Клеевые композиции, реакционные системы и способы производства лигноцеллюлозных композитов

Клеевые композиции, реакционные системы и способы производства лигноцеллюлозных композитов

Реферат

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Описание относится к адгезивам, реакционным системам и способам использования в производстве лигноцеллюлозных композитов.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Производство формуемых прессованием композитов из смеси стружек (опилок) или волокон и полиизоцианатного связующего вещества хорошо известно. Изоцианатные связующие вещества являются превосходными склеивающими веществами для стружек (опилок) или волокон, но для них требуется использование высоких температур при прессовании во время производства композитных панелей (плит) из этих лигноцеллюлозных порошковых субстратов.

Часто нужны температуры прессования более 400°F, часто такие высокие, как 430°F или даже выше, чтобы достичь эффективного отверждения связующего вещества в разумный период времени. Существует компромиссное соотношение между температурой прессования и временем нахождения в прессе. Более низкие температуры прессования обычно приводят к более длительному времени нахождения в прессе. Более длительные сроки нахождения в прессе нежелательны для промышленности, так как они снижают производительность в процессе производства. Высокие температуры прессования требуют больше энергии и часто являются причиной выделения нежелательных количеств ЛОС (VOC; летучих органических соединений) из субстрата во время прессования. Кроме того, высокие температуры часто вызывают термическое повреждение композитных панелей (плит) и, в некоторых случаях, даже возгорание в прессе. Необходимость высокой степени нагрева имеет тенденцию приводить содержание влаги в конечном продукте (панели, доске) до нежелательно низких уровней.

Виды полиизоцианатных связующих веществ, используемых на практике в промышленности, являются почти без исключений изоцианатами серии МДИ, обычно полимерные МДИ (которые относятся к различным смесям дифенилметандиизоцианатов и более высокомолекулярных полиметиленполифенилполиизоцианатным олигомерам). Эти полиизоцианатные связующие вещества, наиболее сильными являются связующие вещества фенолформальдегидного (ФФ; PF) типа в отношении качества производимых панелей (плит). Лигноцеллюлозные композиты, производимые с использованием связующих веществ МДИ, обычно являются более устойчивыми к повреждению влагой, чем подобные панели (плиты), изготовленные с помощью ФФ смол. Дополнительным преимуществом МДИ связующих веществ, которое сделало их высоко привлекательными для производства ПОВ (OSB; плиты с ориентированным волокном), является большая допустимость влажности субстрата. МДИ связующие вещества, в противоположность ФФ смолам, часто можно использовать с древесными субстратами, которые имеют более высокое содержание влаги. ФФ смолы требуют очень высоких температур прессования при практически приемлемых для промышленности сроков присутствия в прессе. Широко используемый вид МДИ полициатанов лучше всего работает с древесными субстратами (стружки, опилки и/или волокна, часто называемые в промышленности «наполнителями»), которые предварительно были высушены до содержания влаги в интервале от примерно 2 до 6% по весу. Эта влажность все еще требует некоторой предварительной сушки наполнителя, хотя обычно не такой большой, как для ФФ связующих веществ. При предварительной сушке используются большие количества энергии и требуется дополнительная стадия в процессе производства. Это также требует дополнительной аппаратуры и создает новый вид опасности - топки сушилки. Было бы высоко желательно для практики в промышленности полностью исключить стадию предварительной сушки или, по меньшей мере, получить дополнительное снижение объема предварительной сушки.

