一種膠粘劑和使用該膠粘劑生產(chǎn)木質(zhì)纖維素復(fù)合材料的方法
【專(zhuān)利摘要】用于生產(chǎn)木質(zhì)纖維素復(fù)合材料的膠粘劑、反應(yīng)體系和方法。所述反應(yīng)體系包括多組分膠粘劑和木質(zhì)纖維素基材。所述木質(zhì)纖維素基材包含多個(gè)木質(zhì)纖維素粘合體，并且優(yōu)選為大量木材顆粒。所述多組分膠粘劑包括多官能異氰酸酯、親水性多元醇和有機(jī)過(guò)渡金屬催化劑。所述多組分膠粘劑的特征在于，其被配制成至少兩股能相互反應(yīng)的化學(xué)組分料流。所述方法包括：將所述多組分膠粘劑的能相互反應(yīng)的化學(xué)組分料流分別施加到所述木質(zhì)纖維素基材上，隨后在適于固化所述膠粘劑和成型木質(zhì)纖維素復(fù)合材料制品的條件下，成型并擠壓經(jīng)膠粘劑處理的基材。所述膠粘劑、反應(yīng)體系和方法特別適于生產(chǎn)定向刨花板(OSB)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種膠粘劑和使用該膠粘劑生產(chǎn)木質(zhì)纖維素復(fù)合材料的方 法
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2008年5月22日、申請(qǐng)?zhí)枮?00880022251. 2、發(fā)明名稱(chēng)為"用 于生產(chǎn)木質(zhì)纖維素復(fù)合材料的膠粘劑、反應(yīng)體系、以及方法"的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)木質(zhì)纖維素復(fù)合材料的膠粘劑、反應(yīng)體系、以及方法。

【背景技術(shù)】
[0003] 由木屑或纖維以及多異氰酸酯膠粘劑的混合物生產(chǎn)模壓復(fù)合材料，是眾所周知 的。對(duì)木屑或纖維而言，異氰酸酯膠粘劑是優(yōu)良的膠粘劑，但是在由這些木質(zhì)纖維素粒狀基 材生產(chǎn)復(fù)合板的過(guò)程中，它們要求采用高的熱壓溫度。為了在合理的時(shí)間內(nèi)使膠粘劑有效 地固化，經(jīng)常需要大于400 T的熱壓溫度，經(jīng)常高達(dá)430 T或者甚至更高。在熱壓溫度和壓 機(jī)中的停留時(shí)間之間，存在一種折中。較低的熱壓溫度通常等同于較長(zhǎng)的停留時(shí)間。在工 業(yè)中，較長(zhǎng)的停留時(shí)間不是期望的，因?yàn)檫@降低了生產(chǎn)工藝的產(chǎn)量。高熱壓溫度需要更多 的能量，并且在壓制過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)從所述基材中產(chǎn)生不期望的量的VOC(揮發(fā)性有機(jī)化合 物）揮發(fā)物。此外，高溫經(jīng)常會(huì)對(duì)復(fù)合板造成熱破壞，并且，在某些情況下，甚至?xí)趬簷C(jī)中 著火。高的熱量需求傾向于將最終產(chǎn)品（板）的含水量降至不期望的低水平。
[0004] 在工業(yè)實(shí)踐中所用的多異氰酸酯膠粘劑的種類(lèi)幾乎總是MDI系列的異氰酸酯，通 常是聚合物型MDI (是指二苯甲烷二異氰酸酯和較高分子量的多亞甲基多苯基多異氰酸酯 低聚物的各種混合物）。在所制備的板材的質(zhì)量方面，相對(duì)于較老的膠粘劑種類(lèi)（最顯著 地為酚醛（PF)型膠粘劑），這些多異氰酸酯膠粘劑代表了一種改進(jìn)。采用MDI膠粘劑制備 的木制纖維素復(fù)合材料通常比由PF樹(shù)脂制備的類(lèi)似的板材更耐水破壞。使MDI膠粘劑在 OSB(定向刨花板）工業(yè)中日益引人注目的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，基材中的更大的水分容許量。與 PF樹(shù)脂相反，MDI膠粘劑能經(jīng)常被用于具有較高含水量的木質(zhì)基材上。對(duì)于工業(yè)上實(shí)際所 用的壓機(jī)停留時(shí)間而言，PF樹(shù)脂要求具有非常高的熱壓溫度。廣泛使用的MDI多異氰酸酯 系列與木質(zhì)基材（木屑和/或纖維，在工業(yè)上經(jīng)常被稱(chēng)為"配料"）能很好地匹配，所述木質(zhì) 基材已被預(yù)干燥至含水量為約2 - 6wt%。這仍然需要將配料進(jìn)行某種程度的預(yù)干燥，盡管 其通常不像PF膠粘劑所需的那么多。預(yù)干燥采用大量的能量，并且需要在生產(chǎn)工藝中增加 步驟。其還需要另外的設(shè)備，并引入一種新的危險(xiǎn)--干燥器著火。完全避免預(yù)干燥步驟， 或者至少使所需要的預(yù)干燥的量進(jìn)一步下降，這在工業(yè)實(shí)踐中是非常令人期望的。
[0005] 因此，在木質(zhì)復(fù)合材料工業(yè)中，特別是在壓制的粒狀木質(zhì)復(fù)合材料如定向刨花板 (OSB)的生產(chǎn)中，強(qiáng)烈需要能用于較高含水量的配料中，并且能在較低的熱壓溫度下固化而 不會(huì)降低壓制產(chǎn)量的膠粘劑。能在小于400 T，優(yōu)選350 T或更低的熱壓溫度下使用，而不 會(huì)提高壓機(jī)停留時(shí)間，這是令人期望的。能使用含水量為大于6wt%的配料，這也是令人期 望的。能成功滿足所有這些需求的膠粘劑，具有通過(guò)降低能量消耗，顯著降低產(chǎn)品成本的能 力。其他益處包括改善產(chǎn)品質(zhì)量、降低排放、以及提高工廠安全性。
[0006] 發(fā)明簡(jiǎn)述
[0007] 能滿足上述需要的一個(gè)具體實(shí)施方案是一種用于生產(chǎn)木質(zhì)纖維素復(fù)合材料制品 的反應(yīng)體系。所述反應(yīng)體系含有多組分膠粘劑和木質(zhì)纖維素基材。所述木質(zhì)纖維素基材優(yōu) 選包含多個(gè)木質(zhì)纖維素粘合體。更優(yōu)選地，所述木質(zhì)纖維素基材實(shí)質(zhì)上是由大量木質(zhì)纖維 素粒子所組成的。所述多組分膠粘劑至少含有兩種能相互反應(yīng)的組分，所述組分令人期望 地，作為獨(dú)立的料流被施加到木質(zhì)纖維素基材上。所述多組分膠粘劑含有至少一種多官能 異氰酸酯、一種親水性多官能度活潑氫化合物以及一種催化劑。所述催化劑優(yōu)選包含至少 一種過(guò)渡金屬有機(jī)金屬化合物。所述優(yōu)選的過(guò)渡金屬有機(jī)金屬化合物能用于與多官能異氰 酸酯的混合中。為了在環(huán)境溫度下提供充分的異氰酸酯相容性，非常令人期望的是所述催 化劑實(shí)質(zhì)上不含堿金屬或堿土金屬化合物。進(jìn)一步優(yōu)選的是，所述催化劑實(shí)質(zhì)上不含在環(huán) 境條件下，能導(dǎo)致所述多異氰酸酯發(fā)生顯著的自身反應(yīng)的其他金屬化合物，特別是錫化合 物。高度優(yōu)選的催化劑種類(lèi)是鐵的有機(jī)化合物，特別是具有螯合配體的鐵化合物。一類(lèi)優(yōu) 選的親水性多官能度活潑氫化合物全部基于或主要基于氧化乙烯的聚醚多元醇，其中氧化 乙烯片段占所述多元醇重量的大于50%。所述多官能異氰酸酯令人期望地包括MDI系列中 的一種或多種異氰酸酯。優(yōu)選的多官能異氰酸酯實(shí)質(zhì)上由MDI系列中的一種或多種組成， 更優(yōu)選為一種或多種二苯甲烷二異氰酸酯異構(gòu)體與一種或多種MDI系列的較高分子量的 低聚物（多亞甲基多苯基多異氰酸酯）的混合物。
[0008] 能滿足上述要求的另一個(gè)具體實(shí)施方案是一種用于生產(chǎn)木質(zhì)復(fù)合材料的方法。所 述方法至少包括如下步驟：
