Композитные изделия, полученные со связующими композициями, катализируемыми кислотами льюиса, которые включают таннины и многофункциональные альдегиды

Композитные изделия, полученные со связующими композициями, катализируемыми кислотами льюиса, которые включают таннины и многофункциональные альдегиды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Область техники

Варианты осуществления описанный в настоящем документе относятся, в общем, к композитным изделиям, изготовленным со связующими композициями, катализируемыми одной или несколькими кислотами Льюиса (Lewis), где связующая композиция включает один или несколько таннинов и один или несколько многофункциональных альдегидов, и к способам их получения и использования.

Описание предшествующего уровня техники

Чтобы получить композитные древесные изделия и композитные волокнистые изделия, требуется связующее вещество, которое соединяет друг с другом отдельные древесные частицы или волокна. Такие традиционные связующие вещества содержат формальдегид, который может наносить вред человеку и окружающей среде. Такие связующие вещества на основе формальдегида включают полимеры, которые образуют мочевина и формальдегид (UF), меламин и формальдегид (MF), фенол и формальдегид (PF), меламин, мочевина и формальдегид (MUF), а также фенол, мочевина и формальдегид (PUF). Хотя эти связующие вещества на основе формальдегида образуют композитные древесные изделия и композитные волокнистые изделия, имеющие желательный свойства, формальдегид высвобождается в процессе изготовление связующего вещества, в процессе отверждения композитного изделия, содержащего связующее вещество, а также из конечных композитных изделий, изготовленных с использованием связующего вещества.

Были исследованы разнообразные альтернативные связующие вещества в попытке уменьшения количества связующее вещество на основе формальдегида или полного устранения связующего вещества на основе формальдегида в процессе изготовления композитных изделий. Один тип связующих веществ, которые был исследованы, включает использование таннинов. С таннинами могут объединяться связующие вещества на основе формальдегида, что снижает суммарную концентрацию формальдегида в связующем веществе, которое используется индивидуально, или смешивается с отвердителем или отверждающим веществом, таким как гексаметилентетрамин, параформальдегид, диоксид кремния, борная кислота и т.п. Эти попытки уменьшения выбросов формальдегида, однако, сопровождаются одним или несколькими нежелательными эффектами, такими как непрерывное высвобождение связующим веществом большего количества формальдегида, чем это желательно, более продолжительные сроки отверждения, сокращение срока хранения полимера, уменьшение прочности изделия, сокращение возможности изменения технологических условий и/или снижение влагонепроницаемости.

Таким образом, существует потребность в улучшенных связующих композициях для получения композитных изделий, создающих уменьшенные или нулевые выбросы формальдегида.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предлагаются композитные изделия, полученные со связующими композициями, катализируемыми одной или несколькими кислотами Льюиса, где связующая композиция включает один или несколько таннинов и один или несколько многофункциональных альдегидов, а также и способы их получения. Согласно, по меньшей мере, одному конкретному варианту осуществления, способ получения композитного изделия может включать приведение в контакт множества подложек со связующей композицией. Связующая композиция может включать один или несколько таннинов, одну или несколько кислот Льюиса и одно или несколько многофункциональных альдегидных соединений. Одно или несколько многофункциональных альдегидных соединений могут включать: (1) два или более атомов углерода и две или более альдегидных функциональных групп, или (2) два или более атомов углерода, по меньшей мере, одну альдегидную функциональную группу, и, по меньшей мере, одну функциональную группу, которая не представляет собой альдегидную функциональную группу. Способ может также включать, по меньшей мере, частичное отверждение связующей композиции для получения композитного изделия. Атом углерода, по меньшей мере, одной альдегидной функциональной группы в отвержденной связующей композиции может иметь первую связь с первой молекулой таннина из одного или нескольких таннинов и вторую связь, которую образует (a) первая молекула таннина, (b) вторая молекула таннина из одного или нескольких таннинов или (c) атом кислорода, по меньшей мере, одной альдегидной функциональной группы.

