[发明专利]用于复合材料制品的增粘剂

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求要求2010年8月3日提交的美国临时专利申请61/400,828的权益以及2010年9月21日申请的美国临时专利申请61/384,776的权益，两者都通过参考整体加入本文。

发明领域

本发明总体上涉及复合材料制品，更具体地涉及包括多个木质纤维素片和位于多个木质纤维素片上的粘合剂体系的复合材料制品以及该复合材料制品的形成方法。

相关现有技术的描述

木质纤维复合材料制品(例如定向刨花板(oriented strand board)(OSB)、定向层积材(oriented strand lumber)(OSL)、碎料板(particleboard)(PB)、重组材(scrimber)、农业纤维板(agrifiber board)、粗纸板(chipboard)、密度板(flakeboard)和纤维板(例如中密度纤维板(MDF)))通常是通过在共混机或类似装置中翻滚或搅动木质纤维素片的同时用粘合剂组合物(例如树脂)共混或喷雾木质纤维素片制备的，在充分共混形成粘合剂-木质纤维素混合物之后，将涂覆有粘合剂组合物的木质纤维素片成型为产品(具体来说是松散的毡子)，将其在热压板/压盘之间压制以固定粘合剂组合物并将木质纤维素片以致密形式结合在一起，例如呈板(board)、嵌板(panel)或其它形状。用于压制松散的毡子的常规工艺通常是在约120℃-约225℃的温度在不同量蒸汽的存在下进行的，蒸汽是有意注入松散的毡子中的或通过从松散的毡子中的木质纤维素片中释放出夹带的水分而产生的。这些工艺通常还需要在将木质纤维素片与粘合剂组合物共混之前使木质纤维素片的水分含量为约2wt%-约20wt%。

木质纤维素片能够是碎片(chips)、碎片(shavings)、长条(strands)、稀松织物(scrim)、薄片、纤维、锯屑、蔗渣、秸秆和木刨花(wood wool)的形式。当木质纤维素片尺寸较大(例如1-7英寸)时，由该工艺制备的木质纤维复合材料制品在本领域中通称为工程木材(engineered wood)。这些工程木材包括长条刨片层积材(laminated strand lumber)、OSB、OSL、重组材、平行木片积材(parallel strand lumber)和单板层积材(laminated veneer lumber)。当木质纤维素片较小(例如典型的锯屑和细小纤维大小)时，木质纤维复合材料制品在本领域中称作碎料板(PB)和纤维板(例如MDF)。其它工程木材(例如胶合板(plywood))使用较大的木材片，通过粘合剂组合物将其以夹层构造结合在一起。另一种工程木材(例如重组材)使用平均直径为约2-10mm且长度为几英尺的不规则细长木片。

开发工程木材是因为尺寸适于切割成木材的树木日益缺乏。工程木材能够具有有利的物理性质，例如强度和稳定性。工程木材的另一个优点是其能够由加工其它木材或木质纤维材料产生的废料制成。这从回收期间导致高效并节能，并节省垃圾填埋空间。

已用于制备木质纤维复合材料制品的粘合剂组合物包括酚甲醛(PF)树脂、脲甲醛(UF)树脂和异氰酸酯树脂。基于异氰酸酯化学的粘合剂组合物是商业上所需要的，因为其具有低吸水性、高粘合和内聚强度、配制灵活性、固化温度和速率方面的多样性、优良的结构性质、与具有高水含量的木质纤维材料的结合能力，并且重要的是具有零甲醛释放。

已知用聚亚甲基聚(异氰酸苯酯)(本领域中也称作聚MDI或PMDI)处理木质纤维材料能够提高复合材料制品的强度。通常，这种处理包括将异氰酸酯施用于木质纤维材料并通过施加热和压力或在室温下使异氰酸酯固化。虽然可使PMDI在环境条件下固化，但在一些情况下，残余的异氰酸酯(NCO)基团会在处理过的制品上保留数周甚至数月。还已知为此目的使用甲苯二异氰酸酯(TDI)，但从环境观点而言通常接受度较低。异氰酸酯预聚物是优选的异氰酸酯材料之一，其已经用于粘合剂组合物中以解决各种加工问题，特别是降低与压板的粘合性并降低异氰酸酯的反应性。