[0009] a)提供一種木質(zhì)纖維素基材。所述木質(zhì)纖維素基材優(yōu)選具有多個(gè)木質(zhì)纖維素粘合 體。更優(yōu)選地，所述木質(zhì)纖維素基材實(shí)質(zhì)上由大量木質(zhì)纖維素粒子組成。
[0010] b)提供一種多組分膠粘劑，所述膠粘劑含有至少一種多官能異氰酸酯、親水性多 官能度活潑氫化合物和催化劑。所述多組分膠粘劑至少包括兩個(gè)能相互反應(yīng)的料流，但可 任選包括多于兩個(gè)料流。所述多組分膠粘劑的必要成份（所述多官能異氰酸酯、親水性多 官能度活潑氫化合物和催化劑）的優(yōu)選組成如上文為討論的那樣。
[0011] c)將所述多組分膠粘劑的分開(kāi)的、并且能相互反應(yīng)的組分，以適于生產(chǎn)粘結(jié)的木 質(zhì)纖維素復(fù)合材料制品的用量，施加到所述木質(zhì)纖維素基材上，令人期望地作為獨(dú)立的料 流，而沒(méi)有將所述組分進(jìn)行預(yù)混。
[0012] d)在適于固化所述膠粘劑并生產(chǎn)粘結(jié)的木質(zhì)纖維素復(fù)合材料制品的條件下，成型 并壓制經(jīng)膠粘劑處理的木質(zhì)纖維素基材。
[0013] e)獲得粘結(jié)的木質(zhì)纖維素制品。
[0014] 在該方法的具體實(shí)施方案的一個(gè)非常優(yōu)選的表現(xiàn)形式中，所述催化劑與多官能異 氰酸酯預(yù)混，并作為一股反應(yīng)性料流被施加到所述基材上。所述親水性多元醇作為第二股 反應(yīng)性料流，被施加到所述基材上。在所述方法的優(yōu)選的表現(xiàn)形式中，所述多組分膠粘劑精 確地作為兩股能相互反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)料流，被施加到所述木質(zhì)纖維素基材上。
[0015] 另一個(gè)具體實(shí)施方案包括用于木質(zhì)纖維素復(fù)合材料生產(chǎn)中的膠粘劑。所述多組分 膠粘劑至少包括兩個(gè)能相互反應(yīng)的組分，所述組分令人期望地作為分開(kāi)的料流，被施加到 所述木質(zhì)纖維素基材上。所述多組分膠粘劑包括多官能異氰酸酯、親水性多官能度活潑氫 化合物和催化劑。所述催化劑優(yōu)選含有至少一種過(guò)渡金屬有機(jī)金屬化合物。所述優(yōu)選的過(guò) 渡金屬有機(jī)金屬化合物能被用于與多官能異氰酸酯的混合中。為了在環(huán)境溫度下提供充分 的異氰酸酯相容性，非常令人期望的是所述催化劑實(shí)質(zhì)上不含堿金屬或堿土金屬化合物。 進(jìn)一步優(yōu)選的是，所述催化劑實(shí)質(zhì)上不含在環(huán)境條件下，能導(dǎo)致所述多異氰酸酯發(fā)生顯著 的自身反應(yīng)的其他金屬化合物，特別是錫化合物。高度優(yōu)選的催化劑種類(lèi)是鐵的有機(jī)化合 物，特別是具有螯合配體的鐵化合物。一類(lèi)優(yōu)選的親水性多官能度活潑氫化合物全部基于 或主要基于氧化乙烯的聚醚多元醇，其中氧化乙烯片段占所述多元醇重量的大于50%。所 述多官能異氰酸酯令人期望地包括MDI系列中的一種或多種異氰酸酯。優(yōu)選的多官能異氰 酸酯實(shí)質(zhì)上由MDI系列中的一種或多種組成，更優(yōu)選為一種或多種二苯甲烷二異氰酸酯異 構(gòu)體與一種或多種MDI系列的較高分子量的低聚物（多亞甲基多苯基多異氰酸酯）的混合 物。
[0016] 預(yù)料不到地并且是令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，所述膠粘劑、反應(yīng)體系和方法有助于在不提 高壓機(jī)中的停留時(shí)間的情況下，在較低的熱壓溫度下制備壓制的木質(zhì)纖維素復(fù)合材料，特 別是由大量粒狀木質(zhì)纖維素配料成型的復(fù)合材料。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，非常出乎意料地，所述膠粘 齊IJ、反應(yīng)體系和方法有助于由具有相對(duì)高的含水量的配料制備木質(zhì)纖維素復(fù)合材料。能采 用含水量為大于6wt %的配料，并且壓制可在350F或更低的熱壓溫度下完成。所述膠粘劑、 反應(yīng)體系和方法特別適于生產(chǎn)定向刨花板（OSB)。
[0017] 發(fā)明詳述
[0018] 公開(kāi)了用于生產(chǎn)木質(zhì)纖維素復(fù)合材料的膠粘劑。所述膠粘劑包括兩個(gè)能相互反應(yīng) 的組分，所述組分令人期望地作為分開(kāi)的料流，被施加到所述木質(zhì)纖維素基材上。所述多組 分膠粘劑包括多官能異氰酸酯、親水性多官能度活潑氫化合物和催化劑。所述催化劑優(yōu)選 包括至少一種過(guò)渡金屬有機(jī)金屬化合物。所述優(yōu)選的過(guò)渡金屬有機(jī)金屬化合物能被用于 具有多官能異氰酸酯的混合物中。為了在環(huán)境溫度下提供充分的異氰酸酯相容性，非常令 人期望的是所述催化劑實(shí)質(zhì)上不含堿金屬或堿土金屬化合物。進(jìn)一步優(yōu)選的是，所述催化 劑實(shí)質(zhì)上不含在環(huán)境條件下，能導(dǎo)致所述多異氰酸酯發(fā)生顯著的自身反應(yīng)的其他金屬化合 物，特別是錫化合物。高度優(yōu)選的催化劑種類(lèi)是鐵的有機(jī)化合物，特別是具有螯合配體的鐵 化合物。一類(lèi)優(yōu)選的親水性多官能度活潑氫化合物全部基于或主要基于氧化乙烯的聚醚多 元醇，其中氧化乙烯片段占所述多元醇重量的大于50%。所述多官能異氰酸酯令人期望地 包括MDI系列中的一種或多種異氰酸酯。優(yōu)選的多官能異氰酸酯實(shí)質(zhì)上由MDI系列的一種 或多種組成，更優(yōu)選為一種或多種二苯甲烷二異氰酸酯異構(gòu)體與一種或多種MDI系列的較 高分子量的低聚物（多亞甲基多苯基多異氰酸酯）的混合物。
[0019] 公開(kāi)了用于制備用膠粘劑粘結(jié)的木質(zhì)纖維素復(fù)合材料制品的反應(yīng)體系。所述反應(yīng) 體系包括一種多組分膠粘劑和一種木質(zhì)纖維素基材。所述木質(zhì)纖維素基材令人期望地包括 多個(gè)木質(zhì)纖維素粘合體。更優(yōu)選地，所述木質(zhì)纖維素基材實(shí)質(zhì)上由大量木質(zhì)纖維素粒子，如 木屑和/或木質(zhì)纖維組成。與最終模壓的木質(zhì)纖維素復(fù)合材料制品相比，這些粒子是小的， 典型地具有在任何方向上都小于6英寸的最大長(zhǎng)度。在一個(gè)特別優(yōu)選的應(yīng)用中，如生產(chǎn)定 向刨花板（OSB)，所述基材實(shí)質(zhì)上是由大量平的木屑組成，所述木屑每個(gè)都典型地具有小于 6英寸的最大長(zhǎng)度,小于3英寸的寬度，約半英寸或更小的厚度。所述木屑典型地在尺寸和 形狀方面是不規(guī)則的。
[0020] 所述多組分膠粘劑至少具有兩個(gè)能相互反應(yīng)的組分，所述組分令人期望地作為分 開(kāi)的料流（獨(dú)立的化學(xué)組分），被施加到所述木質(zhì)纖維素基材上。所述多組分膠粘劑含有多 官能異氰酸酯、親水性多官能度活潑氫化合物和催化劑。
[0021] 所述多官能異氰酸酯最典型地為芳族多異氰酸酯。被最廣泛地用作模壓木質(zhì)纖 維素復(fù)合材料制備中的膠粘劑的芳族多異氰酸酯是MDI系列的多異氰酸酯，最典型地為聚 合物型MDI。聚合物型MDI是幾種二苯甲烷二異氰酸酯異構(gòu)體與官能度大于2的較高官能 度的多亞甲基多苯基異氰酸酯的液體混合物。這些異氰酸酯混合物通常含有約一半（基 于重量）的較高官能度的物質(zhì)。存在于聚合物型MDI中的其他二異氰酸酯種類(lèi)典型地由 4, 4'-MDI異構(gòu)體占主導(dǎo)地位，并具有較少量的2, 4'異構(gòu)體和痕量的2, 2'異構(gòu)體。聚合物 型MDI是苯胺-甲醛縮合物的復(fù)雜混合物的光氣化產(chǎn)物。其典型地含有30 - 34wt%的異 氰酸酯（-NC0)基，并且具有2. 6 - 3. 0的數(shù)均異氰酸酯基官能度。
