專利名稱：填充型聚合物復合物和合成建筑材料組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有聚合物網(wǎng)絡基質(zhì)和顆粒狀分散相和/或纖維狀材料的復合物組合物，其具有極好的機械特性，以使其適用于承重應用，例如在建筑材料中。所述復合物對于風化具有穩(wěn)定性，可經(jīng)模塑和著色而達到所需功能和美學特征，并且對環(huán)境有益，因為其可利用所回收的顆粒狀或纖維狀材料作為分散相。
背景技術(shù)：
含有有機或無機填充材料的聚合復合物材料因其極好的機械特性、風化穩(wěn)定性和環(huán)境有益性而已為多種用途所需要。
由于所述材料起泡，因此其可具有相對低的密度，或當不起泡時具有高密度，但是由于在整個過程中使用的增強粒子和纖維，因此其極為堅固。它們的聚合物內(nèi)容物也賦予其良好的韌性(意即，抗脆裂性)和當其暴露于環(huán)境中時良好的風化降解抗性。所述特性的組合使得某些聚合復合物材料極為適用于建筑材料中，例如屋面材料、裝潢或建筑制品、戶外制品、絕緣面板及類似物。
此外，所使用的填充材料不需要是原始材料，并且可理想地為作為工業(yè)過程的廢料或副產(chǎn)物而形成的回收纖維或顆粒。聚合復合物使得所述材料可有利地再使用，而不存在處理問題。
填充型復合物聚合材料已描述于美國專利第5,302,634號、第5,369,147號、第5,548,315號和第5,604,260號中，其各自的內(nèi)容均以引用的方式并入本文。然而，所述專利中揭示的材料均使用聚酯聚氨基甲酸酯樹脂，其作為不飽和聚酯多元醇、飽和多元醇、聚異氰酸酯或二異氰酸酯與反應性單體(例如苯乙烯)的反應產(chǎn)物而形成。不同反應物的數(shù)目和由此引起的工藝化學的復雜性通過增加材料投入的成本和通過增加其他工藝設(shè)備的資金成本而增加了制備所述材料的成本。
填充型封閉單元泡沫材料揭示于美國專利第4,661,533號(Stobby)中，但其提供比結(jié)構(gòu)建筑制品所需密度低得多的密度。此外，Stobby并未揭示或提議“自身結(jié)皮”的復合物材料，意即形成覆蓋和保護下層材料的材料表面上的連續(xù)皮，其為多孔且經(jīng)明顯刮擦。

發(fā)明內(nèi)容
然而，已發(fā)現(xiàn)在不需要上文引用專利中所需的所有組份下，可獲得具有良好機械特性的經(jīng)高度填充、起泡或未起泡的復合物聚合材料。此導致成本大幅減少，因為材料成本減少，且因為工藝化學復雜性降低，導致工藝設(shè)備的資金投資減少。
在一實施例中，本發(fā)明涉及具有聚合物網(wǎng)絡基質(zhì)和顆粒狀分散相或纖維狀材料的復合物組合物。聚合物基質(zhì)含有由聚異氰酸酯或二異氰酸酯與一種或一種以上飽和聚醚或聚酯多元醇反應所形成的聚氨基甲酸酯網(wǎng)絡，和由視情況所添加的水和異氰酸酯反應所形成的可選的聚異氰脲酸酯網(wǎng)絡。所述基質(zhì)填充有顆粒相，其可選自一種或一種以上的各種組份，例如飛灰粒子、軸向纖維、織物、短切無序纖維、礦物纖維、研磨廢料玻璃、花崗巖粉塵或其他固體廢料。如果需要，加入水也可用于為反應混合物提供發(fā)泡劑，導致起泡結(jié)構(gòu)。
由于某些原因，本發(fā)明的復合物材料有利于用作結(jié)構(gòu)建筑材料，且尤其用作合成木材。首先，甚至當起泡時，其仍具有所需密度以提供結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強度。其次，材料組合物可易于調(diào)整來修改其特性，例如通過加入定向纖維以增加彎曲剛性，或通過加入顏料或染料以隱藏刮擦作用。這甚至在材料已經(jīng)擠壓成形之后仍可進行。再次，所述材料自身結(jié)皮，形成覆蓋和保護下層更多孔材料的堅硬、稍微多孔層。此堅硬、連續(xù)、高度粘附表皮提供極好的抗水性和抗刮擦性。此外，隨著表皮的形成，可在其上壓印裝飾性圖案(例如，模擬木材紋理)，從而增加由此復合物制成的產(chǎn)品的商業(yè)可接受性。
