專利名稱：含固體聚氨酯粘合劑的復(fù)合面板及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方案涉及復(fù)合面板領(lǐng)域，特別是涉及含聚氨酯顆粒的木板或木面板例如定向刨花板(OSB)的組合物和制造。

背景技術(shù)：
木面板以及更具體的定向刨花板(OSB)在建筑工業(yè)中普遍使用。近年來(lái)，由于OSB的結(jié)構(gòu)性能可與膠合板相媲美但成本較低的事實(shí)，OSB面板的市場(chǎng)已隨其在建筑市場(chǎng)中取代膠合面板而顯著增大。
對(duì)于工藝和材料而言，需要改進(jìn)OSB的物理性質(zhì)如韌性和抗沖擊性。
需要在OSB制造過(guò)程中減少粘合劑如pMDI或PPF的使用，從而降低制造成本和減少工人暴露于危險(xiǎn)化學(xué)品的可能。
此外，期望使來(lái)自工業(yè)廢料和消費(fèi)后來(lái)源的廢PUR(聚氨酯)泡沫再生。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案涉及一種復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包含木纖維和聚氨酯，其中至少部分聚氨酯可來(lái)自磨碎的聚氨酯泡沫。本發(fā)明的另一實(shí)施方案涉及一種制造所述復(fù)合材料的方法。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案涉及一種復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包含固體增強(qiáng)材料和基體，其中基體包含粘合劑樹(shù)脂和固體聚氨酯顆粒，其中粘合劑樹(shù)脂為固體粘合劑或液體粘合劑，并且其中至少50重量％的復(fù)合材料為固體增強(qiáng)材料。固體聚氨酯顆粒在基體中的重量百分?jǐn)?shù)優(yōu)選為基體的5-95重量％。固體聚氨酯顆粒在基體中的重量百分?jǐn)?shù)更優(yōu)選為基體的30-60重量％。固體增強(qiáng)材料優(yōu)選包括木材。所述木材優(yōu)選為選自板、層片、圓片、長(zhǎng)條刨花、碎片、顆粒、屑及其組合的形式。固體增強(qiáng)材料優(yōu)選還包括纖維。所述纖維優(yōu)選選自碳纖維、玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、纖維素纖維及其組合。基體優(yōu)選為連續(xù)相或非連續(xù)相的形式。粘合劑優(yōu)選選自聚合MDI、苯酚-甲醛、脲-甲醛、三聚氰胺-甲醛及其組合。固體增強(qiáng)材料優(yōu)選定向排列在復(fù)合材料的平面中。復(fù)合材料優(yōu)選為定向刨花板，其中表面層中的基體包含磨碎的硬質(zhì)聚氨酯泡沫顆粒。
本發(fā)明的另一實(shí)施方案涉及一種制造包含固體增強(qiáng)材料和基體的復(fù)合材料的方法，其中基體包含粘合劑樹(shù)脂和固體聚氨酯泡沫顆粒，其中粘合劑樹(shù)脂為固體粘合劑或液體粘合劑，并且其中至少50重量％的復(fù)合材料為固體增強(qiáng)材料，所述方法包括在固體增強(qiáng)材料上沉積粘合劑樹(shù)脂和聚氨酯泡沫顆粒以形成復(fù)合材料前體和處理所述復(fù)合材料前體以形成復(fù)合材料。在固體增強(qiáng)材料上沉積粘合劑樹(shù)脂和聚氨酯泡沫顆粒優(yōu)選是通過(guò)在固體增強(qiáng)材料上噴灑粘合劑樹(shù)脂與聚氨酯泡沫顆粒的混合物進(jìn)行的。在固體增強(qiáng)材料上沉積粘合劑樹(shù)脂和聚氨酯泡沫顆粒優(yōu)選是通過(guò)在固體增強(qiáng)材料上散布聚氨酯顆粒并隨后在固體增強(qiáng)材料上噴灑粘合劑樹(shù)脂進(jìn)行的。處理復(fù)合材料前體以形成復(fù)合材料優(yōu)選包括在熱和壓力下處理復(fù)合材料前體。在熱和壓力下處理復(fù)合材料前體優(yōu)選是在模具或高壓釜中進(jìn)行的。固體增強(qiáng)材料優(yōu)選包括木材。所述木材優(yōu)選為選自板、層片、圓片、長(zhǎng)條刨花、碎片、顆粒、屑及其組合的形式。固體增強(qiáng)材料優(yōu)選還包括纖維。所述纖維優(yōu)選選自碳纖維、玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、纖維素纖維及其組合。粘合劑優(yōu)選選自聚合MDI、苯酚-甲醛、脲-甲醛、三聚氰胺-甲醛及其組合。
通過(guò)下面的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得顯而易見(jiàn)，其中簡(jiǎn)單地通過(guò)描述用于實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施方式，僅示出并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。正如將認(rèn)識(shí)到的，本發(fā)明可具有其他和不同的實(shí)施方案且其細(xì)節(jié)可在各種明顯的方面進(jìn)行改變，而完全不偏離本發(fā)明。因此，附圖和說(shuō)明書(shū)應(yīng)被視為實(shí)質(zhì)上是示例性的而非限制性的。



圖1示出作為對(duì)比例的現(xiàn)有技術(shù)OSB樣品的斷裂表面的廣角顯微視圖。該OSB樣品不含任何磨碎的聚氨酯泡沫。
圖2示出與圖1中相同的OSB樣品的不同部分在三種放大倍數(shù)下的顯微視圖。這里，高放大倍數(shù)視圖證明顆粒不是磨碎的聚氨酯泡沫。
圖3示出含磨碎的聚氨酯泡沫的OSB樣品的斷裂表面在三種放大倍數(shù)下的顯微視圖。一些磨碎的聚氨酯泡沫顆粒易于通過(guò)其形狀識(shí)別，其顯示出具有三角形橫截面的泡沫筋殘余。
圖4示出與圖3中相同的OSB樣品的不同部分在兩種放大倍數(shù)下的顯微視圖。這里，廣角視圖證明許多磨碎的聚氨酯泡沫顆粒已被壓縮并部分變形。

具體實(shí)施例方式 定向刨花板(OSB)是基于木材的結(jié)構(gòu)面板產(chǎn)品，由木材長(zhǎng)條刨花組成，所述長(zhǎng)條刨花從圓木刨削、干燥、與通常占總重量約5％的相對(duì)小量的蠟和膠粘劑樹(shù)脂混合、以木材長(zhǎng)條刨花的取向在長(zhǎng)度和寬度方向上受控的方式形成為板坯。然后在熱和壓力下壓制板坯并生成熱固性聚合物粘結(jié)，從而將膠粘劑和木材長(zhǎng)條刨花粘結(jié)到一起而獲得硬質(zhì)結(jié)構(gòu)級(jí)面板。
OSB的制造方法在1965年1月5日授予Elmendorf的美國(guó)專利3,164,511中有詳細(xì)公開(kāi)。OSB的優(yōu)點(diǎn)包括其具有與天然木材相似的性質(zhì)，但可制造成為各種厚度和尺寸(其可長(zhǎng)達(dá)15米)的面板。