[0022] 但是，采用任意多官能有機(jī)異氰酸酯膠粘劑也處于本發(fā)明公開(kāi)內(nèi)容的范圍之內(nèi)。 可采用的其他種類(lèi)的多官能異氰酸酯的非限制性例子包括選自由如下物質(zhì)組成的組中的 一種或多種：具有2或更大的數(shù)均異氰酸酯（-NC0)基官能度的、并且有機(jī)鍵接的異氰酸酯 基濃度為約lwt%-約60wt%的脂肪族、芳脂族、芳族和雜環(huán)族多異氰酸酯。可采用的多異 氰酸酯的范圍包括預(yù)聚物、準(zhǔn)預(yù)聚物（pseudopprepolymer)、以及本領(lǐng)域所公知的單體多異 氰酸酯的其他改性的變體，所述變體含有游離的反應(yīng)性有機(jī)異氰酸酯基。優(yōu)選的多官能異 氰酸酯在25°C下為液態(tài)；具有在25°C下小于10, OOOcps，更優(yōu)選為小于5000cpS的粘度；并 且具有濃度為10 - 33. 6wt%的游離的、有機(jī)鍵接的異氰酸酯基。最優(yōu)選的多異氰酸酯是 MDI系列異氰酸酯。更優(yōu)選的MDI系列異氰酸酯包括聚合物型MDI和其預(yù)聚物、變體、或者 衍生物，它們是本領(lǐng)域公知的。特別優(yōu)選的一類(lèi)MDI系列異氰酸酯是實(shí)質(zhì)上不含預(yù)聚物、含 有少于Iwt %，更優(yōu)選少于0. Iwt %，最好0 %的預(yù)聚的物質(zhì)的那些。該特別優(yōu)選的一類(lèi)MDI 系列異氰酸酯的成員具有31 - 32wt%的游離的、有機(jī)鍵接的異氰酸酯基濃度，2. 6 - 2. 9 的數(shù)均異氰酸酯（NCO)基官能度，和小于lOOOcps的在25°C下的粘度。
[0023] 所述多組分膠粘劑也含有至少一種親水性多官能度活潑氫化合物。術(shù)語(yǔ)"多官能 度活潑氫化合物"表示有機(jī)多官能活性氫化合物。所述親水性多官能度活潑氫化合物最優(yōu) 選地為一種有機(jī)多元醇，其中所存在的異氰酸酯反應(yīng)活性氫官能基團(tuán)實(shí)質(zhì)上由伯和/或仲 有機(jī)鍵接的羥基組成；盡管也可任選采用其他異氰酸酯反應(yīng)性官能團(tuán)。在優(yōu)選的具體實(shí)施 方案中，存在于所述親水性有機(jī)多官能度活潑氫化合物組合物中的最主要（基于摩爾）的 異氰酸酯反應(yīng)活性氫基團(tuán)，是有機(jī)鍵接的伯和/或仲羥基。在一個(gè)特別優(yōu)選的具體實(shí)施方 案中，只有存在于所述親水性有機(jī)多官能度活潑氫化合物組合物中的異氰酸酯反應(yīng)活性氫 基團(tuán)是有機(jī)鍵接的伯和/或仲羥基。有機(jī)鍵接的伯羥基是最優(yōu)選的。在一個(gè)具體實(shí)施方案 中，存在于所述親水性多官能度活潑氫化合物組合物中的所述有機(jī)鍵接的伯羥基與有機(jī)鍵 接的仲羥基的摩爾比為大于1:1，更優(yōu)選為大于2:1，仍然更優(yōu)選為大于4:1，最優(yōu)選為大于 9:1。
[0024] 代替或除了所述有機(jī)鍵接的伯羥基和/或仲羥基之外、可用于所述親水性多官能 度活潑氫化合物組合物中的、適當(dāng)?shù)目蛇x擇的異氰酸酯反應(yīng)活性氫官能團(tuán)的非限制性例子 包括選自由有機(jī)鍵接的伯和仲氨基組成的組中的一個(gè)或多個(gè)成員。可任選采用不同多官能 度活潑氫化合物的組合。所述多官能度活潑氫化合物每分子中含有兩個(gè)或更多個(gè)異氰酸酯 反應(yīng)活性氫基團(tuán)。所述親水性多官能度活潑氫化合物具有一定程度的水相容性。優(yōu)選的親 水性多官能度活潑氫化合物能與水以所有比例混溶。特別優(yōu)選的一類(lèi)親水性多官能度活潑 氫化合物是含有氧化乙烯（氧代乙烯）單元的脂肪族聚醚多元醇。更優(yōu)選的這類(lèi)親水性聚 醚多官能度活潑氫化合物具有大于50wt%，仍然更優(yōu)選地為大于70wt%的氧化乙烯含量。 所述優(yōu)選的親水性多官能度活潑氫化合物具有為2 - 10的異氰酸酯反應(yīng)活性氫基團(tuán)官能 度（基于數(shù)均），優(yōu)選為2 - 8,更優(yōu)選為2 - 6,仍然更優(yōu)選為3 - 5,甚至更優(yōu)選為3 - 4。三元醇是最優(yōu)選的。如果期望的話，也可采用不同親水性多官能度活潑氫化合物的混合 物。如果期望的話，可采用在同一分子中含有不同種類(lèi)的異氰酸酯反應(yīng)活性氫基團(tuán)，如羥基 和伯和/或仲氨基的組合的單個(gè)多官能度活潑氫化合物。這種混合官能度的多官能度活潑 氫化合物的總官能度，應(yīng)當(dāng)理解為各異氰酸酯反應(yīng)活性氫基團(tuán)官能度的總和。
[0025] 所述有機(jī)親水性多官能度活潑氫化合物可任選與一種或多種單官能的有機(jī)活性 氫物質(zhì)聯(lián)用，如不含其它異氰酸酯反應(yīng)活性氫基團(tuán)的一元醇或一元胺等。應(yīng)當(dāng)優(yōu)選避免或 使這種單官能的有機(jī)活性氫物質(zhì)的存在最小化。
[0026] 所述親水性有機(jī)多官能度活潑氫化合物的分子量（數(shù)均），令人期望地為約300 - 10, 〇〇〇,但是更優(yōu)選為400 - 6000,仍然更優(yōu)選地為600 - 4000,甚至更優(yōu)選為700 - 2000， 最優(yōu)選地為800 - 1500。所述優(yōu)選的聚醚多元醇典型地通過(guò)本領(lǐng)域公知的方法制備，如將 一種或多種氧化烯加成到一種多官能引發(fā)劑或多官能引發(fā)劑的組合上。最優(yōu)選的氧化烯是 氧化乙烯，但是可任選與氧化乙烯一起采用其他種類(lèi)的氧化烯（優(yōu)選地以較少的用量）。任 選的氧化烯的非限制性例子包括氧化丙烯、氧化丁烯、高級(jí)脂肪族α烯烴的氧化物、芳族 α烯烴的氧化物如氧化苯乙烯、以及這些的組合。適當(dāng)?shù)亩喙倌芤l(fā)劑的非限制性例子包 括乙二醇、水、1，2_丙二醇、1，3_丙二醇、1，4_ 丁二醇、1，3_ 丁二醇、甘油、1，1，1-三羥甲基 乙烷、1，1，1-三羥甲基丙烷、季戊四醇、山梨糖醇、葡萄糖、蔗糖、三乙醇胺、三異丙醇胺、乙 二胺、乙醇胺、甲苯二胺的任意異構(gòu)體、4, 4' -二氨基二苯甲烷、2, 4' -二氨基二苯甲烷、雙 酚Α、二羥基苯的任意異構(gòu)體、以及這些的組合。水溶性引發(fā)劑是更優(yōu)選的，完全可與水混溶 的引發(fā)劑甚至是更為優(yōu)選的。特別優(yōu)選的引發(fā)劑是甘油。
[0027] 適當(dāng)?shù)挠H水性聚醚多官能度活潑氫化合物的非限制性例子包括甘油的氧化乙烯 加合物、三羥甲基丙烷的氧化乙烯加合物、甘油的氧化乙烯和氧化丙烯加合物（其中氧化 乙烯的含量大于50wt% )、三羥甲基丙烷的氧化乙烯和氧化丙烯加合物（其中氧化乙烯的 含量大于50wt% )、甘油和/或三羥甲基丙烷的氧化乙烯和氧化丁烯加合物（其中氧化乙 烯的含量大于50wt%)、以及這些的混合物。如果采用多于一種的氧化烯，其分布可為無(wú)規(guī) 的、嵌段的或者它們的任意組合。可采用不同聚醚多元醇的混合物，但是非常優(yōu)選的是，這 種混合物中的總的氧化乙烯含量為所述混合物重量的大于50wt%，優(yōu)選為70wt%或更大。
[0028] 本發(fā)明的多組分膠粘劑可任選與公知的非異氰酸酯型膠粘劑一起，被施加到基材 上，但是更典型地是被單獨(dú)施加到基材上。典型的總膠粘劑加載量（包括本發(fā)明的多組分 膠粘劑的所有組分，加上可采用的任何任選的非異氰酸酯型膠粘劑）為所述木質(zhì)纖維素基 材重量的約1 一約6%，更通常地為約1. 5 -約4%。