在一更為特定的實施例中，本發(fā)明涉及一種聚合物基質(zhì)復合物材料，其包含(1)由以下各物反應所形成的聚氨基甲酸酯(a)一種或一種以上單體或寡聚體聚異氰酸酯或二異氰酸酯；(b)具有第一分子量的第一聚醚多元醇；和(c)具有低于第一分子量的第二分子量的可選第二聚醚多元醇；和(2)視情況由單體或寡聚體聚異氰酸酯或二異氰酸酯與水或其他發(fā)泡劑反應所形成的聚異氰脲酸酯；(3)顆粒狀無機填充物。
如上所述，本發(fā)明的聚合物基質(zhì)復合物材料可具有各種不同用途。然而，其尤其適用于結(jié)構(gòu)應用，并且尤其用作合成木材。因此，本發(fā)明的另一特定實施例涉及一種合成木材，其包含上文所述的聚合物基質(zhì)復合物材料，且具有相對多孔材料和安置于并粘附于多孔材料的相對無孔韌化層。
已發(fā)現(xiàn)，用于制造聚合物基質(zhì)復合物材料和由此所形成的合成木材的過程對于所得材料的外觀和特性具有重要影響，且因此對其商業(yè)可接受性具有重要影響。因此，本發(fā)明的另一特定實施例涉及一種通過以下步驟生產(chǎn)聚合物基質(zhì)復合物的方法(1)將具有第一分子量的第一聚醚多元醇和具有高于第一分子量的第二分子量的第二聚醚多元醇與催化劑、可選水和可選表面活性劑混合；(2)視情況將增強纖維材料引入混合物中；(3)將無機填充物引入混合物中；(4)將聚異氰酸酯或二異氰酸酯引入混合物中；和(5)除了控制失控放熱以外，在無強迫冷卻下使放熱反應繼續(xù)進行。
本發(fā)明的材料和其制備過程對環(huán)境是有益的。如上文所述，其提供一種將顆粒廢料再利用于較高價值用途中的機制。此外，其制造過程視情況在聚異氰脲酸酯形成中使用水，其釋放出二氧化碳作為發(fā)泡劑。因此，這個過程避免了使用對環(huán)境有害的發(fā)泡劑，例如鹵代烴。
具體實施例方式
如上文所述，本發(fā)明的一個實施例涉及一種復合物組合物，其含有聚合基質(zhì)相和分散無機顆粒相，且其可含有其他材料，例如增強纖維、顏料和染料、及類似物。材料的所需特性之一為其自身結(jié)皮性質(zhì)。
聚合相理想為含有至少一種聚氨基甲酸酯，通常認為是2部分或熱固性聚氨基甲酸酯。聚氨基甲酸酯是由聚異氰酸酯或二異氰酸酯(下文為“異氰酸酯”)，尤其是芳香族二異氰酸酯，更尤其是亞甲基二苯基二異氰酸酯(MDI)與一種或一種以上聚醚多元醇反應而形成，其在下文更詳細描述。
用于本發(fā)明的MDI可為MDI單體、MDI寡聚物或其混合物?？苫谒杩傮w特性來選擇所用的特定MDI，例如起泡量、與無機顆粒的結(jié)合強度、反應混合物中無機顆粒的濕度、所得復合物材料的強度和剛性(彈性模數(shù))。盡管可使用甲苯二異氰酸酯，但是MDI通常為優(yōu)選的，這是由于其較低的揮發(fā)性和較低的毒性。影響本發(fā)明中所用特定MDI或MDI混合物的其他因素為粘度(從便于操作的角度而言，低粘度較為理想)、成本、揮發(fā)性、反應性和2，4異構(gòu)體含量。對于某些應用而言，顏色可能是重要因素，但通常不影響用于制備合成木材的MDI的選擇。
光穩(wěn)定性也并非是選擇用于本發(fā)明復合物中的MDI的特定考慮因素。實際上，本發(fā)明的復合物允許使用因其有限的光穩(wěn)定性而通常認為并不適于戶外使用的異氰酸酯混合物。當用于本發(fā)明的復合物中時，這些材料令人吃驚地展現(xiàn)出極好的光穩(wěn)定性，其具有極少的甚至無黃化或灰化。由于通常認為適于戶外使用的異氰酸酯混合物(通常為脂肪族異氰酸酯)比本發(fā)明所用的那些顯著昂貴，因此本發(fā)明使用MDI混合物的能力代表顯著的成本優(yōu)勢。
適用于本發(fā)明的MDI組合物包括那些在25℃下具有介于約25至約200cp之間的粘度，和介于約30％至約35％之間的NCO含量的組合物。通常使用異氰酸酯，其對多元醇的1當量OH基團提供至少1當量NCO基團，其理想具有約5％至約10％過量的NCO基團。合適異氰酸酯包括BayerMRS-4、Bayer MR Light、Dow PAPI 27、Bayer MR5、Bayer MRS-2和Rubinate9415。