Поэтому в промышленности древесных композитов существует сильная потребность, особенно в производстве прессуемых порошковых древесных композитов, таких как производство плит с ориентированными волокнами (ДОВ), в связующих веществах, которые можно использовать при более высоком содержании влаги в наполнителях, и которые будут структурироваться при более низких температурах прессования без снижения производительности пресса. Было бы желательно, чтобы можно было применять температуры прессования менее 400°F, предпочтительно, 350°F или ниже, без увеличения срока присутствия в прессе. Было бы также желательно, чтобы можно было использовать наполнитель с содержанием влаги более 6% по весу. Связующее вещество, которое может успешно соответствовать всем этим потребностям, обладает потенциалом значительно снижать стоимость продукта путем снижения потребления энергии. Дополнительные преимущества включают улучшенное качество продукта, сниженные выбросы и улучшенную безопасность для растений.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Одно из воплощений изобретения, которое отвечает потребностям, изложенным выше, представляет собой реакционную систему для производства частиц лигноцеллюлозного композита. Реакционная система содержит многокомпонентную клеевую композицию и лигноцеллюлозный субстрат. Лигноцеллюлозный субстрат предпочтительно включает множество связующих веществ для лигноцеллюлозы. Более предпочтительно, лигноцеллюлозный субстрат состоит, по существу, из массы лигноцеллюлозных частиц. Многокомпонентная клеевая композиция содержит, как минимум, два взаимореагирующих компонента, которые, желательно, применять с лигноцеллюлозным субстратом в виде отдельных потоков. Многокомпонентная клеевая композиция содержит, по меньшей мере, полифункциональный изоцианат, гидрофильный полиол и катализатор. Катализатор предпочтительно содержит, по меньшей мере, одно металлоорганическое соединение переходного металла.

Предпочтительными металлоорганическими соединениями переходных металлов являются те, которые можно использовать в смеси с полифункциональным изоцианатом. Чтобы обеспечить достаточную совместимость с изоцианатами при комнатной температуре в высокой степени желательно, чтобы катализатор, по существу, не содержал соединений щелочных металлов и щелочноземельных металлов. Кроме того, предпочтительно, чтобы катализатор, по существу, был лишен соединений других металлов, способных вызывать значительные взаимодействия полиизоцианата в условиях окружающей среды, в частности, соединений олова. Высоко предпочтительным классом катализаторов являются органические соединения железа, особенно соединений железа с хелатирующими лигандами. Предпочтительной группой гидрофильных полиолов являются полиэфирполиолы на основе исключительно или преимущественно этиленоксида, причем оксиэтиленовые сегменты составляют более 50% веса полиола. Полифункциональный изоцианат, желательно, включает один или более изоцианатов из серии МДИ. Предпочтительный полифункциональный изоцианат состоит, по существу, из одного или более представителей серии МДИ и, более предпочтительно, является смесью одного или более из дифенилметандиизоцианатных изомеров с одним или более из высокомолекулярных олигомеров серии МДИ (полиметиленполифенилполиизоцианаты).

Другое воплощение, которое отвечает потребностям, представленным выше, является способ производства лигноцеллюлозных композитов. Данный способ, как минимум, включает следующие стадии:

a) получение лигноцеллюлозного субстрата. Лигноцеллюлозный субстрат, предпочтительно, содержит множество лигноцеллюлозных связываемых веществ. Более предпочтительно, лигноцеллюлозный субстрат состоит, по существу, из массы лигноцеллюлозных частиц;

b) получение многокомпонентной клеевой композиции, содержащей, по меньшей мере, полифункциональный изоцианат, гидрофильный полиол и катализатор. Многокомпонентная клеевая композиция, как минимум, включает два взаимореагирующих потока, но могут, по желанию, включать более двух потоков. Предпочтительные композиции основных ингредиентов многокомпонентной клеевой композиции (полифункциональный изоцианат, гидрофильный полиол и катализатор) представлены теми, которые обсуждены выше;

c) нанесение отдельных и взаимодействующих компонентов многокомпонентной клеевой композиции на лигноцеллюлозный субстрат, желательно в виде независимых потоков без какого-либо предварительного смешивания компонентов в количествах, подходящих для получения изделия из связанного лигноцеллюлозного композита;

d) формование и прессование обработанного клеевой композицией лигноцеллюлозного субстрата в условиях, подходящих для структуризации (отвердевания) связующего вещества и получение изделия из связанного лигоноцеллюлозного композита;

e) извлечение из формы изделия из связанной лигноцеллюлозы.

При высоко предпочтительном воплощении данного способа катализатор предварительно смешивают с полифункциональным изоцианатом и наносят на субстрат в виде одного реактивного потока. Гидрофильный полиол наносят на субстрат в виде второго реактивного потока. При предпочтительных примерах данного способа многокомпонентную клеевую композицию наносят на лигноцеллюлозный субстрат в виде именно двух взаимореагирующих потоков химических соединений.