[0029] 所述多組分膠粘劑還含有催化劑。令人期望地，所述催化劑含有至少一種過(guò)渡金 屬有機(jī)金屬化合物。在一個(gè)優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，所述催化劑實(shí)質(zhì)上是由一種或多種過(guò) 渡金屬有機(jī)金屬化合物組成。所述優(yōu)選的過(guò)渡金屬有機(jī)金屬化合物含有選自由元素周期 表的第IVB、VB、VIB、VIIB和VIIIB族金屬所組成的組中的一種或多種金屬。適于作為所 述反應(yīng)體系中催化劑的一類(lèi)更優(yōu)選的過(guò)渡金屬有機(jī)金屬化合物，含有選自由元素周期表第 VIIIB族金屬所組成的組中的一種或多種金屬。鐵的有機(jī)金屬化合物是特別優(yōu)選的。所述 過(guò)渡金屬有機(jī)金屬催化劑優(yōu)選含有一個(gè)或多個(gè)螯合配體。螯合配體的非限制性例子包括乙 酰丙酮、乙酰乙酸的烷基或芳基酯、葡萄糖酸酯、環(huán)戊二烯基及其組合。乙酰丙酮（AcAc)和 乙酰乙酸酯是優(yōu)選的螯合配體的例子。適用于本發(fā)明的反應(yīng)體系中的一類(lèi)特別優(yōu)選的有機(jī) 金屬催化劑，是下述美國(guó)專(zhuān)利中所描述的那些，所述專(zhuān)利以引用的方式完全納入本發(fā)明：US 5, 587, 414、US 6, 288, 200、US 6, 908, 875、US 6, 750, 310、US6, 288, 255 和 US 6, 762, 314。
[0030] 最優(yōu)選的過(guò)渡金屬有機(jī)金屬化合物能被用于具有所述多官能異氰酸酯的混合物 中。為了在環(huán)境溫度下為所述催化劑提供充分的異氰酸酯相容性，以及為了避免由于所述 異氰酸酯在使用之前或者在施加過(guò)程中的不期望的自身反應(yīng)所造成的不穩(wěn)定，非常期望的 是，所述催化劑實(shí)質(zhì)上不含堿金屬或堿土金屬化合物。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述催化劑實(shí)質(zhì)上不 含在環(huán)境條件下，能導(dǎo)致所述多異氰酸酯發(fā)生顯著的自身反應(yīng)的其他金屬化合物，特別是 錫化合物。"顯著的自身反應(yīng)"是指異氰酸酯基團(tuán)與其他異氰酸酯基團(tuán)和/或存在于所述 多官能異氰酸酯組合物中的其他化學(xué)基團(tuán)之間的反應(yīng)，所述反應(yīng)，在環(huán)境溫度（室溫）條件 下，在干燥的空氣中足以干擾所述多官能異氰酸酯的應(yīng)用或其儲(chǔ)存至少24小時(shí)，優(yōu)選為至 少1周，更優(yōu)選為至少2周，仍然更優(yōu)選為至少4周，甚至更優(yōu)選為至少60天，最優(yōu)選為至 少180天。令人期望地，在施加到所述基材之前的儲(chǔ)存或使用過(guò)程中，所述多官能異氰酸酯 的游離異氰酸酯（-NC0)含量的變化，以重量百分比表示，應(yīng)當(dāng)不超過(guò)1個(gè)百分點(diǎn)。"實(shí)質(zhì)上 不含"是指總的催化劑組合物總共含有少于l〇wt% (相對(duì)于總的催化劑組合物重量）的所 有這些去穩(wěn)定化的化合物，更優(yōu)選地為少于Iwt %，仍然更優(yōu)選地為少于0.5wt %，甚至更 優(yōu)選地為少于0. lwt%，最優(yōu)選地為少于0. Olwt%。理想地，在所述催化劑組合物中應(yīng)當(dāng)不 含可檢測(cè)量的這些化合物。
[0031] 如果期望的話，可采用不同有機(jī)過(guò)渡金屬催化劑的組合。如果期望的話，優(yōu)選的有 機(jī)過(guò)渡金屬催化劑可與常規(guī)的氨基甲酸酯催化劑如叔胺聯(lián)用。當(dāng)意在將所述催化劑與所述 多官能異氰酸酯直接接觸而加以應(yīng)用時(shí)，存在的叔胺的種類(lèi)（如果有的話）及其水平，應(yīng)當(dāng) 加以調(diào)節(jié)，從而為所述異氰酸酯提供充分的穩(wěn)定性，如上文所述。在優(yōu)選的具體實(shí)施方案 中，所述有機(jī)過(guò)渡金屬催化劑是用于所述多組分膠粘劑體系中的唯一的催化劑。
[0032] 所述一種催化劑或多種催化劑，可作為一個(gè)或多個(gè)分開(kāi)的料流，被用于所述反應(yīng) 體系中，可與所述多組分膠粘劑的一種或多種其他組分、或者這些可選擇的方案的任意組 合一起使用。在所述反應(yīng)體系的優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，至少一種過(guò)渡金屬有機(jī)金屬化合 物被混入到所述多官能異氰酸酯中。處于更寬的范圍之內(nèi)，盡管通常不是那么優(yōu)選的是，將 任選地其他催化劑如叔胺與所述親水性多官能度活潑氫化合物一起作為分開(kāi)的料流、或者 它們的任意組合使用。
[0033] 在所述反應(yīng)體系的更優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，所述多組分膠粘劑精確地由兩種能 相互反應(yīng)的組分組成：含有至少一種過(guò)渡金屬有機(jī)金屬催化劑的多官能異氰酸酯料流、和 含有至少一種親水性多官能度活潑氫化合物的第二料流。令人期望地是，就第二料流的重 量而言，所述親水性的多官能度活潑氫化合物是主要成分。令人期望地是，就第一料流的重 量而言，所述多官能異氰酸酯是主要成分。
[0034] 除了所述多官能異氰酸酯、催化劑和親水性多元醇之外，所述多組分膠粘劑還可 任選含有其他成分?？刹捎闷渌N類(lèi)的、公知的、任選的添加劑?？刹捎玫娜芜x的添加劑的 非限制性例子包括阻燃劑，如三-(氯代丙基）磷酸酯（TCPP)、三芳基磷酸酯如三苯基磷酸 酯、蜜胺、蜜胺樹(shù)脂和石墨；顏料；染料；抗氧化劑如三芳基亞磷酸酯（即三苯基亞磷酸酯） 和位阻酚（即BHT、BHA等）；光穩(wěn)定劑；發(fā)泡劑；無(wú)機(jī)填料；有機(jī)填料（不同于用于所述基材 中的木質(zhì)纖維素材料）；防煙劑；疏松石蠟（液態(tài)或低熔點(diǎn)烴蠟）；抗靜電劑；內(nèi)脫模劑，如 肥皂、分散的固態(tài)蠟、硅酮和脂肪酸；惰性液體稀釋劑，特別是非揮發(fā)性稀釋劑如甘油三酯 油（大豆油、亞麻籽油等）；溶劑，特別是相對(duì)不揮發(fā)的溶劑如碳酸丙烯酯；殺生劑如硼酸； 這些的組合等。這些添加劑和其他公知的任選添加劑和特例的使用方法，以及它們的適當(dāng) 的用量，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是熟知的。如果期望的話，這些任選的添加劑可整體或部 分作為分開(kāi)的組分的料流而使用。在優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，當(dāng)使用時(shí)，這些任選的成分被 配入到上文所述的兩股料流體系中。
[0035] 將典型地為小碎片、纖維、粒子、或者它們的混合的形式的木質(zhì)纖維素原料，用所 述多組分膠粘劑的組分預(yù)處理，并在攪拌器中翻滾以確保所述膠粘劑在所述原料基材上的 充分分布。然后，在壓制之前，將經(jīng)膠粘劑處理的木質(zhì)纖維素原料預(yù)成型為非常松散的塊 體。施加到所述基材上的多組分膠粘劑中的各成分的相對(duì)用量，可顯著變化。在多數(shù)具體 實(shí)施方案中，所述多組分膠粘劑中的異氰酸酯（-NC0)基團(tuán)的數(shù)量與異氰酸酯反應(yīng)活性氫 基團(tuán)的總數(shù)的比例為1:40 - 40:1。在優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，能相互反應(yīng)的官能團(tuán)的當(dāng)量 之比為1:20 - 20:1，更優(yōu)選為1:10 - 10:1，仍然更優(yōu)選為1:5 - 5:1。調(diào)節(jié)所述多組分膠 粘劑的各組分的重量比，以提供所期望的能相互反應(yīng)的官能團(tuán)的比例。
