專利名稱：基于作為粘合劑的硅烷基復合物的含纖維素或木質纖維素的復合材料的制作方法
基于作為粘合劑的硅烷基復合物的含纖維素或 木質纖維素的復合材料
本發(fā)明涉及基于含纖維素或木質纖維素的材料和作為粘合劑的有 機硅化合物的復合材料、其生產方法、以及特定有機硅化合物或其溶液 的應用。
有機硅化合物以各種硅烷、其反應產物或相應制劑的形式用于復合 材料的生產中，特別是基于天然或近天然纖維的那些材料，即含纖維素 或木質纖維素的材料。
木材基材料包括至多約20%的粘合劑及其他添加劑。在世界范圍內 最常使用的木材基材料用粘合劑是脲醛樹脂(UF樹脂)。
然而，曱醛樹脂粘合的木材基材料具有連續(xù)的曱醛排放，不管是否 符合標準(EN 120和DIBt標準100, El級-O.lppm),從消費者保護 的觀點看這是有問題的，因為許多研究已經表明曱醛不僅影響中樞神經 系統(tǒng)，而且還能導致惡性腫瘤。近年來，越來越需要進一步減少允許的 曱醛濃度。
而且，用UF樹脂膠合的木材基材料具有相對低的耐熱性和防潮性， 這妨礙了在大多數特殊領域的應用(例如，用于載荷和高強度用途、以 及用于室外部分)。
除UF樹脂外，約10%的酚醛樹脂(PF樹脂)也用于生產木材基材料。
在木材基材料工業(yè)中有機異氰酸酯以小比例用于具有良好機械特 性和防水特性的材料。主要使用二苯甲烷二異氰酸鹽(PMDI)。與之 前所述的系統(tǒng)相反，異氰酸酯與木材、確切地說與木質素和纖維素形成 化學化合物。
然而，使用PMDI作為粘合劑具有許多缺點。就涂覆技術而言，與 金屬的親合力是投訴原因，因為在熱壓過程中PMDI膠合的顆粒和纖維 能夠粘附到壓機上。為此，必須用昂貴的、特別涂布的壓機皮帶工作。 而且，當處理PMDI時必須提供和符合嚴格的工作安全措施。 用于天然或近天然木材基材料如馬鈴薯漿(pulp) ( EP 0 613 906 Al 、 DE43 06 441 Al、 DE 4340 517 Al、 DE434 518 A1)的粘合劑或粘合劑
5體系不能確保每次涂覆都符合標準的效果(在此背景下，也見A R
Kharazipour 的"Enzyme von Wei!3faulepilzen als Gmndlage fiir die Herstellung von Bindemitteln fiir Holzwerkstoffe [Enzymes of white-rot fungi as a basis for the preparation of binders for wood-based materials](白
腐真菌的酶作為用于制備木材基材料用粘合劑的基礎)"，vol 121, JD Sauerlanders Verlag, Frankfurt am Main, ISBM 3-7939-5124-3)。
DE 100 37 724 Al公開了一種使用基于氫-、烷基-、烯基-、苯基-、 縮水甘油基氧基烷基-、丙烯酰氧基烷基-和甲基丙烯酰氧基烷基-官能的 硅氧烷的粘合劑來從有機物質生產復合材料的方法。
DE 196 47 369 Al涉及基于玻璃纖維、礦物纖維或木材基材料的復 合材料，所使用的粘合劑是所謂的納米復合物，其是通過通過溶膠-凝膠 過程制備的，尤其是基于膠體無機顆粒和一種或多種可水解的有機硅 烷。所使用的硅烷可以帶有氯化物、烷氧基、乙酰氧基、烷基、烯基、 芳基、縮水甘油基氧基烷基、和曱基丙烯酰氧基烷基基團作為官能團。
而且，WO 98/22536公開了基于植物材料的復合材料，其中，除了 DE 196 47 369 Al所建議的溶膠-凝膠系統(tǒng)的聚硅氧烷之外，炔基、烷基 丙烯?；头蓟鶃喭榛鶊F(其還可以任選地具有一個或多個取代基如 卣素、烷氧基、羥基、氨基或環(huán)氧基團)也被認為是除了烷基和烯基基 團之外的可用基團，其不能通過水解消除。而且，根據WO 98/22536， 純的曱基三乙氧基硅烷或者甲基三乙氧基硅烷與四乙氧基硅烷的混合 物可以用作生產復合材料用的粘合劑。
