制備粘合劑組合物的方法，層狀復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，粘合劑組合物和粘附性組合物及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于制備粘合劑組合物的方法，所述方法包括以下步驟：(i)在催化劑存在下，形成包含反應(yīng)物組分的水性組合物，所述反應(yīng)物組分包括木質(zhì)素、可聚合物質(zhì)和交聯(lián)劑；(ii)蒸煮所述形成的組合物直到所述組合物具有一粘度，所述粘度對應(yīng)于預(yù)先決定的成品粘合劑組合物粘度值的45–95%；(iii)將鞣酸作為一種反應(yīng)物組分添加至所述組合物；以及(iv)在60–95℃的溫度下蒸煮所述組合物，從而聚合所述反應(yīng)物組分，直到形成具有預(yù)先決定的粘度值的粘合劑組合物。
【專利說明】制備粘合劑組合物的方法，層狀復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，粘合劑組合物和粘附性組合物及其應(yīng)用
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制備粘合劑組合物的方法。此外，本發(fā)明的涉及一種粘合劑組合物。此外，本發(fā)明的涉及一種粘附性組合物，一種層狀復(fù)合材料以及所述粘合劑組合物和粘附性組合物的應(yīng)用。
[0002]發(fā)明背景
[0003]鞣酸(Tannin)和木質(zhì)素(Iignin)是可從如樹皮提取的天然聚合物。例如，北歐軟木樹種如松樹和云杉中的鞣酸含量為5 - 20%ο
[0004]因?yàn)轺匪岷湍举|(zhì)素是天然生物聚合物，已經(jīng)研究了將它們替代合成材料用作膠的組分，以得到更加環(huán)境友好的粘附性組合物。具體的，現(xiàn)有技術(shù)的目標(biāo)是能替換成品酚醛樹脂如苯酚甲醛樹脂中的合成酚。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)公布了能與木材制品一起使用的不同類型的粘附性組合物如酚醛膠。這種膠的例子包括包含苯酚甲醛樹脂的組合物。傳統(tǒng)的苯酚甲醛樹脂通過在催化劑存在下聚合苯酚和甲醛而制備。這樣的催化劑的例子是氫氧化鈉(NaOH)和酸。用于制備苯酚甲醛樹脂的方法包括將甲醛以逐步的方式加熱苯酚組合物中，且隨后將形成的組合物的溫度升高至80 - 90°C。在該溫度下蒸煮所述組合物，直到所述形成的樹脂達(dá)到所需的粘度或聚合物鏈長度。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)認(rèn)識到木質(zhì)素可用于減少樹脂組合物中合成酚的數(shù)量。之前，木質(zhì)素已經(jīng)用于置換木質(zhì)素-苯酚-甲醛樹脂制備中的苯酚。
[0007]此外，已經(jīng)研究了將鞣酸用于粘附性組合物。但是，現(xiàn)有技術(shù)公開的這些制備方法包括只將所述鞣酸或其衍生物物理`性混入其他組分如苯酚甲醛樹脂以得到最終膠組合物。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)的不足在于，特別是對于基于鞣酸的制備方法，用鞣酸只能置換成品樹脂如苯酚甲醛樹脂中達(dá)30%的合成酚。更高的置換會導(dǎo)致所述制備的膠的性能不令人滿
O
[0009]因此，本發(fā)明認(rèn)識到需要一種方法，所述方法可導(dǎo)致所述組合物中更高的苯酚置換且因此導(dǎo)致更加環(huán)境友好的粘合劑組合物。
[0010]發(fā)明目的
[0011]本發(fā)明的目的是提供一種用于置換在粘合劑組合物制備使用的至少一部分?jǐn)?shù)量合成材料的新型方法。具體的，本發(fā)明的目的是制備用于如粘附性應(yīng)用中的更加環(huán)境友好的粘合劑組合物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]根據(jù)本發(fā)明的所述方法，其特征在于如權(quán)利要求1所述的。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的所述粘合劑組合物，其特征在于如權(quán)利要求18所述的。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的所述粘附性組合物，其特征在于如權(quán)利要求19所述的。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的所述層狀復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，其特征在于如權(quán)利要求20所述的。[0016]根據(jù)本發(fā)明的所述應(yīng)用，其特征在于如權(quán)利要求21和22所述的。
[0017]附圖簡述
