DK152565B - Lignocelluloseholdig presset plade - Google Patents

Description

DK 152565B

Den foreliggende opfindelse angår en presset plade, som består af lignocelluloseholdige partikler og et polyisocyanatklæbemiddel samt eventuelt lignin.

Formningen af lignocellulosefibre, -partikler el-5 ler -lag og lignocelluloseholdige fibre, partikler eller lag til dannelse af pressede plader er kendt. De bindemidler, der sædvanligvis benyttes, er kunstharpiks-lim såsom en opløsning af urinstofformaldehyd- eller phenolformaldehydharpiks i vand. Pressede plader, in-10 deholdende lignocellulose fremstillet på denne måde, er ikke tilstrækkeligt holdbare, og de er følsomme overfor fugtbetingelser og udsat for ødelæggelse ved visse bygningsformål, hvortil de måtte blive anvendt.

Di- og polyisocyanater som klæbemidler for ligno-15 celluloseholdige materialer er tidligere blevet foreslået, og det er kendt, at de giver produkter af forøget stabilitet og mekanisk styrke. Procestekniske fordele ved polyisocyanater er blevet beskrevet i tysk offentliggørelsesskrift nr. 2.109.686. To problemer, der er 20 forbundet med benyttelsen af polyisocyanatklæbemidler, er 1) selv ved anvendelse af et formindsket indhold af klæbemiddel er prisen på polyisocyanaterne, sammenlignet med urinstofformaldehyd- eller phenolformaldehydharpiks-klæbemidlerne, ugunstig, og 2) viskositeten af de sæd-25 vanligvis anvendte polyisocyanatklæbemidler er langt højere end viskositeten af kunstharpikslimen, og de er derfor vanskelige at påføre lignocellulosen med det sædvanlige påføringsudstyr eller de sædvanlige påføringsmetoder. Fremkomsten af teknologi til emulgering af poly-30 isocyanaterne i vand førte til et klæbemiddel med formindsket viskositet, men med en standtid på kun 2 til 4 timer.

Gennem den foreliggende opfindelse, der omfatter en presset plade med et overfor den kendte teknik for-35 bedret polyisocyanatbaseret klæbemiddel, der er blevet fortyndet ved tilsætning af flydende cykliske alkylen-carbonater (cykliske alkylenestere af kulsyre) og eventuelt lignin, undgås de ovennævnte ulemper.

2

DK 152S65B

Hovedformålet med opfindelsen er at tilvejebringe en presset plade med samme egenskaber eller bedre egenskaber end hos tidligere kendte pressede plader af den omhandlede art men med dramatisk reduceret indhold af 5 di- eller polyisocyanat (i almindelighed betegnet poly-isocyanater) og følgelig tilsvarende reducerede omkostninger.

Den pressede plade ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at klæbemidlet forefindes i en mængde på fra 10 1,5 til 12, fortrinsvis fra 2,5 til 6,5 vægt%, baseret på ovntørrede partikler, og at det består at 20 til 95, fortrinsvis 50 til 75, vægt% af et organisk di- eller polyisocyanat og 80 til 5, fortrinsvis 50 til 25, vægt% af et flydende alkylencarbonat.

15 Fordelene ved foreliggende opfindelse er, at de indhold af di- eller polyisocyanatet, der er nødvendige ved fremstilling af en hærdet presset lignocellulosehol-dig plade, kan reduceres væsentligt, medens den pressede plades fysiske egenskaber forbliver de samme eller bli-20 ver bedre. Ved anvendelse af kombinationen di- eller polyisocyanat - cyklisk alkylencarbonat med eller uden anvendelse af lignin som fortyndingsmiddel - bliver klæ-bemiddelharpiksøkonomien uændret eller bedre end økonomien i forbindelse med kunstharpikslim. Den omhandlede 25 pressede plade har bedre fysiske egenskaber end egenskaberne hos produkter fremstillet med urinstofformaldehyd eller phenolformaldehydklæbemiddelsystemerne. Tilsætningen af de flydende cykliske alkylencarbonater til di- eller polyisocyanaterne formindsker den totale 30 viskositet af klæbemidlet væsentligt samtidig med, at den medfører en mærkbar forøgelse af standtiden på op til 30 dage. Klæbemidlet har viskositeter, der svarer til eller er lavere end viskositeten af formaldehydtypeharpiks systemerne i vand, hvilket gør det muligt at 35 påføre det på de lignocelluloseholdige spåner, partikler osv., under anvendelse af gængs påføringsteknologi. Som en yderligere fordel kan nævnes, at klæbemiddelsysternet

DK 152565 B

3 kan anvendes i forbindelse med faste eller halvfaste di- eller polyisocyanater med høj molekylvægt, der som sådanne ville have egenskaber, der ville udelukke deres anvendelse som klæbemidler for lignocelluloseholdige 5 produkter ved hjælp af gængs påføringsteknik.