上述系統(tǒng)的一個實質缺點是還使用了可水解的醇鹽。這些物質具有 不可忽略的蒸氣壓，而且排出(eliminate)作為水解產物的醇。這在實 踐中導致常用于碎料板(particle board)工作中的加工機械產生相當大 的氣味，并且導致蒸汽爆炸的危險。
EP 0 716 127 Bl和EP 0 716 128 Bl公開了含氨基烷基-/烷基/羥基國 或烷氧基硅氧烷的水基組合物，其特別是用于為紡織品、皮革、纖維素 制品和淀粉制品賦予疏水性。這種可溶于水或水/醇混合物的氨基烷基有 機羥基硅氧烷也稱為羥基硅(hydrosil)系統(tǒng)。氟代浣基官能的羥基硅系 統(tǒng)在例如EP 0 846 716 Bl、 EP 0 846 717 Bl和EP 1 101 787 A2中乂>開。
德國專利申請10 2004 037 045.1涉及水性硅烷納米復合物，它們用 于涂布基材表面，例如紙、板、木材、紙板、塑料、漆膜涂層、石頭、陶瓷、金屬或金屬合金的表面。
本發(fā)明的目的是提供基于另一種粘合劑的含纖維素或木質纖維素 的復合材料。
根據本發(fā)明，該目的是根據專利權利要求的信息來實現的。 因此，令人驚訝地發(fā)現，具有充分改進的特性的新型復合材料基于 (a)至少一種含纖維素或木質纖維素的材料和(b)作為粘合劑的復合 物，該復合物(以下也稱為納米復合物或簡稱為粘合劑)由至少以下組
分的反應產生
(i) 縮水甘油基氧丙基烷氧基硅烷，
(ii) 固體含量>20 wto/o的水性硅溶膠，
(iii) 作為水解催化劑的有機酸，和
(iv) 作為交聯(lián)劑的鋯酸正丙酯、鈦酸丁酯或乙酰丙酮化鈦， 其可以通過下述步驟以簡單和經濟的方式獲得
-用根據(b )的復合物處理干燥或潮濕的含纖維素或木質纖維素的
材料，，、、、'、、，，，，、。、人，，，、，^ 、 一 、，、、: 后對其進行熱壓。
該結果顯示，根據(b)的復合物現在也可以用作復合材料生產用
的粘合劑。
而且，根據本發(fā)明的復合材料能夠有利地含至少 一種其它組分(c)，
例如可以提及但僅有少量的石蠟基或蠟基防水劑、防火劑如多磷酸鹽、 以及生物殺滅物質和香料等等。
與其它可比較的復合材料相比，根據本發(fā)明的復合材料通常有利地 具有充分改進的橫向拉伸強度。
而且，與UF-、 PF-或MF膠合的復合材料相反，根據本發(fā)明的復合 材料不會排放有害的曱醛蒸氣。
此外，和PMDI粘合的木材基材料相比，生產根據本發(fā)明膠合的復 合材料，特別是木材基材料可以具有充分降低的加工風險和極大降低的 與健康有關的風險，且所生產的產品特性相同或更好。
因此本發(fā)明涉及基于(a)至少一種含纖維素或木質纖維素的材料 和(b)作為粘合劑的由至少下述組分的反應產生的復合物的復合材料
(n縮水甘油基氧丙基烷氧基硅烷，(ii) 固體含量>20 wt。/o的水性硅溶膠，
(iii) 作為水解催化劑的有機酸，和
(iv) 作為交聯(lián)劑的鋯酸正丙酯、鈦酸丁酯或乙酰丙酮化鈦。 根據本發(fā)明的復合材料有利地特征在于復合物(b)的固體含量基
于全干纖維素或木質纖維素材料為0.04到15 wt%，優(yōu)選3到12 wt%, 特別是4到9 wt%。
根據本發(fā)明的復合材料優(yōu)選特征在于(a)至少 一種天然或近天然的 含纖維素或木質纖維素材料選自工業(yè)木材、林業(yè)工業(yè)木料、使用過或重 復利用的木材、木材顆粒、木片、木材纖維、木絲、木屑、鋸屑、刨花 片、切割碎片、鋸末、膠合板廢料、碎片、 一年生植物的顆粒材料，例 如谷草、稻草、大麻屑(shaving)或棉桿，或至少兩種上述材料的混合 物。
含纖維素或木質纖維素的纖維材料有利地源自硬木和軟木、棕櫚纖 維、例如椰子纖維，以及一年生植物如谷草、稻草、棉黃麻和大麻纖維等等。
本發(fā)明所使用的復合物(b)在德國專利申請10 2004 037 045.1中 詳細描述。該德國專利申請的所有內容在此并入本申請的公開內容。
