用于制備木質纖維素復合材料的粘合劑體系的制作方法
【技術領域】
[0001] 本申請涉及適合制備木質纖維素復合材料的粘合劑體系。更具體而言，本申請涉 及包含底漆組合物的粘合劑體系，其中先用所述底漆組合物處理木質纖維素基材的表面， 然后將聚氨酯粘合劑組合物施用到所述木質纖維素基材的表面上。
【背景技術】
[0002] 用于木材結構目的的粘合劑的耐久性由例如，美國國家標準學會（American NationalStandardsInstitute，ANSI)、美國材料試驗協(xié)會（AmericanSocietyfor TestingMaterials，ASTM)和加拿大標準協(xié)會（CanadianStandardsAssociation，CSA) 嚴格管理。如果聚氨酯粘合劑意欲用作結構木材產(chǎn)品中的粘合劑，那么其必須符合這些管 理標準。
[0003] C.B.Vick和E.A.Okkonen在StrengthandDurabilityofOne-Part PolyurethaneAdhesiveBondstoWood,ForestProductsJournal, 48(11-12) ,1999，第 71-76頁中示出了，雖然聚氨酯粘合劑對木材的干粘合強度（dryadhesionstrength)可與 其它粘合劑化學物質媲美，但是木材在濕氣暴露后的破壞水平往往并不令人滿意。鑒于所 述木材破壞水平是特別包含在加拿大標準協(xié)會規(guī)范（Norm)CSA112. 9中的對意欲用于室 外暴露的結構木材粘合劑的一個重要要求，最近的研究已經(jīng)著重于改善聚氨酯粘合劑的濕 粘合強度（wetadhesionstrength) 〇
[0004] Custodio等人在"AReviewofAdhesionPromotionTechniquesforSolid TimberSubstrates",TheJournalofAdhesion84,2008，第 502-529 頁中提出了許多用 于木材部件的粘合改善技術，包括例如電暈放電和火焰處理。然而，出于實際、安全和環(huán)境 原因，許多作者已經(jīng)開始關注于使用底漆，其中先用所述底漆處理木材表面，然后將粘合劑 組合物施用到所述木材表面上。
[0005][0006] 第5, 543, 487號美國專利（Vick等人）公開了一種包含基于甲醛的、羥甲基化的 間苯二酚作為有效成分的羥甲基化間苯二酚偶聯(lián)劑，其能夠使商購的熱固性粘合劑（例如 雙酚A環(huán)氧、苯酚-間苯二酚-甲醛、乳液聚合物異氰酸酯、苯酚-甲醛以及間苯二酚-甲 醛）形成與各種未經(jīng)處理的和經(jīng)防腐處理的木材的粘結。為形成偶聯(lián)劑，使甲醛和間苯二 酚在弱堿性條件下于65°與85°F之間的溫度下原位反應4到6個小時，然后再將其以 150g/m2的極高涂布率施用到木材表面。該文獻的粘結過程總共要花費大約數(shù)天，而這對于 生產(chǎn)工廠中的經(jīng)濟應用來說太慢。此外，反應物甲醛是一種已知的人體致癌物質，使用它必 須進行昂貴的預防性工廠建造。
[0007][0008] 因此，仍然需要開發(fā)這樣一種底漆組合物，所述底漆組合物可用于提高粘合強度， 尤其是在沒有前文所提及的現(xiàn)有技術缺點的粘合劑體系中的多異氰酸酯粘合劑組合物的 濕粘合強度。

【發(fā)明內容】

[0009] 在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種用于制備木質纖維素復合材料的粘合劑體 系，其包含：
[0010] a)含水底漆組合物；和 [0011]b)聚氨酯粘合劑組合物，
[0012] 其中所述含水底漆組合物包含：
[0013] 占所述組合物重量的最高達10重量％的表面活性劑，所述表面活性劑選自水溶 性表面活性劑、水乳化性表面活性劑及其混合物；和
[0014] 占所述組合物重量的0至25重量％的多元醇，所述多元醇選自水溶性多元醇、水 分散性多元醇、水乳化性多元醇及其混合物，其中所述多元醇的分子量小于5000道爾頓，
[0015] 前提條件是所述含水底漆組合物必須包含所述多元醇或具有羥基官能度且分子 量小于5000道爾頓的表面活性劑中的至少一種。