在本發(fā)明的OSB制造方法中，從去皮圓木制造薄片，做法是使刨刀邊緣平行于圓木的長(zhǎng)度放置然后從圓木上刨下薄片。薄片的厚度為約0.2-0.8mm。使刨下的薄片受力而使薄片斷裂成平行于木材紋理的長(zhǎng)度為其寬度的若干倍的長(zhǎng)條刨花(strand)。長(zhǎng)條刨花可在人造板成型機(jī)上定向，使長(zhǎng)條刨花在一層(例如芯層)中主要以單一方向(例如橫向)排列而在相鄰的層中主要以通常垂直的方向(縱向)排列。各芯層和表層在熱和壓力下通過(guò)膠粘劑樹(shù)脂粘結(jié)到一起而制得OSB成品。常用的膠粘劑樹(shù)脂包括脲-甲醛(UF)、苯酚-甲醛(PF)、三聚氰胺-甲醛(MF)和聚合二苯基甲烷二異氰酸酯(pMDI)。
普通等級(jí)的OSB用作護(hù)壁板及裝飾屋頂和地板，在此其強(qiáng)度、輕質(zhì)、易于受釘和在各種濕度條件下的尺寸穩(wěn)定性是重要屬性。
近來(lái)OSB的性質(zhì)或外觀已通過(guò)改變制造工藝從而改變纖維塊形狀、布置、結(jié)構(gòu)和膠粘劑得到改進(jìn)，例如美國(guó)專利4,364,984、美國(guó)專利5,525,394、美國(guó)專利5,736,218。但尚未開(kāi)發(fā)出具有改善的韌性或抗沖擊性的OSB，也未開(kāi)發(fā)出含聚氨酯粉末以替代至少一些粘合劑的OSB，也未開(kāi)發(fā)出含再生的磨碎聚氨酯泡沫以替代至少一些粘合劑的OSB。
“聚氨酯”(PUR)描述的是通過(guò)二異氰酸酯分子與一種或多種活性氫化合物的加成聚合所制得的一類聚合物?！盎钚詺浠衔铩卑ǘ喙倌芎u基(或“多羥基”)的化合物如二醇、聚酯多元醇和聚醚多元醇?；钚詺浠衔镆舶ǘ喙倌芎被幕衔锶缍嘣泛投?。聚醚多元醇的實(shí)例有甘油引發(fā)的氧化乙烯或氧化丙烯的聚合物。木材的主要組分纖維素是多官能含羥基化合物的另一實(shí)例。
“PUR泡沫”是通過(guò)一種或多種活性氫化合物與多官能異氰酸酯組分間的反應(yīng)產(chǎn)生氨基甲酸酯鍵而形成的(在氣泡的存在下，經(jīng)常原位形成)。PUR泡沫廣泛用于多種產(chǎn)品和應(yīng)用中。與PUR泡沫緊密相關(guān)的是聚異氰脲酸酯(PIR)泡沫，其是用二異氰酸酯三聚體或異氰脲酸酯單體制得且通常是硬質(zhì)泡沫。用水作為發(fā)泡劑制得的PUR泡沫也含大量的脲官能團(tuán)，并且在泡沫材料的分子結(jié)構(gòu)中，脲基團(tuán)的數(shù)量實(shí)際可超過(guò)氨基甲酸酯基團(tuán)的數(shù)量，特別是對(duì)于低密度泡沫而言。
PUR泡沫可形成為具有寬范圍的密度并可具有軟質(zhì)、半硬質(zhì)或硬質(zhì)的泡沫結(jié)構(gòu)。全部均為熱固性聚合物，但交聯(lián)度不同。一般來(lái)說(shuō)，“軟質(zhì)泡沫”為在變形后恢復(fù)其形狀的那些泡沫并根據(jù)其回彈性進(jìn)一步分類為“常規(guī)”或“高回彈”泡沫。除能夠可逆變形外，軟質(zhì)泡沫傾向于對(duì)外加載荷具有有限的阻力并且傾向于具有大多開(kāi)放的孔。目前，約90％的軟質(zhì)PUR泡沫是用甲苯二異氰酸脂(TDI)的2，4-和2，6-異構(gòu)體的80∶20共混物制成的?！坝操|(zhì)泡沫”為變形后通常保持變形形狀而無(wú)顯著恢復(fù)的那些泡沫。硬質(zhì)泡沫傾向于具有大多閉合的孔。與輕度交聯(lián)的軟質(zhì)PUR泡沫相比，硬質(zhì)PUR泡沫是高度交聯(lián)的。硬質(zhì)PUR泡沫通常不是由甲苯二異氰酸脂的2，4-和2，6-異構(gòu)體的80∶20共混物制成而是由其他異氰酸酯制成的。但是，用于冰箱隔熱的許多硬質(zhì)PUR泡沫是用粗TDI制成的?！鞍胗操|(zhì)”泡沫為可變形但可緩慢也許不完全恢復(fù)其原始形狀的那些泡沫。半硬質(zhì)泡沫常用于汽車頂篷制造中的可熱成型的聚氨酯泡沫基材。軟質(zhì)粘彈性聚氨酯泡沫(也稱為“死”泡沫、“慢回彈”泡沫、“粘彈性”泡沫、“記憶”泡沫或“高阻尼”泡沫)的特征在于從壓縮態(tài)緩慢地逐漸恢復(fù)。雖然粘彈性泡沫的大多數(shù)物理性質(zhì)與常規(guī)泡沫相似，但粘彈性泡沫的回彈性低得多，通常低約15％。粘彈性泡沫的適宜應(yīng)用在于利用其形狀順應(yīng)、能量衰減和消聲特性。大多數(shù)軟質(zhì)粘彈性聚氨酯泡沫在低異氰酸酯指數(shù)(100乘以配方中-NCO基團(tuán)與NCO-反應(yīng)基團(tuán)的摩爾比)下制備。通常，該指數(shù)低于約90。
PUR泡沫用小量有機(jī)錫催化劑來(lái)制備，這些催化劑通常保留在材料中，例如以約500-5000ppm的濃度保留在軟質(zhì)塊狀PUR泡沫中。PUR泡沫通常也用小量基于硅氧烷聚合物的聚硅氧烷表面活性劑來(lái)制備，這些表面活性劑通常保留在材料中，例如以約0.3-1.3％的濃度保留在軟質(zhì)塊狀PUR泡沫中。
出人意料的是，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)在木制品如OSB、木屑板、膠合板、層壓板、中密度纖維板(MDF)和硬質(zhì)板中使用聚氨酯粉末作為粘合劑。聚氨酯粉末可得自各種再生來(lái)源，如來(lái)自工業(yè)廢料或消費(fèi)后來(lái)源例如絕緣面板、包裝泡沫材料、冰箱回收、家具、床墊、汽車墊或地墊回收的磨碎泡沫；或者聚氨酯粉末可制備為專門用作粘合劑。就本發(fā)明的目的而言，優(yōu)異的聚氨酯粉末來(lái)源是來(lái)自磨碎的聚氨酯泡沫如硬質(zhì)PUR泡沫、或來(lái)自塊狀或模塑泡沫制造廢料的軟質(zhì)PUR泡沫、或硬質(zhì)PUR制造廢料、或來(lái)自汽車頂篷制造廢料的半硬質(zhì)PUR、或粘彈性PUR泡沫、或甚至來(lái)自絕緣面板回收、冰箱回收或PUR隔熱屋頂回收的硬質(zhì)PUR泡沫。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，定向刨花板包含聚氨酯粉末作為粘合劑。優(yōu)選所述定向刨花板還包含輔助粘合劑，如pMDI、液體或粉狀PF、UF或MF。優(yōu)選所述聚氨酯粉包含磨碎的聚氨酯泡沫。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中是一種制造包含木材長(zhǎng)條刨花和基體的定向刨花板的方法，其中所述基體包含粘合劑樹(shù)脂和固體聚氨酯顆粒，其中至少50重量％的復(fù)合材料為木材長(zhǎng)條刨花，所述方法包括在木材長(zhǎng)條刨花上沉積粘合劑樹(shù)脂和固體聚氨酯顆粒以形成復(fù)合材料前體和處理所述復(fù)合材料前體以形成復(fù)合材料。
通常在OSB制造方法中使用的其他添加劑通常是水(以便為通過(guò)水與異氰酸酯的反應(yīng)的生熱和傳熱保持最佳含水量)和防水劑(例如蠟或石蠟乳液)。雖然本發(fā)明可不考慮各種組分的添加順序而滿意地實(shí)施，但本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)有時(shí)對(duì)于一些配方來(lái)說(shuō)優(yōu)選的添加順序是水、蠟、聚氨酯顆粒和粘合劑。特別地，在其中加水量高(6-12％)的配方中，該優(yōu)選的添加順序是有利的，因?yàn)槠浔苊饬司郯滨ヮw粒的團(tuán)聚，從而提供了聚氨酯顆粒的更優(yōu)分布和改善的性質(zhì)。