[0018]附圖用來幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，包含在說明書中，構(gòu)成說明書的一部分，附圖顯示了本發(fā)明的實(shí)施方式，與說明書一起幫助解釋本發(fā)明的原理。附圖中:
[0019]圖1是如本發(fā)明的一實(shí)施方式所述方法的示意性流程圖。
[0020]發(fā)明詳述
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一種用于制備粘合劑組合物的方法，所述方法包括以下步驟:
[0022](i)在催化劑存在下，形成包含反應(yīng)物組分的水性組合物，所述反應(yīng)物組分包括木質(zhì)素、可聚合物質(zhì)和交聯(lián)劑；
[0023](ii)蒸煮所述形成的組合物直到所述組合物具有一粘度，所述粘度對應(yīng)于預(yù)先決定的成品粘合劑組合物粘度值的45 - 95% ；
[0024](iii)將鞣酸作為一種反應(yīng)物組分添加至所述組合物；以及
[0025](iv)在60 - 95°C的溫度下蒸煮所述組合物，從而聚合所述反應(yīng)物組分，直到形成具有預(yù)先決定的粘度值的粘合劑組合物。
[0026]在本發(fā)明的一實(shí) 施方式中，形成水性組合物的步驟(i)包括以下步驟:
[0027](ia)形成包括木質(zhì)素的分散體；以及
[0028](ib)將可聚合物質(zhì)和交聯(lián)劑添加至所述形成的分散體，從而形成水性組合物。
[0029]在一實(shí)施方式中，將所有數(shù)量的所述可聚合物質(zhì)如苯酚一次性添加入所述組合物中。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述交聯(lián)劑如醛以逐步方式添加。將醛以逐步方式添加可確保所述組合物的溫度不含升高過多或過快。
[0030]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，步驟(ia)和/或步驟(ib)包括添加鞣酸作為反應(yīng)物組分。具體的，如果在制備所述粘合劑組合物中要使用更大數(shù)量的鞣酸，那么除了步驟(iii)之外，也可在步驟(ia)和/或(ib)中添加鞣酸。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，在在步驟(ia)和/或(ib)中添加的鞣酸占所述方法中使用鞣酸總量的30 - 95重量％，優(yōu)選的60 - 95重量％。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，在不同方法步驟中添加的鞣酸數(shù)量基于如所使用木質(zhì)素的種類和/或性質(zhì)決定。
[0031]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，步驟(ib)包括添加催化劑。
[0032]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，步驟(ia)包括將木質(zhì)素溶解在溶劑中。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述溶劑包含氫氧化鈉。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，步驟(ia)包括添加水。
[0033]所述分散體的溫度可在步驟(ia)中從室溫升高至65°C。
[0034]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，步驟(i)包括將所述組合物在最高為65°C的溫度下保持。
[0035]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，步驟(ii)包括在下述溫度保持所述組合物:在20 -95°C之間，優(yōu)選的在20 - 85°C之間，和更優(yōu)選的在20 - 80°C之間。
[0036]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，步驟(ii)包括步驟(iia)，其中溫度保持在20_75°C之間，優(yōu)選的在20 - 70°C之間，和更優(yōu)選的在20 - 65°C之間。步驟(iia)包括確保木質(zhì)素已溶解。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，步驟(ii)包括在步驟(iia)之后的步驟(iib)，其中溫度保持在30 - 95°C之間，優(yōu)選的在40 - 95°C之間，和更優(yōu)選的在45 - 90°C之間。
[0037]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述組合物的溫度在步驟(iii)之前降低至低于70°C，優(yōu)選的低于65°C，和更優(yōu)選的低于60°C。
[0038]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，步驟(iv)包括優(yōu)選在65 - 90°C溫度蒸煮所述組合物，和更優(yōu)選的在75 - 85°C的溫度下。