Der kan benyttes forskellige hensigtsmæssige udførelsesformer for den pressede plade ifølge opfindelsen som angivet i krav 2-4.

De organiske polyisocyanater er i al alminde-10 lighed anvendelige som klæbemidler. Organiske polyisocyanater, der kan benyttes, inkluderer alifatiske, ali-cykliske og aromatiske polyisocyanater, der er karakteristiske ved at indeholde to eller flere isocyanatgrup-per. Sådanne polyisocyanater indbefatter diisocyanater-15 ne og isocyanaterne med flere funktionelle grupper, især de aromatiske polyisocyanater. Der kan benyttes blandinger af polyisocyanater, f.eks. de rå blandinger af di- og højere funktionelle polyisocyanater fremstillet ved phosgenering af anilin-formaldehydkondensater, eller 20 som de fremstilles ved den termiske dekomposition af de tilsvarende carbamater opløst i et egnet opløsningsmiddel som beskrevet i US-patentskrifterne nr. 3.962.302 og 3.919.279, begge kendt som råt MDI eller PMDI. Det organiske polyisocyanat kan være isocyanat-afsluttede pre-25 polymere fremstillet ved under kendte standardbetingelser at omsætte et overskud af et polyisocyanat med en polyol, der på polyisocyanat-polyolbasis kan andrage fra ca. 20:1 til 2:1, og omfattende f.eks. polyethylengly-col, polypropylenglycol, diethylenglycol-monobutylether, 30 ethylenglycolmonoethylether, triethylenglycol osv., samt glycoler eller polyglycoler, der er partielt esterifi-ceret med carboxylsyrer, derunder polyesterpolyoler og polyetherpolyoler. De organiske polyisocyanater eller isocyanat-afsluttede pre-polymere kan også benyttes i 35 form af en vandig emulsion ved at blande sådanne materialer med vand i nærværelse af et emulgeringsmiddel.

DK 152565B

4

Isocyanaterne kan også indeholde urenheder eller additiver såsom carbodiimider, isocyanuratgrupper, urinstof, hydrolyserbare chlorider og biureter samt visse slipmidler. Eksempler på sådanne di- eller polyisocyanater, 5 der kan anvendes, er toluen-2,4- og 2,6-diisocyanater eller blandinger deraf, diphenylmethan-4,41-diisocyanat (et fast stof) og diphenylmethan-2,41-diisocyanat (et fast stof) eller blandinger deraf, dvs. blandinger, der indeholder ca. 10 vægtdele eller mere 2,4'-, der er fly-10 dende ved stuetemperatur, polymethylenpolyphenylisocya-nater, naphthalen-1,5-diisocyanat, 3,3'-dimethyldiphe- nylmethan-4,4'-diisocyanat, triphenylmethantriisocyanat, hexamethylendiisocyanat, 3,3'-ditolylen-4,41diisocyanat, butylen-l,4-diisocyanat, octylen-l,8-diisocyanat, 4-15 chlor-1,3-phenylendiisocyanat, 1,4-, 1,3- og 1,2-cyclo- hexylendiisocyanater og i almindelighed de polyisocyana-ter, der er beskrevet i US-patentskrift nr. 3.577.358.

De foretrukne polyisocyanater er diphenylmethandiisocya-nat 2,4'- og 4,4'-isomerene inklusive den 2,2'-isomere 20 og de højere funktionelle polyisocyanat- og polymethy-lenpolyphenylisocyanatblandinger, der kan indeholde fra ca. 20 til 85 vægt% af de diphjenylmethandiisocyanatiso-mere. Typiske for de foretrukne polyisocyanater er de, der sælges i handelen som "Rubinat-M" (Rubicon Chemicals 25 Inc.) og "Papi" (The Upjohn Co.). I almindelighed har de organiske polyisocyanater en molekylvægt i området mellem ca. 100 og 10.000, og de anvendes normalt i mængder fra ca. 20 til 95 vægtdele, fortrinsvis 50 til 75 vægtdele, baseret på polyisocyanat-carbonatblandingen.

30 De flydende cykliske alkylencarbonater, der an vendes i den pressede plade ifølge den foreliggende opfindelse, anvendes som nævnt i en mængde på fra 80 til 5, fortrinsvis 50 til 25 vægt%, baseret på isocyanat-carbonat-klæbemiddelblandingen, og kan f.eks. være pro-35 pylencarbonat eller butylencarbonat.