因此，復合物(b)可以通過混合至少下述物質而獲得(i)縮水 甘油基氧丙基烷氧基硅烷，(ii)固體含量>20\\^%,優(yōu)選> 30 wt。/o的 膠態(tài)水性硅溶膠，(iii)作為水解催化劑的有機酸，特別是乙酸、丙酸 或馬來酸，和(iv)作為交聯(lián)劑的四丙基化鋯[也稱為鋯酸正丙酯 Zr(0-C3H7)4]、鈦酸丁酯(特別是鈦酸正丁酯[Ti(0-C4H9)4]或乙酰丙酮化 鈦。此外，可以從這種水解產物中(特別是在有毒的曱醇的情況下)充 分地除去醇水解產物，即到< 5 wt %以至殘余量為檢測極限左右的程度， 并且如果需要，可以定量地替換為水。
包括選自3-縮水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷、3-縮水甘油基氧丙基 三乙氧基硅烷、3-縮水甘油基氧丙基曱基二曱氧基硅烷、3-縮水甘油基 氧丙基曱基二乙氧基硅烷或至少兩種上述硅烷的混合物的組分(i)的復 合物(b)優(yōu)選選擇為根據本發(fā)明的復合材料。
固體含量為> 20到50 wt%、特別優(yōu)選30到50 wt%、特別是40到 50wt%、即約45wt。/。的通常為陽離子的膠體硅溶膠優(yōu)選作為組分(ii), 該固體含量是根據DINENIS0 3251測定的。特別是，優(yōu)選的水性硅溶膠具有3到5的pH,特別是3.5到4。然而，也可以使用堿穩(wěn)定的硅溶 膠。粒度分布的測定可以通過激光衍射(Coulter LS粒度計)以本來已 知的方式進行。而且，除無定形水性Si02顆粒之外，根據本發(fā)明使用的 硅溶膠還可以含有其它形成溶膠-凝膠的水性的元素氧化物，例如氧化鋁 或硅/鋁氧化物。此外，優(yōu)選硅溶膠含有平均粒度為40到400納米的無 定形水性氧化物顆粒，例如^f旦不限于，Levasil 200S/30。/。和Levasil 100S/45%。 pH可以通過本來已知的方法測定，例如通過pH試紙或pH 棒(pH sticks )。
而且，選自乙酸、丙酸和馬來酸的有機酸優(yōu)選作為組分(iii)。因 此，復合物(b )優(yōu)選含有基于該復合物的0.01到3 wt。/o的組分(iii)， 特別優(yōu)選0.5到2 wt%,特別是1到2 wt%。
根據組分(iv)的交聯(lián)劑可以作為粉末或在醇溶液中用于復合物的 生產中。根據本發(fā)明使用的復合物優(yōu)選基于復合物(b )的0.5到8 wt% 的組分(iv)含量。
四烷氧基硅烷(特別是四乙氧基硅烷)、至少一種烷基硅烷、適當 地烷基烷氧基硅烷(特別是二曱基二乙氧基硅烷或曱基三甲氧基硅烷) 和/或苯基三曱氧基硅烷(特別是苯基三乙氧基硅烷或苯基三甲氧基硅 烷)也可以有利地用作根據本發(fā)明使用的粘合劑(b )的另外的組分(v)。 因此，復合物可以含有量為該復合物的1到10 wt。/。的組分(v)。 一定 比例的組分(ii)可以適當地和相應地以組分(v)代替。
根據本發(fā)明使用的復合物(b)通常是微混濁到乳白色的液體，并 且可以含有平均粒徑為40到200納米、優(yōu)選50到100納米的溶月交顆粒。 溶膠顆粒直徑的測定可以通過本來已知的方式進行，例如通過利用激光 衍射。
所述復合物(b)通常基于所有組成具有> 40到< 60 wt。/。的固體含 量，優(yōu)選45到55wt。/。，特別是45到50wtn/。。本發(fā)明的粘合劑的固體 含量基于DIN ISO 3251來適當地測定。而且，本發(fā)明復合物的固體含量 和粘度可以通過加入水來調節(jié)。有利地，水的加入是有利地，因此存在 約50 wt。/。的固體含量。
此外，根據本發(fā)明使用的粘合劑的區(qū)別特征在于相對低含量的醇水 解產物，基于該復合物，含量為〈5wt。/。，優(yōu)選〈3wt。/。，復合物中的醇含 量可以例如通過氣相色譜法以本來已知的方式測定。除了水之外或者代替水，復合物(b)還可能含有特別合適的有機