[0039]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述組合物的溫度在步驟(iii)之前、之中或之后升高至60 - 95°C，優(yōu)選的65 - 90°C和更優(yōu)選的75 - 85°C。
[0040]在所述粘合劑組合物的制備中，可通過冷卻和/或加熱所述組合物來控制溫度。
[0041]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，成品粘合劑組合物的預(yù)先決定的粘度值為至少40cP，優(yōu)選的至少50cP，和更優(yōu)選的至少80cP。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，成品粘合劑組合物的預(yù)先決定的粘度值為至少40但不大于250cP，優(yōu)選的至少50cP但不大于150cP，和更優(yōu)選的至少80但不大于120cP。
[0042]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，成品粘合劑組合物的預(yù)先決定的粘度值為至少250cP，優(yōu)選的至少300cP，和更優(yōu)選的至少500cP。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，成品粘合劑組合物的預(yù)先決定的粘度值為至少250cP但不大于1500cP，優(yōu)選的至少300cP但不大于1200cP，和更優(yōu)選的至少500但不大于lOOOcP。粘度是在25°C下用旋轉(zhuǎn)粘度儀測量的。成品粘合劑組合物的預(yù)先決定的粘度值可根據(jù)所述粘合劑組合物所用于的具體的應(yīng)用改變。
[0043]在本發(fā)明的一實(shí) 施方式中，木質(zhì)素和鞣酸相對所述可聚合物質(zhì)的重量比例為至少1.5，優(yōu)選的至少2。
[0044]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，鞣酸的量為木質(zhì)素量的1-50%之間，優(yōu)選的在3 - 35%之間，和更優(yōu)選的在5-25%之間。
[0045]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，以干重計(jì)，用于制備所述粘合劑組合物的木質(zhì)素、催化劑/溶劑、可聚合物質(zhì)、交聯(lián)劑和鞣酸的數(shù)量如下:交聯(lián)劑和催化劑/溶劑為18 - 60重量％，優(yōu)選的26 - 45重量％，以及可聚合物質(zhì)、木質(zhì)素和鞣酸為82 - 40重量％，優(yōu)選的74 - 55重量％。
[0046]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述交聯(lián)劑選自下組:醛，醛的衍生物，形成醛的化合物(aldehyde forming compound)及其組合。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，醒的衍生物是六亞甲基四胺、多聚甲醛或三噁烷。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述交聯(lián)劑選自下組:芳香醛、乙二醛、糠醇、己內(nèi)酰胺和二醇化合物。所述醛可為甲醛。所述芳香醛可為糠醛。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述交聯(lián)劑是生物基交聯(lián)劑。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述交聯(lián)劑是醛，且優(yōu)選的為甲醛。
[0047]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述可聚合物質(zhì)選自下組:苯酚、甲酚、間苯二酚及其組合。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述可聚合物質(zhì)是苯酚。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述可聚合物質(zhì)選自下組:生物基羥基苯酚及其衍生物。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述可聚合物質(zhì)由至少一種脂肪酸制備。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述交聯(lián)劑是生物基可聚合物質(zhì)。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述可聚合物質(zhì)選自下組:木質(zhì)素和鞣酸。