Другое воплощение включает связующие вещества для использования в производстве лигноцеллюлозных композитов. Многокомпонентная клеевая композиция как минимум включает два взаимореагирующих компонента, которые желательно наносить на лигноцеллюлозный субстрат в виде отдельных потоков. Многокомпонентная клеевая композиция включает полифункциональный изоцианат, гидрофильный полиол и катализатор. Катализатор предпочтительно включает, по меньшей мере, одно металлоорганическое соединение переходного металла. Предпочтительными металлоорганическими соединениями переходного металла являются те, которые можно использовать в смеси с полифункциональным изоцианатом. Чтобы обеспечить достаточную совместимость изоцианата при комнатной температуре крайне желательно, чтобы катализатор, по существу, не содержал соединений щелочных или щелочноземельных металлов. Кроме того, предпочтительно, чтобы катализатор, по существу, не содержал соединений других металлов, способных вызывать значительные побочные взаимодействия полиизоцианата в условиях окружающей среды, особенно соединений олова. Высоко предпочтительным классом катализаторов являются органические соединения железа, в частности соединения железа с хелатирующими лигандами. Предпочтительной группой гидрофильных полиолов являются полиэфирполиолы на основе исключительно или преимущественно этиленоксида, причем оксиэтиленовые сегменты составляют более 50% от веса полиола. Желательно, чтобы полифункциональный изоцианат включал один или более изоцианатов из серии МДИ. Предпочтительный полифункциональный изоцианат состоит, по существу, из одного или более представителей из серии МДИ и, более предпочтительно, состоит из смеси одного или более из дифенилметандиизоцианатных изомеров с одним или более из высокомолекулярных олигомеров из серии МДИ (полиметиленполифенилполиизоцианатов).

Непредвиденно и неожиданно было обнаружено, что данные связующие вещества, реакционные системы и процессы облегчают производство прессуемых лигноцеллюлозных композитов, особенно композитов, образуемых из массы с порошковым лигноцеллюлозным наполнителем, при низких температурах прессования без повышения срока присутствия в прессе. Кроме того, было обнаружено, совершенно непредвиденно, что данные связующие вещества, реакционные системы и процессы облегчают производство лигноцеллюлозных композитов из наполнителя с высоким содержанием влаги. Можно использовать наполнитель, имеющий содержание влаги более 6% по весу, и прессование может выполняться при температурах прессования 350°F или ниже. Данные связующие вещества, реакционные системы и процессы особенно подходят для производства плит с ориентированным волокном (ДОВ; OSB).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Описаны связующие вещества для использования в производстве лигноцеллюлозных композитов. Клеевая композиция включает два взаимодействующих компонента, которые желательно наносить на лигноцеллюлозный субстрат в виде отдельных потоков. Многокомпонентная клеевая композиция включает полифункциональный изоцианат, гидрофильный полиол и катализатор. Катализатор предпочтительно содержит, по меньшей мере, одно металлоорганическое соединение переходного металла. Предпочтительные металлоорганические соединения переходного металла допустимо использовать в смеси с полифункциональным изоцианатом. Чтобы обеспечить достаточную совместимость с изоцианатом при комнатной температуре, крайне желательно, чтобы катализатор, по существу, не содержал соединений щелочных или щелочноземельных металлов. Кроме того, предпочтительно, чтобы катализатор, по существу, не содержал соединений других металлов, способных вызывать значительные побочные взаимодействия полиизоцианата в условиях окружающей среды, особенно соединений олова. Высоко предпочтительным классом катализаторов являются органические соединения железа, в частности соединения железа с хелатирующими лигандами. Предпочтительной группой гидрофильных полиолов являются полиэфирполиолы на основе исключительно или преимущественно этиленоксида, причем оксиэтиленовые сегменты составляют более 50% от веса полиола. Желательно, чтобы полифункциональный изоцианат включал один или более изоцианатов из серии МДИ. Предпочтительный полифункциональный изоцианат состоит, по существу, из одного или более представителей из серии МДИ и, более предпочтительно, состоит из смеси одного или более из дифенилметандиизоцианатных изомеров с одним или более из высокомолекулярных олигомеров из серии МДИ (полиметиленполифенилполиизоцианатов).