溶劑，優(yōu)選^ 10 wt。/。的l-曱氧基丙-2-醇。
因此，本發(fā)明的粘合劑(b)還可以有利地含有基于該復合物的^10 wt%、優(yōu)選5到10wt。/。的l-曱氧基丙-2-醇。這種系統(tǒng)的區(qū)別特征通常還 在于高閃點。
根據本發(fā)明使用的粘合劑具有基于該復合物的優(yōu)選約70到30 wt%、特別優(yōu)選65到50 wt。/。的含水率作為計算參數。在約50%或以上 的水作為溶劑的比例下，"非揮發(fā)性餾分"通常是在這種粘合劑中測定
的。該測定通常是根據DIN EN ISO 3251 "Determination of the content of nonvolatile fractions(非揮發(fā)性餾分含量的測定)"而通過蒸發(fā)水和醇來進 行的。為此目的，粘合劑通常在125。C下在一次性鋁皿中適應1小時， 并且通過重量差來測定非揮發(fā)性餾分的含量。通過這種方法測定相對 值。因此，在復合物(b)的情況下，特別優(yōu)選45到50 wt。/。的非揮發(fā) 性餾分含量。
而且，所謂的羥基硅系統(tǒng)可以被加入到根據本發(fā)明使用的納米復合 物(b)中。
這里，羥基硅系統(tǒng)被被理解為基本上意指水基、無氯化物、主要呈 微酸性的含水體系，其含有水溶性的、幾乎完全水解的(氟代)烷基-/ 氨基烷基-/羥基-(或烷氧基-)硅氧烷的混合物，如例如在EP 0 716 127 A、 EP 0 716 128 A、 EP 0 846 717 A、 EP 1 031 593 A、和EP 1 101 787A中 所公開的。以1:0.01到0.01:1、特別優(yōu)選約1:0.1到0.1:1的重量比向本 發(fā)明的粘合劑(b)中加入DYNASYLAN⑧F 8815是特別有利的，這里 使用的DYNASYLAN F 8815的活性物質含量優(yōu)選為< 40 wt%,特別優(yōu) 選0.1到20 wt%,特別是約13到15 wt%,基于該復合物并且根據如上 所述的DIN ISO 3251測定。用這樣的方式獲得的復合物有利地區(qū)別在于 通過該涂層的強烈的疏水和疏油特性(也稱為"易清洗性")的應用。
水、甲醇、乙醇和/或l-甲氧基丙-2-醇可以用作本發(fā)明的復合物中 的稀釋劑。
而且，幾基硅，優(yōu)選包括含氟官能的活性物質的羥基硅，可以被加 入到本發(fā)明的粘合劑或復合物(b)中。特別是，通過充分混合而加入 羥基硅濃縮液，該羥基硅濃縮液的量為13到15wt%,以活性物質計且 基于后來的粘合劑組成。
10而且，本發(fā)明涉及一種通過下述方式獲得的復合材料 -產生干燥或潮濕的含纖維素或木質纖維素的材料(a) -與復合物(b)接觸，
-將用這種方式處理的纖維素或木質纖維素材料形成所需形式，然后 對其進行熱壓。
所謂的"全干木材質量"通常是通過在103。C下將含纖維素或木質纖 維素的材料處理到恒重來測定的，關于這點，參照DIN 53 183和EN 322。
潮濕的含纖維素或木質纖維素的材料，例如以木材纖維的形式，在 所謂的精制機中進行纖維分離的工業(yè)過程之后，基于全干材質量可以具 有多于100%的木材水分含量(以下也簡稱為水分含量)。例如，根據 樹種，剛剛砍伐的樹干具有120到160%的水分含量。
在通過所謂的"噴放(blow line )"法生產中密度纖維板(MDF )中， 所使用的纖維材料通常在施膠之前不進行干燥，而是從上游的纖維分離 工藝中以仍然潮濕的狀態(tài)直接進入風道，在該風道中粘合劑被加入到纖 維中。然后，在施膠之后僅僅是在這種狀態(tài)下干燥的纖維。優(yōu)選確立約 10到14%的水分含量，并且隨后加工為MDF。
然而，也可以使用已經干燥的含纖維素或木質纖維素的材料來生產 復合材料。
