專利名稱：人造板用異氰酸酯水性脫模劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種精細(xì)化工制備方法。
目前，國內(nèi)對人造板用異氰酸酯水性脫模劑的研究仍是空白，除少數(shù)綜述性文章外，尚無有關(guān)的研究報(bào)導(dǎo)或?qū)＠暾?。國外由于人造板用異氰酸酯膠粘劑的研究和應(yīng)用相對早，因此已有異氰酸酯脫模劑產(chǎn)品，但由于異氰酸酯脫模技術(shù)與異氰酸酯膠粘劑配套使用，沒有公開的研究報(bào)導(dǎo)，只有專利、產(chǎn)品介紹等。例如英國專利1176778使用中低粘度的烴油作為異氰酸酯脫模劑，使用時(shí)將它們與異氰酸酯混合制成乳液，即可制的具有內(nèi)脫模性質(zhì)的異氰酸酯膠粘劑；在日本特許昭59-43047、105096介紹使用石蠟與烯類、硅油或液態(tài)酯等混合，制備異氰酸酯脫模劑。在上述專利中，他們主要依據(jù)弱界面隔離機(jī)理，使用一到兩種組分制備異氰酸制脫模劑，這些脫模劑在異氰酸酯膠粘劑分布均勻、施膠量較低時(shí)一般情況下都能滿足使用要求。當(dāng)施膠不均，出現(xiàn)膠斑、膠團(tuán)、透膠，或施膠量較高時(shí)，僅僅依靠弱界面隔離機(jī)理難以實(shí)現(xiàn)較好的脫模效果。而在使用異氰酸酯制備刨花板時(shí)，因施膠不均等原因，易出現(xiàn)膠斑、膠團(tuán)；以及為了制備耐水性好或防水級人造板時(shí)，往往需要較高的施膠量。因此上述專利的脫模技術(shù)已難以滿足使用要求，需要按照新的脫模劑設(shè)計(jì)機(jī)理，開發(fā)制備新型高效的脫模技術(shù)。
由多異氰酸酯單體和多元醇在一定條件下反應(yīng)制得的且體系中含有相當(dāng)量游離異氰酸基的產(chǎn)物或直接用作膠粘劑的多異氰酸酯單體，統(tǒng)稱為異氰酸脂膠粘劑。異氰酸脂膠粘劑中具有一定量的游離異氰酸基和氨基甲酸脂，由于合成條件、原料以及固化條件的差異，不同的異氰酸酯樹脂膠中還會含有一定的亞胺基、羰基、酯基或它們組合基團(tuán)，如脲基甲酸酯、取代脲、縮二脲等極性較大的基團(tuán)。而人造板制造中的金屬壓板表面上具有較多的活性點(diǎn)，在熱壓條件下，能與異氰酸脂膠粘劑中羥基等極性較大的基團(tuán)發(fā)生作用，形成第二化學(xué)鍵，這是異氰酸酯樹脂膠粘劑粘板的原因之一，
游離異氰酸酯基則直接與壓板的羥基等活性氫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成第一化學(xué)鍵，這是異氰酸酯粘板的主要原因，這種粘板問題最嚴(yán)重，不但影響板的表面質(zhì)量，而且會污染壓板表面，清理起來費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而大大降低了生產(chǎn)率。所以異氰酸酯樹脂膠的脫模問題是異氰酸酯膠粘劑工業(yè)化應(yīng)用的一個(gè)急待解決的問題。結(jié)合上述機(jī)理，如何在可能與墊板接觸的異氰酸脂膠粘劑和墊板之間形成一層“隔墻”，降低或消除異氰酸脂與墊板之間的第一和第二化學(xué)鍵作用是解決脫模的關(guān)鍵，控制墊板與刨花板之間形成理想的界面破壞是脫模方法的要點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是，發(fā)明一種新的合成工藝，利用普通的原料制備異氰酸酯水性脫模劑，使產(chǎn)品成本下降，質(zhì)量提高，工藝簡單。