Реакционные системы для получения адгезивно связанных изделий из лигноцеллюлозного композита описаны. Такая реакционная система включает многокомпонентную клеевую композицию и лигноцеллюлозный субстрат.Желательно, чтобы лигноцеллюлозный субстрат включал множество лигноцеллюлозных частиц склеиваемого материала. Более предпочтительно, когда лигноцеллюлозный субстрат состоит из, по существу, массы лигноцеллюлозных частиц, таких как древесные стружки (опилки) и/или древесные волокна. Эти частицы являются небольшими по сравнению с конечным формируемым прессованием изделием из лигноцеллюлозного композита, обычно имеющими максимальную длину в любом направлении менее шести дюймов. В особенно предпочтительном применении, таком как производство плит с ориентированными волокнами (ДОВ), субстрат состоит из, по существу, массы плоских древесных стружек, каждая из которых имеет максимальную длину менее шести дюймов, ширину менее трех дюймов и толщину примерно половину дюйма или менее. Древесные стружки обычно имеют изменчивые размеры и форму.

Многокомпонентная клеевая композиция, как минимум, включает два взаимореагирующих компонента, которые желательно наносить на лигноцеллюлозный субстрат в виде отдельных потоков (отдельные химические компоненты). Многокомпонентная клеевая композиция включает полифункциональный изоцианат, гидрофильный полиол и катализатор.

Полифункциональный изоцианат представляет собой, наиболее типично, ароматический полиизоцианат. Ароматическими полиизоцианатами, наиболее широко используемыми как связующие вещества в производстве прессуемых лигноцеллюлозных композитов, являются полиизоцианаты серии МДИ, наиболее типично, полимерные МДИ. Полимерные МДИ являются смесью нескольких дифенилдиизоцианатных изомеров и полиметиленполифенилизоцианатов с высокой функциональностью, составляющей более 2. Эти изоцианатные смеси обычно содержат более половины, по весу, разновидностей с высокой функциональностью. В остальных видах диизоцианатов, присутствующих в полимерных МДИ, обычно доминируют 4,4′-МДИ изомер и в меньших количествах 2,4′-изомер, и присутствуют следы 2,2′-изомера. Полимерный МДИ является продуктом фосгенирования сложной смеси анилин-формальдегидных конденсатов. Он обычно содержит от 30 до 34% по весу изоцианатных (-NCO) групп и имеет среднее число функциональности по изоцианатным группам от 2,6 до 3,0.

Однако в объем данного описания входит использование любого полифункционального органического изоцианатного связующего вещества. Не ограничивающие примеры других видов полифункциональных изоцианатов, которые можно использовать, включают один или более из представителей, выбранных из группы, состоящей из алифатических, аралифатических, ароматических и гетероциклических полиизоцианатов, имеющих среднее число функциональности по изоцианатным (-NCO)группам 2 или более и концентрации органически связанных изоцианатных групп от примерно 1% по весу до примерно 60% по весу. Ряд полиизоцианатов, которые можно использовать, включает форполимеры, псевдофорполимиры и другие модифицированные варианты мономерных полиизоцианатов, известных специалистам в данной области, которые содержат свободные реактивные органические изоцианатные группы. Предпочтительные полифункциональные изоцианаты являются жидкими при 25°С; имеют вязкость при 25°С менее 10000 сПз, более предпочтительно, менее 5000 сПз; и имеют концентрации свободных органически связанных изоцианатных групп от 10 до 33,6% по весу. Наиболее предпочтительные полиизоцианаты являются изоцианатами серии МДИ. Более предпочтительные изоцианаты серии МДИ включают полимерные МДИ и форполимеры, их варианты или производные, которые известны специалистам в данной области. Особенно предпочтительной группой изоцианатов серии МДИ являются изоцианаты, которые, по существу, свободны от форполимеров, содержащие менее 1% по весу, более предпочтительно, менее 0,1% по весу, и оптимально, 0% форполимеризированных видов. Представители этой особенно предпочтительной группы изоцианатов серии МДИ имеют концентрации свободных органически связанных изоцианатных групп от 31 до 32% по весу, среднее число функциональностей изоцианатной группы (NCO) от 2,6 до 2,9 и вязкость при 25°С менее 1000 сПз.