如上文所述，用于本發(fā)明的異氰酸酯與一種或一種以上多元醇反應。一般來說，以當量計(對于多元醇而言為OH基團，且對于異氰酸酯而言為NCO基團)，異氰酸酯與多元醇的比率通常在約0.5∶1至約1.5∶1的范圍內(nèi)，更尤其在約0.8∶1至約1.1∶1的范圍內(nèi)。在所述范圍內(nèi)的比率為無機顆粒提供良好的起泡和結(jié)合，且產(chǎn)生低吸水量、纖維結(jié)合、熱扭曲抗性和抗蠕變性的特性。然而，所需比率的精確選擇將受系統(tǒng)中水量的影響，包括本身作為發(fā)泡劑加入的水和作為“雜質(zhì)”與其他組份一起引入的水。
所使用的多元醇可以是單一單體、寡聚物或摻合物?？墒褂枚嘣嫉幕旌衔飦碛绊懟蚩刂扑镁酆衔锞W(wǎng)絡的特性。例如，兩種多元醇的混合物，一種為低分子量的彈性(相對于第二)多元醇且另一種為較高分子量、更具剛性的(相對于第一)多元醇。仔細控制剛性多元醇的量以避免使得復合物太脆(已發(fā)現(xiàn)撓性多元醇與剛性多元醇的比率在約5wt％與約20wt％之間通常較為合適，更尤其為15wt％左右)。通常需要使用液體形式的多元醇，且通常為可獲得的最低粘度的液體形式，因為這些可更易于與無機顆粒材料混合?？墒褂盟^的“EO”末端多元醇；然而，當暴露于水時，在需要避免聚合物材料“結(jié)霜”時，通常避免使用。
一般來說，理想多元醇包括聚醚多元醇，例如MULTRANOL(Bayer)，包括MULTRANOL 3400或MULTRANOL 4035、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、二丙二醇、甘油、2-丁炔-1，4-二醇、新戊基二醇、1，2-丙二醇、季戊四醇、甘露醇、1，6-己二醇、1，3-丁二醇、氫化雙酚A、聚四亞甲基二醇醚、聚硫醚和其他二官能基聚醚和多官能基聚醚和聚酯聚醚，和其混合物。多元醇無需可混溶，但在聚合復合物中不應引起相容性問題。
如上文所述，本發(fā)明的復合物理想為可通過將多元醇混合在一起(如果使用多種多元醇)，且隨后將其與例如催化劑、表面活性劑和發(fā)泡劑的各種添加劑混合，然后加入無機顆粒相，隨后加入任何增強纖維且最終加入異氰酸酯來制備。
通常加入一種或一種以上催化劑來控制聚合物基質(zhì)的固化時間(加入異氰酸酯之后)，且所述催化劑可從已知用于起始異氰酸酯與多元醇之間反應的催化劑中選擇，例如含胺催化劑(例如DABCO和四甲基丁二胺)、含錫催化劑、含汞催化劑和含鉍催化劑。為增加固化的均一性和快速性，可能需要加入多種催化劑，包括通過凝膠作用提供總體固化的催化劑，和另一種提供快速表面固化以形成表皮并消除粘著性的催化劑。例如，視所需固化時間長度而定，可加入大于0wt％且低于約0.10wt％(以總反應混合物計)或更少的量的1份含錫催化劑和10份含胺催化劑的液體混合物。過多催化劑可導致過度固化，其可引起固化材料在加工設(shè)備上累積，或材料太硬而不可適當定形，或焦化；在嚴重的情形下，這可導致產(chǎn)品滯銷或著火。固化時間通?；诩s5秒鐘至約2小時之間。
視情況可將表面活性劑加入多元醇混合物中充當濕潤劑，并輔助混合無機顆粒材料。表面活性劑也穩(wěn)定在起泡期間形成的氣泡(如果需要起泡制品)，并鈍化無機顆粒的表面，以使得聚合基質(zhì)覆蓋并結(jié)合至較大表面區(qū)域。以混合物的總重量計，可使用低于約0.5wt％的表面活性劑，理想為約0.3wt％。過量表面活性劑可導致過量水吸收，這可導致復合物材料的冷凍/解凍損害。已發(fā)現(xiàn)，硅酮表面活性劑適用于本發(fā)明。實例包括DC-197和DC-193(基于硅酮，Air Products)，和其他非極性與極性(陰離子與陽離子)制品。