Som angivet ovenfor medfører tilsætningen af de flydende cykliske alkylencarbonater en væsentlig reduk- 5

DK 152565B

tion af klæbemidlets totale viskositet, hvilket letter påføringen. Typisk for viskositeterne for en PMDI-pro-pylencarbonat-blanding i centipoise (cP) ved 25°C er de nedenstående værdier, der er opnået under anvendelse af 5 en diphenylmethandiisocyanat-polymethylenpolyphenyliso-cyanat-blanding, der sælges kommercielt som "Rubinat-M" af Rubicon Chemicals Inc., hvilken blanding har en viskositet på 230 cP ved 25°c. Viskositeterne blev målt efter henholdsvis 1, 7, 12 og 28 dage ved forskellige 10 vægtforhold mellem polyisocyanat og propylencarbonat.

230 cP Propylen- Centipoise efter isocyanat carbonat 1 dag 7 dage 12 dage 28 dage 3.0 0,5 78 80 80 80 15 2,5 1,0 35 34 36 37 2.0 1,5 19 20 20 20

Desuden blev et fast diphenylmethan-4,4'-diisocyanat blandet med propylencarbonat i et vægtforhold 20 mellem den 4,4'-isomere og propylencarbonat på 2,5:1,0, 2,0:1,5 og 3,0:0,5 og gav henholdsvis en flydende blanding med mindre end 60 cP, en klar flydende blanding med 10 cP og en flydende blanding med mindre end 100 cP.

25 Ligninen, der kan anvendes som fortyndingsmiddel i klæbemidlet, benyttes ifølge opfindelsen hensigtsmæssigt i en mængde fra 0 til 60 vægt%, fortrinsvis fra 20 til 35 vægt%, baseret på det totale klæbemiddel. Den nøjagtige sammensætning af ligninen varierer. Der kan i 30 klæbemidlet benyttes lignin opnået fra mange forskellige kilder til dannelse af den klæbende blanding. Een kilde er en blanding af affaldslud fra den kemiske pulpning af lignocellulose. Egnet lignin, der kan anvendes, omfatter f.eks. renset fyrretræslignin, kraftaffaldslud, 35 soda-affaldslud, calcium-, magnesium-, natrium- og ammo-niumbasesulfitlud, chloreret affaldslud osv. Der kan be-

DK 152565B

e nyttes lignin fra nåletræ- og løvtrækilder, såvel som lignin fra syre-fældede og alkali-rekonstituerede kraftlud. De rigelige og tilgængelige chlorerede affaldslud fra papirmølleblegning kan benyttes. Affaldsluden kan 5 benyttes i sin oprindelige tilstand i den klæbende klæ-bemiddelkomposition. Ligninen kan også have et vidt område af pH-værdier og et faststofindhold fra ca. 10 til 90 vægt%. Når den anvendes, blandes ligninen simpelthen fysisk med isocyanat-carbonat-klæbemidlet, når dette er 10 fremstillet, eller den påføres direkte på det lignocel-luloseholdige materiale.

Lignocellulose, der benyttes til fremstilling af den omhandlede lignocelluloseholdige pressede plade, omfatter træflis, træfibre, høvlspåner, savsmuld, træ-15 uld, kork, bark og lignende produkter fra træbearbejdningsindustrien. Fibre, partikler osv. fra andre naturlige produkter, der er lignocelluloseholdige såsom strå, hørrester, tørret ukrudt og græsser, nøddeskaller, skaller fra kornafgrøder såsom ris og havre, og lignende kan 20 benyttes. Desuden kan de lignocelluloseholdige materialer blandes med uorganiske flager eller fibrøse materialer såsom glasfibre eller glasuld, mica og asbest såvel som med kautsjuk og plastmateriale i partikelform. Lig-nocellulosen kan have et fugtighedsindhold (vandindhold) 25 på indtil ca. 25 vægt%, men indeholder fortrinsvis mellem 4 og 12 vægt%.