[0048]在本說明書中，除非另有說明，詞語“木質(zhì)素”應(yīng)理解為適用于本發(fā)明的任意木質(zhì)素，包括基本純木質(zhì)素和木質(zhì)素衍生物和改性的木質(zhì)素。此外，在本說明書中，除非另有說明，詞語“鞣酸”應(yīng)理解為適用于本發(fā)明的任意鞣酸，包括基本純鞣酸和鞣酸衍生物和改性的鞣酸。
[0049]詞語“基本純木質(zhì)素”應(yīng)理解為至少90%的純木質(zhì)素，優(yōu)選的至少95%的純木質(zhì)素。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述基本純木質(zhì)素包括最多10%，優(yōu)選的最多5%的其他組分。提取物和碳水化合物如半纖維素可作為這些其他組分的例子。
[0050]詞語“基本純鞣酸”應(yīng)理解為至少90%的純鞣酸，優(yōu)選的至少95%的純鞣酸。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述基本純鞣酸包括最多10%，優(yōu)選的最多5%的其他組分。
[0051 ] 在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述木質(zhì)素選自下組:硫酸鹽法木質(zhì)素、閃蒸沉淀木質(zhì)素、生物質(zhì)來源的木質(zhì)素、來自堿法制漿的木質(zhì)素、來自蘇打法的木質(zhì)素及其組合。
[0052]不同的木質(zhì)素組分可具有不同的性質(zhì)，如分子量、摩爾質(zhì)量、多分散性、半纖維素和提取物含量。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述木質(zhì)素包含水但不含溶劑。
[0053]除非另有說明，“硫酸鹽法木質(zhì)素”在本發(fā)明中應(yīng)理解為源自硫酸鹽法黑液的木質(zhì)素。黑夜是硫酸鹽制漿法中使用的木質(zhì)素殘留物、半纖維素和無機(jī)化學(xué)物質(zhì)的堿性水性溶液。來自制漿過程的所述黑液包括源自不同軟木和硬木種類的、不同比例組分。木質(zhì)素可通過不同的技術(shù)包括沉淀和過濾，從所述黑液分離。一般的，木質(zhì)素在PH值低于11 - 12時(shí)開始沉淀?？捎貌煌腜H值沉淀具有不同性質(zhì)的木質(zhì)素部分。這些木質(zhì)素部分通過分子量分布如Mw和Mn、多分散性、半纖維素和提取物含量而相互不同。在更高pH值下沉淀的木質(zhì)素的摩爾質(zhì)量高于在更低PH值下沉淀的木質(zhì)素的摩爾質(zhì)量。此外，在更低pH值下沉淀的木質(zhì)素的分子量分布寬于在更高PH值下沉淀的木質(zhì)素的分子量分布。因此，可根據(jù)膠應(yīng)用的終端使用改變木質(zhì)素的性質(zhì)。
[0054]可用酸洗步驟純化沉淀的木質(zhì)素，以除去無機(jī)雜質(zhì)、半纖維素和木材提取物。可通過過濾取得進(jìn)一步的純化。
[0055]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述木質(zhì)素是閃蒸沉淀的木質(zhì)素。在本說明書中，術(shù)語“閃蒸沉淀的木質(zhì)素”應(yīng)理解為以連續(xù)過程從黑液制備的木質(zhì)素，其方法為在200 -1OOOkPa超壓的影響下，使用二氧化碳基的酸化劑，優(yōu)選的使用二氧化碳把黑液流的PH值降低至木質(zhì)素沉淀水平，以及為了沉淀木質(zhì)素突然釋放所述壓力。專利申請F(tuán)I20106073公開了用于制備閃蒸沉淀的木質(zhì)素的方法。上述方法中停留時(shí)間小于300秒。所述閃蒸沉淀的木質(zhì)素顆粒，具有小于2微米的直徑，形成可用如過濾從黑液分離的聚集體。閃蒸沉淀的木質(zhì)素的益處是它比普通硫酸鹽法木質(zhì)素具有更高的活性。必要時(shí)，可純化和/或活化所述閃蒸沉淀的木質(zhì)素以便進(jìn)一步加工。
[0056]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述閃蒸沉淀的木質(zhì)素以未干燥的、濕的形式使用。
[0057]在一實(shí)施方式中，所述閃蒸沉淀的木質(zhì)素是未干燥的?？衫缤ㄟ^壓制或使用空氣將水從所述閃蒸沉淀的木質(zhì)素去除。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，通過使用壓榨和鼓氣將水從所述閃蒸沉淀的木質(zhì)素去除。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，鼓氣的溫度小于或等于在所述加工階段的木質(zhì)素的溫度。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，鼓氣的溫度是室溫。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，透過木質(zhì)素濾液鼓氣小于I分鐘優(yōu)選的30秒，以去除水。這種木質(zhì)素的益處是它的更高的活性和再溶解所述木質(zhì)素的可能性。此外，因?yàn)樗瞿举|(zhì)素灰塵更少，這種未干燥的木質(zhì)素在后續(xù)加工中更加易于處理。