因此，例如在通過攪拌器工藝生產MDF中，使用干燥纖維，優(yōu)選 水分含量為約10到12%的那些。這種材料通常在混合器中進行施膠， 然后進一步加工為MDF。這里，在施膠步驟之后也可以進行另外的干燥 步驟，例如在管式干燥機線路中。
在碎料板生產中，優(yōu)選使用已經干燥的顆粒，特別是水分含量為2 到5%的那些。這種材料中使用的干燥主要在管束或轉筒干燥機中進行。
因此，本發(fā)明也涉及一種通過下述方式生產根據本發(fā)明的復合材料 的方法
-用下述物質處理干燥或潮濕的含纖維素或木質纖維素的材料(a) -根據(b)的復合物，
-將用這種方式處理的材料形成所需形式，然后對其進行熱壓。 當進行根據本發(fā)明所述的方法時，含纖維素或木質纖維素的材料 (a)優(yōu)選在靠壓縮空氣或水力驅動的施膠設備來用復合物(b)均勻地噴灑。有利地，基于全干纖維素或木質纖維素材料，可以使用至多15 Wt%、
優(yōu)選0.1到14 wt%、特別優(yōu)選3到13 wt%、非常特別優(yōu)選5到12 wt%的復合物(b)。
而且，除組分(a)和(b)夕卜，可以使用至少一種選自石蠟、蠟、防火劑、染料、顏料、生物殺滅物質和香料的物質作為另外的組分(c)。基于全干纖維素或木質纖維素材料，組分(c)有利地以至多8wt%、優(yōu)選O.Ol到7wt。/o的量使用。
為進行根據本發(fā)明的方法，可以使用本來已知的機器或設備用于生產復合材料、特別是木材基材料，例如來自Siempelkamp、 Binos、Dieffenbacher或Metso的連續(xù)運行的Contiroll設備等等。
輥涂、噴灑、浸漬、淹沒、噴灑、通過噴放法施膠或在混合器中施膠(使用來自例如L6dige、 Drais或Binos的機器的攪拌器方法)。
含纖維素或木質纖維素的材料可以特別有利地在轉鼓(循環(huán)法)中用組分(b)作為粘合劑(優(yōu)選在室溫下或在約l(TC下冷卻進行)通過用壓縮空氣運行的施膠機器來噴灑，例如施膠槍，其適當地具有0到4bar的絕對工作壓力。通常用這樣的方式獲得已經基本上均勻施膠的材料。
而且，在根據本發(fā)明的方法中，施膠可以有利地在實驗室規(guī)^t或工業(yè)規(guī)模上，而且在槽式拌和機(trough mixer)、犁頭混合器或攪拌混合器中或通過噴放法進行。
而且，在根據本發(fā)明的方法中，用這樣的方式在環(huán)境溫度下處理的纖維素或木質纖維素材料可以有利地分散得到餅，即特別是顆粒餅(cake)或底板(matt),并且在至多250。C的溫度、優(yōu)選150到210°C和至多9 N/mm2的壓力、優(yōu)選4到7 N/mm2下壓制至多300秒/毫米所需板厚、優(yōu)選5到60秒/毫米、特別優(yōu)選8到40秒/毫米的時間。
然而，其它成形制品，例如擠出物或矩形體部分或特殊形式制品，可以從這種餅或已經根據本發(fā)明進行施膠的纖維素或木質纖維素材料生產。
然而，進一步地，可以對已有的餅或已經施膠的材料先進行預壓制或預緊實，例如用0.2到0.6 N/mn^的初步壓力。此外，已經施月交的材料，特別是餅，可以在預壓之前、之中或之后，即在實際壓制之前，預熱到例如60到80°C。這種在實際壓制步驟之前對餅或已經施膠的材料
進行熱預處理和/或機械預處理可以有利地有助于極大地改善后來的產
品質量。
此外，在成形或壓制步驟中獲得的成形制品可以有利地進行后調理
(postcondition)或調理。因此，例如，板材可以堆疊存儲。另外，可以進行頻率加熱，例如通過微波技術。
然而，也可以在星形(star)冷卻旋轉器中進行冷卻，例如20到30分鐘。
