Способ соединения поверхностей

Способ соединения поверхностей

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу соединения поверхностей. Оно также относится к способу изготовления продукта (изделия) на основе дерева.

В производстве склеиваемых изделий, таких как ламинированные балки, фанерованные продукты, паркет для настилки полов, доски с сердцевиной, брус, фанера и пр., сборки из деревянных деталей соединяются посредством нанесения клея с последующим этапом их сжатия.

Некоторые клеи требуют сравнительно высокого содержания растворителя, такого как вода, чтобы получить подходящую вязкость при нанесении на поверхность. Обычно также требуется избыток растворителя для клеев на основе эмульсий, называемых также дисперсионными клеями, и для клеев на основе смол, чтобы получить клей на основе стабильной эмульсию или на основе стабильной смолы. При более высоком содержании твердых веществ в клее повышение вязкости, обусловленное старением эмульсии, более сильно выражено, чем при более низком содержании твердых веществ.

Процесс склеивания включает в себя этап физической сушки/образования пленки и/или этап химического отверждения. Когда используется клей, имеющий сравнительно высокое содержание растворителя, время сжатия увеличивается, чтобы обеспечивался достаточный процесс физической сушки/образования пленки клея на линии склеивания. Клеи, которые могут требовать длительного времени сжатия, обычно являются клеями в виде эмульсий на водной основе, например, такими как поливинилацетатные клеи или эмульсионные полимерные изоцианатные клеи, или смолы на водной основе аминного или фенольного типа. При использовании таких клеев содержание влаги в склеиваемых деревянных материалах часто должно быть уменьшено перед их склеиванием, чтобы окончательное содержание влаги в склеенном деревянном продукте не стало слишком высоким. Уменьшение содержания влаги вместе с нанесением влажного клея могут оказать неблагоприятные воздействия из-за изменения влагосодержания, что может привести к смещению материалов, дающему такой отрицательный эффект, как искривление.

Другой проблемой при использовании клеев на основе эмульсий является трудное склеивание неровных поверхностей. Во время сжатия нанесенный клей имеет склонность к выдавливанию, при этом его остается слишком мало, чтобы он мог заполнить промежуток между поверхностями во всех местах.

Чтобы уменьшить требуемое время сжатия, были предложены различные решения. Например, в ЕР 1190823 А3 раскрыт способ, включающий в себя нагревание поверхностей. Другим подходом является сушка клея после нанесения. Способы и устройства, относящиеся к сушке нанесенных клеев, обсуждаются в следующих источниках, приведенных в ссылках: в патентах США №№ 3160543, 4812366, 5234519 и в ЕР 0979712 А1.

Проблема, возникающая при воздействии форсированной сушки на нанесенный клей, заключается в том, что требуется обеспечить очень узкий максимальный промежуток времени между окончанием этапа форсированной сушки и контактированием и сжатием поверхностей. Если проходит слишком много времени перед этапом сжатия, клеевое соединение будет слишком слабым по причине преждевременного образования пленки или предотверждения.

Ни один из вышеупомянутых источников не упоминает о том, как увеличить или управлять максимальным промежутком времени, который может пройти между сушкой слоя клея и последующим этапом сжатия. Более того, в них ничего не говорится о склеивании неровных поверхностей.

Целью настоящего изобретения является обеспечение способа склеивания, который дает соединения высокого качества при коротком времени сжатия и который обеспечивает длинный максимальный промежуток времени между окончанием этапа форсированной сушки слоя клея и началом последующего этапа сжатия. Другой целью настоящего изобретения является обеспечение улучшенного способа соединения неровных поверхностей.