如果需要起泡制品，則也可向多元醇混合物中加入起泡劑。盡管這些起泡劑可包括有機發(fā)泡劑，例如鹵代烴、己烷和其他當由多元醇-異氰酸酯反應而加熱時蒸發(fā)的物質(zhì)，已發(fā)現(xiàn)水更為廉價，且與異氰酸酯反應產(chǎn)生惰性、安全的CO2，且無需從過程中洗滌。同等重要的是，CO2提供起泡制品中所需類型的聚氨基甲酸酯單元(意即，大部分開放，但某些封閉的單元)，且尤其在高填充物含量時，其與大部分無機顆粒填充物的使用高度相容，并且與增強纖維的使用相容。其他起泡劑將不產(chǎn)生與水所能得到的相同的泡沫結(jié)構(gòu)。
如果不向組合物中加入水，由于與其他組份一起作為“雜質(zhì)”引入的少量水(以反應混合物的總重量計，0.2wt％左右)的存在，仍可發(fā)生某些起泡現(xiàn)象。另一方面，由加入過多水(直接或通過引入“潮濕”反應物或無機顆粒材料)所引起的過度起泡可通過加入例如UOP“T”粉末的吸收劑而得以控制。
系統(tǒng)中所存在水的量將對所得復合物材料的密度具有重要影響。以所加入多元醇的重量計，對于介于約20lb/ft3至約90lb/ft3之間的復合物密度而言，此量通常介于約0.10wt％至約0.40wt％之間。
在引入異氰酸酯之前，也可向多元醇混合物中引入增強纖維。這些增強纖維可包括纖維本身，例如短切玻璃纖維，或織物或織物的部分，例如粗紗或線性絲束，或其組合。特別的，增強纖維一般介于約0.125in至約1in之間，更特定介于約0.25in至約0.5in之間。增強纖維給予材料增加的強度(彎曲、拉伸和壓縮)，增加其剛性，且提供增加的韌性(沖擊強度或?qū)Υ嗔训目剐??？椢?、粗紗或絲束增加彎曲剛性和抗蠕變性。本發(fā)明的特定聚氨基甲酸酯網(wǎng)絡的包涵物，連同可選表面活性劑，和所用無機顆粒尺寸使得本發(fā)明的復合物尤其且令人吃驚地充分適用于起泡材料中的增強纖維包涵物，通常預期其可破裂或扭曲泡沫泡，并降低復合物系統(tǒng)的強度。
除在聚合作用之前將增強纖維包括于多元醇混合物中以外，在聚合物離開擠出機時且在任何模塑之前，也可在擠出之后向復合物中引入定向軸向纖維。理想的是，可用多元醇(一般為較高分子量、剛性多元醇)與異氰酸酯的混合物將纖維(例如玻璃帶)濕潤，但不用催化劑或用慢速固化催化劑，或用其他剛性或熱固性樹脂(例如環(huán)氧化物)。這使得可在新添加的材料可固化之前將濕潤纖維并入復合物中，且使得此硬化由大量材料中的已固化聚合物的放熱來驅(qū)動。
無論是在聚合作用和擠出的之前或之后添加，本發(fā)明的復合物材料都含有與分散增強纖維強結(jié)合的聚合基質(zhì)相，以增加所得材料的強度和剛性。這使得所述材料即使在相對低密度(例如，約20至約60lb/ft3)下也可用作結(jié)構(gòu)合成木材。
顏料或染料可加入到多元醇混合物中，或可以在過程中的其他點加入。顏料為可選，但可有助于使復合物材料在商業(yè)上更可接受，更獨特，且有助于隱藏在材料表面可能形成的任何刮擦。顏料的典型實例包括氧化鐵，以反應混合物的總重量計，加入量一般介于約2wt％至約7wt％之間。
無機顆粒相為本發(fā)明的重要特征，且一般以介于總組合物的約45wt％至約85wt％之間的量存在。增加無機顆粒的比例可導致混合難度的增加，使得更需要包括表面活性劑。無機顆粒材料應具有小于約0.5wt％的水(以顆粒材料的重量計)以避免過度或失控起泡。
通常需要使用具有廣泛粒徑分布的顆粒材料，因為這可提供較佳的顆粒封裝，導致密度增加且每單位重量復合物的樹脂含量減少。由于無機顆粒一般為某些形式的廢料或刮擦材料，因此其也導致原材料成本降低。已發(fā)現(xiàn)，具有介于約0.0625in至低于325目之間的尺寸分布的粒子尤其適用。