在所述方法的另一優(yōu)選實(shí)施方案中，聚氨酯粉末先于液體粘合劑如pMDI加入。這使得液體粘合劑更好地分布在木材表面上，這是因?yàn)橐恍┱澈蟿┰诰郯滨ヮw粒表面上而在后續(xù)的加工過(guò)程中聚氨酯顆粒變形而釋放粘合劑。此外，聚氨酯粉末起到增量劑(extender)的作用，因?yàn)檎澈蟿┰诰郯滨ヮw粒上的分布抑制了液體粘合劑滲透進(jìn)木材長(zhǎng)條刨花中，從而使更多粘合劑可用于在壓制過(guò)程中木材長(zhǎng)條刨花表面處的粘合。
實(shí)施例 實(shí)施例1(對(duì)比例) 按標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)方法制備松木(樟子松)的長(zhǎng)條刨花，于100-120℃下從約9％的預(yù)調(diào)濕含水量干燥到1.3-1.7％的最終含水量，然后篩分成三部分(粗、中等和細(xì))并貯存在密封容器中。實(shí)施例1、2和3使用同一批次的長(zhǎng)條刨花。人造板制造所用長(zhǎng)條刨花的混合物為15％細(xì)、48％中等和37％粗，其中長(zhǎng)條刨花各部分的尺寸分布的特征如表1中所示。
表1松木長(zhǎng)條刨花的尺寸分布
按如下程序在滾筒中用樹(shù)脂處理長(zhǎng)條刨花。首先將長(zhǎng)條刨花置于共混機(jī)筒中，然后將其關(guān)閉并使之旋轉(zhuǎn)5分鐘。然后用直徑135mm、速度12,000rpm的霧化器噴入液體pMDI(Huntsman Suprasec 5005，NCO含量為約30％)。噴霧pMDI后，噴灑水與蠟(Sasol Hydrowax 750，使成品具有防水性)的混合物。最后讓筒再旋轉(zhuǎn)5分鐘。用于芯層組合物和表面層組合物變化的pMDI、水和蠟的量如表2中所示。
表2生產(chǎn)參數(shù)
然后在500×500mm箱中，將經(jīng)樹(shù)脂處理的長(zhǎng)條刨花手工鋪展成板坯，使基本所有長(zhǎng)條刨花平整但其長(zhǎng)度方向在各層內(nèi)無(wú)規(guī)取向。板坯鋪設(shè)如下已知重量的表面層組合物的一半、然后是已知重量的芯層組合物、然后是已知重量的表面層組合物的剩余一半。在芯層中心加入熱電偶以監(jiān)測(cè)后續(xù)壓制過(guò)程中該處的溫度。
接著，將板坯轉(zhuǎn)移到壓板溫度210℃的距離可控Siempelkamp加熱壓機(jī)中，在這里板坯分兩階段被壓縮首先壓至12.2mm的厚度，然后在測(cè)得芯溫為100℃后施加1.4-1.7N/mm2的比壓直至達(dá)到最終所需的厚度11.1mm。壓機(jī)在余下的170秒壓制時(shí)間內(nèi)保持最終厚度，然后打開(kāi)壓機(jī)取出板。各板的密度分布為最小局部密度除以板的平均密度的比率，其在90-95％的范圍內(nèi)。
測(cè)試前將板調(diào)濕最少18小時(shí)。對(duì)每個(gè)實(shí)施例各制造并測(cè)試三個(gè)單獨(dú)的板，從各板切割下五個(gè)樣品用于各物理測(cè)試，即各個(gè)實(shí)施例共15個(gè)試樣。板的物理性質(zhì)用本文中所述的標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定，結(jié)果在下表3中示出。
樣品板用掃描電子顯微鏡檢查，做法是先用鑿子在成品板的表面層和芯層間產(chǎn)生分層，然后剝離以暴露出新鮮斷裂表面。該表面等離子體涂布金薄層以減少在放入掃描電子顯微鏡(SEM)中之前在電子束中帶電。圖1示出作為對(duì)比例的該現(xiàn)有技術(shù)OSB樣品的斷裂表面的廣角顯微視圖。該OSB樣品不含任何磨碎的聚氨酯泡沫。圖2示出相同樣品的不同部分在三種放大倍數(shù)下更近的顯微視圖。在圖2中，高放大倍數(shù)視圖顯示出并非磨碎的聚氨酯泡沫的顆粒。這些顆粒很可能是灰塵、木屑或污染物。圖1和2中均可見(jiàn)木材的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，其中木材紋理主要是垂直延伸的。
實(shí)施例2 完全如按實(shí)施例1中一樣制備板，不同的是在樹(shù)脂處理過(guò)程中不使用40％的pMDI而代之以相同質(zhì)量的磨碎聚氨酯泡沫。磨碎聚氨酯泡沫先于pMDI加入，做法是在將木材長(zhǎng)條刨花置入筒中之后且筒旋轉(zhuǎn)5分鐘之前，將磨碎聚氨酯泡沫鋪撒在木材長(zhǎng)條刨花上。本實(shí)施例的磨碎聚氨酯泡沫是從回收冰箱得到的硬質(zhì)PUR泡沫，其中該泡沫已與其他材料分離并微細(xì)研磨，完全破壞了蜂窩狀結(jié)構(gòu)，并回收了氯氟烴發(fā)泡劑。用Hosokawa Micron Air-Jet Sieve測(cè)得，該磨碎聚氨酯泡沫的粒徑分布為14％通過(guò)53微米、48％通過(guò)75微米、87％通過(guò)105微米、99％通過(guò)150微米、基本100％通過(guò)212微米。與本文后續(xù)實(shí)施例相同，該粒徑分布并非意在限制本發(fā)明，因?yàn)榘l(fā)明人已用小到45微米和大到1.2mm的最大粒徑分布的類似聚氨酯粉末得到了類似的令人滿意的結(jié)果。
如實(shí)施例1中那樣測(cè)試所得的板。該板的物理性質(zhì)測(cè)試結(jié)果在表3中示出。
表3來(lái)自實(shí)施例1和2的組合物和物理性質(zhì)

兩個(gè)實(shí)施例制造的板具有相同的內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度。斷裂模量和彈性模量看起來(lái)略有降低，如表3中所示，但差異不是統(tǒng)計(jì)顯著的，因此物理性質(zhì)是實(shí)際相同的。
OSB中磨碎聚氨酯泡沫的存在可以用多種方式鑒定。在用pMDI粘合劑制得的OSB中難以對(duì)聚氨酯或聚脲進(jìn)行光譜鑒定，但對(duì)于用其他粘合劑體系(如PF、粉狀PF、UF、MF)制得的OSB是可能的。此外，聚氨酯泡沫含有痕量的來(lái)自其制造所用催化劑和表面活性劑的錫和硅。據(jù)預(yù)期，這些在含磨碎聚氨酯泡沫的OSB中是可檢測(cè)到的，而在現(xiàn)有技術(shù)OSB中是沒(méi)有的。痕量的錫或硅的測(cè)定可通過(guò)氧化樣品而僅測(cè)試灰分或通過(guò)樣品的酸消解來(lái)更準(zhǔn)確地進(jìn)行。此外，磨碎聚氨酯泡沫可通過(guò)其在顯微鏡下可見(jiàn)的與眾不同的形狀來(lái)鑒別，例如如圖3中所示。
雖然可使用更大的顆粒并已證明能給出滿意的結(jié)果，但最適用于本發(fā)明的磨碎聚氨酯泡沫顆粒應(yīng)研磨得足夠細(xì)以使得大尺度的蜂窩狀泡沫結(jié)構(gòu)普遍被破壞。這產(chǎn)生若干種顆粒。一些是由于研磨過(guò)程中泡沫微結(jié)構(gòu)的撕裂所產(chǎn)生的不規(guī)則小顆粒，但大多數(shù)顆粒顯示出一些泡沫微結(jié)構(gòu)跡象，即便“蜂窩”通常不是完好無(wú)損的。例如，一些顆粒來(lái)自分隔泡沫中“蜂窩”的筋或臺(tái)階(Plateau)邊界。泡沫形成的物理機(jī)制要求這些筋大體具有三角形橫截面，原因是其連接快速平衡成以120°角分隔的三個(gè)泡沫膜。其他顆粒來(lái)自通常的四面體接合，在這里，四條筋相會(huì)。這些通常是較大的顆粒，并且它們常顯示出其中筋已被切斷的三角形橫截面。通常，光滑的凹面是磨碎的泡沫顆粒的指示。