Вышеупомянутые цели достигаются способом соединения поверхностей, включающим в себя в следующем порядке: нанесение клеевой композиции (А), содержащей растворитель, на поверхность первой детали из материала, отгон (высыхание) растворителя, частичный или полный, форсированной сушкой, чтобы получить клеевую композицию (А) с содержанием твердых веществ Х в мас.% непосредственно после этапа сушки, нанесение компонента (С), содержащего растворитель, имеющий содержание твердых веществ Z в мас.%, на поверхность второй детали из материала, при этом Z < X, сведение вместе двух поверхностей так, чтобы клеевая композиция (А) находилась в контакте с компонентом (С), и прижимание двух поверхностей друг к другу.

Вышеупомянутые цели также достигаются способом изготовления продуктов на основе дерева, включающим в себя в следующем порядке: нанесение клеевой композиции (А), содержащей растворитель, на поверхность первой детали из материала на основе дерева, отгон растворителя, частичный или полный, форсированной сушкой, чтобы получить клеевую композицию (А) с содержанием твердых веществ Х в мас.%, непосредственно после этапа сушки, нанесение компонента (С), содержащего растворитель, имеющий содержание твердых веществ Z в мас.%, на поверхность второй детали из материала на основе дерева, при этом Z < X, сведение вместе двух поверхностей таким образом, чтобы клеевая композиция (А) находилась в контакте с компонентом (С), и прижимание двух поверхностей друг к другу.

В подходящем случае эти способы включают в себя в следующем порядке: нанесение клеевой композиции (В), содержащей растворитель, на поверхность второй детали перед нанесением компонента (С), отгон растворителя, частичный или полный, форсированной сушкой, из клеевой композиции (В) для получения непосредственно после сушки клеевой композиции (В) с содержанием твердых веществ Y в мас.%, при этом Z<Y, и нанесение компонента (С) на одну или обе клеевые композиции (А) и (В). Растворитель в подходящем случае частично отгоняется сушкой из нанесенной клеевой композиции (А) и/или нанесенной клеевой композиции (В).

Под "клеевой композицией" здесь подразумевается композиция, которая сама по себе способна действовать как клей, а не просто являться компонентом клея, который требует одного или нескольких других компонентов для образования клея.

Под "содержанием твердых веществ" здесь подразумевается содержание компонентов клея, измеряемое по следующей методике: 1 г клея помещают на металлическую крышку и подвергают воздействию 120°С в нагревательной камере в течение 30 минут. Процент клея, оставшийся на крышке, определяют как содержание твердых веществ в клее.

Под "растворителем" здесь подразумевают любое вещество, которое выпаривается при вышеупомянутых условиях.

В подходящем случае от около 10 до 100 мас.% растворителя отгоняются сушкой из клеевой композиции (А), предпочтительно от около 20 до около 90 мас.%. В подходящем случае от около 10 до около 100 мас.% растворителя отгоняются сушкой из клеевой композиции (В), предпочтительно от около 20 до около 90 мас.%.

Соответственно, Х составляет от около 20 до 100, предпочтительно от около 35 до около 95, наиболее предпочтительно от около 50 до около 90. Соответственно, Z составляет от около 0 до около 70, предпочтительно от около 5 до около 60, наиболее предпочтительно от около 10 до около 50. Соответственно, Y составляет от около 20 до около 100, предпочтительно от около 35 до около 95, наиболее предпочтительно от около 50 до около 90.

Соотношение масс нанесенных клеевой композиции (А) и компонента (С) на единицу площади в подходящем случае составляет от около 1:0,5 до около 50:1, предпочтительно от около 1:1 до около 25:1, наиболее предпочтительно от около 2:1 до около 15:1.

Под "форсированной сушкой" здесь подразумевается любая процедура, повышающая скорость сушки по сравнению с естественной сушкой слоя клея, нанесенного на поверхность, происходящей благодаря воздействию окружающего воздуха и его проникновению в подложку.

Растворитель может быть отогнан посредством использования любых возможностей для форсированной сушки, таких как сухой воздух, сухие газы, воздушное дутье или нагревание, предпочтительно нагревание. Примерами подходящих способов нагрева являются излучение (ИК) тепловое, обдувание теплым воздухом, обдувание сухим воздухом или микроволновый нагрев. Предпочтительно растворитель отгоняют посредством сушки с использованием теплового излучения.