Многокомпонентная клеевая композиция содержит также, по меньшей мере, один гидрофильный полиол. Термин «полиол» означает органическое полифункциональное соединение с активным водородом. Гидрофильный полиол наиболее предпочтительно является органическим полиолом, причем присутствующие изоцианатореактивные функциональные группы с активным водородом состоят, по существу, из первичных и/или вторичных органически связанных гидроксильных групп; хотя по желанию можно использовать соединения с другими изоцианатореактивными функциональными группами. В предпочтительных воплощениях преобладающие изоцианатореактивные группы с активным водородом, присутствующие в гидрофильной структуре органических полиолов на молярной основе, являются органически связанными первичными и/или вторичными гидроксильными группами. В особенно предпочтительном воплощении единственными изоцианатореактивными группами с активным водородом, присутствующими в гидрофильной структуре гидрофильных полиолов, являются органически связанные первичные и/или вторичные гидрофильные группы. Первичные органически связанные гидроксильные группы являются наиболее предпочтительными. В одном из воплощений молярное отношение первичных органически связанных гидроксильных групп к вторичным органически связанным гидроксильным группам, присутствующим в гидрофильной полиольной структуре составляет более 1:1, более предпочтительно, более 2:1, еще предпочтительнее более 4:1, и наиболее предпочтительно, более 9:1.

Неограничивающие примеры подходящих альтернативных изоцианатореактивных функциональных групп с активным водородом, которые могут использоваться в структуре гидрофильного полиола, или в дополнение, или вместо первичных и/или вторичных органически связанных гидроксильных групп, включают один или более представителей, выбранных из группы, состоящей из первичных и вторичных органически связанных аминогрупп. По желанию можно использовать комбинации разных полиолов. Полиол содержит два или более изоцианатореактивных групп с активным водородом на молекулу. Гидрофильный полиол обладает некоторой степенью совместимости с водой. Предпочтительные гидрофильные полиолы смешиваются с водой во всех соотношениях. Особенно предпочтительной группой гидрофильных полиолов являются алифатические полиэфирполиолы, которые содержат этиленоксидные (оксиэтиленовые) элементы. Более предпочтительные гидрофильные полиэфирполиолы этой группы имеют содержание оксиэтиленовых групп более 50% по весу, еще предпочтительнее, более 70% по весу. Предпочтительный гидрофильный полиол имеет функциональность изоцианатореактивной группы с активным водородом по среднему числу от 2 до 10, предпочтительно, от 2 до 6, еще предпочтительнее от 3 до 5, и еще предпочтительнее от 3 до 4. Тиолы являются наиболее предпочтительными. Если желательно, можно использовать смеси разных гидрофильных полиолов. Если желательно, можно использовать отдельные полиолы, которые содержат комбинации разных видов изоцианатореактивных групп с активным водородом, таких как гидроксильные группы и первичные и/или вторичные аминогруппы в одной и той же молекуле. Общая функциональность таких полиолов со смешанной функциональностью, как понятно, является суммой отдельных изоцианатореактивных функциональностей групп с активным водородом.

Органические гидрофильный(е) полиол(ы) по желанию можно использовать в комбинации с одним или более из монофункциональных видов органических соединений с активным водородом, таких как моноолы или моноамины, которые не содержат других изоцианатореактивных групп с активным водородом и тому подобного. Присутствие таких видов монофункциональных органических соединений с активным водородом предпочтительно должно быть исключено или минимизировано.

Желательно, чтобы молекулярный вес (среднее число) гидрофильного органического полиола находился между примерно 300 и 10000, но более предпочтительно, между 400 и 6000, еще предпочтительнее, между 600 и 4000, еще предпочтительнее, между 700 и 2000, и наиболее предпочтительно, от 800 до 1500. Предпочтительные полиэфирполиолы обычно получают методами, хорошо известными специалистам в данной области, такими как соединение алкиленоксидов одного или более видов с одним или с комбинацией полифункциональных инициаторов. Наиболее предпочтительным алкиленоксидом является этиленоксид, но по желанию можно использовать другие виды алкиленоксидов (предпочтительно в минимальных количествах) вместе с этиленоксидом. Неограничивающие примеры произвольных алкиленоксидов включают пропиленоксид, бутиленоксид, оксиды высших алифатических альфа-олефинов, оксиды ароматических альфа-олефинов, такие как оксид стирола и комбинации этих соединений. Не ограничивающие примеры подходящих полифункциональных инициаторов включают этиленгликоль, воду, 1,2-пропандиол, 1,3-пропандиол, 1,4-бутандиол, 1,3-бутандиол, глицерин, 1,1,1-триметилолэтан, 1,1,1-триметилолпропан, пентаэритрит, сорбит, глюкозу, сахарозу, триэтаноламин, триизопропаноламин, этилен-диамин, этаноламин, любые изомеры толуолдиамина, 4,4′-диаминодифенилметан, 2,4′-диаминодифенилметан, бисфенол-А, любой из изомеров дигидроксибензола и комбинации этих соединений. Водорастворимые инициаторы более предпочтительны, и полностью смешиваемые с водой инициаторы еще более предпочтительны. Особенно предпочтительным инициатором является глицерин.