圖3示出了木材的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，在照片中紋理主要在水平方向上延伸。也可見(jiàn)明顯是實(shí)施例2的OSB板的斷裂面上存在的泡沫微結(jié)構(gòu)的殘余的若干顆粒。在該顯微照片中也可見(jiàn)不能確認(rèn)為磨碎PUR泡沫的不規(guī)則大顆粒和小的球形蠟顆粒。
圖4也示出了作為實(shí)施例2的OSB板的斷裂面上存在的泡沫微結(jié)構(gòu)的殘余的若干顆粒。但圖4中的顆粒已由于其在木材長(zhǎng)條刨花間被壓縮而變形和變平。即便如此，殘余筋的三角形橫截面仍可見(jiàn)且該特征以特征性的120℃角從那些筋橫截面輻射。圖4中也可見(jiàn)若干片紋理垂直延伸的木材長(zhǎng)條刨花。這些長(zhǎng)條刨花與下方的紋理水平延伸的木材長(zhǎng)條刨花強(qiáng)力粘結(jié)，因?yàn)樗鼈兊拇嬖诩幢砻鳟?dāng)該樣品被切片用于顯微鏡檢查時(shí)，木材發(fā)生內(nèi)聚破壞。
實(shí)施例2的OSB板說(shuō)明了本發(fā)明的如下優(yōu)點(diǎn)。第一，工藝所使用的有毒且昂貴的化學(xué)品pMDI的量顯著減少，而代之以無(wú)毒且較廉價(jià)的聚氨酯粉末。第二，本實(shí)施例的復(fù)合材料包含作為廢料的磨碎PUR泡沫，從而通過(guò)廢料再生提供了環(huán)境優(yōu)勢(shì)。此外，該復(fù)合材料包含磨碎PUR泡沫，其為以細(xì)彈性體顆粒存在的聚氨酯粉末。預(yù)期這些彈性體顆粒將充當(dāng)裂紋阻止劑并由此提高復(fù)合材料的韌性和抗沖擊性。
本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓力機(jī)壓板溫度從典型的200℃略微提高至210℃-200℃時(shí)將獲得最好的結(jié)果。此外，用來(lái)為本發(fā)明制備磨碎PUR泡沫的聚氨酯泡沫的類型也很重要。雖然大多數(shù)類型的PUR泡沫均適用于本發(fā)明，但使用每單位質(zhì)量含高量的氨基甲酸酯官能團(tuán)的聚氨酯顆粒可獲得最好的結(jié)果。在這點(diǎn)上，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)PUR泡沫是制備磨碎PUR泡沫以替代OSB應(yīng)用中的粘合劑的優(yōu)選原材料。據(jù)預(yù)期，氨基甲酸酯基團(tuán)在約155℃-175℃的溫度下斷裂，這將產(chǎn)生可在OSB中起到粘合劑作用的活性異氰酸酯基團(tuán)。PUR泡沫中的其他官能團(tuán)如脲基或異氰脲酸酯基在直至更高溫度下穩(wěn)定，因而不會(huì)在OSB加工溫度下顯著斷裂。因此，對(duì)本發(fā)明來(lái)說(shuō)，與含高氨基甲酸酯含量的PUR泡沫如例如從器具材料或絕緣材料回收或生產(chǎn)廢料所得到的硬質(zhì)PUR相比，含更高脲含量的PUR泡沫如低密度水發(fā)泡軟質(zhì)PUR泡沫或PIR泡沫并不優(yōu)選(但其可有效使用)。
此外，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案是在OSB的整個(gè)厚度中使用聚氨酯顆粒，最有利的是用聚氨酯顆粒替代OSB面層而不是芯層中的粘合劑。這是因?yàn)樵贠SB制造過(guò)程中由于鄰近壓力機(jī)的熱壓板，因此面層的溫度較高。在芯層中，高到足以引發(fā)聚氨酯中的氨基甲酸酯官能團(tuán)斷裂的溫度需要花較長(zhǎng)時(shí)間達(dá)到并且可能使工藝慢下來(lái)。但是，用聚氨酯顆粒僅替代面層中的粘合劑則可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的全部?jī)?yōu)點(diǎn)而不增加OSB制造的壓制或周期時(shí)間。本發(fā)明人已證實(shí)可在壓力機(jī)中僅用磨碎PUR泡沫作為粘合劑來(lái)制造基于木材的復(fù)合材料板，如木屑板或膠合板，但壓制時(shí)間將比現(xiàn)有技術(shù)工藝長(zhǎng)若干倍。盡管如此，通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明人明確證實(shí)磨碎PUR泡沫即便作為配方中唯一的粘合劑也能高性能地為木制品發(fā)揮粘合劑作用。
用磨碎的硬質(zhì)PUR泡沫獲得了良好的結(jié)果，并且在高至40％的粘合劑替代水平下生產(chǎn)出了滿足所需標(biāo)準(zhǔn)的OSB板。用磨碎的硬質(zhì)PUR泡沫替代60％的原pMDI粘合劑生產(chǎn)的OSB板也獲得了良好結(jié)果。用磨碎PUR泡沫替代甚至100％的粘合劑也獲得了具有優(yōu)異物理性能的復(fù)合木板，但壓制時(shí)間比普通的長(zhǎng)若干倍。
本發(fā)明人考慮了現(xiàn)今生產(chǎn)的寬廣范圍的聚氨酯泡沫在其制備中所用原始異氰酸酯在最終泡沫中變成氨基甲酸酯官能團(tuán)的百分?jǐn)?shù)。該原始異氰酸酯可能變成如下之一氨基甲酸酯官能團(tuán)、脲官能團(tuán)、脲基甲酸酯或縮二脲官能團(tuán)、或異氰脲酸酯官能團(tuán)，具體取決于泡沫配方和所制泡沫的類型。下表4示出了聚氨酯泡沫中將變成這些不同官能團(tuán)的原始異氰酸酯的大致百分?jǐn)?shù)。
表4聚氨酯泡沫中異氰酸酯的大致官能團(tuán)分布 在OSB加工溫度(更具體為約155℃-175℃)下可得到的原始異氰酸酯的大致總量最少為以氨基甲酸酯存在的量，最大為以氨基甲酸酯、脲基甲酸酯和縮二脲官能團(tuán)存在的量的總和。表4中的數(shù)值表示對(duì)范圍廣泛的聚氨酯泡沫的廣泛概括。可能有特定的例外，但本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)使待用作木制品粘合劑的磨碎PUR泡沫中每單位質(zhì)量的氨基甲酸酯官能團(tuán)的量最大化是優(yōu)選的。氨基甲酸酯官能團(tuán)是在OSB制造過(guò)程中在約160℃下生成游離異氰酸酯基團(tuán)的主要機(jī)制。脲官能團(tuán)在OSB加工溫度下不顯著解聚，而是在約200℃下分解。脲基甲酸酯官能團(tuán)的穩(wěn)定性還知之甚少，但很可能在較低溫度(可能約120℃)下是不穩(wěn)定的。縮二脲官能團(tuán)和異氰脲酸酯官能團(tuán)均對(duì)超過(guò)200℃的溫度穩(wěn)定。
較低分子量或較高官能度的多元醇也將對(duì)磨碎PUR泡沫中每單位質(zhì)量更高的氨基甲酸酯官能團(tuán)有利，原因是其會(huì)降低PUR泡沫中非氨基甲酸酯材料的質(zhì)量。相比于大多數(shù)軟質(zhì)PUR泡沫，大多數(shù)硬質(zhì)PUR泡沫也具有這種優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)施例3 如實(shí)施例1中所述那樣制備松木(樟子松)的長(zhǎng)條刨花。