Клеевая композиция (А) и клеевая композиция (В) могут иметь одинаковый состав или различный состав. Предпочтительно клеевая композиция (А) и клеевая композиция (В) содержат одинаковый тип клея. Наиболее предпочтительно, чтобы клеевая композиция (А) и клеевая композиция (В) были по существу одинаковы. Клеевая композиция (А) и клеевая композиция (В), подходящие для настоящего способа, могут быть любым клеем, содержащим растворитель. Предпочтительно, чтобы клеевая композиция (А) и клеевая композиция (В) не имели полимера, содержащего амидную или имидную связь, в качестве основного компонента.

Предпочтительно клеевая композиция (А) и клеевая композиция (В) являются водными клеевыми композициями. В одном предпочтительном воплощении изобретения клеевая композиция (А) и клеевая композиция (В) в подходящем случае принадлежат к группе клеевых композиций на основе полимерной эмульсии. В этом случае предпочтительными клеевыми композициями являются композиции на основе поливинилацетата, этиленвинилацетата, эмульсионного полимерного изоцианата, полиуретана, стиролбутадиена и акрилатов. Наиболее предпочтительно, чтобы клеевая композиция (А) и клеевая композиция (В) являлись клеевыми композициями на основе поливинилацетата или на основе эмульсионного полимерного изоцианата.

В другом предпочтительном воплощении изобретения клеевая композиция (А) и клеевая композиция (В) в подходящем случае принадлежат к группе клеевых композиций на основе отверждаемой смолы. В этом случае предпочтительно, чтобы клеевая композиция (А) и клеевая композиция (В) являлись клеевой композицией на основе аминосмолы или фенольной смолы.

Одна или обе клеевые композиции (А) и (В) могут также содержать как полимерную эмульсию, так и отверждаемую смолу. Одна из клеевых композиций (А) и (В) может также являться клеевой композицией на основе полимерной эмульсии, а другая может принадлежать к группе клеевых композиций на основе отверждаемой смолы.

Исходное содержание твердых веществ, т.е. содержание твердых веществ в клеевой композиции (А) и клеевой композиции (В) при их нанесении в подходящем случае составляет от около 1 до около 95 мас.%, предпочтительно от около 10 до около 90 мас.%, еще более предпочтительно от около 30 до около 70 мас.%, наиболее предпочтительно от около 40 до около 60 мас.%.

Компонент (С), подходящий для настоящего способа, является в подходящем случае жидким и может быть любым компонентом, содержащим растворитель. В одном воплощении изобретения подходящий компонент (С) по существу состоит из растворителя, которым предпочтительно по существу является вода.

В другом воплощении изобретения компонент (С) является в подходящем случае клеевой композицией, принадлежащей к группе клеевых композиций на основе полимерной эмульсии или клеевых композиций на основе отверждаемой смолы. Компонент (С) является в подходящем случае водной клеевой композицией. В случае клеевых композиций на основе полимерной эмульсии предпочтительными клеевыми композициями являются композиции на основе поливинилацетата, этиленвинилацетата, эмульсионного полимерного изоцианата, полиуретана, стиролбутадиена и акрилатов. Наиболее предпочтительно, чтобы компонент (С) являлся клеевой композицией на основе поливинилацетата или клеевой композицией на основе эмульсионного полимерного изоцианата. В случае клеевых композиций на основе отверждаемой смолы компонент (С) предпочтительно является клеевой композицией на основе аминосмолы или фенольной смолы. Компонент (С) может также содержать один или несколько отвердителей для одной или нескольких отверждаемых смол.