Ved fremstillingen af de omhandlede lignocelluloseholdige pressede plader, såsom f.eks. spånplader, maler eller blander man simpelthen en lille mængde af 30 klæbemidlet (med eller uden lignin) sammen med det lignocelluloseholdige materiale, så der fås en ensartet blanding. Almindeligvis sprøjtes isocyanat-carbonat-klæbemidlet (med eller uden lignin) på materialet, medens dette blandes eller holdes i bevægelse i et egnet 35 og konventionelt apparat. Der kan benyttes blandeappa-rater af mange forskellige typer såsom en intensiv- 7

DK 152565B

shear-blander. Mængden af klæbemiddel er, baseret på vægten af ovntørret (0% fugtighedsindhold) lignocellulo-seholdigt materiale, fra 1,5 til 12, fortrinsvis 2,5 til 6,5 vægt.%. Lignocellulose-klæbemiddelblandingen 5 strøs eller formes i almindelighed i de ønskede mængder på en støtteplade (caul plate) af aluminium eller stål, der tjener til at føre "kagen" ind i pressen, så man opnår den ønskede tykkelse af produktet, idet pladerne er blevet sprøjtet eller overtrukket med et slipmiddel så-10 som metalsæbe, f.eks. jern-, calcium- eller zinkstearat-forbindelserne. Andre konventionelle slipmidler såsom natriumphenolat og visse tertiære aminer kan også benyttes .

De nedenstående eksempler tjener til at illustre-15 re opfindelsen i overensstemmelse med dennes principper.

I de følgende eksempler er de angivne prøveresultater udtrykt som ASTM D 1037-værdier, og de anvendte forkortelser har følgende betydninger: M.C. er "Moisture Content" (fugtigheds- 20 indhold) (%) I.B. er "Internal Bond" (indre binding) (psi) (kg/cm^) T.S. er tykkelsekvældning i koldt vand (25°C) ved 24 timers neddykning (%) 25 PMDI er en blanding af flydende diphenyl- methandi i socyanat-polymethylenpoly-phenylisocyanat med 46,5% diphenyl-methandi isocyanatindhold P.C. er propylencarbonat 30 B.C. er butylencarbonat TDI er toluen-2,4-diisocyanat TPMI er triphenylmethantriisocyanat 35 Eksempel 1 580 g fyrretræsspåner, tørret til et fugtigheds-indhold på 6%, anbringes i en åben omvæltningsblander.

DK 152565B

8

Under omvæltning sprøjtes 3,5 dele, baseret på 100 vægtdele af træet, af et isocyanat-baseret klæbemiddel, fremstillet ved at blande 71 dele rå flydende diphenyl-methandiisocyanat-polymethylenpolyphenylisocyanat (PMDI) 5 blanding med et diphenylmethandiisocyanatindhold på 46,5% og 29 dele propylencarbonat, over spånerne ved hjælp af et lufttrykdrevet system. To støtteplader på 30,5 x 30,5 cm sprøjtes jævnt med et zinkstearatslipmid-del til overfladebrug. Under anvendelse af en formkasse 10 dannes der en "kage" på 26,7 x 26,7 cm af spån-klæbemid-delblandingen på støttepladen. Den anden støtteplade anbringes over kagen, der presses til stop, der bestemmer en tykkelse på 13 mm, ved 190°C i 4½ minut, hvorpå den pressede kage udtages fra pressepladerne og skæres 15 til prøver for fysisk afprøvning. Prøveresultater for den pressede plade er 170 psi (12 kg/cm^) I.B. og en T.S. på 18,4%.

20 Eksempler 2-6

Fremgangsmåden ifølge eksempel 1 genages bortset fra, at forskellige mængder propylencarbonat erstatter rå flydende diphenylmethandiisocyanat-polymethylenpoly-phenylisocyanat (PMDI) blanding med 46,5% diphenylme-25 thandiisocyanatindhold, idet det totale klæbemiddelind-hold holdes konstant på 3,5% baseret på træets vægt.

TABEL 1

Eks. nr. PMDI P.C. _I.B._ T.S.

30 _{%)_(%) (psi) (kq/cm2) (%) 2 85 15 183 12,9 17,5 3 65 35 153 10,8 19,2 4 57 43 137 9,6 20,1 5 43 57 116 8,2 22,8 35 6 30 70 84 5,9 29,2

DK 152565 B

9

Eksempler 7 - 10

Fremgangsmåden ifølge eksemplerne 1 til 6 gentages bortset fra følgende ændringer: Det totale indhold af klæbemiddel holdes konstant på 4,5% baseret på træets 5 vægt. Der sættes til klæbemiddelblandingen en tredie komponent, lignin, et produkt der stammer fra den kemiske pulpning af lignocellulose. Indholdet af den flydende diphenylmethandiisocyanat-polymethylenpolyphenyl-isocyanat (PMDI) blanding med 46,5% diphenylmethandiiso-10 cyanat og carbonatindholdet varierer indenfor det i nedenstående tabel 2 angivne område.

TABEL 2

Eks. nr. PMDI Lignin P.C. I.B. T.S.