[0036] 用于所述多組分膠粘劑體系中的催化劑的量可顯著變化，這取決于所用的催化劑 種類(lèi)、所期望的固化條件、以及所期望的在壓機(jī)中的停留時(shí)間（固化時(shí)間）。對(duì)于所期望的 一組固化條件而言，為了獲得最短的固化時(shí)間，對(duì)催化劑水平進(jìn)行優(yōu)化，這是本領(lǐng)域技術(shù)人 員所公知的。過(guò)渡金屬有機(jī)金屬催化劑的選擇和應(yīng)用指南，可參見(jiàn)上文引用的6篇參考專(zhuān) 利，以及下文所提供的實(shí)施例。
[0037] 還提供了一種用于制備木質(zhì)纖維素復(fù)合材料的方法。所述方法采用上文所述的反 應(yīng)體系。所述方法包括如下步驟：
[0038] a)提供木質(zhì)纖維素基材。
[0039] 所述木質(zhì)纖維素基材優(yōu)選含有多個(gè)木質(zhì)纖維素粘合體。更優(yōu)選地，所述木質(zhì)纖維 素基材實(shí)質(zhì)上由大量木質(zhì)纖維素粒子組成。
[0040] 在所述方法的任選的具體實(shí)施方案中，所述木質(zhì)纖維素粒子，如木屑和/或木質(zhì) 纖維，可與其他粒狀材料一起，加入最終的模壓復(fù)合材料中。可用于該任選的具體實(shí)施方案 中的其他粒狀材料的非限制性例子包括：地毯廢料、切碎的非金屬汽車(chē)廢料如泡沫廢料和 織物廢料（有時(shí)被統(tǒng)稱(chēng)為"輕質(zhì)絨毛（light fluff)"）、粒狀塑料廢料、無(wú)機(jī)或有機(jī)纖維材 料、這些材料的組合以及類(lèi)似材料。在所述方法的優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，所述基材僅為 木質(zhì)纖維素粒狀材料，最優(yōu)選為用于生產(chǎn)定向刨花板（OSB)的木屑。木質(zhì)纖維素材料的種 類(lèi)通常優(yōu)選包括木質(zhì)粒子和纖維，但是其他種類(lèi)的木質(zhì)纖維素材料也可任選單獨(dú)采用，或 者與基于木材的材料聯(lián)用。適用于所述方法的可選擇的木質(zhì)纖維素材料的非限制性例子包 括：農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物如麥桿、蔗渣、大麻纖維、黃麻纖維、以及類(lèi)似材料；廢紙產(chǎn)品和紙漿；這些 的組合等。
[0041] b)提供含有至少一種多官能異氰酸酯、親水性多官能度活潑氫化合物和催化劑的 多組分膠粘劑。
[0042] 所述多組分膠粘劑至少含有兩股能相互反應(yīng)的料流，但是可任選含有多于兩股料 流。所述多組分膠粘劑的必要成分的優(yōu)選的組合物（所述多官能異氰酸酯、親水性多官能 度活潑氫化合物和催化劑）、以及所述反應(yīng)體系中的這些成分的絕對(duì)用量和相對(duì)用量，已在 上文加以討論了。在非常優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，所述多組分膠粘劑體系被精確地配制成 兩股能相互反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)料流（組分）。所述料流優(yōu)選在使用條件下都為液態(tài)，盡管采用 一種或多種固態(tài)組分也處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。在一個(gè)特定優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，一個(gè) 組分（此處稱(chēng)為第一組分）含有多官能異氰酸酯，其中溶解或分散有過(guò)渡金屬有機(jī)金屬催 化劑。所述有機(jī)金屬催化劑優(yōu)選可溶于所述異氰酸酯中，并且以完全溶解的形式在其中使 用。在該優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，相對(duì)的（第二）組分含有所述親水性多官能度活潑氫化 合物和任意任選的添加劑。
[0043] c)將所述多組分膠粘劑的分開(kāi)的并且能相互反應(yīng)的組分，令人期望地作為獨(dú)立的 料流（而不對(duì)所述組分進(jìn)行任何形式的預(yù)混）、以適于制備粘結(jié)的木質(zhì)纖維素復(fù)合材料制 品的用量，施加到所述木質(zhì)纖維素基材上。
[0044] 在所述方法的優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，所述多組分膠粘劑的能相互反應(yīng)的組分， 彼此分開(kāi)地被施加到所述基材（粒狀塊體）上。這優(yōu)選通過(guò)采用獨(dú)立的孔、噴嘴或圓盤(pán)將料 流分散而完成。在該優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，所述多組分膠粘劑的能相互反應(yīng)料流不以任 何明顯的程度而彼此接觸，直至它們處于所述基材的表面上。在將其施加到所述基材上之 前，將所述膠粘劑的能相互反應(yīng)的組分，全部或部分預(yù)混，盡管這通常不是那么優(yōu)選的，其 也處于本發(fā)明的更大的范圍之內(nèi)。但是，令人期望的是，當(dāng)實(shí)施該預(yù)混模式時(shí)，所述多組分 膠粘劑的能相互反應(yīng)的料流仍然保持分離狀態(tài)，直至恰恰在膠粘劑混合被施加到所述基材 上之前。優(yōu)選地，所述能相互反應(yīng)的料流的任何混合，都應(yīng)在將所述膠粘劑施加到所述基材 上的兩（2)分鐘之內(nèi)進(jìn)行，更優(yōu)選地是在一（1)分鐘之內(nèi)，甚至更優(yōu)選地是在30秒鐘之內(nèi) 或者更短。所期望地是，防止所述能相互反應(yīng)的料流之間的反應(yīng)或者將其最小化，直至所述 膠粘劑與所述基材物理接觸。當(dāng)實(shí)施所述方法的預(yù)混模式時(shí)，所述能相互反應(yīng)的化學(xué)料流 可通過(guò)應(yīng)用型（p〇int-〇f-use)混合設(shè)備如靜態(tài)混合器或撞擊混合設(shè)備的方式，進(jìn)行結(jié)合。 不論所述料流是預(yù)先混合的，還是被分開(kāi)地施加到基材上的，分散設(shè)備都應(yīng)當(dāng)優(yōu)選提供用 于控制所述料流的相對(duì)用量以及施加到基材上的膠粘劑的絕對(duì)用量的裝置，如計(jì)量泵。所 述分散設(shè)備應(yīng)當(dāng)以所述膠粘劑、或者所述膠粘劑的能相互反應(yīng)的化學(xué)組分為基材提供廣泛 且均勻的覆蓋。典型地被用于木質(zhì)復(fù)合材料工業(yè)中的設(shè)備，如噴頭或者轉(zhuǎn)盤(pán)，是合適的。如 果期望的話，可采用其他類(lèi)型的分散設(shè)備。不論所用的分散設(shè)備的類(lèi)型如何，優(yōu)選地，在將 化學(xué)料流施加到基材上的過(guò)程中，其應(yīng)當(dāng)能為所述化學(xué)料流提供某種程度的霧化作用。