Неограничивающие примеры подходящих гидрофильных полиэфирполиолов включают этиленоксидные аддукты глицерина, этиленоксидные аддукты триметилолпропана, этиленоксидные и пропиленоксидные аддукты глицерина, причем содержание оксиэтилена составляет более - 50% по весу, этиленоксидные и пропиленоксидные аддукты триметилолпропана, причем содержание оксиэтилена составляет более 50% по весу, этиленоксидные и бутиленоксидные аддукты глицерина и/или триметилолпропана, причем содержание оксиэтилена составляет более 50% по весу, и смеси этих соединений. Если используют более одного алкиленоксида, распределение может быть беспорядочным, блоками или представлено их комбинацией. Можно использовать смеси разных полиэфирполиолов, но высоко предпочтительно, чтобы общее содержание оксиэтилена в таких смесях было более 50% по весу, предпочтительно, более 70% по весу или более от веса этой смеси.

Многокомпонентная клеевая композиция по данному изобретению может быть, по желанию, нанесено на субстрат в комбинации с известными связующими веществами не изоцианатного типа, но более типично, когда наносят только этот субстрат.Типичная общая нагрузка связующего вещества (включая все компоненты многокомпонентной клеевой композиции по данному изобретению, плюс любые связующие вещества не изоцианатного типа, которые могут быть использованы) находятся в интервале от примерно 1 до примерно 6% по весу от лигноцеллюлозного субстрата, более обычно, от примерно 1,5 до примерно 4%.

Многокомпонентная клеевая композиция, кроме того, содержит катализатор. Катализатор, желательно, содержит, по меньшей мере, одно металлоорганическое соединение переходного металла. В предпочтительном воплощении катализатор состоит, по существу, из одного или более из металлоорганических соединений переходных металлов. Предпочтительные металлоорганические соединения переходных металлов содержат один или более из металлов, выбранных из группы, состоящей из металлов групп IVB, VB, VIB, VIIB и VIIIB Периодической таблицы элементов. Более предпочтительной группой металлоорганических соединений переходных металлов, пригодных для использования в качестве катализаторов в данной реакционной системе, содержит один или более из металлов, выбранных из группы, состоящей из металлов группы VIIIB Периодической таблицы. Особенно предпочтительны металлоорганические соединения железа. Катализаторы из металлоорганических соединений переходных металлов предпочтительно содержат один или более из хелатирующих лигандов. Не ограничивающие примеры хелатирующих лигандов включают ацетилацетон, алкиловые или ариловые ацетоацетатные сложные эфиры, глюконат, циклопентадиенил и их сочетания. Ацетоацетон (АсАс) и ацетоацетаты являются примерами предпочтительных хелатирующих лигандов. Одной из групп особенно предпочтительных металлоорганических катализаторов, пригодных для использования в реакционных системах данного изобретения являются катализаторы, описанные в следующих патентах США, которые включены сюда в виде ссылки: US 5587414, US 6288200, US 6908875, US 6750310, US 6288255 и US 6762314.