Согласно, по меньшей мере, еще одному конкретному варианту осуществления, способ получения композитного изделия может включать приведение в контакт множества лигноцеллюлозных подложек со связующей композицией. Связующая композиция может включать один или несколько таннинов, одну или несколько кислот Льюиса, одно или несколько основных соединений, и одно или несколько многофункциональных альдегидных соединений. Один или несколько таннинов можно получить из черной акации, квебрахового дерево или их сочетания. Одна или несколько кислот Льюиса могут представлять собой борную кислоту, тетраборат натрия, гидроксид алюминия, диоксид кремния, силикат натрия или любое их сочетание. Одно или несколько основных соединений могут представлять собой гидроксид калия, гидроксид натрия, карбонат калия, карбонат натрия или любое их сочетание. Одно или несколько многофункциональных альдегидных соединений могут включать (1) два или более атомов углерода и две или более альдегидных функциональных групп, или (2) два или более атомов углерода, по меньшей мере, одну альдегидную функциональную группу, и, по меньшей мере, одну функциональную группу, которая не представляет собой альдегидную функциональную группу. Способ может также включать, по меньшей мере, частичное отверждение связующей композиции для изготовления композитного изделия.

Атом углерода, по меньшей мере, одной альдегидной функциональной группы в отвержденной связующей композиции может иметь первую связь с первой молекулой таннина из одного или нескольких таннинов и вторую связь, которую образует (a) первая молекула таннина, (b) вторая молекула таннина из одного или нескольких таннинов или (c) атом кислорода, по меньшей мере, одной альдегидной функциональной группы.

Согласно, по меньшей мере, одному конкретному варианту осуществления, композитное изделие может включать множество подложек и, по меньшей мере, частично отвержденную связующую композицию. Связующая композиция перед отверждением может включать один или несколько таннинов, одна или несколько кислот Льюиса, и одно или несколько многофункциональных альдегидных соединений. Одно или несколько многофункциональных альдегидных соединений могут включать (1) два или более атомов углерода и две или более альдегидных функциональных групп, или (2) два или более атомов углерода, по меньшей мере, одну альдегидную функциональную группу, и, по меньшей мере, одну функциональную группу, которая не представляет собой альдегидную функциональную группу. Атом углерода, по меньшей мере, одной альдегидной функциональной группы в отвержденной связующей композиции может иметь первую связь с первой молекулой таннина из одного или нескольких таннинов и вторую связь, которую образует (a) первая молекула таннина, (b) вторая молекула таннина из одного или нескольких таннинов или (c) атом кислорода, по меньшей мере, одной альдегидной функциональной группы.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Неожиданно и непредсказуемо было обнаружено, что связующие композиции, в которых содержатся один или несколько таннинов, одно или несколько многофункциональных альдегидных соединений, одна или несколько кислот Льюиса, а также необязательно одно или несколько основных соединений, можно использовать, чтобы получить на лигноцеллюлозной основе и/или на волокнистой основе композитные изделия, имеющие приемлемый свойства, без необходимости связующих веществ на основе формальдегида или без необходимости таких больших количеств связующих веществ на альдегидной основе, которые требовались ранее. Другими словами, связующая композиция, в которой содержатся один или несколько таннинов, один или несколько многофункциональных альдегидов, и одна или несколько кислот Льюиса, может быть использована индивидуально для изготовления композитных изделий, или с ней могут объединяться один или несколько связующих веществ на альдегидной основе для изготовления связующей системы, содержащей в меньшем количестве альдегидные соединения по сравнению с предшествующими связующими вещества на альдегидной основе.

При использовании в настоящем документе термин «таннин» означает как гидролизуемые таннины, так и конденсированные таннины. По существу, связующая композиция может включать гидролизуемые таннины, конденсированные таннины или сочетание гидролизуемых таннинов и конденсированных таннинов. В качестве иллюстрации, кустарники и/или деревья, из которых можно производить подходящие таннины, могут включать, но не ограничиваются этим, следующие виды: акация (Acacia), каштан (Castanea), мимоза (Vachellia), сенегалия (Senegalia), терминалия (Terminalia), филлантус (Phyllanthus), цезальпиния (Caesalpinia), дуб (Quercus), схинопсис (Schinopsis), тсуга (Tsuga), сумах (Rhus), орех (Juglans), гикори (Carya) и сосна (Pinus), или эти таннины можно использовать в любых сочетаниях или смесях. В качестве следующего примера, роды растений, из которых можно производить подходящие таннины, могут представлять собой, но не ограничиваются этим, схинопсис (Schinopsis), акация (Acacia) или их сочетание. В качестве следующего примера, роды растений, из которых можно производить подходящие таннины, могут представлять собой, но не ограничиваются этим, сосна (Pinus), гикори (Carya) или их сочетание.