本發(fā)明的主要構(gòu)思是，在異氰酸酯粘板機(jī)理的基礎(chǔ)上，提出了新的脫模機(jī)理——“掩蔽+隔離+催化”的三元機(jī)理，并運(yùn)用該機(jī)理設(shè)計(jì)和合成多種新型高效水性異氰酸酯脫模所謂的掩蔽就是針對能與金屬墊板形成強(qiáng)有力第一化學(xué)鍵而粘板的游離異氰酸酯基設(shè)計(jì)的，將能與墊板發(fā)生反應(yīng)的游離異氰酸酯封閉，使之失去與金屬墊板形成第一化學(xué)鍵的能力，所以這是該類脫模劑能有效地防止粘板的重要原因之一；所謂隔離是針對能與金屬墊板表面的活性點(diǎn)形成第二化學(xué)鍵而粘板的多種大極性基團(tuán)設(shè)計(jì)的，將能與金屬墊板活性點(diǎn)產(chǎn)生第二化學(xué)鍵粘板的大極性基團(tuán)以及未被掩蔽劑掩蔽的殘余游離異氰酸酯基隔離，進(jìn)一步防止異氰酸酯的粘板，這是該類脫模劑能有效地防止粘板的另一個(gè)重要原因；所謂的催化是為了避免殘余游離異氰酸酯基可能與墊板發(fā)生作用，在體系中加入能起催化作用的組分，加快板坯表面游離異氰酸酯與其掩蔽劑的充分作用，使異氰酸酯在與墊板接觸前基本消耗完了，全面防止其粘板的發(fā)生。
本發(fā)明提出的異氰酸酯水性脫模劑的配方模式是體系中必須有一定比例的掩蔽劑、隔離劑和促進(jìn)劑。均勻分散于水相中，形成較為穩(wěn)定的乳液或溶液。
隔離劑或促進(jìn)劑的水乳液制備可以通過下面方法獲得(1)將計(jì)量的乳化劑1.8-2.8份和水62-80份加入帶有攪拌器和溫度計(jì)的反應(yīng)釜內(nèi)，在室溫下輕輕攪拌10-15分鐘，避免產(chǎn)生大量氣泡；(2)然后，在20-30分鐘內(nèi)逐漸升溫到70℃-75℃，在此溫度下繼續(xù)攪拌10分鐘左右，確保乳化劑完全溶解；(3)加入融化或預(yù)熱的隔離劑65-70份(如促進(jìn)劑也不溶于水，此時(shí)也一并加入)，繼續(xù)攪拌直到體系成為糊狀，約需15-20分鐘；(4)繼續(xù)升溫到90℃-95℃，加快攪拌速度，保溫并攪拌20分鐘左右；(5)再將計(jì)量經(jīng)預(yù)熱的膠體保護(hù)劑水溶液(65℃-70℃)直接加入，加入后體系的溫度不應(yīng)低于70℃，并繼續(xù)攪拌20分鐘。注意水的用量不能高于使最終脫模劑的水分含量，乳液水的濃度最好低于最終脫模劑的水分含量的15-25％。(6)開啟冷卻水，強(qiáng)制冷卻到室溫20℃-30℃，出料待用。
將制備得到的隔離劑乳液取出適量，加入計(jì)量的水溶性掩蔽劑、促進(jìn)劑、填料、水等，攪拌直到它們?nèi)芙?，如要加快溶解速度，可適當(dāng)升高溫度，但不宜高于45℃，由此制得本發(fā)明要求的異氰酸酯水性脫模劑。
脫模劑的最終配制也可在隔離劑乳液制備后期進(jìn)行，一般是在冷卻時(shí)，當(dāng)溫度降低到45℃左右，將水溶性的隔離劑乳液和水加入溶解攪拌，但它們完全溶解后，繼續(xù)攪拌10-20分鐘，令之完全混合均勻，最后降溫出料。如果水溶性隔離劑乳液在70℃-85℃時(shí)的熱穩(wěn)定性很好，也可在加第二次水之前，即在隔離劑乳液制備中的(4)之后，(5)之前。將它們與第二次要加的水一起配制成溶液預(yù)熱加入，此時(shí)體系溫度約在70℃-80℃左右，接下來再按照隔離劑乳液制備的步驟經(jīng)過保溫、攪拌和強(qiáng)制降溫后，即可一次性制得脫模劑。