另外，后調理有助于復合材料的標準化或均勻性。因此，根據本發(fā)明的復合材料在冷卻之后獲得，特別是碎料板(particle board )、纖維板、超輕纖維板(ULF )、輕質纖維板(LBF )、中密度纖維板(MDF)、高密度纖維板(HDF) 、 OSB板(定向絞合板=OSB)、膠合板、層壓板、木材微粒、木材坯塊和工業(yè)建設材料包括木材、所謂的"工程木材"，例如層壓絞合板材(LSL)、平行絞合木材(PSL)和層壓木板木材(LVL)。上述復合材料適當地具有150到1200kg/m3的堆積密度。堆積密度可以例如根據EN 323來測定。
為獲得顆粒(參照組分(a)),現在使用不同比例的三種原料種類。約57%的所需木料原料通過工業(yè)木材殘渣提供。來自木材處理和加工工業(yè)的木料廢料稱為工業(yè)木料殘渣。其包括鋸屑、刨花片、切割碎片和鋸板片，還有來自膠合板工業(yè)的殘余輥。另外的約23%的木料原材料從林業(yè)工業(yè)木料中獲得。其是砍伐木材形式的傳統(tǒng)原料，其在碎料板作業(yè)中被加工為木片或直接通過原條削片機得到顆粒。包括使用過或重復利用的木材的第三種組原材料為約20%。這些使用過的產品包括主要木材含量多于50質量％的固體木材、木材基材料或復合材料。在作業(yè)中，具有所定義的尺寸的顆粒通過小刀環(huán)削片機、長木(longwood)削片機和錘磨的方式從各種原料種類生產。在存在顆粒材料之后，其在管束或管狀轉鼓式干燥機中干燥到1.5到3%的水分含量。然后進行篩選和分級，顆粒材料被分成頂層顆粒和中層顆粒，并且可以將粗粒材料分開。然后，頂層和中層碎片的顆?？梢员唤o料以施膠和壓制，例如，從而得到碎料板。
在工業(yè)用纖維的生產中，除林業(yè)木料外，工業(yè)木材殘渣通常也用作原料。預先剝皮的林業(yè)木料與工業(yè)木材殘渣一起在削片機中粉碎得到木片。這些木片通常通過"Asplund法，，在160到180°C的蒸汽中在8到12 bar的壓力下蒸煮。在該操作后，所謂的增塑作用，材料進入精制機。其由兩個反向旋轉的磨盤組成，材料在其中纖維分離。在精制機中保持約11bar的恒壓。由于溫和的蒸煮條件，木材幾乎不發(fā)生化學變化。這得到由此提供的淺色纖維和高效率。
木質纖維素通常被理解為意指通過三種主要的木材化學成分，纖維
素、半纖維素和木質素形成的基質組分。木質素的加入(被木質素覆蓋)通常導致細胞壁的木質化，因此改進了陸生植物的機械穩(wěn)定性和強度。
用于木材基材料工業(yè)的木質纖維素主要以纖維或顆粒形式獲得。例如，木質纖維素纖維可以從硬木和軟木中獲得。此外， 一些一年生植物，例
如谷類、亞麻或大麻纖維，也是合適的木質纖維素纖維源。
纖維可以如上所述地通過Asplund法獲得。其中，木材首先^^皮粉碎為木片，然后在高溫和高壓下蒸煮，最后使用精制機(其由兩個相對旋轉的磨盤組成)纖維分離，獲得顆粒，通常木材以木片形式供應給所謂的刀環(huán)削片機，其中得到顆粒的碎片具有所定義的尺寸。
在根據本發(fā)明的方法中，至少 一種天然或近天然的含纖維素或木質纖維素的材料可以有利地用作組分(a),其選自工業(yè)木材、林業(yè)工業(yè)木料、使用過或重復利用的木材、木材顆粒、木片、木材纖維(例如來自松木)、木絲、木屑、顆粒如鋸屑、刨花片或切割^"片、鋸板片(slab )、膠合板廢料、碎片、來自一年生植物如谷草、稻草、大麻屑或棉桿的顆粒材料、或者至少兩種上述材料的混合物。
在根據本發(fā)明的方法中，特別優(yōu)選使用來自選自下述的植物的含纖維素或木質纖維素的材料硬木、軟木、椰子特別是椰子纖維、棉、亞麻廢料、大麻廢料、甘蔗、黃麻、劍麻、蘆蘋、稻草或者密封稻草桿。
通常，本發(fā)明如下進行
含纖維素或木質纖維素的材料(a)用根據(b)的復合物處理。如果合適，另外的組分被加入到由此獲得的材料中，后者被引入到模具中并以本來已知的方式固化。例如，由此獲得的材料可以分散在熱壓機的表面上、梳理并熱壓。在該過程期間，含纖維素或木質纖維素的材料與本發(fā)明的粘合劑反應并蒸發(fā)掉水。
因此，包括含纖維素或木質纖維素的材料(a)的根據本發(fā)明的復合材料，特別是木材基材料，可以有利地使用復合物(b)作為粘合劑