Гидролизуемые таннины представляют собой смеси простых фенолов, таких как пирогаллол и эллаговая кислота, и сложных эфиров, которые образует сахар, например, глюкоза, а также галловая и дигалловая кислоты. Иллюстративные гидролизуемые таннины могут включать, но не ограничиваются этим, экстракты, для получения которых используются каштан посевной (Castanea sativa), (например, каштан благородный), терминалия (Terminalia) и филлантус (Phyllanthus) (например, чернильный орешек), цезальпиния дубильная (Caesalpinia coriaria) (например, цезальпиния красильная или диви-диви), цезальпиния колючая (Caesalpinia spinosa), (например, тара), мимозка, средиземноморский дуб и дуб (Quercus) (например, дуб черешчатый). Конденсированные таннины представляют собой полимеры, которые образуются в результате конденсации флаванов. Конденсированные таннины могут представлять собой линейные или разветвленные молекулы. Иллюстративные конденсированные таннины можно производить, используя следующие растения, но не ограничиваются этим: черная акация (Acacia mearnsii) (например, экстракт коры черной акации или мимозы), схинопсис (Schinopsis) (например, квебрахо экстракт древесины), тсуга (Tsuga) (например, экстракт коры гемлока), сумах (Rhus) (например, экстракт сумаха), орех (Juglans) (например, грецкий орех), гикори (Carya illinoinensis) (например, пекан) и сосна (Pinus) (например, экстракт коры сосны лучистой и сосны приморской).

Конденсированные таннины включают от приблизительно 70 мас.% до приблизительно 80 мас.% активных фенольных ингредиентов («танниновая фракция»), а остальные ингредиенты («нетанниновая фракция») могут включать, но не ограничиваются этим, углеводы, гидроколлоидные камеди, а также фракции аминокислот и/или иминокислот. Конденсированные таннины можно использовать в таком виде, в котором они извлекаются или экстрагируются из органического материала, или конденсированные таннины можно очищать, получая, например, приблизительно 95 мас.% или более активных фенольных ингредиентов. Гидролизуемые таннины и конденсированные таннины можно экстрагировать, используя в качестве исходного материала, например, деревья и/или кустарники и осуществляя хорошо разработанные способы. Более подробное обсуждение таннинов представляют и описывают книги «Справочник по технологии связующих материалов», второе издание, издательство CRC Press, 2003 г., глава 27 «Натуральные фенольные связующие материалы I: таннин», а также «Мономеры, полимеры и композитные материалы из возобновляемых ресурсов», издательство Elsevier, 2008 г., глава 8 «Таннины: основные источники, свойства и применения».

Конденсированные таннины можно классифицировать или группировать, выделяя две основные категории, а именно, таннины, содержащие резорциновые звенья, и таннины, содержащие флороглюциновые звенья. Иллюстративные таннины, в которых содержатся резорциновые звенья, включают, но не ограничиваются этим, таннины черной акации и таннины квебрахо. Резорциновое звено может представлять приведенная ниже формула I.

Формула I

Резорциновая группа представлена в прямоугольнике, который ограничивает структурное звено таннинов черной акации и квебрахо в приведенной ниже формуле II. Для простоты структуру таннинов черной акации и квебрахо представляет их флавоноидое структурное звено.

Формула II

Иллюстративные таннины, в которых содержится флороглюциновое звено, включают, но не ограничиваются этим, пекановые таннины и сосновые таннины. Флороглюциновое звено может представлять приведенная ниже формула III.

Формула III

Флороглюциновая группа представлена в прямоугольнике, который ограничивает структурное звено пекановых и сосновых таннинов в приведенной ниже формуле IV. Для простоты структуру пекановых и сосновых таннинов представляет их флавоноидое структурное звено.

Формула IV

Как известно, флороглюцин имеет более высокую реакционную способность, чем резорцин. По существу, таннины, которые включают флороглюциновое звено, являются более реакционноспособными, чем таннины, которые включают резорциновое звено.