[0058]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，木質(zhì)素如閃蒸沉淀的木質(zhì)素中的干物質(zhì)含量低于70%，優(yōu)選的低于40 - 70%,更優(yōu)選的50 - 60%。
[0059]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述木質(zhì)素是從純生物質(zhì)分離的。該分離過程可開始于用強(qiáng)堿液化所述生物質(zhì)，后跟中和過程。堿處理以后，所述木質(zhì)素可以以與上述類似的方式沉淀。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，木質(zhì)素從生物質(zhì)的分離包括酶處理步驟。所述酶處理改性將從生物質(zhì)提取的木質(zhì)素。從純生物質(zhì)分離的木質(zhì)素不含硫，并因此在后續(xù)加工中很有價(jià)值。
[0060]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所用的鞣酸源自任意木材種類。鞣酸可源自如樹皮或心材。白雀樹、山毛櫸和金合歡樹可作為鞣酸可能的來源的例子。
[0061]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所用的鞣酸源自軟木樹皮。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，鞣酸是從鋸木廠或制漿廠的去皮裝置的軟木樹皮中分離的。該分離過程可與軟木樹皮的乙醇提取過程、熱水提取過程、熱蒸汽提取過程或水-乙醇提取過程組合。
[0062]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述鞣酸是縮合鞣酸?？s合鞣酸具有很高的干含量且因此適用于本發(fā)明。縮合鞣酸的干含量可在下述范圍變化:40 - 100%之間、和合適的60 - 90%之間、和優(yōu)選的70 - 80%之間。具有這樣干物質(zhì)含量的鞣酸易于分散，借此可取得好的與其他反應(yīng)物組分的反應(yīng)性。所述鞣酸也可以是可水解鞣酸。
[0063]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述方法包括在將其添加至所述組合物之前分散鞣酸。如果將用于所述粘合劑組合物制備的鞣酸的數(shù)量占用于所述粘合劑組合物制備的組分的干物質(zhì)總含量的大于3%，優(yōu)選的大于5%，更優(yōu)選的大于8%，那么在將其添加至所述組合物之前分散鞣酸。為了堿性聚合物的分子量，可以解聚木質(zhì)素和/或鞣酸聚合物，從而形成低分子量的寡聚物。可同時(shí)提高活性和反應(yīng)性。
[0064]本發(fā)明的方法令人驚訝的導(dǎo)致了更加環(huán)境友好的粘合劑組合物，因?yàn)樵谒龇椒ㄖ校烊痪酆衔锬举|(zhì)素和鞣酸都是酚聚合物，置換了常常用于酚醛組合物如苯酚甲醛樹脂制備中的至少一部分的合成酚。關(guān)于為什么本發(fā)明的方法能導(dǎo)致上述的益處，未將本發(fā)明限于任何具體的理論，應(yīng)考慮用木質(zhì)素和鞣酸置換至少一部分的如苯酚的合適性是因?yàn)槟举|(zhì)素和鞣酸都可以以和苯酚非常類似的方式與醛如甲醛反應(yīng)。在本發(fā)明的方法中使用鞣酸作為反應(yīng)性添加劑，提高了這種木質(zhì)素基酚醛組合物的膠合性能。
[0065]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述催化劑包括堿金屬的鹽或氫氧化物。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述催化劑選自下組:氫氧化鈉、氫氧化鉀、酸及其組合。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述催化劑是氫氧化鈉。
[0066]組合和/或添加所述粘合劑組合物制備所需組分的精確順序可根據(jù)所形成的粘合劑組合物的所需性能改變。以本說明書為基礎(chǔ)，本領(lǐng)域技術(shù)人員有能力選擇組合和/或添加所需組分的順序。用于制備粘合劑組合物的組分的精確數(shù)量可改變，以本說明書為基礎(chǔ)，本領(lǐng)域技術(shù)人員有能力選擇不同組分的數(shù)量。
[0067]當(dāng)決定將用于所述粘合劑組合物制備的組分的混合和組合在一起的順序時(shí)，應(yīng)考慮鞣酸是比木質(zhì)素反應(yīng)性更高的組分。因此，優(yōu)選的，木質(zhì)素可在水性組合物中蒸煮比鞣酸更長的時(shí)間。這樣可以確保木質(zhì)素有足夠的時(shí)間與交聯(lián)劑如醛反應(yīng)。此外，應(yīng)注意長時(shí)間蒸煮鞣酸可能會將所述組合物的粘度增加到不合適的程度。
[0068]本發(fā)明還涉及通過根據(jù)本發(fā)明的所述方法獲得的粘合劑組合物。