14來生產。
因此，本發(fā)明還涉及復合物(b)作為木材基材料生產用的粘合劑的應用。
特別是，本發(fā)明的粘合劑用于生產碎料板、纖維板、超輕纖維板、
輕質纖維板、中密度纖維板、高密度纖維板、OSB板、膠合板、層壓板、木材顆粒、木坯塊、"工程木料"、隔離材料、花盆(plantpots)(例如來自紅腐云杉木的)、模具(例如然而并非排他地，用于汽車的內部裝飾板的模具)。
本發(fā)明顯示復合物(b)也特別適合作為生產復合材料、特別是具有良好機械工藝性能的木材基材料的粘合劑。而且，這種木材基材料的生產和使用的優(yōu)勢在于沒有對健康有害的排放。
實施例
DYNASYLAN VPS4112-粘合的單層碎料板
用于生產碎料板的顆粒是在干燥后且恰好在施膠前在工業(yè)碎料板車間的皮帶秤上取得的。由于該過程，它們被分成上層碎片和中層碎片。粘合劑通過得自WALTHER PILOT的施膠槍在通過壓縮空氣(0.2到1.2bar)方式的旋轉施膠鼓中細霧化，并且被加入到顆粒中。
然后，將顆粒分散得到碎料板餅，并且進行熱壓。在3層碎料板的
的單層碎料板由100%的中層材料組成。
所需堆積密度為750 kg/m、々6毫米厚單層碎料板是使用納米復合物DYNASYLAN VPS 4112作為粘合劑而由中層顆粒生產的。在每一情況下，基于全干顆粒，8.5%的DYNASYLAN VPS 4112作為月交劑施用到顆粒材料中。碎料板在210。C下壓制40秒/毫米的加壓時間。材料試驗的結果概括在表1中。
表1
名稱橫向拉伸強度 (N/mm2)和EN 312-4相比， 橫向拉伸強度的變化 (0.45 N/mm2) in %
VPS 41120.53+ 18所有試驗系列的碎料板都能夠滿足EN 312-4 ( 0.45 N/mm )和EN312-5 (0.5 N/mm2)。因此，可以表明根據組分(b)的復合物DYNASYLAN VPS 4112也有利地適合作為用于-爭料板的溶膠粘合劑。
1權利要求
1. 一種復合材料，其基于(a)至少一種含纖維素或木質纖維素的材料，和(b)作為粘合劑的由至少下述組分的反應產生的復合物(i)縮水甘油基氧丙基烷氧基硅烷，(ii)固體含量>20wt％的水性硅溶膠，(iii)作為水解催化劑的有機酸，和(iv)作為交聯(lián)劑的鋯酸正丙酯、鈦酸丁酯或乙酰丙酮化鈦。
2. 根據權利要求1所述的復合材料，其包括基于全干纖維素或木質 纖維素材料固體含量為0.04到9 wt。/。的復合物(b)。
3. 根據權利要求1或2所述的復合材料，包括用于復合物(b)的 選自下述物質的組分(i) : 3-縮水甘油基氧丙基三曱氧基硅烷、3-縮水 甘油基氧丙基三乙氧基硅烷、3-縮水甘油基氧丙基曱基二甲氧基硅烷、 -縮水甘油基氧丙基曱基二乙氧基硅烷、或至少兩種上述硅烷的混合物。
4. 根據權利要求1到3中任何一項所述的復合材料，其包括固體含 量為從>20到50 wt。/。的膠體硅溶膠作為復合物(b)的組分(ii)。
5. 根據權利要求1到4中任何一項所述的復合材料，其包括選自乙 酸、丙酸和馬來酸的有^/L酸作為復合物(b)的組分(iii)。
6. 根據權利要求1到5中任何一項所述的復合材料，其包括基于復 合物(b)的組成含量為0.5到8wty。的復合物(b)的組分(iv)。
7. 根據權利要求1到6中任何一項所述的復合材料，其包括至少一 種四烷氧基硅烷、至少 一種烷基硅烷和/或苯基三烷氧基硅烷作為復合物(b)中的另外的組分(v)。
8. 根據權利要求1到7中任何一項所述的復合材料，在復合物(b) 的組分(ii)中包括平均直徑為40到200納米的溶月交顆粒。
9. 根據權利要求1到8中任何一項所述的復合材料，在復合物(b) 的組分(ii)中的基于該復合物總組成固體含量為從>40到<60 wt%。
10. 根據權利要求1到9中任何一項所述的復合材料，在復合物(b) 中包括含量基于該復合物總組成為< 5 wt %的醇水解產物，