Растворителем в клеевой композиции (А), клеевой композиции (В) и компоненте (С) может являться любой растворитель, подходящий для использования в клеевых композициях. Подходящим растворителем является вода или органический растворитель, принадлежащий к группе спиртов, эфиров и кетонов. Примерами подходящих растворителей являются метанол, этанол, пропанол, гликоли, такие как этандиол и пропандиол. Предпочтительно, чтобы растворителем являлась вода. Растворитель в клеевой композиции (А), клеевой композиции (В) и компоненте (С) может также содержать комбинацию растворителей. В клеевой композиции (А), клеевой композиции (В) и компоненте (С) могут также использоваться различные растворители.

Сжатие сборки соответственно осуществляется с давлением от около 0,1 до около 10 МПа, предпочтительно от около 0,5 до около 5 МПа, наиболее предпочтительно от около 0,75 до около 3 МПа.

Время сжатия может меняться, и оно зависит, например, от используемой системы клеев, от типа изготавливаемого продукта и от типа используемого сжатия. В одном подходящем типе процесса склеивания поверхности для соединения собирают в единое целое перед этапом сжатия. В этом случае время сжатия составляет соответственно от около 0,01 до около 3000 с, предпочтительно от около 0,1 до около 1000 с, наиболее предпочтительно от около 1 до около 60 с.

В другом подходящем типе процесса склеивания поверхности для соединения непрерывно собирают и сжимают их перемещением через сжимающий вал, ленточный пресс или фрикционный пресс. В этих случаях время сжатия соответственно составляет от около 0,001 до около 300 секунд, предпочтительно от около 0,1 до около 60 секунд, наиболее предпочтительно от около 1 до около 30 секунд. В конкретном случае сжимающего вала время сжатия соответственно составляет от около 0,001 до около 10 секунд, предпочтительно от около 0,1 до около 1 секунды.

Сжатие в подходящем случае осуществляется при обычной температуре окружающей среды, в подходящем случае такой, как комнатная температура, без любого дополнительного нагрева. В некоторых случаях, например, когда присутствует отверждаемая смола, сжатие в подходящем случае осуществляется при нагревании. В тех случаях, когда требуется нагревание, температура сжатия составляет соответственно от около 40 до около 200°С, предпочтительно от около 60 до около 130°С.

В дополнительном воплощении изобретения может быть определено содержание твердых веществ в нанесенных слоях клеевых композиций (А) и (В) посредством измерения содержания растворителя в слоях клеев с использованием, например, измерительных приборов в ближнем инфракрасном диапазоне (БИК). Это позволяет точно подобрать требуемый эффект сушки в единицах интенсивности и/или времени сушки, чтобы получить определенное время сборки и/или время сжатия. Например, если используется ИК-сушка, то можно использовать измеренную величину содержания растворителя для подбора интенсивности ИК и/или времени сушки.

Соединяемые поверхности в настоящем способе могут быть из материала любого типа. Подходящими поверхностями являются поверхности лигноцеллюлозных материалов, включая бумагу, синтетические или природные полимерные материалы. Предпочтительно, чтобы соединяемые поверхности были из материалов на основе дерева. В число материалов на основе дерева здесь также включаются волокнистые, стружечные и макулатурно-картонные материалы.

Изобретение пригодно для изготовления любых типов склеенных продуктов, в особенности склеенных продуктов на основе дерева, таких как ламинированные балки, фанерованные продукты, продукты с проклеенной кромкой и паркет для настилки полов.

В предпочтительном воплощении изобретения водная дисперсия поливинилацетатного клея наносится на одну поверхность каждой из двух деталей из деревянных материалов, после чего отгоняется вода с использованием сушки инфракрасным излучением так, чтобы обе клеевые композиции имели содержание твердых веществ от около 60 до около 80 мас.%. Через несколько минут на один из высушенных слоев клея наносят водную дисперсию той же самой поливинилацетатной клеевой дисперсии, и две детали собирают и прижимают одну к другой.