按如下程序在滾筒中用樹(shù)脂處理長(zhǎng)條刨花。首先將長(zhǎng)條刨花置于共混機(jī)筒中，然后關(guān)閉并使之旋轉(zhuǎn)5分鐘。首先用霧化器對(duì)其噴水。然后用霧化器對(duì)其噴軟蠟。然后，施加磨碎聚氨酯泡沫(如果配方中存在的話)。最后加入粉末狀酚醛樹(shù)脂(PPF)(例如可從Dynea Canada或Hexion Specialty Chemicals購(gòu)得)，讓筒再旋轉(zhuǎn)5分鐘。用于芯層組合物和表面層組合物的PPF、水和蠟的量如表5和6中所示。用于本實(shí)施例的磨碎聚氨酯泡沫為從絕緣面板制造廢料得到的硬質(zhì)PUR泡沫，其中所述泡沫在回收并研磨成粉之前已經(jīng)進(jìn)行破碎和制塊以便于處理。用Hosokawa Micron Air-Jet Sieve測(cè)得，該磨碎聚氨酯泡沫的粒徑分布為26％通過(guò)75微米、59％通過(guò)105微米、73％通過(guò)125微米、84％通過(guò)150微米、95％通過(guò)212微米。
表5實(shí)施例3的生產(chǎn)參數(shù)
然后，在864×864mm箱中將經(jīng)樹(shù)脂處理的長(zhǎng)條刨花手工鋪展成板坯，使基本所有長(zhǎng)條刨花平整但其長(zhǎng)度方向在各層內(nèi)無(wú)規(guī)取向。板坯鋪設(shè)如下已知重量的表面層組合物的一半、然后是已知重量的芯層組合物、然后是已知重量的表面層組合物的剩余一半。在芯層中心加入熱電偶以監(jiān)測(cè)后續(xù)壓制過(guò)程中該處的溫度。壓制前，即刻向板坯上表面上噴灑50克水。
然后，將板坯轉(zhuǎn)移到壓板溫度215℃、配有固定的頂板和底板以及密封底篩的蒸汽加熱壓力機(jī)中，將板坯在壓力機(jī)中壓縮直至達(dá)到最終所需的厚度11.1mm。壓力機(jī)在剩余的加壓時(shí)間內(nèi)保持最終厚度，然后打開(kāi)壓力機(jī)，取出板并將其熱堆積在絕緣箱中直至冷卻。
測(cè)試前將板調(diào)濕最少18小時(shí)。對(duì)各實(shí)施例，制造并測(cè)試三個(gè)單獨(dú)的板，從各板切割下五個(gè)樣品用于各物理測(cè)試，即各實(shí)施例共15個(gè)試樣。板的物理性質(zhì)用本文中所述的標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定，結(jié)果在下表6中示出。
實(shí)施例3的結(jié)果表明磨碎PUR泡沫的加入保持或甚至改善了物理性質(zhì)，特別是內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度和24-小時(shí)水浸測(cè)試中的性能，同時(shí)用再生產(chǎn)品(PUR)替代了昂貴、耗能且具潛在危險(xiǎn)的粘合劑材料(PPF)。
表6實(shí)施例3的組合物和物理性質(zhì)
通?？墒褂梅勰罘尤?PPF)樹(shù)脂如酚醛清漆、甲階酚醛樹(shù)脂或其組合。授予Berchem等的美國(guó)專利4,098,770公開(kāi)了一種OSB制造中使用的經(jīng)添加非酚多羥基化合物改性的典型的噴霧干燥的酚醛樹(shù)脂。液體酚醛樹(shù)脂如甲階酚醛樹(shù)脂或甲階酚醛樹(shù)脂與酚醛清漆的組合通常也可用于木質(zhì)纖維復(fù)合材料的制備中。制備液體或固體酚醛樹(shù)脂的參數(shù)在Phenolic Resins，Chemistry，Applications and Performance，(A.Knopand L.A.Pilato，Springer-Verlag(1985))and Advance Wood AdhesivesTechnology，(A Pizzi，Marcel Dekker(1994))中有公開(kāi)。
實(shí)施例4 與實(shí)施例1中針對(duì)松木所述方法相似地制備商用山楊木的長(zhǎng)條刨花，另外增加過(guò)篩來(lái)除去通過(guò)4.8-mm(3/16”)篩的材料。
按如下程序在滾筒中用樹(shù)脂處理長(zhǎng)條刨花。將長(zhǎng)條刨花置于共混機(jī)筒中，然后關(guān)閉并使之旋轉(zhuǎn)5分鐘。首先用霧化器對(duì)其噴水。然后用霧化器對(duì)其噴軟蠟。如Esso WAX 1834的軟蠟是從壓制石油石蠟餾分或蠟餾分獲得的軟的含油粗蠟。優(yōu)選的蠟為軟蠟、粉狀蠟或乳化蠟(蠟的水乳液)。適用于本發(fā)明的蠟通常是源自石油精餾工藝的烴混合物。使用其是為了阻礙水的吸收并因此使產(chǎn)品在濕環(huán)境中在有限的時(shí)間段內(nèi)更具尺寸穩(wěn)定性。這些烴混合物不溶于水。從石油獲得的烴蠟通?；谄浜土縼?lái)分類。“軟蠟”、“脫油蠟”和“全精制蠟”的含油量值分別為2-30％、1-2％和0-1％。雖然高含油量通常認(rèn)為對(duì)蠟的性能有不利影響，但軟蠟比其他類型石油蠟價(jià)格低廉，因此常用于工程面板中。作為替代方案，適用于本發(fā)明的蠟可為不溶于水且熔點(diǎn)介于約35和160℃之間的任何物質(zhì)或混合物。也期望所述蠟在約35到200℃的溫度下具有低蒸氣壓。
然后，在施加水和蠟后，施加磨碎聚氨酯泡沫(如果配方中存在的話)。最后，加入市售OSB-級(jí)粉末狀酚醛樹(shù)脂(PPF)，例如作為堿性環(huán)境中苯酚和甲醛間的縮合反應(yīng)產(chǎn)物從Dynea Canada或HexionSpecialty Chemicals購(gòu)得，讓筒再旋轉(zhuǎn)5分鐘。用于芯層組合物和表面層組合物的PPF、水和蠟的量如表7和8中所示。用于本實(shí)施例的磨碎聚氨酯泡沫為從回收冰箱得到的硬質(zhì)PUR泡沫，其中所述泡沫已與其他材料分離并微細(xì)研磨，完全破壞了蜂窩狀結(jié)構(gòu)，并回收了氯氟烴發(fā)泡劑。用Hosokawa Micron Air-Jet Sieve測(cè)得，該磨碎聚氨酯泡沫的粒徑分布為14％通過(guò)53微米、48％通過(guò)75微米、87％通過(guò)105微米、99％通過(guò)150微米、基本100％通過(guò)212微米。
表7實(shí)施例4的生產(chǎn)參數(shù)
然后，在864×864mm箱中將經(jīng)樹(shù)脂處理的長(zhǎng)條刨花手工鋪展成板坯，使基本所有長(zhǎng)條刨花平整但其長(zhǎng)度方向在各層內(nèi)無(wú)規(guī)取向。板坯鋪設(shè)如下已知重量的表面層組合物的一半、然后是已知重量的芯層組合物、然后是已知重量的表面層組合物的剩余一半。在芯層中心加入熱電偶以監(jiān)測(cè)后續(xù)壓制過(guò)程中該處的溫度。
然后，將板坯轉(zhuǎn)移到壓板溫度220℃、配有固定的頂板和底板以及密封底篩的蒸汽加熱壓力機(jī)中，板坯在壓力機(jī)中壓縮直至在約30-60秒內(nèi)達(dá)到最終所需厚度18.0mm。壓力機(jī)在剩余的3-10分鐘的加壓時(shí)間內(nèi)保持最終厚度，然后打開(kāi)壓力機(jī)，取出板并將其熱堆積在絕緣箱中直至冷卻。