[0016] 在該粘合劑體系的一個具體實施方案中，所述含水底漆組合物包含：占所述組合 物重量的最高達5重量％、優(yōu)選最高達1重量％的表面活性劑，所述表面活性劑選自水溶性 表面活性劑、水乳化性表面活性劑及其混合物；和占所述組合物重量的最高達20重量％、 優(yōu)選最高達5重量％的多元醇，所述多元醇選自水溶性多元醇、水分散性多元醇、水乳化性 多元醇及其混合物。
[0017] 在所述粘合劑體系的另一個獨立的實施方案中，所述聚氨酯粘合劑組合物為可濕 固化的、單組分聚氨酯粘合劑組合物。該單組分聚氨酯粘合劑組合物應該優(yōu)選地包含：至少 一種具有游離NCO基團的預聚物，所述預聚物可由至少一種含有可與異氰酸酯反應的化合 物的組分A與至少一種含有異氰酸酯的組分B獲得；0至40重量％、優(yōu)選0. 1至30重量％ 的填料；O至20重量％的常規(guī)添加劑和助劑；以及O至20重量％的活化劑。
[0018] 值得注意的是在這樣一種粘合劑體系中已經(jīng)獲得了良好的結果，在所述粘合劑體 系中，在施用含水底漆組合物之后施用的單組分聚氨酯粘合劑組合物包含至少一種具有游 離NCO基團的預聚物，所述預聚物的特征為：i)基于所述預聚物，NCO的含量為5至30重 量％、優(yōu)選10至25重量％;ii)官能度為2. 0至3、優(yōu)選2. 2至2. 9 ;iii)在20°C下的粘度 為 300 至 35,OOOmPa.s、優(yōu)選 1000 至 10,OOOmPa.s。
[0019] 可以想到，所述粘合劑組合物可以含有一種以上預聚物。雖然第二預聚物或其它 預聚物不需要符合上述表征性特征i)至iii)，但是優(yōu)選的是預聚物的平均特性要滿足這 些特征。最佳地，所包含的每種預聚物均應滿足這些特征。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種制備木質纖維素粘結的物品的方法，所述方 法包括以下步驟：
[0021] (a)提供至少兩個木質纖維素表面；
[0022] (b)提供如上文限定的粘合劑體系；
[0023] (C)將所述粘合劑體系施用至所述木質纖維素表面中的至少一個表面的至少一個 部分；和
[0024] (d)將所述至少一個木質纖維素表面與另一個木質纖維素表面在適于在兩者間形 成粘合劑粘接的條件下接觸。
[0025] 在該方法的一個具體實施方案中，其步驟c)包括：將所述底漆組合物施用至所述 木質纖維素表面中的至少一個表面的至少一個部分；以及在最高達15分鐘、優(yōu)選1至5分 鐘的時間后，將所述聚氨酯粘合劑組合物施用至所述一個或多個木質纖維素表面的所述一 個或多個部分。
[0026] 將底漆組合物施用至木質纖維素表面的作用為改善隨后施用的聚氨酯粘合劑組 合物的粘合強度，特別是濕粘合強度。這能夠使通過上文限定的方法而獲得的木質纖維素 物品符合對結構木材產(chǎn)品所設立的標準。尤其是，所述木質纖維素物品可符合或高于歐洲 標準（EuropeanStandard)EN391:2001、加拿大標準協(xié)會（CSA)標準112. 9和/或美國材料 試驗協(xié)會（ASTM)D2259的要求。
[0027] 在本發(fā)明的另一個方面中提供了一種含水組合物作為用于木質纖維素材料的粘 合劑體系中底漆的用途，所述含水組合物包含：i)占所述組合物重量的〇至25重量％的 多元醇，所述多元醇選自水溶性多元醇、水分散性多元醇、水乳化性多元醇及其混合物；ii) 占所述組合物重量的最高達10重量％的表面活性劑，所述表面活性劑選自水溶性表面活 性劑、水乳化性表面活性劑及其混合物，前提條件是所述含水組合物必須包含所述多元醇 或具有羥基官能度且分子量小于5000道爾頓的表面活性劑中的至少一種。所選的水溶性、 水乳化性或水分散性多元醇的分子量應小于5000道爾頓。
[0028] 定義
[0029] 如本文中所使用的EN391 是指標題為"Gluedlaminatedtimber-Delamination testofgluelines" 的歐洲標準EN391:2001。
[0030] 如本文中所使用的CSA112. 9是指標題為"StandardSpecificationfor EvaluationofAdhesivesforStructuralWoodProducts(ExteriorExposure)'，的加拿 大標準協(xié)會（CSA)標準112. 9。