本發(fā)明中脫模劑掩蔽劑的物質(zhì)主要是含羥基的化合物、含胺基或亞胺基化合物、或同時(shí)含有羥基、胺基、亞胺基的化合物，主要有小分子一元脂肪醇，如乙醇、丙醇、丁醇等；乙二醇、分子量小于1000的聚乙二醇和聚異丙二醇等；乙二醇單烷基醚類、二甘醇單烷基醚類，如它們的乙醚、丙醚、丁醚等；丙三醇、水溶性脲醛樹脂、水溶性酚醛樹脂、尿素、羥胺、一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三羥甲基丙烷等。
本發(fā)明的隔離劑有三類——弱界面物質(zhì)類、成膜高分子物質(zhì)和無機(jī)礦物粉。
弱界面隔離物質(zhì)主要是石蠟和硅油，其中以石蠟最為有效。石蠟可以是液體石蠟或分子量更大些的固體石蠟，也可直接使用自乳化石蠟或聚乙烯蠟等，研究發(fā)現(xiàn)使用中以液體石蠟和自乳化石蠟最為方便。硅油主要是使用甲基硅油，水性硅油可以勉強(qiáng)使用。如果使用弱界面物質(zhì)作為本發(fā)明專利的隔離劑，隔離劑用量只要滿足能在金屬墊板表面形成連續(xù)的弱界面層，即能有效地防止異氰酸酯粘板，一般上用量占脫模劑不揮發(fā)份的20～50％之間，當(dāng)異氰酸酯樹脂膠粘劑分布比較均勻、表面含量不大時(shí)，比如用噴霧拌膠的辦法制造刨花板、使用水性高分子-異氰酸酯膠粘劑(API)生產(chǎn)膠合板等場合，弱界面隔離劑用量在20～35％即可滿足使用要求；如果考慮施膠系統(tǒng)施膠后會出現(xiàn)較多的膠斑、表面游離異氰酸酯的含量較高時(shí)，弱界面隔離劑用量應(yīng)適當(dāng)增加，一般用量在30-60％。
本專利主要使用如下成模高分子物質(zhì)—聚乙烯醇、羥甲基纖維素、酚醛樹脂、脲醛樹脂、氟樹脂、淀粉、面粉、米粉等。因?yàn)檫@一類隔離劑的隔離機(jī)理是通過形成惰性隔離層實(shí)現(xiàn)隔離，所以用量以能形成足夠厚度的膜為宜，一般占脫模劑固體的5～70％。當(dāng)單獨(dú)使用聚乙烯醇或羥甲基纖維素等高粘度成膜物，或使用氟樹脂，用量一般占脫模劑固體的5～20％；當(dāng)單獨(dú)使用脲醛樹脂、酚醛樹脂、淀粉、面粉、米粉等作成膜物質(zhì)時(shí)，用量一般占固體30～70％；使用無機(jī)礦物粉作隔離劑與高分子成膜物質(zhì)機(jī)理一樣，都是惰性隔離，主要使用膨潤土、高領(lǐng)土、細(xì)顆粒碳酸鈣、滑石粉、炭黑、二氧化硅、氧化鋁等無機(jī)礦物粉。用量一般是固體的30～90％。當(dāng)配制成溶液狀使用時(shí)，一段時(shí)間后無機(jī)礦物粉因?yàn)椴蝗苡诨螂y溶于水，會逐漸沉積，因此一般將之調(diào)制成膏狀或固體狀使用。
異氰酸酯脫模劑所使用的促進(jìn)劑實(shí)質(zhì)上是異氰酸酯反應(yīng)的催化劑或是對異氰酸酯的反應(yīng)具有催化效用的物質(zhì)，主要是有機(jī)錫類、叔胺類、羧酸金屬鹽，以及一些堿性的同時(shí)又可用作掩蔽劑物質(zhì)，如烷基烷醇胺、碳酰胺等物質(zhì)。有機(jī)錫類和叔胺類催化劑是異氰酸酯樹脂反應(yīng)最有效的催化劑。本專利涉及具體的反應(yīng)促進(jìn)劑有二月桂酸二丁錫、二-2-乙基己酸二丁錫、辛酸亞錫、油酸亞錫、三乙基二胺、N，N-二乙基環(huán)己胺、N-烷基嗎啉、N，N，N’，N’-四甲基乙二胺、四甲基丁二胺、1，4二氮雙環(huán)(2，2，2)-辛烷、碳酰胺、一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺等。