В другом предпочтительном воплощении изобретения водная дисперсия поливинилацетатного клея наносится на поверхность детали из деревянного материала, после чего отгоняется вода с использованием сушки инфракрасным излучением так, чтобы клеевая композиция имела содержание твердых веществ от около 60 до около 80 мас.%. Через несколько минут на другую поверхность детали из деревянного материала наносят водную дисперсию той же самой поливинилацетатной клеевой дисперсии, и две детали собирают и прижимают одну к другой.

Изобретение теперь будет описано далее в связи со следующими примерами, которые однако не следует понимать, как ограничивающие объем изобретения.

ПРИМЕРЫ

Пример 1

Был изготовлен двухслойный продукт с использованием поливинилацетатного клея на водной основе, имеющего исходное содержание твердых веществ 50 мас.% Температура окружающей среды была 20°С. На две деревянные детали толщиной 16 мм и размером 140 мм х 50 мм наносили 75 г/м² клея, имеющего исходное содержание твердых веществ 50 мас.%. Слои клея на каждой детали сушили нагреванием с использованием инфракрасного излучения так, чтобы оба слоя клея имели содержание твердых веществ (X, Y) около 70 мас.%. Новое содержание твердых веществ определяли взвешиванием деталей. Детали затем приводили в непосредственный контакт и прижимали одна к другой с давлением 1,5 МПа в течение 10 минут. Промежуток времени между сушкой слоев клея и контактированием этих слоев был меньше 10 секунд. Прочность склеивания непосредственно после сжатия измеряли посредством "испытания стамеской". При этом испытании две склеенные детали с усилием отсоединяют одну от другой с использованием стамески и определяют процент приклеенной поверхности, которая показывает разрывы волокон.

Пример 2

Повторяли ту же процедуру, что и в Примере 1, за исключением того, что поверхности, на которые наносили клей, не приводили в контакт одну с другой в течение 2 минут после сушки. Содержания твердых веществ определяли взвешиванием деталей как непосредственно после нагревания, так и непосредственно перед сжатием. Прочность склеивания измеряли с использованием "испытания стамеской".

Пример 3 (изобретение)

Двухслойный продукт изготавливали, следуя тем же этапам, что и в Примере 1, за исключением того, что поверхностям с нанесенным клеем давали выдержку в течение 2 минут, после чего на одну из поверхностей наносили дополнительный клей. Это клей того же типа, как и прежний, но с содержанием твердых веществ (Z) 25 мас.%, и его наносили в количестве 21 г/м². Поверхности затем приводили в контакт одна с другой и сборку сжимали с давлением 1,5 МПа в течение 10 минут. Прочность склеивания измеряли с использованием "испытания стамеской".

Пример 4 (изобретение)

Изготавливали двухслойный продукт из того же материала и того же размера, что и в Примерах 1-3, и с использованием того же самого клея. Однако только на одну из деталей наносили клей в количестве 100 г/м², имеющий исходное содержание твердых веществ 50 мас.%. Слой клея затем подсушивали до содержания твердых веществ (Х) около 65 мас.% и выдерживали в течение 2 минут. На другую деталь затем наносили клей того же типа, что и раньше, но с содержанием твердых веществ (Z) 25 мас.% и в количестве 60 г/м². После этого поверхности приводили в контакт одну с другой и сборку сжимали с давление 1,5 МПа в течение 10 минут. Прочность склеивания измеряли с использованием "испытания стамеской".

Результаты представлены в Таблице 1.

Таблица 1
	Прочность склеивания(% разорванных волокон)
Время между сушкой и сжатием	Примеры 1 и 2	Пример 3	Пример 4
Меньше 10 секунд	75-80	75-80	-
2 минуты	30-40	70-80	70

Из Примеров 1-4 делается вывод, что способ по настоящему изобретению дает отличную прочность склеивания также тогда, когда прошел некоторый промежуток времени между сушкой и сжатием.