測(cè)試前將板在25℃和50％相對(duì)濕度下調(diào)濕最少18小時(shí)。對(duì)各實(shí)施例，制造并測(cè)試三個(gè)單獨(dú)的板，從各板切割下五個(gè)樣品用于各物理測(cè)試，即各實(shí)施例共15個(gè)試樣。板的物理性質(zhì)用本文中概括的加拿大標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)O437系列-93“Standards on OSB and Waferboard(定向刨花板和華夫板標(biāo)準(zhǔn))”中所述的標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定，結(jié)果在下表8中示出。
內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度(IB)通過(guò)對(duì)各試樣的各面粘結(jié)鋼或鋁合金的加載塊(50×50mm)測(cè)定，粘結(jié)方式為使膠線的強(qiáng)度遠(yuǎn)強(qiáng)于受試材料的強(qiáng)度。然后將試樣裝在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試機(jī)中，以0.08mm/mm樣品厚度/分鐘的均勻速率分離加載固定物，同時(shí)保持試樣與加載方向垂直。以最大載荷除以試樣面積來(lái)計(jì)算內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度。
厚度溶脹以150平方毫米樣品水平浸沒(méi)于20℃的水中25mm以下24小時(shí)、然后懸掛10分鐘瀝水后厚度增加的百分?jǐn)?shù)來(lái)量度。吸水性以相似樣品在相同條件下重量增加的百分?jǐn)?shù)來(lái)量度。
斷裂模量(MOR)和彈性模量(MOE)通過(guò)在測(cè)試機(jī)上以三點(diǎn)彎曲方式受彎加載75-mm寬的樣品測(cè)定。樣品可切割成其長(zhǎng)度與板中的取向方向平行或垂直。使樣品的跨度為其厚度的24倍，加上兩端的25mm的突出部。在跨度中間對(duì)樣品進(jìn)行加載，使其以0.48mm/分鐘/mm樣品厚度的速率撓曲。測(cè)定載荷與撓度的關(guān)系，并以1.5乘以最大載荷乘以跨度距離除以樣品寬度除以樣品厚度的平方來(lái)計(jì)算MOR。以0.25乘以載荷-撓度曲線初始線性部分的斜率乘以跨度距離的立方除以樣品寬度除以樣品厚度的立方來(lái)計(jì)算MOE。
實(shí)施例4的結(jié)果表明磨碎PUR泡沫的加入保持或甚至出人意料地改善了物理性質(zhì)，特別是內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度和24-小時(shí)水浸測(cè)試中的性能，同時(shí)用再生產(chǎn)品(PUR)替代了昂貴、耗能且具潛在危險(xiǎn)的粘合劑材料(PPF)。
表8實(shí)施例4的組合物和物理性質(zhì)

實(shí)施例5 全規(guī)模連續(xù)生產(chǎn) 在工業(yè)OSB制造廠制備0.7mm厚的云杉(歐洲云杉)木的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)條刨花。
長(zhǎng)條刨花在兩個(gè)連續(xù)的盤(pán)管共混機(jī)中用樹(shù)脂處理，一個(gè)用于面層配方，一個(gè)用于芯層配方。對(duì)于芯層，將長(zhǎng)條刨花與水(以達(dá)到4％的含水量)、1.4％的如實(shí)施例3中所述的防水蠟和與4.3％的HuntsmanSuprasec 1483聚合二苯基甲烷二異氰酸酯(其為標(biāo)準(zhǔn)官能度的催化快速固化pMDI，25℃下的粘度為225mPa-s，異氰酸酯(NCO)值為30.8％)共混。對(duì)于面層，先將長(zhǎng)條刨花與磨碎聚氨酯泡沫共混，然后將該混合物與水(以達(dá)到10.5％的含水量)、1.4％的防水蠟、和HuntsmanSuprasec 1483pMDI共混。面層配方中的pMDI和磨碎聚氨酯泡沫的量選擇為使pMDI與磨碎聚氨酯泡沫的比率為67∶33并使pMDI與磨碎聚氨酯泡沫之和等于長(zhǎng)條刨花重量的5.0％。由于此為連續(xù)工藝，故該比率適用于質(zhì)量流量。
用于本實(shí)施例的磨碎聚氨酯泡沫為從回收冰箱得到的硬質(zhì)PUR泡沫，其中所述泡沫已與其他材料分離并精細(xì)研磨，完全破壞了蜂窩狀結(jié)構(gòu)，并回收了氯氟烴發(fā)泡劑。用Hosokawa Micron Air-Jet Sieve測(cè)得，該磨碎聚氨酯泡沫的粒徑分布為14％通過(guò)53微米、48％通過(guò)75微米、87％通過(guò)105微米、99％通過(guò)150微米、基本100％通過(guò)212微米。
在移動(dòng)鋼帶輸送機(jī)上將經(jīng)樹(shù)脂處理的長(zhǎng)條刨花連續(xù)成型為板坯，其中使基本所有長(zhǎng)條刨花平整但其長(zhǎng)度方向在各層內(nèi)無(wú)規(guī)取向。板坯鋪設(shè)如下下表面層組合物(總產(chǎn)量的21％)、然后是芯層組合物(總產(chǎn)量的58％)、然后是上表面層組合物(總產(chǎn)量的剩余21％)?？傎|(zhì)量產(chǎn)量選擇為使所得面板厚22mm，密度為620kg/m3，在34m長(zhǎng)的連續(xù)壓力機(jī)中的加熱系數(shù)為6.7s/mm。循環(huán)加熱壓力機(jī)的油溫在進(jìn)料區(qū)為230℃，在板坯前進(jìn)通過(guò)連續(xù)壓力機(jī)時(shí)，該溫度上升至240℃然后降至220℃再至205℃。
板離開(kāi)壓力機(jī)后，進(jìn)行切割、冷卻和調(diào)濕以用于測(cè)試。用本文中所述的標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定板的物理性質(zhì)，結(jié)果在下表9中示出。內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度(2-小時(shí)沸騰)按歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 1087-1測(cè)定，該標(biāo)準(zhǔn)概括起來(lái)就是上文所述的內(nèi)部結(jié)合測(cè)試，其中樣品首先通過(guò)浸泡在水浴中進(jìn)行調(diào)濕，然后在90分鐘內(nèi)從20℃加熱至100℃，然后在100℃下保持120分鐘，然后取出并在20℃的第二水浴中冷卻1-2小時(shí)。然后，對(duì)濕態(tài)樣品進(jìn)行測(cè)試。
實(shí)施例5的結(jié)果表明磨碎PUR泡沫的加入保持或甚至出人意料地改善了物理性質(zhì)，特別是剛性和強(qiáng)度，同時(shí)用再生產(chǎn)品(PUR)替代了昂貴、耗能且具潛在危險(xiǎn)的粘合劑材料(pMDI)。
表9實(shí)施例5的組合物和物理性質(zhì)

實(shí)施例6 全規(guī)模連續(xù)生產(chǎn) 在工業(yè)OSB制造廠制備0.7mm厚的云杉(歐洲云杉)木的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)條刨花。