用量和用法因?yàn)榇呋瘎┓N類不同而異，有機(jī)錫類催化劑為脫模劑固體份的0.5～2％，稀釋后約占溶液質(zhì)量的0.1～0.5％，因?yàn)橛袡C(jī)錫類化合物一般不溶于水，因此使用時(shí)還得先制成乳液；叔胺類催化劑和羧酸金屬鹽因?yàn)樗苄院痛呋Ч^好，用量一般占脫模劑固體的1～5％，約占稀釋后溶液質(zhì)量的0.1～1.0％，使用時(shí)可直接加入調(diào)制好的脫模劑溶液中攪拌均勻即可，也可在脫模劑調(diào)制過程中加入；碳酰胺、一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺等物質(zhì)是對異氰酸酯的反應(yīng)具有催化效用的物質(zhì)，催化效果雖不如有機(jī)錫類催化劑和叔胺類催化劑，通過提高其濃度也可達(dá)到相當(dāng)好的催化促進(jìn)效果，另外因?yàn)樗鼈兌际潜緦＠惽杷狨ッ撃┑难诒蝿?，所以用量一般占脫模劑固體的15～40％，約占稀釋后溶液質(zhì)量的2～5％，使用時(shí)可直接加入調(diào)制好的脫模劑溶液中攪拌均勻即可，也可在脫模劑調(diào)制過程中加入。
異氰酸酯水性脫模劑的其它成份主要是使用石蠟和甲基硅油作隔離劑、有機(jī)錫作促進(jìn)劑、無機(jī)礦物粉作隔離劑，因?yàn)樗鼈儾蝗苡谒?，通過制備比較穩(wěn)定的乳液或懸浮液，使之能在一定時(shí)間內(nèi)保持較均勻的分散體系。凡能使石蠟、甲基硅油、有機(jī)錫、無機(jī)礦物粉等物質(zhì)均勻分散于水中，同時(shí)其穩(wěn)定性能滿足使用要求的表面活性劑都可使用，例如十二烷基磺酸鈉、新制的油酸銨、壬基酚聚氧乙烯醚等，甚至可直接使用一些市售乳化粉；膠體保護(hù)劑主要是聚乙烯醇溶液和纖維素溶液等。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)脫模效果良好，脫模劑的設(shè)計(jì)合理，適用于不同施膠量的異氰酸酯人造板制備，無污染，不影響人造板膠接強(qiáng)度，對人造板的含水率無要求，工藝簡單，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品保存期長。
實(shí)施例以下列原料制備本發(fā)明中的異氰酸酯脫模劑為例，說明脫模劑的配制工藝過程。原料組成和主要效用分別為石蠟為隔離劑、二月桂酸二丁錫為促進(jìn)劑、二乙醇胺為掩蔽劑、聚乙烯醇為膠體保護(hù)劑、壬基酚聚氧乙烯醚為乳化劑。將2.0份的壬基酚聚氧乙烯醚和水80份加入帶有攪拌器和溫度計(jì)的反應(yīng)釜內(nèi)，在室溫下輕輕攪拌10分鐘，避免產(chǎn)生大量氣泡；然后，在20-30分鐘內(nèi)逐漸升溫到70℃-75℃，在此溫度下繼續(xù)攪拌10分鐘左右，確保乳化劑完全溶解；(3)加入融化或預(yù)熱的石蠟70份和二月桂酸二丁錫2份，繼續(xù)攪拌直到體系成為糊狀，約需15分鐘；(4)繼續(xù)升溫到90℃-95℃，加快攪拌速度，保溫并攪拌20分鐘左右；(5)再將二乙醇胺10份、聚乙烯醇3份溶于80份水中，預(yù)熱到65℃后直接加入，繼續(xù)攪拌20分鐘。(6)開啟冷卻水，強(qiáng)制冷卻到室溫(20℃-30℃)，出料，即制得固含量為35％的濃縮脫模劑，使用時(shí)依據(jù)使用情況將濃縮脫模劑溶液用水稀釋到4-10倍即可，該脫模劑外觀為乳白色乳液，pH值在8-10之間，貯存期不小于3個(gè)月。用于制造異氰酸酯刨花板時(shí)，對施膠量在3-7％內(nèi)，即使存在膠團(tuán)和膠斑也能很理想脫模；用于制備異氰酸酯膠接的膠合板、細(xì)木工板，即使有明顯透膠也能理想地脫模。