[0045] 在所述方法的優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，在所述多組分膠粘劑的施加過(guò)程中或之后 立即使粒狀木質(zhì)纖維素基材，如木屑?jí)K體，在混合設(shè)備中翻滾。在目前技術(shù)水平之下，可采 用旋轉(zhuǎn)混合器。翻滾有助于使所述膠粘劑在所述木質(zhì)纖維粒子的所有表面上的均勻分布。 特別優(yōu)選的是，在使所述木質(zhì)纖維素粒狀基材翻滾的同時(shí)，施加多組分膠粘劑。
[0046] 不論使用何種施加方式，在多組分膠粘劑處于所述木質(zhì)纖維素基材表面上之前， 在所述多組分膠粘劑的能相互反應(yīng)的化學(xué)組分料流之間，不應(yīng)發(fā)生明顯的反應(yīng)。"不發(fā)生明 顯的反應(yīng)"是指少于lOmol%，優(yōu)選為少于5mol%，更優(yōu)選為少于lmol%，仍然更優(yōu)選為少 于0. 5mol %，最優(yōu)選為少于0. Imol %的存在于初始多組分膠粘劑配方中的游離異氰酸酯 (-NC0)基，在所述料流與木質(zhì)纖維素基材接觸之前，被所述能相互反應(yīng)的組分料流之間的 反應(yīng)所消耗。
[0047] d)在適于固化所述膠粘劑并制備粘結(jié)的木質(zhì)纖維素復(fù)合材料制品的條件下，成型 并壓制經(jīng)膠粘劑處理的木質(zhì)纖維素基材。
[0048] 令人期望地，將所述經(jīng)膠粘劑處理的木質(zhì)纖維素基材（典型地為粒狀基材）倒在 接近于最終木質(zhì)纖維素制品形狀的網(wǎng)板（screen)或類(lèi)似的設(shè)備上。所述方法的該階段被 稱(chēng)為成型。在成型階段中，所述木質(zhì)纖維素粒子被松散地壓緊，為熱壓做好準(zhǔn)備。典型地采 用限制設(shè)備（constraining device)如成型箱，以防止松散的配料在邊緣掉落。本領(lǐng)域技術(shù) 人員都知曉如何使所述經(jīng)膠粘劑處理的粒狀基材成型，從而在最終的模壓復(fù)合材料產(chǎn)品中 獲得所期望的厚度。在制備模壓（壓縮）板，如OSB的過(guò)程中，成型操作典型地在將膠粘劑 施加到基材上結(jié)束之后，立即進(jìn)行。成型基材的最終的模壓，典型地在成型操作的一個(gè)小時(shí) 之內(nèi)進(jìn)行。令人期望地，在膠粘劑被施加到基材上之后，熱壓應(yīng)當(dāng)盡可能快地進(jìn)行，盡管在 工業(yè)實(shí)踐中典型地會(huì)發(fā)生延遲。優(yōu)選地，熱壓在膠粘劑施加的2小時(shí)之內(nèi)，更優(yōu)選在1小時(shí) 之內(nèi)，仍然更優(yōu)選地在30分鐘之內(nèi)，甚至更優(yōu)選地在20分鐘之內(nèi)進(jìn)行。在壓制之前，膠粘 劑與木質(zhì)纖維素基材保持接觸并暴露于環(huán)境中的時(shí)間越長(zhǎng)，可能發(fā)生的異氰酸酯的預(yù)反應(yīng) 的程度就越高。預(yù)反應(yīng)（預(yù)固化）的量是時(shí)間、環(huán)境溫度、以及環(huán)境濕度的函數(shù)。當(dāng)這些因 素中的每一個(gè)增大時(shí)，就傾向于提高預(yù)固化程度。異氰酸酯的大范圍地預(yù)固化，會(huì)影響最終 復(fù)合材料中的最佳膠粘劑粘結(jié)的形成，并且可能導(dǎo)致產(chǎn)生具有差的力學(xué)性能的復(fù)合材料。 [0049] 另一個(gè)具體實(shí)施方案是用獨(dú)立的表面層和芯層構(gòu)造木質(zhì)復(fù)合材料。例如，定向刨 花板是采用兩個(gè)表面層和一個(gè)芯層構(gòu)造的，其中表面的取向與芯板長(zhǎng)度方向成90°。這能 賦予最終復(fù)合材料重要的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性。表面層和芯層可用異氰酸酯基膠粘劑或 PF(酚醛樹(shù)脂）型膠粘劑進(jìn)行處理。優(yōu)選的具體實(shí)施方案在表面層和芯層都采用MDI型膠 粘劑。
[0050] 一旦在適當(dāng)?shù)谋砻妫ǖ湫偷貫榫W(wǎng)板或金屬板，通常稱(chēng)為墊板）上形成膠粘劑處理 的基材，形成的基材被移到壓機(jī)中，并在熱壓溫度下模壓一段時(shí)間（壓機(jī)停留時(shí)間），所述 時(shí)間能足以為所述膠粘劑提供最終的固化。在壓機(jī)中施加的壓力值足以獲得所期望的最終 復(fù)合材料的厚度和形狀。壓制可任選在一系列不同的壓力（階段）下進(jìn)行。最大壓力典型 地為200psi - 800psi，但是更優(yōu)選地為300psi - 700psi。對(duì)于典型的OSB制備工藝而 言，在壓機(jī)中的總停留時(shí)間，令人期望地為6秒每毫米板厚一 18秒每毫米板厚，但是更優(yōu)選 地為8秒每毫米板厚一 12秒每毫米板厚。壓制典型地采用金屬板完成，所述金屬壓板能在 金屬表面板（被稱(chēng)為墊板）之后施加壓力。墊板是在壓制過(guò)程中，與經(jīng)膠粘劑處理的配料 (預(yù)成型板）直接接觸的表面。所述墊板典型地為碳鋼板，但有時(shí)也采用不銹鋼板。所述墊 板的與經(jīng)膠粘劑處理的木質(zhì)纖維素基材接觸的金屬表面，令人期望地用至少一種外脫模劑 涂覆，從而能不受破壞地獲得產(chǎn)品。適用于壓機(jī)表面（所述表面被用于由粒狀基材和異氰 酸酯基膠粘劑制備的模壓木質(zhì)纖維素制品的生產(chǎn)）的外脫模處理，是公知的，并且它們的 應(yīng)用也是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。當(dāng)采用三層法（頂層為PF，芯層為基于異氰酸酯的膠 粘劑）時(shí)，外脫模處理的采用不那么重要了，但仍然是所期望的。適當(dāng)?shù)耐饷撃┑姆窍拗?性例子包括脂肪酸如油酸鉀皂、或者其他低表面能涂料、噴霧劑或涂層。
[0051] 如上文所述，所述反應(yīng)體系和方法的一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)是，可在不提高壓機(jī)停留時(shí) 間的情況下，降低熱壓溫度。在所述方法中，優(yōu)選的熱壓溫度為300 T - 400 T，更優(yōu)選為 325 T - 375 T。一個(gè)特別令人吃驚的特征是，即使在表面層中使用固化較慢的PF樹(shù)脂膠 粘劑時(shí)，也能降低熱壓溫度。這是令人吃驚的，因?yàn)楫?dāng)被用于現(xiàn)有技術(shù)的方法中時(shí)（即，當(dāng) 在芯中采用直鏈MDI代替本發(fā)明的基于多組分異氰酸酯的膠粘劑時(shí)），用于表面層中的PF 膠粘劑通常需要較高的熱壓溫度。
[0052] e)獲得粘結(jié)的木質(zhì)纖維素制品。
[0053] 將固化的模壓木質(zhì)纖維素復(fù)合材料制品從壓機(jī)中移出，并分離任何殘留的設(shè)備如 成型隔板和墊板。典型地，修剪掉粗糙的邊角。有時(shí)，將剛壓制的制品在特定的環(huán)境溫度和 相對(duì)濕度下，調(diào)整特定的時(shí)間，從而將木材的含水量調(diào)節(jié)至所期望的水平。這種調(diào)整步驟 是任選的。在所述方法的優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，模壓制品典型地為平板，如定向刨花板 (OSB)。但是，具有更復(fù)雜的三維形狀的模壓木質(zhì)纖維素制品的生產(chǎn)，也在本發(fā)明的范圍之 內(nèi)。