合適的無機顆粒可包括研磨玻璃粒子、飛灰、爐底灰、砂子、花崗巖粉塵和類似物，以及其混合物。飛灰較為理想是因其稠度均一，含有一些碳(其由于包括已知對塑料提供風化保護的精細碳粒子和不透明灰塵粒子阻擋紫外(UV)光的作用而可對制品提供某些所需的風化特性)，且含有一些金屬物質(zhì)，例如金屬氧化物，相信其可為聚合反應提供其他催化作用。研磨玻璃(例如窗或瓶玻璃)吸收較少樹脂，降低了復合物的成本。也已發(fā)現(xiàn)，煤飛灰和爐底灰的1∶1混合物適合用作無機顆粒組合物。一般來說，具有極低體積密度(例如，低于約40lb/ft3)和/或高碳含量(例如，約20wt％或更高)的飛灰較不合適，因為其更難于并入樹脂系統(tǒng)中，且可能需要添加具有更少碳的其他無機填充物(例如鑄造用砂)。已發(fā)現(xiàn)，由燃煤發(fā)電廠(包括HoustonLighting和Power發(fā)電廠)產(chǎn)生的飛灰，來自Southern California Edison工廠(Navajo或Mohave)的飛灰和爐底灰，來自懷俄明州(Wyoming)的ScottishPower/Jim Bridger發(fā)電廠的飛灰和來自Central Hudson發(fā)電廠的飛灰適用于本發(fā)明。
生產(chǎn)復合物材料的過程可以批量、半批量或連續(xù)方式來操作。可使用例如班伯里(Banbury)型混煉機、攪拌槽和類似物的常規(guī)混煉機進行混合，或可在例如雙螺桿同向擠出機的擠出機中進行混合。當使用擠出機時，尤其在如果使用液體多元醇時，通常不必額外加熱。此外，除最小冷卻以控制過度或失控放熱以外，通常無需強制冷卻。
例如，可使用多區(qū)域擠出機，其中將多元醇和添加劑引入至第一區(qū)，無機顆粒引入至第二區(qū)，且短切纖維、異氰酸酯和顏料引入至第五區(qū)?？墒褂秒p螺桿同向擠出機(例如100mm直徑，盡管直徑實質(zhì)上可變化)，其僅具有水冷卻(以維持室溫)，且不具有擠出機真空(除灰塵以外)?？蓪⒁后w材料泵入至擠出機中，而可通過合適給料斗/螺桿進料器裝置加入固體。在這個例示性裝置中所形成的內(nèi)部壓力并不顯著。
盡管基本上立即發(fā)生凝膠作用，但完全固化可能需要48小時之久，且因此在評估復合物的機械特性之前需要至少等待如此長的時間，以使其組成與特性均穩(wěn)定。
如上文所解釋，本發(fā)明的復合物材料有利地用于結(jié)構(gòu)制品中，包括合成木材。合成木材可以批量、半批量或連續(xù)形式形成。例如，在連續(xù)操作中，將離開擠出機的經(jīng)聚合(和正在聚合)的材料(在后擠出機纖維、絲束或粗紗的視情況并入之后)供應給形成系統(tǒng)，其對材料提供空間限制，且其可用于使所得合成木材的表面具有模擬木材紋理或其他設(shè)計的圖案，以使得這種材料更為商業(yè)所需。例如，可使用包含2、4或6條由撓性樹脂制造的帶的傳送帶系統(tǒng)，所述撓性樹脂其中具有木材紋理或經(jīng)模塑的其他設(shè)計。一種這種合適系統(tǒng)描述于同一日期申請的同在申請中的美國專利申請案第系列(律師備審案件目錄第_號)中，其全文內(nèi)容以引用的方式并入本文中。所述帶理想地由自身釋放橡膠或彈性材料形成，以使其不粘著至聚合物復合物。如果需要涂覆例如蠟、硅酮或氟聚合物的釋放劑，則合適帶材料包括硅酮橡膠、浸漬油的聚氨基甲酸酯或者合成或天然橡膠。
下文提供以總復合物組合物計的合成木材的代表性合適組成范圍(％)剛性多元醇 約6至約18wt％撓性多元醇 0至約10wt％表面活性劑 約0.2至約0.5wt％表皮形成催化劑 約0.002至約0.01wt％凝膠作用催化劑 約0.02至約0.1wt％水 0至約0.5wt％短切玻璃纖維 0至約10wt％顏料 0至約6wt％無機顆粒 約60至約85wt％異氰酸酯 約6至約20wt％軸向絲束 0至約6wt％。
可參考以下非限制性實例進一步了解本發(fā)明。