[0069]本發(fā)明還涉及包括根據(jù)本發(fā)明的粘合劑組合物的粘附性組合物。所述粘附性組合物還可包括選自下組的一或更多粘附性組分:其他粘合劑、增量劑、添加劑、催化劑和填料。粘合劑是主要用于產(chǎn)生聚合物的成長和交聯(lián)、并因此幫助聚合物體系固化的物質(zhì)。增量劑是通過調(diào)節(jié)物理性質(zhì)如通過結(jié)合水分幫助所述粘合劑的物質(zhì)。添加劑可以是聚合物或無機(jī)化合物，有助于如填充、軟化、降低成本、調(diào)節(jié)濕度、增加硬度和增加柔性等性能。通常，催化劑是提高和調(diào)節(jié)固化速度的物質(zhì)。這里“物質(zhì)”應(yīng)理解為包括化合物或組合物。本發(fā)明的所述粘合劑組合物可用作所述粘附性組合物中的粘合劑、增量劑、添加劑、催化劑和/或填料。
[0070]本發(fā)明還涉及由包括至少一木材薄片層的一或更多層形成的層狀復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，其中所述層以一層位于另一層之上的方式排布，且通過使用根據(jù)本發(fā)明的所述粘合劑組合物和/或根據(jù)本發(fā)明的所述粘附性組合物膠合組合。在本說明書中，除非另有說明，術(shù)語“木材薄片”用于指可由任意材料如木材基材料、纖維材料、復(fù)合材料等形成的薄片。在本說明書中，所述木材薄片的厚度可以變化。通常，木材薄片的厚度小于3毫米。
[0071]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述層狀復(fù)合材料結(jié)構(gòu)選自下組:人造板制品、膠合板制品、復(fù)合材料制品和壓制板制品。所述層狀復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可由一定數(shù)量的層優(yōu)選的木材薄片層形成，其中，所述曾放置在彼此之上并膠合在一起。
[0072]本發(fā)明的還涉及將所述粘合劑組合物作為涂層用于浸潰涂覆中，以增強(qiáng)塑料，制備壓縮鑄件、層壓材料或清漆，或膠合木材制品。本發(fā)明的所述粘合劑組合物還可用于膠合塑料和木材的組合。
[0073]本發(fā)明還涉及將所述粘附性組合物用于膠合木材制品。
[0074]在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述木材制品選自下組:木材板、木材薄片和木材條。
[0075]上文所述的本發(fā)明的實(shí)施方式相間可以互任意組合而使用。幾個(gè)實(shí)施方式可組合在一起形成本發(fā)明的又一實(shí)施方式。本發(fā)明涉及的方法、組合物或應(yīng)用，可包含至少一或更多上文所述的本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0076]根據(jù)本發(fā)明的方法的益處之一是在粘合劑組合物制備中通過一起使用木質(zhì)素和鞣酸作為反應(yīng)物組分取得了更加環(huán)境友好的粘合劑組合物。令人驚訝的是，已發(fā)現(xiàn)當(dāng)在粘合劑組合物制備中同時(shí)使用木質(zhì)素和鞣酸作為反應(yīng)物組分時(shí)，所述可聚合物質(zhì)如合成的酚物質(zhì)如苯酚的數(shù)量可明顯減少。因?yàn)閌苯酚是合成化合物，而木質(zhì)素和鞣酸是天然聚合物，能最小化成品粘合劑組合物中存在的苯酚的數(shù)量是有益處的。
[0077]本發(fā)明的益處是通過在制備所述粘合劑組合物方法中使用鞣酸作為反應(yīng)性添加劑，即，數(shù)量小于木質(zhì)素，可以改性成品粘合劑組合物的性能從而使所述組合物更容易膠合。利用本發(fā)明，可以使如固化、干燥、剪切強(qiáng)度和滲透等性質(zhì)變得更適于膠合。
[0078]當(dāng)使用閃蒸沉淀的木質(zhì)素優(yōu)選的以其未干燥的形式使用時(shí)，尤其可取得益處，它比普通硫酸鹽法木質(zhì)素具有更高活性，因此導(dǎo)致根據(jù)本發(fā)明的方法甚至有更好的相容性和反應(yīng)性能。
[0079]根據(jù)本發(fā)明，將鞣酸和木質(zhì)素一起用于粘合劑組合物制備的益處是例如，鞣酸可增強(qiáng)所述制備的粘合劑組合物的拉伸強(qiáng)度和韌性。
[0080]本發(fā)明的益處之一是在成品粘合劑組合物中取得了更高水平的生物基組分。該益處可在使用本發(fā)明的步驟，且特別是當(dāng)將鞣酸在后于木質(zhì)素的過程中加入所述組合物時(shí)獲得。
實(shí)施例
[0081]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，在附圖中示出這些實(shí)施方式中一個(gè)的例子。[0082]下面的描述公開了本發(fā)明的一些實(shí)施方式，具體到本領(lǐng)域技術(shù)人員基于本說明書能使用本發(fā)明。對有些實(shí)施方式的步驟沒有詳細(xì)討論，因?yàn)樵S多步驟對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說基于本說明書是顯而易見的。