Наиболее предпочтительными металлоорганическими соединениями переходных металлов являются те, которые можно использовать в смеси с полифункциональным изоцианатом. Чтобы обеспечить достаточную совместимость катализатора с изоцианатом при температурах окружающей среды и чтобы избежать нестабильности из-за нежелательных побочных реакций изоцианата до его использования или во время процесса нанесения, крайне желательно, чтобы данный катализатор, по существу, не содержал соединений щелочных или щелочноземельных металлов. Кроме того, предпочтительно, чтобы катализатор, по существу, не содержал соединения других металлов, способных вызывать значительные собственные взаимодействия полиизоцианатов в условиях окружающей среды, особенно соединений олова. Под «значительными собственными взаимодействиями» подразумеваются реакции изоцианатных групп с другими изоцианатными группами и/или другими химическими группами, присутствующими в полифункциональной изоцианатной композиции, которые достаточны для создания помехи использованию полифункционального изоцианата или его хранению в условиях температуры окружающей среды (комнатной) в сухой воздушной среде в течение, по меньшей мере, 24 часов, предпочтительно, по меньшей мере, 1 недели, более предпочтительно, по меньшей мере, 2 недель, еще предпочтительнее в течение, по меньшей мере, 4 недель, еще более предпочтительно, в течение, по меньшей мере, 60 суток и наиболее предпочтительно, в течение, по меньшей мере, 180 суток. Желательно, чтобы содержание свободного изоцианата (-NCO) в полифункциональном изоцианате, выраженное в процентах по весу, не должно меняться более чем на один процент во время хранения или использования перед его нанесением на субстрат. Под «по существу не содержит», «по существу свободен», «по существу лишен» подразумевается, что общий состав катализатора содержит менее 10% по весу в целом (относительно общего веса композиции катализатора) всех этих дестабилизирующих соединений, более предпочтительно, менее 1%, еще предпочтительнее менее 0,5%, еще предпочтительнее, менее 0,1% и наиболее предпочтительно, менее 0,01% по весу. Идеально, когда не должно быть обнаруживаемых количеств этих соединений, присутствующих в композиции катализатора.

Если желательно, можно использовать комбинации различных катализаторов из металлоорганических соединений переходных металлов. Предпочтительными катализаторами из металлоорганических соединений переходных металлов можно, если желательно, использовать в комбинации с традиционными уретановыми катализаторами, такими как третичные амины. Когда катализатор предназначен для использования при прямом контакте с полифункциональным изоцианатом, виды присутствующих третичных аминов, если они присутствуют, и их уровни должны быть отрегулированы так, чтобы обеспечить достаточную стабильность изоцианата, как указано выше. В предпочтительных воплощениях катализаторы из металлоорганических соединений переходных металлов являются единственными катализаторами, используемыми в многокомпонентных системах связующих средств.

Катализатор или катализаторы можно применять в реакционной системе в виде одного отдельного потока или большего количества потоков, можно применять в комбинации с одним или более из других компонентов многокомпонентной клеевой композиции или в любой комбинации из этих альтернатив. В предпочтительных воплощениях реакционной системы, по меньшей мере, одно из металлоорганических соединений переходных металлов смешивают с полифункциональным изоцианатом. В более широком смысле, хотя, в общем, менее предпочтительно, использовать, по желанию, такие дополнительные катализаторы, как третичные амины в сочетании с гидрофильным полиолом в виде отдельных потоков, или любую их комбинацию.

В более предпочтительных воплощениях реакционной системы многокомпонентная клеевая композиция состоит из только двух взаимореагирующих компонентов: потока полифункционального изоцианата, содержащего, по меньшей мере, один катализатор из металлоорганических соединений переходных металлов и второго потока, состоящего из, по меньшей мере, одного гидрофильного полиола. Гидрофильный полиол, желательно, является главным ингредиентом по весу во втором потоке. Полифункциональный изоцианат, желательно, является главным ингредиентом по весу в первом потоке.