實例1通過將9.5wt％剛性多元醇(MULTRANOL 4035，Bayer)、0.3wt％橡膠多元醇(ARCOL LG-56，Bayer)、0.3wt％表面活性劑/濕潤劑(DC-197，AirProducts)、0.005wt％膜形成有機錫催化劑(UL-28/22，Air Products)、0.03wt％胺凝膠作用催化劑(33LV，Air Products)和作為起泡劑的0.05wt％的水引入至100mm直徑的雙螺桿同向擠出機的驅(qū)動端來制備聚合物復合物組合物，期間以水冷卻以維持室溫。在擠出機約60％長度點處，添加長度為1/4至1/2英寸的4.2wt％短切玻璃纖維(Owens Corning)，以及4.0wt％褐色顏料(Interstar)、74wt％飛灰(ISG)和9.6wt％異氰酸酯(MONDUR MR Light，Bayer)。在室溫(75)下，以200rpm操作擠出機1小時。擠出之后，向經(jīng)擠出材料的表面加入0.4wt％的橡膠多元醇(ARCOL LG-56，Bayer)和異氰酸酯(MONDUR MR Light，Bayer)的樹脂混合物，為玻璃絲束提供結(jié)合粘著性。加入2wt％左右的量、長度為1/4至1/2英寸的玻璃絲束(OwensCorning)以提供增加的剛性，且剛好加入至由擠出機制造的材料表面以下。
所得復合物材料尤其可用作合成裝飾材料。
實例2在分批反應器中，將16.4wt％剛性多元醇(Bayer 4035)與1.9wt％撓性多元醇(Bayer 3900)、0.2wt％表面活性劑(DC-197)、水、3.2wt％顏料、0.0001wt％UL-28有機錫催化劑和0.1wt％33LV胺催化劑組合，并充分混合1分鐘。隨后加入31.5wt％Wyoming飛灰，并再混合1分鐘。最后加入17.3wt％異氰酸酯(1468A，Hehr)、0.9wt％短切褐色纖維、3.5wt％短切玻璃(直徑0.25in.)和另外25.2wt％Wyoming飛灰，并混合30秒鐘。所得材料具有36％的樹脂含量、90％的剛性與橡膠多元醇比率、64％的固體含量、10％過量的異氰酸酯含量和4.4％的纖維含量，除非另外說明，否則所有這些都是以總組合物的重量計。所得材料適用于形成合成木板。
實例3在分批反應器中，將16.4重量wt％剛性多元醇(Bayer 4035)與1.9重量wt％撓性多元醇(Bayer 3900)、0.2重量wt％表面活性劑(DC-197)、水、3.2重量wt％顏料、3.5重量wt％短切玻璃(直徑0.25in.直徑)、0.4重量wt％左右Mohave爐底灰、0.0001重量wt％UL-28有機錫催化劑和0.1重量wt％33LV胺催化劑組合，并充分混合1分鐘。隨后加入31.5重量wt％Wyoming飛灰，并再混合1分鐘。最后加入17.3重量wt％異氰酸酯(1468A，Hehr)、0.9重量wt％短切褐色纖維和另外25.2重量wt％Wyoming飛灰，并混合30秒鐘。所得材料具有36％的樹脂含量、90％的剛性與橡膠多元醇的比率、64％的固體含量、10％過量的異氰酸酯含量和4.4％的纖維含量，除非另外說明，否則所有這些都以總組合物計。所得材料適用于形成合成木板。
對于實例2和3的每一個實例而言，以下文所示量(以所加入的總多元醇百分比計)加入水；測試所得材料的物理特性，且結(jié)果提供于下文中。200lb沖擊測試是通過使200lb的人在18英寸寬度的合成木板上跳躍來進行，2×6英寸的合成木板支撐在空中距離地面約1ft的高度，并評估所述板是否斷裂。

實例4將纖維玻璃粗紗(Ahlstrom，0.755g/ft)或褐色玄武巖粗紗(0.193g/ft)置于2×4英寸合成木材的24英寸模中，并使其穩(wěn)定以限制其相對于模表面(在模表面中距其約0.125in.)的移動且保持其拉緊。對粗紗進行干燥、涂覆且用合成木材組合物(過篩灰和短切玻璃)預固化，并用49wt％剛性多元醇(MULTRANOL 4035)、0.098wt％表面活性劑(DC-197)、0.20wt％胺催化劑(33LV)和49.59wt％異氰酸酯(Hehr 1468A)的混合物將其潤濕。
向模中加入合成木材混合物，所述合成木材混合物是通過組合16.6wt％剛性多元醇(MULTRANOL 4035)、5.5wt％撓性多元醇(MULTRANOL3900)、0.16wt％表面活性劑(DC-197)、0.07wt％水、3.7wt％顏料、0.003wt％有機錫催化劑(UL-28，Air Products)和0.1wt％胺催化劑(33LV)，并混合1分鐘，隨后加入26.4wt％Wyoming飛灰，混合物1分鐘，且最后加入20.4wt％異氰酸酯(MRS4，Bayer)、1.1wt％短切褐色纖維、3.4wt％短切0.25in.玻璃纖維和22.5wt％Wyoming飛灰，并混合30秒鐘而形成的。