長(zhǎng)條刨花在兩個(gè)連續(xù)的盤(pán)管共混機(jī)中用樹(shù)脂處理，一個(gè)用于面層配方，一個(gè)用于芯層配方。對(duì)于芯層，將長(zhǎng)條刨花與水(以達(dá)到5％的含水量)、2％的防水蠟、0.49％的脲硬化劑和8.5％的HuntsmanSuprasec 1483pMDI共混。對(duì)于面層，先將長(zhǎng)條刨花與磨碎的聚氨酯泡沫共混，然后將該混合物與水(以達(dá)到13％的含水量)、2％的防水蠟、0.49％的脲固化劑、和Huntsman Suprasec 1483pMDI共混。面層配方中pMDI和磨碎聚氨酯泡沫的量選擇為使pMDI與磨碎聚氨酯泡沫的比率為70∶30并使pMDI與磨碎聚氨酯泡沫之和等于長(zhǎng)條刨花重量的8.5％。由于此為連續(xù)工藝，故該比率適用于質(zhì)量流量。例如，對(duì)于本實(shí)施例6B中的面層(機(jī)器總產(chǎn)量的36％)，磨碎聚氨酯泡沫的流量為約4.7kg/min，相應(yīng)的pMDI流量為約11.0kg/min，木材長(zhǎng)條刨花的產(chǎn)量為約185kg/min。
用于本實(shí)施例的磨碎聚氨酯泡沫為從回收冰箱得到的硬質(zhì)PUR泡沫，其中所述泡沫已與其他材料分離并精細(xì)研磨，完全破壞了蜂窩狀結(jié)構(gòu)，并回收了氯氟烴發(fā)泡劑。用Hosokawa Micron Air-Jet Sieve測(cè)得，該磨碎聚氨酯泡沫的粒徑分布為14％通過(guò)53微米、48％通過(guò)75微米、87％通過(guò)105微米、99％通過(guò)150微米、基本100％通過(guò)212微米。
在移動(dòng)鋼帶輸送機(jī)上將經(jīng)樹(shù)脂處理的長(zhǎng)條刨花連續(xù)成型為板坯，使基本所有長(zhǎng)條刨花平整但其長(zhǎng)度方向在各層內(nèi)無(wú)規(guī)取向。板坯鋪設(shè)如下底表面層組合物(總產(chǎn)量的18％)、然后是芯層組合物(總產(chǎn)量的64％)、然后是上表面層組合物(總產(chǎn)量的剩余18％)?？傎|(zhì)量產(chǎn)量選擇為使所得面板厚15mm，密度為660kg/m3，在45m長(zhǎng)的連續(xù)壓力機(jī)中的加熱系數(shù)為9s/mm。循環(huán)加熱連續(xù)壓力機(jī)的油溫在進(jìn)料區(qū)中為245℃，該溫度在隨后的2區(qū)中降至240℃，在3區(qū)中降至230℃。
板離開(kāi)壓力機(jī)后，進(jìn)行切割、冷卻和調(diào)濕以用于測(cè)試。用本文中所述的標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定板的物理性質(zhì)，結(jié)果在下表10中示出。
實(shí)施例6的結(jié)果表明磨碎PUR泡沫的加入保持或甚至改善了物理性質(zhì)，特別是剛性和強(qiáng)度，同時(shí)用再生產(chǎn)品(PUR)替代了昂貴、耗能且具潛在危險(xiǎn)的粘合劑材料(pMDI)。
表10實(shí)施例6的組合物和物理性質(zhì)
實(shí)施例7 全規(guī)模連續(xù)生產(chǎn) 在工業(yè)OSB制造廠制備0.7mm厚的云杉(歐洲云杉)木的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)條刨花。
如本領(lǐng)域工業(yè)中熟知的那樣，將長(zhǎng)條刨花在兩個(gè)連續(xù)的盤(pán)管共混機(jī)中用樹(shù)脂處理，一個(gè)用于面層配方，一個(gè)用于芯層配方。對(duì)于芯層，將長(zhǎng)條刨花與水(以達(dá)到6％的含水量)、3％的防水蠟、0.49％的脲硬化劑和8.5％的Huntsman Suprasec 1483pMDI共混。對(duì)于面層，先將長(zhǎng)條刨花與磨碎聚氨酯泡沫共混，然后將該混合物與水(以達(dá)到12％的含水量)、3％的防水蠟、0.49％的脲硬化劑、和Huntsman Suprasec1483pMDI共混。面層配方中pMDI和磨碎聚氨酯泡沫的量選擇為使pMDI與磨碎聚氨酯泡沫的比率為60∶40并使pMDI與磨碎聚氨酯泡沫之和等于長(zhǎng)條刨花重量的8.5％。由于此為連續(xù)工藝，故該比率適用于質(zhì)量流量。例如，對(duì)于本實(shí)施例7B中的面層(機(jī)器總產(chǎn)量的40％)，磨碎聚氨酯泡沫的流量為約6.1kg/min，相應(yīng)的pMDI流量為約9.2kg/min，木材長(zhǎng)條刨花的產(chǎn)量為約180kg/min。
用于本實(shí)施例的磨碎聚氨酯泡沫為從回收冰箱得到的硬質(zhì)PUR泡沫，其中所述泡沫已與其他材料分離并微細(xì)研磨，完全破壞了蜂窩狀結(jié)構(gòu)，并回收了氯氟烴發(fā)泡劑。用Hosokawa Micron Air-Jet Sieve測(cè)得，該磨碎聚氨酯泡沫的粒徑分布為14％通過(guò)53微米、48％通過(guò)75微米、87％通過(guò)105微米、99％通過(guò)150微米、基本100％通過(guò)212微米。
在移動(dòng)鋼帶輸送機(jī)上將經(jīng)樹(shù)脂處理的長(zhǎng)條刨花連續(xù)成型為板坯，使基本所有長(zhǎng)條刨花平整但其長(zhǎng)度方向在各層內(nèi)無(wú)規(guī)取向。板坯鋪設(shè)如下底表面層組合物(總產(chǎn)量的20％)、然后是芯層組合物(總產(chǎn)量的60％)、然后是上表面層組合物(總產(chǎn)量的剩余20％)?？傎|(zhì)量產(chǎn)量選擇為使所得面板厚15mm，密度為660kg/m3，在45m長(zhǎng)的連續(xù)壓力機(jī)中的加熱系數(shù)為9.6s/mm。循環(huán)加熱連續(xù)壓力機(jī)的油溫在進(jìn)料區(qū)中為245℃，隨著板坯行進(jìn)通過(guò)壓力機(jī)，該溫度下降至240℃和230℃。
板離開(kāi)壓力機(jī)后，進(jìn)行切割、冷卻和調(diào)濕以用于測(cè)試。用本文中所述的標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定板的物理性質(zhì)，結(jié)果在下表11中示出。
實(shí)施例7的結(jié)果表明磨碎PUR泡沫的加入保持或甚至改善了物理性質(zhì)，特別是剛性和強(qiáng)度，同時(shí)用再生產(chǎn)品(PUR)替代了昂貴、耗能且具潛在危險(xiǎn)的粘合劑材料(pMDI)。
表11實(shí)施例7的組合物和物理性質(zhì)