Многокомпонентная клеевая композиция может, по желанию, также содержать другие ингредиенты в дополнение к полифункциональному изоцианату, катализатору и гидрофильному полиолу. Можно применять другие виды известных необязательных добавок. Неограничивающие примеры необязательных добавок, которые можно использовать, включают ингибиторы горения, такие как трис-(хлорпропил)фосфата (ТХПФ), триарилфосфаты, такие как трифенилфосфат, меламин, меламиновые смолы и графит; пигменты, краски; антиоксиданты, такие как триарилфосфиты (т.е. трифенилфосфит) и экранированные фенолы (т.е. БГА, БГТ и т.д.); светостабилизаторы; вспенивающие средства; неорганические наполнители; органические наполнители (отличающиеся от лигноцеллюлозного материала, используемого в субстрате); подавители дымообразования; парафиновый гач (жидкие и низкоплавкие углеводородные воски); антистатические средства; внутренние средства для освобождения от формы, такие как мыло, диспергируемые твердые воски, силиконы и жирные кислоты; инертные жидкие разбавители, особенно нелетучие разбавители, такие как триглицеридные масла (соевое масло, льняное масло и тому подобное); растворители, особенно относительно нелетучие растворители, такие как пропиленкарбонат; биоциды, такие как борная кислота; комбинации этих веществ и тому подобное. Методы использования этих и других известных необязательных добавок, и конкретные примеры и соответствующие их количества будут вполне понятны специалистам в данной области. Эти необязательные добавки можно, если желательно, использовать в целом или частично в виде отдельных потоков компонентов. В предпочтительных воплощениях необязательные ингредиенты, когда они используются, входят в рецептуру двухпоточной системы, обсужденной выше.

Лигноцеллюлозный сырьевой материал, обычно в виде мелкой стружки, волокон, частиц или их смесей, предварительно обрабатывают компонентами многокомпонентной клеевой композиции и опрокидывают в смесителе, чтобы обеспечить адекватное распределение клеевой композиции по сырьевому субстрату. Обработанный клеевой композицией лигноцеллюлозный сырьевой материал затем предварительно формуют в очень рыхлую массу перед прессованием. Относительные количества различных ингредиентов в многокомпонентной клеевой композиции, которую наносят на субстрат, может значительно меняться. При большинстве воплощений отношение числа изоцианатных (-NCO) групп к общему числу изоцианатреактивных групп с активным водородом в многокомпонентной клеевой композиции находится между 1:40 и 40:1. В предпочтительных воплощениях это отношение эквивалентов взаимореактивных функциональных групп находится между 1:20 и 20:1, более предпочтительно, между 1:10 и 10:1, еще предпочтительнее менее между 1:5 и 5:1. Весовое отношение различных компонентов многокомпонентной клеевой композиции регулируют так, чтобы обеспечить желаемое отношение взаимореактивных функциональных групп.

Количество катализатора(ов), используемого(ых) в многокомпонентной системе связующего материала может значительно меняться в зависимости от типа(ов) используемого(ых) катализатора(ов), желаемых условий отвердевания и желаемого времени присутствия в прессе (время отвердевания). Оптимизация уровней катализатора для достижения минимального времени отвердевания при желаемом сочетании условий отверждения будет понятна специалистам в данной области. Руководство по выбору и применению металлоорганических катализаторов на основе соединений переходных металлов можно найти в шести патентных источниках, процитированных ранее и в примерах, представленных ниже.

Представлен также способ производства лигноцеллюлозных композитов. При данном способе применяется описанная выше система. Данный способ включает следующие стадии:

а) получение лигноцеллюлозного субстрата.

Лигноцеллюлозный субстрат предпочтительно содержит множество лигноцеллюлозных частиц склеиваемого материала. Более предпочтительно, когда лигноцеллюлозный субстрат состоит, по существу, из массы лигноцеллюлозных частиц.

При произвольных воплощениях способа лигноцеллюлозные частицы, такие как древесные стружки, могут быть объединены с другими измельченными материалами для включения в конечный формируемый прессованием композит. Не ограничивающие примеры других измельченных материалов, которые можно использовать при этом произвольном воплощении, включают древесно-стружечные отходы, измельченные неметаллические автомеханические отходы, такие как отходы пенопласта и тканевые отходы (иногда называемые все вместе как «легкие обрезки»), порошковые отходы пластиков, неорганическое или органическое волокнистое вещество, сочетания этих материалов и тому подобные материалы. При предпочтительных воплощениях данного способа субстрат является только лигноцеллюлозным порошковым материалом, наиболее предпочтительно древесными стружками (опилками) вида, используемого в производстве плиты с ориентированными волокнами (ДОВ). Обычно предпочтительные виды лигноцеллюлозных материалов включают древесные частицы и волокна, но по желанию можно использовать другие виды лигноцеллюлозных материалов или отдельно или в сочетании с материалом на основе древесины. Не ограничив