權(quán)利要求
1.一種人造板用異氰酸酯水性脫模劑的制備方法，屬于精細(xì)化工制備方法，其特征是把乳化劑的水乳液，通過在反應(yīng)釜內(nèi)攪拌、加熱，完全溶解后，加入融化的隔離劑、促進(jìn)劑繼續(xù)攪拌，加熱、攪拌、保溫，再將掩蔽劑、保護(hù)劑的水溶液，預(yù)熱后加入、攪拌，然后冷卻到室溫，出料。
2.根據(jù)權(quán)利要1所述的人造板用異氰酸酯水性脫模劑的制備方法，其特征是掩蔽劑主要包括，含羥基的化合物，含胺基、亞、氨基化合物，同時(shí)含有羥基、氨基、亞胺基的化合物，即，小分子一元脂肪醇中的乙醇、丙醇、丁醇，乙二醇，分子量小于1000的聚乙二醇和聚異丙二醇；乙二醇單烷基醚類、二甘醇單烷基醚類中的乙醚、丙醚、丁醚；水溶性脲醛樹脂、水溶性酚醛樹脂、尿素、羥胺、一乙醇胺、二乙醇胺、三羥甲基丙烷。
3.根據(jù)權(quán)利要1所述的人造板用異氰酸酯水性脫模劑的制備方法，其特征是隔離劑主要包括弱界面物質(zhì)類，石蠟和硅油，成膜高分子物質(zhì)聚乙烯醇、羥甲基纖維素、酚醛樹脂脲醛樹脂、氟樹脂、淀粉、面粉、米粉，他們的固體成分為5-70％。
4.根據(jù)權(quán)利要1所述的人造板用異氰酸酯水性脫模劑的制備方法，其特征是促進(jìn)劑主要包括二月桂酸二丁錫、二-2-乙基己酸二丁錫、辛酸亞錫、油酸亞錫、三乙基二胺、N-烷基嗎啉，N，N，N，N-四甲基乙二胺，四甲基丁二胺、1，4二氮雙環(huán)(2，2，2)-辛烷、碳酰胺、一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造板用異氰酸酯水性脫模劑的制備方法，其特征是乳化劑1.8份-2.8份和水62份-80份加入帶有攪拌器和溫度計(jì)的反應(yīng)釜內(nèi)，在室溫下輕輕攪拌10-15分鐘，避免產(chǎn)生大量氣泡，然后，在20-30分鐘內(nèi)逐漸升溫到70℃-75℃，在此溫度下繼續(xù)拌10分鐘，確保乳化劑完全溶解，加入融化或預(yù)熱的隔離劑65份-70份，繼續(xù)攪拌15-20分鐘直到體系成為湖狀，繼續(xù)升溫到90℃-95℃，加速攪拌，保溫并攪拌20分鐘，再將經(jīng)預(yù)熱的膠體保護(hù)劑水溶解，直接加入，加入后體系的溫度不應(yīng)低于70℃，繼續(xù)攪拌20分鐘，開啟冷卻水，強(qiáng)制冷卻到室溫出料待用。
全文摘要
一種人造板用異氰酸酯水性脫膜劑的制備方法，屬于精細(xì)化工制備方法，它主要把乳化劑壬基酚聚氧乙烯醚等，攪拌加熱溶解后，加入隔離劑石蠟等，催化劑二月桂酸二丁錫等。攪拌加熱保溫，再預(yù)熱加入膠體保護(hù)劑、聚乙烯醇等，冷卻后出料得到。該發(fā)明工藝簡單，成本低、產(chǎn)品無味、乳白、貯存期長產(chǎn)率高，脫模效果好。
文檔編號C10M173/02GK1467272SQ02140850
公開日2004年1月14日 申請日期2002年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月9日
發(fā)明者顧繼友, 高振華 申請人:東北林業(yè)大學(xué)