[0083]圖1顯示了如本發(fā)明的一實(shí)施方式所述的、用于制備粘合劑組合物的方法。
[0084]在形成包含一些反應(yīng)物組分的水性組合物之前，特別選擇木質(zhì)素和鞣酸的來源，從而制備具有所需性能的粘合劑組合物。如上所述，木質(zhì)素選自下組:硫酸鹽法木質(zhì)素、閃蒸沉淀木質(zhì)素、生物質(zhì)來源的木質(zhì)素、來自堿法制漿的木質(zhì)素、來自蘇打法的木質(zhì)素及其組合。此外，選擇根據(jù)本發(fā)明的方法中使用的其他組分及其數(shù)量。必要時(shí)，也可預(yù)處理所述反應(yīng)物組分以例如活化和/或改性所述組分。
[0085]如圖1所示的本發(fā)明的實(shí)施方式中，在各種準(zhǔn)備和預(yù)處理的步驟I)之后，實(shí)施步驟2)。步驟2)包括以預(yù)先決定的順序同時(shí)控制所形成的組合物溫度的方式，形成水性組合物，所述組合物包括一些所需的反應(yīng)物組分，即，木質(zhì)素、可聚合物質(zhì)、交聯(lián)劑和催化劑。所述選擇的組分可依次或至少部分同時(shí)添加至形成所述組合物的步驟2)中?；旌线@些組分之后，蒸煮所述組合物直到所述組合物的粘度對應(yīng)于預(yù)先決定的成品粘合劑組合物粘度值的45 - 95%。所述組合物可在20 - 95 0C的溫度下蒸煮。
[0086]實(shí)施步驟3)。步驟3)包括將鞣酸加入所述組合物，然后將所述形成的水性組合物的溫度升高至80-90°C。在該溫度下蒸煮所述組合物，直到達(dá)到所述組合物預(yù)先決定的粘度值或者直到達(dá)到所需的聚合長度。
[0087]在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，所述組合物的溫度可在添加所述鞣酸之前升高至80 - 90°C，或者可在添 加鞣酸的同時(shí)升高至80 - 90°C。
[0088]因?yàn)椴襟EI)、步驟2)、步驟3)，制備了具有所需性能的粘合劑組合物。該粘合劑組合物可用作例如膠合應(yīng)用，或與其他粘附性組分一起進(jìn)一步加工以制備粘附性組合物。
[0089]實(shí)施例1-制備粘合劑組合物
[0090]在本實(shí)施例中，根據(jù)如圖1所示的本發(fā)明的實(shí)施方式制備了木質(zhì)素-鞣酸-苯酚甲醛粘合劑組合物。
[0091]使用下面的組分及其數(shù)量:
[0092]
水300 g
NaOH (第一部分(分散))50 /o 250 g
硫酸鹽法木質(zhì)素98 %400 g
鞣酸 90 %150 g
苯酚 90 %250 g
甲醛 38 %1000 g
WaOH (第二部分(催化劑))50 % 100 g。
[0093]本實(shí)施例使用的組分百分?jǐn)?shù)(基于干含量)如下所述:
[0094]NaOH約 13 %
硫酸鹽法木質(zhì)素約30 %
鞣酸約10 %
苯酚約17 %
甲醛約30 %。
[0095]首先，混合水、第一部分NaOH和木質(zhì)素，從而形成分散體。同時(shí)，將溫度從室溫升高至約65°C。然后，添加所有的苯酚，接著以逐步的方式添加甲醛以形成水性組合物。將溫度保持在65°C。在將第二部分的NaOH添加至所述組合物之后，蒸煮所述組合物直到所述組合物的粘度對應(yīng)于成品粘合劑組合物粘度值的45 - 95%。然后，添加鞣酸且將溫度升高至約80-90°C。在該溫度下繼續(xù)蒸煮，直到所述形成的組合物的粘度為約500cp (在25°C溫度下測量的)。
[0096]在本實(shí)施例中，只有在已經(jīng)添加木質(zhì)素且與其他組分蒸煮預(yù)先決定的時(shí)間以后，才添加鞣酸，從而確保在添加更高活性的鞣酸之前，活性更低的木質(zhì)素有足夠的時(shí)間與苯酹和甲醒反應(yīng)。
[0097]但是，部分鞣酸也可如與木質(zhì)素同時(shí)添加，但需考慮如果長時(shí)間蒸煮鞣酸，所述形成樹脂的粘度可能變得過高。將鞣酸添加至所述組合物的方式取決于例如所用鞣酸的總量。
[0098]實(shí)施例2-制備粘合劑組合物
[0099]在本實(shí)施例中，制備了木質(zhì)素-鞣酸-苯酚乙二醛粘合劑組合物。
[0100]使用下面的組分及其數(shù)量:
[0101]
【權(quán)利要求】
1.一種用于制備粘合劑組合物的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (i)在催化劑存在下，形成包含反應(yīng)物組分的水性組合物，所述反應(yīng)物組分包括木質(zhì)素、可聚合物質(zhì)和交聯(lián)劑； (ii)蒸煮所述形成的組合物直到所述組合物具有一粘度，所述粘度對應(yīng)于預(yù)先決定的成品粘合劑組合物粘度值的45 - 95% ； (iii)將鞣酸作為一種反應(yīng)物組分添加至所述組合物；以及 (iv)在60- 950C的溫度下蒸煮所述組合物，從而聚合所述反應(yīng)物組分，直到形成具有預(yù)先決定的粘度值的粘合劑組合物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成水性組合物的步驟(i)包括以下步驟: (ia)形成包括木質(zhì)素的分散體；以及 (ib)將可聚合物質(zhì)和交聯(lián)劑添加至所述分散體，從而形成所述水性組合物。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟(ia)和/或步驟(ib)包括添加鞣酸作為反應(yīng)物組分。