[0031] 如本文中所使用的ASTMD2559 是指標題為"StandardSpecificationfor AdhesivesforStructuralLaminatedWoodProductsforUseUnderExterior(Wet Use)ExposureConditions" 的美國材料試驗協(xié)會ASTM標準D2559-04。
[0032] 如本文中所使用的ASTMD5751 是指標題為"StandardSpecificationfor AdhesivesUsedforLaminateJointsinNonstructuralLumberProducts'，的美國材料 試驗協(xié)會ASTM標準D5751-99 (2012)。
[0033] 如本文中所使用的ANSI405-2008 是指標題為"StandardforAdhesivesfor UseinStructuralGluedLaminatedTimber"的美國國家標準學會ANSI標準 405-2008。
[0034] 本文中所述的HLB是指HLB的計算值。這些值是根據(jù)W.C.Griffin〃Calculation ofHLBValuesofNon-IonicSurfactants,''JournaloftheSocietyofCosmetic Chemists5(1954) :249的方法學計算出來的。對于混合組分，HLB值為各組分HLB值的加 權平均數(shù)。
[0035] 如本文中所使用的"活性氫部分"是指含有氫原子的部分，所述氫原子由于其在分 子中的位置，根據(jù)Wohler在JournaloftheAmericanChemicalSociety,Vol. 49，第3181 頁（1927)中描述的ZerewitnoffTest，顯示出顯著的活性。
[0036] 如本文中所使用的術語"表面活性劑"意為這樣一種化合物，所述化合物或者當溶 解在液體中時降低了所述液體的表面張力，或者降低了兩種液體之間的界面張力，或者降 低了一種液體與一種固體之間的表面張力。更通常地，本文中所使用的術語"表面活性劑" 指這樣一種化合物，所述化合物當溶解在水中時降低了所述水的表面張力。
[0037] 除非另有說明，本文中對低聚物、多聚物和共聚物所使用的術語分子量是指重 均分子量（Mw)，其根據(jù)在ColloidsandSurfacesA.PhysicoChemical&Engineering Aspects,Vol. 162, 2000,第107-121頁中找到的方案使用凝膠滲透色譜法來確定。
[0038] 如本文中使用的術語"多元醇"應包括二醇和更高官能度的羥基化合物。
[0039] 本文中給出的羥基（OH)值根據(jù)日本工業(yè)標準（JapanIndustrialStandard，JIS) K-1557,6.4 測定。
[0040] 本文中給出的異氰酸酯含量值根據(jù)ENISO11909測定。
[0041] 本文中所述的粘合劑組合物的粘度以及預聚物的粘度根據(jù)以下方法確定：使用型 號為RVT的布氏粘度計、在20°C且50%相對濕度（RH)的標準條件下測定。粘度計使用粘 度已知的硅油校準，所述硅油的粘度在5,OOOcps至50,OOOcps之間變化。使用連接至所述 粘度計的一組RV轉子進行校準。使用6號轉子在20轉每分鐘的速度下持續(xù)1分鐘直到粘 度計平衡來測定預聚物。然后使用所述校準計算對應于平衡讀數(shù)的粘度。
[0042] 如本文中使用的術語"木質纖維素材料"意欲表示一種木質材料，包括但不限于： 木板；經(jīng)過化學處理的木板，如乙?；景?；膠合板（woodveneer);木纖維；木條（wood strips);木刨花（woodflakes);木顆粒（woodparticles);粉碎的農業(yè)廢棄物，如稻殼、 甘鹿渣（baggasse)和草桿（straw);其他木基復合材料；及其組合。
【具體實施方式】
[0043] 現(xiàn)將結合若干更詳細的實施方案描述本發(fā)明。
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