評估所得板的物理特性，并在下文中闡述。也制備不同密度的對照板，且也評價其物理特性。軸向定向粗紗大幅增加彎曲強度，而重量增加很小。隨著材料上負載的增加，粗紗傾向于具有更為明顯的加固作用。

發(fā)現(xiàn)由本發(fā)明生產(chǎn)的合成木材具有良好的阻燃特性，達到25的火焰蔓延指數(shù)，且當鋸開時僅產(chǎn)生少量尺寸小于10μm的可吸入粒子。其提供極好的壓縮強度、固持螺釘和釘子的特性，和密度。本發(fā)明的經(jīng)擠出復合物通常提供遠遠優(yōu)于由經(jīng)模塑復合物所提供的機械特性。
權(quán)利要求
1.一種聚合物基質(zhì)復合物材料，其包含(1)由反應混合物的反應所形成的聚氨基甲酸酯，所述反應混合物包含(a)一種或一種以上單體或寡聚體聚異氰酸酯或二異氰酸酯；(b)具有第一分子量的選自由聚醚多元醇和聚酯多元醇所組成群組的第一多元醇；和(c)具有低于第一分子量的第二分子量，選自由聚醚多元醇和聚酯多元醇所組成群組的可選的第二多元醇；和(2)由單體或寡聚體聚異氰酸酯或二異氰酸酯與已視情況加入反應混合物中的水的反應所形成的可選的聚異氰脲酸酯；(3)無機顆粒材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物基質(zhì)復合物材料，其特征在于所述材料經(jīng)起泡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物基質(zhì)復合物材料，其特征在于進一步包含一種或一種以上遍及聚合物基質(zhì)的無機纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物基質(zhì)復合物材料，其特征在于進一步包含軸向定向纖維粗紗，所述粗紗安置于復合物表面以上、復合物表面中或復合物表面以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物基質(zhì)復合物材料，其特征在于所述第二聚醚多元醇以介于第一聚醚多元醇的0至20wt％之間的量存在。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物基質(zhì)復合物材料，其特征在于以所述組合物的總重量計，所述無機顆粒材料以介于45wt％至80wt％之間的量存在。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物基質(zhì)復合物材料，其特征在于所述無機顆粒材料為飛灰、爐底灰或顆粒玻璃。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物基質(zhì)復合物材料，其特征在于所述無機顆粒材料具有介于0.0625in.至低于325目之間的粒徑分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物基質(zhì)復合物材料，其特征在于所述無機顆粒材料含有少于0.5wt％的水。
10.一種合成木材，其包含根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物基質(zhì)復合物材料；其特征在于所述復合物材料包含相對多孔材料和放置并粘附于所述多孔材料上的相對無孔韌化層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的合成木材，其特征在于具有對應于市售木材制品的尺寸和形狀的尺寸和形狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的合成木材，其特征在于所述合成木材包含至少一個已經(jīng)浮雕或壓印圖案的表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求13所述的合成木材，其特征在于所述圖案包含模擬木材紋理。