[0054] 在該方法的具體實(shí)施方案的一個(gè)非常優(yōu)選的表現(xiàn)形式中，所述催化劑與所述多官 能異氰酸酯預(yù)混，并作為一個(gè)反應(yīng)性料流被施加到所述基材上。所述親水性多元醇作為第 二反應(yīng)性料流被施加到基材上。在所述方法的優(yōu)選的表現(xiàn)形式中，所述多組分膠粘劑精確 地作為兩個(gè)能相互反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)料流，被施加到所述木質(zhì)纖維素基材上。所述料流最優(yōu) 選地被同時(shí)施加到基材上，盡管以任何期望的順序分別施加所述能相互反應(yīng)的料流也處于 本發(fā)明的更大的范圍之內(nèi)。
[0055] 預(yù)料不到地、令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，所述反應(yīng)體系和方法有助于在不提高壓機(jī)中的停 留時(shí)間的情況下，在較低熱壓溫度下，制備模壓的木質(zhì)纖維素復(fù)合材料，特別是由大量粒狀 木質(zhì)纖維素配料成型的復(fù)合材料。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，非常出乎意料地，所述反應(yīng)體系和方法有 助于由具有相對(duì)高的含水量的配料制備木質(zhì)纖維素復(fù)合材料。能采用含水量為大于6wt% 的配料，并且壓制可在350 T或者有時(shí)甚至為更低的熱壓溫度下完成。所述配料的含水 量可高達(dá)總配料的15wt%，但是令人期望地為8wt% - 14wt%，仍然更優(yōu)選地為9wt% - 13wt%。這種在含水量方面較強(qiáng)的適應(yīng)性降低了配料預(yù)干燥的需要。預(yù)干燥有時(shí)可完全省 略。
[0056] 當(dāng)PF膠粘劑被用于表面層時(shí)，用于表面層（PF粘結(jié)的）中的配料仍然需要被干燥 至較低的、與采用PF膠粘劑相適應(yīng)的水分水平。但是，進(jìn)入芯層并采用所述多組分膠粘劑 體系粘結(jié)的大部分配料，可含有較高的水分含量（如上文所述）。熟悉本領(lǐng)域的人能知曉最 適于用PF樹(shù)脂作為膠粘劑的配料的水分水平。
[0057] 本發(fā)明的公開(kāi)的反應(yīng)體系和方法特別適于制備定向刨花板（OSB)。但是，所述反應(yīng) 體系和方法可用于制備其他種類(lèi)的模壓木質(zhì)纖維素復(fù)合材料。這些其他類(lèi)型的復(fù)合材料包 括，但不限于，中密度纖維板（MDF)、碎料板、草紙板、稻殼板、膠合板、單板層積材（LVL)等。
[0058] 對(duì)于聚合的或低聚的化合物而言，本發(fā)明所稱(chēng)的分子量、當(dāng)量重量和基團(tuán)官能度 都是指數(shù)均值，除非另有聲明。對(duì)于純化合物而言，分子量、當(dāng)量重量和基團(tuán)官能度都是絕 對(duì)值，除非另有聲明。對(duì)于相同種類(lèi)的純化合物的混合物而言，分子量、當(dāng)量重量和基團(tuán)官 能度都是數(shù)均值，除非另有聲明。
[0059] 本說(shuō)明書(shū)的上下文中的所述"實(shí)質(zhì)上由……組成"，應(yīng)當(dāng)理解為該術(shù)語(yǔ)所指的組合 物不含有足以使所指的組合物的性質(zhì)或行為（與本發(fā)明的實(shí)踐相關(guān)）產(chǎn)生顯著變化的量的 任何附加的物質(zhì)（不表述為存在）。
[0060] 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，許多可能的變化也處于本領(lǐng)域的范圍之內(nèi)。通過(guò)下面 特定的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步地說(shuō)明，其不應(yīng)當(dāng)被理解為限制性的。 實(shí)施例
[0061] 術(shù)語(yǔ)表
[0062] 多元醇A，獲自Huntsman Corporation的甘油引發(fā)的聚醚液態(tài)多元醇。這種親水 的聚醚多元醇具有約330的當(dāng)量重量，并且含有大于50wt%的氧化乙烯單元。
[0063] Iso A，用90ppm(基于Fe的重量）的乙酰丙酮鐵催化的聚合多苯基多亞甲基多異 氰酸酯[PMDI]。所述多異氰酸酯是二苯甲烷二異氰酸酯異構(gòu)體、和MDI系列的較高（3環(huán)和 更高的）低聚物的混合物。這種異氰酸酯具有約31wt%的游離異氰酸酯（-NC0)基含量，在 25°C下粘度為約170cps。其具有約2. 7的數(shù)均異氰酸酯（-NC0)基官能度。
[0064] Iso B，獲自Huntsman Corp.的聚合多苯基多亞甲基多異氰酸酯[PMDI]。這種不 含有添加的催化劑的異氰酸酯是二苯甲烷二異氰酸酯異構(gòu)體、和MDI系列的較高（3環(huán)和更 高的）低聚物的混合物。其具有約31wt%的游離異氰酸酯（-NC0)基含量，在25°C下粘度 為約170cps。其具有約2. 7的數(shù)均異氰酸酯（-NC0)基官能度。
[0065] EW-58H乳化錯(cuò)，由Borden Corp.生產(chǎn)。這是一種在水中乳化的經(jīng)疏松石錯(cuò)。
[0066] GP 3121和GP 3110RES1-STRAND?液態(tài)酚醛樹(shù)脂膠粘劑，被用于分別處理 用于芯層和表面層的刨花板，由Georgia Pacific Corp.生產(chǎn)。
[0067] 白楊（楊屬）木片，在緬因州大學(xué)制備
[0068] STONER E497 熱固性脫模劑，由 Stoner Inc.生產(chǎn)。
[0069] 刨花板制備步驟：
[0070] 在位于 Bangor 的緬因州大學(xué)的 Advanced Engineered Wood Composite Center (AEWC)，制備木材刨花。收割白楊原木，去皮并且2006年11月運(yùn)輸。將原木在 Carmanah 12/48圓形切片機(jī)上刨花，運(yùn)行速度為638RPM。采用兩個(gè)一次性刀片，進(jìn)刀角為 33°，退刀（后退）角為70°。飛刀伸出量為0.025"，采用測(cè)微儀測(cè)量以確保公差不超過(guò) +/-0.002"。然后將刨花在Koch Bros.強(qiáng)迫通風(fēng)式運(yùn)輸帶刨花干燥器上，在約200 °F的溫 度下，干燥至所期望的含水量。
[0071] 將對(duì)應(yīng)于兩個(gè)表面層或芯層的預(yù)先稱(chēng)量量的刨花置于一個(gè)Coil離心盤(pán)霧化膠 粘劑混合器中。所述混合器直徑為6'，深度為3'，旋轉(zhuǎn)速度為15rpm。EL-4離心盤(pán)以約 12, OOOrpm的速度旋轉(zhuǎn)。
[0072] 采用具有#24Tygon管的Masterflex的懦動(dòng)泵，將膠粘劑，如果要求的話，以及多 元醇泵入處于失重基底上的混合器中。采用Spraying Systems空氣霧化器，具有SU-22端 的1/4 JBC SS型，施加乳化蠟，將氣壓設(shè)定為約20psi。所述膠粘劑和蠟以llOml/min的速 率加入，而所述多元醇以30ml/min的速率加入。多元醇的速率較低，這是為了確保用量相 對(duì)少的多元醇的均勻覆蓋。
[0073] 采用手工層疊的方式進(jìn)行成型。將一個(gè)用STONER E497熱固性脫模劑涂覆的 18量規(guī)、4' X8'鋼墊板放在一個(gè)萬(wàn)向滾珠層疊桌上。然后，在所述墊板之上層疊一個(gè) 6" X32" X48"木質(zhì)成型箱。然后成型三層無(wú)規(guī)取向的墊。然后，將成型品小心地移出， 將邊緣周?chē)倪^(guò)量的刨花放回在所述墊上。然后，在所述墊的周?chē)派蟅OC墊板（參見(jiàn)下 一部分），將匹配墊板置于頂上。然后，將該裝置移入壓機(jī)中。
