劑組合物。
3. 如權利要求1或2的OSB，其中所述芯層包含所述膠粘劑組合物。
4. 如權利要求1-3中任何一項的OSB，其中所述OSB符合Exposure 1 測試。
5. 制備定向結構板(OSB)的方法，包括如下步驟a) 制備包含含有尿素和甲醛的樹脂組合物的膠粘劑組合物，其中樹 脂組合物還包含蜜胺和/或芳族羥基化合物，其中甲醛與蜜胺加芳族羥基化 合物之和的摩爾比為8:1-100:1，并且甲醛與-(NH2)2加芳族羥基化合物之和 的摩爾比為1:0.2-1:2;b) 用所述膠粘劑組合物處理木條；c) 分散經膠粘劑處理的木條以形成面層、所述面層上的芯層和所述 芯層上的另一個面層，其中至少一個層的木條是用a)中制備的膠粘劑組 合物在步驟b)中處理過的；d) 壓制步驟c)中形成的木條的所述層以形成OSB，其中所述膠粘劑組合物至少部分地固化。
6. 可由權利要求5的方法獲得的定向結構板(OSB)。
全文摘要
本發明涉及定向結構板(OSB)，包括芯層和兩個面層，其中至少一個層包含膠粘劑組合物，其特征在于，所述膠粘劑組合物包含含有尿素和甲醛的樹脂組合物，其中所述樹脂組合物還包含蜜胺和/或芳族羥基化合物，其中甲醛與蜜胺加芳族羥基化合物之和的摩爾比為8∶1-100∶1；甲醛與-(NH₂)₂加芳族羥基化合物之和的摩爾比為1∶0.2-1∶2。本發明還涉及制備本發明的OSB的方法。
文檔編號C08G12/28GK101102872SQ200680002358
公開日2008年1月9日 申請日期2006年1月12日 優先權日2005年1月13日
發明者胡柏特斯·馬里亞·克里斯蒂娜·史提農, 詹·雅各布·亨德里克·努西德 申請人:帝斯曼知識產權資產管理有限公司