實(shí)施例8 完全按實(shí)施例2中那樣制備板，不同的是用若干不同類型的聚氨酯粉末替代40％的pMDI。這些粉末包括A)細(xì)磨的(最大尺寸200微米)汽車頂篷制造的廢料半硬質(zhì)可熱成型聚氨酯泡沫；B)細(xì)磨的(最大尺寸200微米)常規(guī)軟質(zhì)聚氨酯泡沫制造廢料；C)粗磨的(最大尺寸590微米)粘彈性聚氨酯泡沫(“記憶泡沫”)制造廢料；D)粗磨的(最大尺寸1200微米)粘彈性聚氨酯泡沫制造廢料；E)細(xì)磨的(最大尺寸200微米)高回彈軟質(zhì)聚氨酯泡沫制造的廢料；和F)細(xì)磨的(最大尺寸200微米)回收汽車車座的廢料泡沫。所有這些聚氨酯粉末均制得了令人滿意的板，這些板達(dá)到了制造商對(duì)密度、內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度(干及兩小時(shí)沸騰后)、斷裂模量、彈性模量、厚度溶脹、邊緣溶脹和吸水性的規(guī)定。
本申請(qǐng)公開(kāi)了若干數(shù)值范圍限制，這些數(shù)值范圍限制支持所公開(kāi)的數(shù)值范圍內(nèi)的任何范圍，即便說(shuō)明書(shū)中未逐字提及精確的范圍限制也是如此，因?yàn)楸景l(fā)明的實(shí)施方案可在整個(gè)所公開(kāi)的數(shù)值范圍內(nèi)實(shí)施。最后，本申請(qǐng)中提及的專利和出版物的完整公開(kāi)(如果有的話)通過(guò)全文引用并入到本文中。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合材料，包含固體增強(qiáng)材料和基體，其中所述基體包含粘合劑樹(shù)脂和固體聚氨酯顆粒，其中所述粘合劑樹(shù)脂為固體粘合劑或液體粘合劑，并且其中至少50重量％的所述復(fù)合材料為所述固體增強(qiáng)材料。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中所述固體聚氨酯顆粒在所述基體中的重量百分?jǐn)?shù)為所述基體的5-95重量％。
3.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中所述固體聚氨酯顆粒在所述基體中的重量百分?jǐn)?shù)為所述基體的30-60重量％。
4.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中所述固體增強(qiáng)材料包括木材。
5.如權(quán)利要求4所述的復(fù)合材料，其中所述木材為選自板、層片、圓片、長(zhǎng)條刨花、碎片、顆粒、屑及其組合的形式。
6.如權(quán)利要求4所述的復(fù)合材料，其中所述固體增強(qiáng)材料還包括纖維。
7.如權(quán)利要求6所述的復(fù)合材料，其中所述纖維選自碳纖維、玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、纖維素纖維及其組合。
8.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中所述基體為連續(xù)相或非連續(xù)相的形式。
9.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中所述粘合劑選自聚合的MDI、苯酚-甲醛、脲-甲醛、三聚氰胺-甲醛及其組合。
10.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中所述固體增強(qiáng)材料定向排列在所述復(fù)合材料的平面中。
11.一種制造包含固體增強(qiáng)材料和基體的復(fù)合材料的方法，其中所述基體包含粘合劑樹(shù)脂和固體聚氨酯泡沫顆粒，其中所述粘合劑樹(shù)脂為固體粘合劑或液體粘合劑，并且其中至少50％重量的所述復(fù)合材料為所述固體增強(qiáng)材料，所述方法包括在所述固體增強(qiáng)材料上沉積所述粘合劑樹(shù)脂和聚氨酯泡沫顆粒以形成復(fù)合材料前體和處理所述復(fù)合材料前體以形成所述復(fù)合材料。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在所述固體增強(qiáng)材料上沉積所述粘合劑樹(shù)脂和聚氨酯泡沫顆粒是通過(guò)在所述固體增強(qiáng)材料上噴灑所述粘合劑樹(shù)脂與聚氨酯泡沫顆粒的混合物進(jìn)行的。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在所述固體增強(qiáng)材料上沉積所述粘合劑樹(shù)脂和聚氨酯泡沫顆粒是通過(guò)在所述固體增強(qiáng)材料上散布所述聚氨酯顆粒并隨后在所述固體增強(qiáng)材料上噴灑所述粘合劑樹(shù)脂進(jìn)行的。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中處理所述復(fù)合材料前體以形成所述復(fù)合材料包括在熱和壓力下處理所述復(fù)合材料前體。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中在熱和壓力下處理所述復(fù)合材料前體是在模具或高壓釜中進(jìn)行的。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述固體增強(qiáng)材料包括木材。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述木材為選自板、層片、圓片、長(zhǎng)條刨花、碎片、顆粒、屑及其組合的形式。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述固體增強(qiáng)材料還包括纖維。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述纖維選自碳纖維、玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、纖維素纖維及其組合。
20.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述粘合劑選自聚合的MDI、苯酚-甲醛、脲-甲醛、三聚氰胺-甲醛及其組合。
21.如權(quán)利要求5所述的復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料為定向刨花板，其中在表面層中的所述基體包含磨碎的硬質(zhì)聚氨酯泡沫顆粒。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施方案涉及一種復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包含纖維增強(qiáng)材料、粘合劑樹(shù)脂和聚氨酯泡沫顆粒。其他實(shí)施方案涉及一種制造包含纖維增強(qiáng)材料、粘合劑樹(shù)脂和聚氨酯泡沫顆粒的復(fù)合材料的方法，所述方法包括在所述纖維增強(qiáng)材料上沉積所述粘合劑樹(shù)脂和聚氨酯泡沫顆粒以形成復(fù)合材料前體和處理所述復(fù)合材料前體以形成所述復(fù)合材料。
文檔編號(hào)B29C67/20GK101702889SQ200880008445
公開(kāi)日2010年5月5日 申請(qǐng)日期2008年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月22日
發(fā)明者保羅·R·貝爾特瓦斯, 邁克爾·斯科勒, 邁克爾·格羅森巴赫爾, 迪安·巴德尼, 羅伯特·維爾沃克 申請(qǐng)人:莫比烏斯科技有限公司