[0074] 用于收集從壓機(jī)中釋放的揮發(fā)物的VOC收集系統(tǒng)，由一個(gè)帶密封墊的畫(huà)框墊板和 VOC蒸汽收集設(shè)備組成。
[0075] 鋁墊板的厚度為3/4"，內(nèi)部尺寸為41" X89"，外部尺寸為46" X94"。所述 墊板具有一道1/4" X 1/4"的溝，在角上取圓（rounded),加工成能放置6mm的圓料狀的、 閉孔的海綿狀硅樹(shù)脂密封墊的頂部和底部表面。所述密封墊位于墊板表面之上，以確保即 使是在壓力循環(huán)結(jié)束時(shí)的減壓步驟過(guò)程中，也能具有完整的密封。
[0076] 對(duì)于閉合的墊板上的進(jìn)氣系統(tǒng)，采用了一個(gè)外部進(jìn)氣管，所述管從前面的側(cè)入口 延伸至所述框的后部的中央。后部連接是通過(guò)多個(gè)歧管進(jìn)行的，將空氣從進(jìn)氣管經(jīng)由5個(gè) 穿過(guò)所述墊板的進(jìn)氣孔送入。這使得當(dāng)從前面抽真空時(shí)，空氣吹過(guò)板材。VOC蒸汽流通過(guò)排 氣系統(tǒng)排出，所述排氣系統(tǒng)由4個(gè)鉆入墊板前面的1/4"孔組成。這些孔采用Teflon和銅 管連接，所有這些管都導(dǎo)入一個(gè)銅的主排氣管。一旦所述墊裝置被放入壓機(jī)中，該單獨(dú)的排 氣管能夠很快的并且很容易與延伸至蒸汽收集系統(tǒng)（如下文所述）的Teflon管連接。
[0077] 收集壓機(jī)釋放的氣體的方法，通過(guò)引用下述文獻(xiàn)的方式全部并入本發(fā)明：Jiang 等，2002,Forest Products Journal，52(11/12) :66_77。
[0078] 模壓：
[0079] 將32〃 X48"墊在4' X8'的18〇0噸Erie Mill and Press水力熱壓機(jī)中模壓。 采用兩個(gè)Mokon熱油加熱器（每個(gè)具有兩個(gè)區(qū)域），將壓板加熱至350 T (117°C)的目標(biāo) 溫度。每塊壓板埋有4個(gè)光纖熱電偶，其能記錄壓板的溫度?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC)控 制的壓機(jī)，以1秒的間隔采集位置、壓力和壓板溫度數(shù)據(jù)，并將其下載至一個(gè)Excel文件。 所述壓機(jī)以位置控制的方式運(yùn)行，以獲得0.719"的目標(biāo)厚度。當(dāng)所述墊首次與兩塊壓板 (5.5")接觸時(shí)，設(shè)定壓機(jī)開(kāi)始其循環(huán)。第一步需要45秒鐘，以獲得目標(biāo)厚度。在該位置 保持135 - 240秒，這取決于處理?xiàng)l件。然后，進(jìn)行三個(gè)減壓步驟，每個(gè)持續(xù)15秒鐘。
[0080] 當(dāng)板材從壓機(jī)中移出時(shí)，對(duì)其進(jìn)行標(biāo)記，然后在臺(tái)鋸上切成32" X80"。然后測(cè) 量板材的重量、厚度、體積和密度。然后將所述板材進(jìn)行熱層疊。
[0081] 將板材模壓之后,所述板材在21°C和41 %的相對(duì)濕度調(diào)整至約7%的最終的平衡 含水量。采用預(yù)先確定的切割模式，從測(cè)試板材上切割用于物理和力學(xué)性質(zhì)測(cè)試的試樣。
[0082] 采用若干種分析方法分析揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC)。所述VOC或者是在水中收集 的、或者是在VOC收集列（collection train)的二氯甲燒捕集器中收集的。采用三種分析 方法，對(duì)VOC排放物中存在的化合物進(jìn)行確認(rèn)并定量。采用氣相色譜法/質(zhì)譜法（GC/MS)來(lái) 確定存在于二氯甲烷中的苯酚和苯。采用氣相色譜法/火焰電離檢測(cè)器，對(duì)存在于VOC中 的甲醇進(jìn)行確認(rèn)并對(duì)其含量進(jìn)行定量分析。采用紫外分光光度計(jì)（UV)，確定水溶液中所存 在的甲醛的含量。
[0083] 按照上文所述的方法，壓制刨花板。表1描述了與本發(fā)明相關(guān)的板材制備的實(shí)施 例。所有的添加劑都是基于重量份。表2顯示了表1所述的每個(gè)實(shí)施例的測(cè)試板材的物理、 力學(xué)和模壓釋放性質(zhì)。
[0084] 表I :板材制備細(xì)節(jié)和板材性質(zhì)
[0085]

【權(quán)利要求】
1. 用于生產(chǎn)模壓木質(zhì)纖維復(fù)合材料制品的膠粘劑，包括：(a)多官能異氰酸酯，（b)聚 醚多元醇，其中氧化乙烯片段占所述多元醇重量的大于50%，以及（c)含有至少一種鐵的 有機(jī)化合物的過(guò)渡金屬有機(jī)金屬催化劑， 其中，所述親水性有機(jī)多官能度活潑氫化合物中的異氰酸酯反應(yīng)活性氫基團(tuán)是有機(jī)鍵 接的伯或仲羥基、有機(jī)鍵接的伯或仲氨基，或它們的組合。
2. 多組分膠粘劑，包括多官能異氰酸酯、親水性有機(jī)多官能度活潑氫化合物、和過(guò)渡金 屬有機(jī)金屬催化劑，其中所述多組分膠粘劑被配制成至少兩種能相互反應(yīng)的化學(xué)組分， 其中，所述親水性有機(jī)多官能度活潑氫化合物中的異氰酸酯反應(yīng)活性氫基團(tuán)是有機(jī)鍵 接的伯或仲羥基、有機(jī)鍵接的伯或仲氨基，或它們的組合。
3. 如權(quán)利要求2所述的多組分膠粘劑，其中所述親水性有機(jī)多官能度活潑氫化合物包 括親水性有機(jī)多元醇，并且所述過(guò)渡金屬有機(jī)金屬催化劑包括選自由元素周期表的第IVB、 VB、VIB、VIIB和VIIIB族金屬所組成的組中的至少一種金屬。
4. 如權(quán)利要求3所述的多組分膠粘劑，其中所述親水性有機(jī)多元醇包括聚醚多元醇， 其中氧化乙烯片段占所述多元醇重量的大于50%，且所述過(guò)渡金屬有機(jī)金屬催化劑包括選 自由元素周期表第VIIIB族金屬所組成的組中的至少一種金屬。
5. 如權(quán)利要求4所述的多組分膠粘劑，其中所述過(guò)渡金屬有機(jī)金屬催化劑包括至少一 種鐵的有機(jī)化合物。
6. 如權(quán)利要求5所述的多組分膠粘劑，其中所述有機(jī)鐵化合物含有至少一種螯合配 體。
7. 如權(quán)利要求2所述的多組分膠粘劑，其中所述多官能異氰酸酯包括至少一種MDI系 列的異氰酸酯。
8. 如權(quán)利要求4所述的多組分膠粘劑，其中所述聚醚多元醇具有300 - 10, 000的數(shù)均 分子量，并且由具有2 - 10的數(shù)均官能度的引發(fā)劑制備。
9. 如權(quán)利要求8所述的多組分膠粘劑，其中所述聚醚多元醇具有至少70wt %的氧化乙 烯含量，700 - 2000的數(shù)均分子量，并且由具有從大于2 - 4的數(shù)均官能度的引發(fā)劑制備。
10. 如權(quán)利要求2所述的多組分膠粘劑，其中：(a)所述至少兩種能相互反應(yīng)的化學(xué)組 分中的一種包括所述多官能異氰酸酯和所述過(guò)渡金屬有機(jī)金屬催化劑，并且（b)所述至少 兩種能相互反應(yīng)的化學(xué)組分中的一種包括所述親水性有機(jī)多官能度活潑氫化合物。
【文檔編號(hào)】C08G18/48GK104277757SQ201410441467
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2008年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2007年5月23日
【發(fā)明者】C·J·莫里亞蒂, S·N·辛, P·D·科爾曼 申請(qǐng)人:亨斯邁國(guó)際有限責(zé)任公司