14.一種生產(chǎn)聚合物基質(zhì)復合物的方法，其包含(1)將具有第一分子量的第一聚醚多元醇和具有高于第一分子量的第二分子量的第二聚醚多元醇與一種或一種以上的催化劑、水和可選表面活性劑混合；(2)視情況將增強纖維材料引入所述混合物中；(3)將無機填充物引入所述混合物中；(4)將聚異氰酸酯或二異氰酸酯引入所述混合物中；且(5)除控制失控放熱以外，使放熱反應在無強制冷卻下進行，從而形成聚合物基質(zhì)復合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于進一步包含通過模具擠出所述混合物或所述聚合物基質(zhì)復合物。
16.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于混合或反應的至少一部分，或兩者均在擠出機中發(fā)生。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于進一步包含將所述聚合物基質(zhì)復合物模塑成所需形狀。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于進一步包含使所述聚合物基質(zhì)復合物形成為合成木材。
19.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于所述形成包含將所述聚合物基質(zhì)復合物定形為適用于合成木材的尺寸和形狀。
20.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于所述形成進一步包含對所述聚合物基質(zhì)復合物的至少一個表面浮雕或壓印圖案。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述一種或一種以上的催化劑包含表皮形成催化劑。
22.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于所述表皮形成催化劑包含有機錫化合物。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述一種或一種以上的催化劑包含凝膠作用催化劑。
24.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述凝膠作用催化劑包含胺。
25.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于進一步包含將軸向定向纖維粗紗引入所述聚合物基質(zhì)復合物中。
26.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于所述纖維粗紗是在所述復合物表面以上、復合物表面中或復合物表面以下引入。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有聚合物網(wǎng)絡基質(zhì)和顆粒狀分散相或纖維狀材料的復合物組合物。聚合物基質(zhì)含有由聚異氰酸酯或二異氰酸酯與一種或一種以上飽和聚醚或聚酯多元醇反應所形成的聚氨基甲酸酯網(wǎng)絡，和由視情況所添加的水和異氰酸酯反應所形成的可選聚異氰脲酸酯網(wǎng)絡。所述基質(zhì)填充有顆粒相，其可選自一種或一種以上的各種組份，例如飛灰粒子、軸向纖維、織物、短切無序纖維、礦物纖維、研磨廢料玻璃、花崗巖粉塵或其他固體廢料。如果需要，加入水也可用于為反應混合物提供發(fā)泡劑，導致起泡結(jié)構(gòu)。
文檔編號B32B1/00GK1926282SQ200580003018
公開日2007年3月7日 申請日期2005年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月23日
發(fā)明者W·H·布朗 申請人:世紀-博得美國公司