_(JJ_(JJ_(%J_(psi) (kq/cm2) (%) 15 7 66,8 22,2 11,0 167 11,7 18,8 8 61,0 22,2 16,8 140 9,8 19,9 9 55,5 22,2 22,3 128 9,0 28,7 10 44,4 22,2 33,4 116 8,2 25,4 20

Eksempler 11 - 15

Fremgangsmåden ifølge Eksemplerne 1 til 10 gentages med følgende ændringer: Der anvendes butylencar- bonat i stedet for propylencarbonat. Klæbemiddelindhol-25 det i eksemplerne 11 til 15 holdes konstant på 3,5% baseret på 100 vægtdele træ. I Eksempel 11 anvendes 100% flydende PMDI med 46,5% diphenylmethandiisocyanat. Eksempel 15 inkluderer 22 vægt% lignin med et klæbemiddel-indhold på 4,5 vægt%. Indholdet af den flydende diphe-3 0 nylmethandiisocyanat-polymethylenpolyphenylisocyanat (PMDI) blanding med 46,5% diphenylmethandiisocyanat og procentmængden af carbonat varierer som angivet i tabel 3 nedenfor.

DK 152565B

10 TABEL 3

Eks. nr. PMDI B.C. _I.B. T.S.

____(%J_(%_)_(psi)(kq/cm2) (%) 11 100,0 - 158 11,1 20,1 5 12 78,0 22 168 11,8 17,8 13 70,0 30 159 11,2 19,0 14 55,0 45 135 9,5 24,6 15 56,0 22 127 8,9 27,2 10

Eksempler 16 (Sammenligningseksempel).

Fremgangsmåden ifølge eksemplerne 1 til 15 gentages bortset fra, at der benyttes phenolformaldehydhar- 15 piks (6%) som klæbemiddel, og at pressetiden er 9 minutter og pressetemperraturen 220°C. Nedenstående prøveresultater viser, at der må sættes en voks til det pressede materiale for at opnå ønskede egenskaber.

20 I.B. T.S.

(psi)(kq/cm2) (%) 101 7,1 32,3 25 Eksempel 17 - 21

Der udføres en række forsøg i overensstemmelse med fremgangsmåden ifølge Eksemplerne 1 til 6 under anvendelse af 30 vægtdele propylen- og butylencarbonat og 70 vægtdele polyisocyanatkompositioner. Eksempel 21 er 30 en blanding af 70 dele PMDI, 15 dele P.C. og 15 vægtdele B.C.. Klæbemiddelindholdet holdes på 3,5 vægt% baseret på 100 vægtdele træ. Carbonatet og isocyanaterne samt prøveresultaterne er angivet i Tabel 4.

DK 152565B

11 TABEL 4

Eks. nr. Alkylen- Polyiso- I.B T.S.

__caerbonat cyanat (%) (psi) (kg/cm2) (%) 17 P.C. TDI 135 9,5 18,1 5 18 P.C. TPMI 141 9,9 20,2 19 B.C. TDI 136 9,6 17,6 20 BvC. TPMI 139 9,8 19,3 21 P.C. <©g B.C. PMDI 160 11,2 19,5 10 Ved sammenligning af de i sammenligningsekserapel 16 opnåede I.B.— og T.S.—værdier med de tilsvarende,i de øvrige ovenstående ekempler opnåede værdier ses det, at de pressede plader afølge opfindelsen er de kendte plader med phenolformaldehydharpiks som klæbemiddel væsent-15 lig overlegne med hensyn til de pågældende fysiske egenskaber .

Claims (4)

1. Presset plade, som består af lignocellulose-holdige partikler og et polyisocyanatklæbemiddel samt eventuelt lignin, kendetegnet ved, at klæbemidlet forefindes i en mængde på fra 1,5 til 12, for-5 trinsvis fra 2,5 til 6,5 vægti, baseret på ovntørrede partikler, og at det består af 20 til 95, fortrinsvis 50 til 75, vægt% af et organisk di- eller polyisocyanat og 80 til 5, fortrinsvis 50 til 25, vægt% af et flydende alkylencarbonat.

2. Presset plade ifølge krav 1, kendeteg net ved, at der til klæbemidlet er tilsat fra 0 til 60, fortrinsvis 20 til 35, vægti lignin baseret på det totale klæbemiddel.

3. Presset plade ifølge krav 1 eller 2, 15 kendetegnet ved, at partiklerne er træpartikler.

4. Presset plade ifølge krav 1, 2 eller 3, kendetegnet ved, at di- eller polyisocyanatet er et diphenylmethandiisocyanat eller en blanding af 20 diphenylmethandiisocyanat og de højere funktionelle polymethylenpolyphenylisocyanater.