11. 根據權利要求1到10中任何一項所述的復合材料，在復合物(b) 中包括含量基于該復合物總組成為^ 10 wt。/。的l-曱氧基丙-2-醇。
12. 根據權利要求l到11中任何一項所述的復合材料，在復合物(b) 中包括基于該復合物總組成為約70到30wt。/()的含水率。
13. 根據權利要求l到12中任何一項所述的復合材料，在復合物(b)中包括一定含量的至少一種表面活性劑。
14. 根據權利要求1到14中任何一項所述的復合材料，包括向復合物(b)中加入重量比為1:0.01到0.01:1的羥基硅系統(tǒng)，這里使用的羥基硅系統(tǒng)優(yōu)選具有的活性物質含量為< 40 wt。/。的所述硅氧烷。
15. 根據權利要求1到13中任何一項所述的復合材料，其包括工業(yè)木材、林業(yè)工i:料、使用過或重復^用的^材、'木材顆粒、^片、木材纖維、木絲、木屑、鋸屑、刨花片、切割碎片、鋸板片、膠合板廢料、碎片、 一年生植物的顆粒材料、或至少兩種上述材料的混合物。
16. 根據權利要求1和15中任何一項所述的復合材料，含纖維素或木質纖維素的纖維材料來源于硬木、軟木、棕櫚纖維和一年生植物。
17. 根據權利要求1到16中任何一項所述的復合材料，其包括至少一種另外的組分(c),該組分(c)選自石蠟-或蠟-基防水劑、防火劑、染料、生物殺滅物質和香料。
18. 根據權利要求1到17中任何一項所述的復合材料，其可以通過下述步驟獲得-獲取干燥或潮濕的含纖維素或木質纖維素的材料(a)-與復合物(b)接觸，-將用這種方式處理的纖維素或木質纖維素材料形成所需形式，然后對其進行熱壓。
19. 一種通過下述步驟生產根據權利要求1到18中任何一項所述的復合材料的方法-用-根據(b )的復合物處理干燥或潮濕的含纖維素或木質纖維素的材料(a),-將用這種方式處理的材料形成所需形式，然后對其進行熱壓。
20. 根據權利要求19所述的方法，其中所述含纖維素或木質纖維素的材料(a)是在轉鼓中通過用壓縮空氣運行的施膠設備來用復合物(b)噴灑的。
21. 根據權利要求19或20所述的方法，其中基于全干的纖維素或木質纖維素材料，使用了至多15wt。/。的復合物(b)。
22. 根據權利要求19到21中任何一項所述的方法，其中，除組分(a)和(b)夕卜，基于全干纖維素或木質纖維素材料，進一步使用了量為至多8wt。/。的蠟作為組分(c)。
23. 根據權利要求19到22中任何一項所述的方法，其中處理過的纖維素或木質纖維素被分散以產生餅，梳理，并且在至多250。C的溫度和至多9N/mm2的壓力下壓制最多300秒/毫米板厚的時間。
24. 根據權利要求19到23中任何一項所述的方法，其中已經用這樣的方式處理過或者已經用這樣的方式施膠的纖維素或木質纖維素材料在壓制步驟之前進行熱預處理和/或機械預處理。
25. 根據權利要求19到24中任何一項所述的方法，其中在成形或壓制步驟中獲得的成形制品進行后調理。
26. 根據權利要求1到18中任何一項所述的復合物(b)作為木材基材料生產用的粘合劑的應用。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于(a)含纖維素或木質纖維素的材料和(b)作為粘合劑的由至少下述組分的反應產生的復合物(i)縮水甘油基氧丙基烷氧基硅烷，(ii)固體含量＞20wt％的水性硅溶膠，(iii)作為水解催化劑的有機酸，和(iv)作為交聯(lián)劑的鋯酸正丙酯、鈦酸丁酯或乙酰丙酮化鈦。本發(fā)明涉及一種用于生產所述復合材料的方法以及復合物(b)作為木材基材料生產用的粘合劑的應用。
文檔編號C08L1/02GK101484517SQ200680031220
公開日2009年7月15日 申請日期2006年6月14日 優(yōu)先權日2005年8月26日
發(fā)明者A·卡拉茲波爾, B·斯坦德克, J·蒙基維奇, L·克洛瑟, P·詹克納, R·埃德爾曼 申請人:贏創(chuàng)德固賽有限責任公司