4.如權(quán)利要求2-3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，步驟(ib)包括添加催化劑。
5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，步驟(i)包括將所述組合物保持在最多65°C的溫度下。
6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，步驟(ii)包括在以下溫度保持所述組合物:在20 - 95°C之間，優(yōu)選的在20 - 85°C之間，和更優(yōu)選的在20 - 80°C之間。
7.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述組合物的溫度在步驟(iii)之前降低至低于70°C，優(yōu)選的低于65°C，和更優(yōu)選的低于60°C。
8.如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，步驟(iv)包括優(yōu)選在65- 900C的溫度下蒸煮所述組合物，和更優(yōu)選的在75 - 85°C的溫度下。
9.如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述組合物的溫度在步驟(iii)之前、之中或之后升高至60 - 95°C，優(yōu)選的65 - 90°C和更優(yōu)選的75 - 85°C。
10.如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，木質(zhì)素和鞣酸相對所述可聚合物質(zhì)的重量比例為至少1.5，優(yōu)選的至少2。
11.如權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，鞣酸的量為木質(zhì)素量的1-50%之間，優(yōu)選的在3 - 35%之間，和更優(yōu)選的在5-25%之間。
12.如權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述交聯(lián)劑是醛，且優(yōu)選的為甲醛。
13.如權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述可聚合物質(zhì)選自下組:苯酚、甲酚、間苯二酚及其組合。
14.如權(quán)利要求1-13任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述木質(zhì)素選自下組:硫酸鹽法木質(zhì)素、閃蒸沉淀木質(zhì)素、生物質(zhì)來源的木質(zhì)素、來自堿法制衆(zhòng)的木質(zhì)素、來自蘇打法的木質(zhì)素及其組合。
15.如權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述鞣酸是縮合鞣酸。
16.如權(quán)利要求1-15任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法包括在將鞣酸添加至所述組合物之前分散鞣酸。
17.如權(quán)利要求1-16任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述催化劑是氫氧化鈉。
18.通過如權(quán)利要求1-17中任一項(xiàng)所述方法獲得的粘合劑組合物。
19.包括權(quán)利要求18所述的粘合劑組合物的粘附性組合物。
20.一種層狀復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，所述層狀復(fù)合材料結(jié)構(gòu)由包括至少一木材薄片層的一或更多層形成，其中所述層以一層位于另一層之上的方式排布，且通過使用如權(quán)利要求18所述的粘合劑組合物和/或如權(quán)利要求19所述的粘附性組合物膠合而組合。
21.如權(quán)利要求18所述的粘合劑組合物作為涂層在浸潰涂覆中的應(yīng)用，用于增強(qiáng)塑料，制備壓縮鑄件、層壓材料或清漆，或膠合木材制品。
22.如權(quán)利要求19所 述的粘附性組合物用于膠合木材制品的應(yīng)用。
【文檔編號】C08L97/00GK103597036SQ201280027678
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月8日
【發(fā)明者】S·瓦爾科寧 申請人:芬歐匯川集團(tuán)