1. Способ соединения поверхностей, включающий в себя в следующем порядке нанесение клеевой композиции (А) на основе эмульсии полимера или на основе отверждаемой смолы, содержащей растворитель, на поверхность первой детали из материала, высушивание испарением растворителя, частичное или полное, форсированной сушкой с получением клеевой композиции (А) с содержанием твердых веществ Х мас.% непосредственно после этапа сушки, нанесение компонента (С), содержащего растворитель, имеющий содержание твердых веществ Z мас.%, на поверхность второй детали из материала, при этом Z<X, сведение вместе двух поверхностей таким образом, чтобы клеевая композиция (А) находилась в контакте с компонентом (С), и прижатие двух поверхностей друг к другу.

2. Способ по п.1, дополнительно включающий в себя в следующем порядке: нанесение клеевой композиции (В) на основе эмульсии полимера или на основе отверждаемой смолы, содержащей растворитель, на поверхность второй детали перед нанесением компонента (С), высушивание испарением растворителя из клеевой композиции (В), частичное или полное, форсированной сушкой с получением клеевой композиции (В) с содержанием твердых веществ Y мас.%, непосредственно после этапа сушки, при этом Z<Y, и затем нанесение компонента (С) на клеевую композицию (В).

3. Способ по п.1, дополнительно включающий в себя в следующем порядке: нанесение клеевой композиции (В) на основе эмульсии полимера или на основе отверждаемой смолы, содержащей растворитель, на поверхность второй детали перед нанесением компонента (С), высушивание испарением растворителя из клеевой композиции (В), частичное или полное, форсированной сушкой с получением клеевой композиции (В) с содержанием твердых веществ Y мас.% непосредственно после этапа сушки, при этом Z<Y, и затем нанесение компонента (С) как на клеевую композицию (А), так и на клеевую композицию (В).

4. Способ по любому из пп.1-3, в котором из клеевой композиции (А) испаряется при сушке от около 10 до около 100 мас.% растворителя.

5. Способ по любому из пп.2 и 3, в котором из клеевой композиции (В) испаряется при сушке от по меньшей мере 10 до около 100 мас.% растворителя.

6. Способ по любому из пп.1-3, в котором Х имеет значение от около 50 до около 90.

7. Способ по любому из пп.1-3, в котором Z имеет значение от около 10 до около 90.

8. Способ по любому из пп.2-3, в котором Y имеет значение от около 50 до около 90.

9. Способ по любому из пп.1-3, в котором отношение массы нанесенной композиции (А) к массе компонента (С) на единицу площади составляет от около 2:1 до около 15:1.

10. Способ по любому из пп.1-3, в котором клеевая композиция (А) и клеевая композиция (В) принадлежат к группе клеевых композиций на основе эмульсии полимера.

11. Способ по любому из пп.1-3, в котором клеевая композиция (А) и клеевая композиция (В) принадлежат к группе клеевых композиций на основе отверждаемои смолы.

12. Способ по любому из пп.1-3, в котором компонент (С) является клеевой композицией, принадлежащей к группе клеевых композиций на основе эмульсии полимера.

13. Способ по любому из пп.1-3, в котором компонент (С) является клеевой композицией, принадлежащей к группе клеевых композиций на основе отверждаемой смолы.

14. Способ по любому из пп.1-3, в котором компонент (С) состоит по существу из воды.

15. Способ по любому из пп.1-3, в котором растворителем является вода.

16. Способ по п.15, в котором компонент (С) содержит один или несколько отвердителей для одной или нескольких отверждаемых смол.

17. Способ по любому из пп.1-3, в котором поверхностями являются поверхности материалов на основе дерева.

18. Применение способа по любому из пп.1-17 для производства склеенного продукта на основе дерева.

19. Применение по п.18, в котором склеенным продуктом на основе дерева является дощато-клеенная балка, продукт с проклеенной кромкой или паркет для настилки полов.