Если связующая композиция включает смесь гидролизуемых таннинов и конденсированных таннинов, их можно использовать в любом соотношении друг к другу. Например, связующая композиция, которая одновременно включает гидролизуемые таннины и конденсированные таннины, может содержать конденсированные таннины в концентрации, составляющей от приблизительно 1 мас.% до приблизительно 99 мас.% по отношению к суммарной массе гидролизуемых таннинов и конденсированных таннинов. В качестве следующего примера, связующая композиция, которая одновременно включает гидролизуемые таннины и конденсированные таннины, может содержать конденсированные таннины в концентрации, составляющей приблизительно 50 мас.% или более, приблизительно 55 мас.% или более, приблизительно 60 мас.% или более, приблизительно 70 мас.% или более, приблизительно 75 мас.% или более, приблизительно 80 мас.% или более, приблизительно 85 мас.% или более, приблизительно 90 мас.% или более, приблизительно 95 мас.% или более или приблизительно 97 мас.% или более.

Если связующая композиция содержит два или более различных таннинов, в этих два или более таннинов может содержаться резорциновое звено или флороглюциновое звено. Например, в связующей композиции могут содержаться два различных таннина, каждый из которых включает резорциновые звенья, например, таннины квебрахо и таннины черной акации. В качестве следующего примера, связующая композиция может включать два различных таннина, где первый таннин включает резорциновое звено, например, таннин черной акации, и второй таннин включает флороглюциновое звено, например, сосновый таннин. В качестве следующего примера, связующая композиция может включать два различных таннина, каждый из которых включает флороглюциновые звенья, например, сосновые таннины и пекановые таннины.

Если связующая композиция включает смесь двух различных таннинов, эти два таннина могут присутствовать в любом соотношении друг к другу. Например, связующая композиция, которая включает первый таннин и второй таннин, где первый и второй таннины отличаются друг от друга, может содержать первый таннин в концентрации, составляющей составляющий от приблизительно 1 мас.% до приблизительно 99 мас.%, и наоборот, второй таннин содержится в концентрации, составляющей приблизительно от 99 мас.% до приблизительно 1 мас.% по отношению к суммарной массе первого и второго таннинов. В качестве следующего примера, количество первого таннина в связующей композиции, которая включает первый и второй таннины, может быть низкой, составляя приблизительно 5 мас.%, приблизительно 10 мас.%, приблизительно 15 мас.%, приблизительно 20 мас.%, приблизительно 25 мас.% приблизительно 30 мас.%, приблизительно 35 мас.%, приблизительно 40 мас.% или приблизительно 45 мас.%, или высокой, составляя приблизительно 60 мас.%, приблизительно 65 мас.%, приблизительно 70 мас.%, приблизительно 75 мас.%, приблизительно 80 мас.%, приблизительно 85 мас.%, приблизительно 90 мас.% или приблизительно 95 мас.% по отношению к суммарной массе первого и второго таннинов. Связующая композиция может включать любое число различных таннинов, причем различные таннины могут присутствовать в любом желательном количестве.

Таннины могут иметь кислотное значение pH. Например, значение pH таннинов может быть низким, составляя приблизительно 3, приблизительно 3,5 или приблизительно 4 или высоким, составляя приблизительно 5, приблизительно 5,5 или приблизительно 6. Таннины могут содержать резорциновые или флороглюциновые функциональные группы, которые могут реагировать с альдегидами в соответствующих условиях. Подходящие имеющиеся в продаже таннины могут включать, но не ограничиваются этим, таннин черной акации и таннин квебрахо. Другие подходящие таннины может включать сосновый таннин и пекановый таннин.

При использовании в настоящем документе термины «многофункциональное альдегидное соединение» и «многофункциональный альдегид» используются взаимозаменяемым образом и означают соединения, имеющие, по меньшей мере, две функциональные группы, причем, по меньшей мере, одна из этих функциональных групп представляет собой альдегидную группу. Например, многофункциональный альдегид может включать две или более альдегидных функциональных групп. В качестве следующего примера, многофункциональный альдегид может включать, по меньшей мере, одну альдегидную функциональную группа и, по меньшей мере, одну функциональную группу, которая не представляет собой альдегидную функциональную группу. При использовании в настоящем документе термин «функциональный группа» означает реакционноспособные группы в многофункциональном альдегидном соединении и могут включать, но не ограничиваются этим, альдегидные группы, карбоксильные группы, сложноэфирные группы, амидные группы, иминные группы, эпоксидные группы, азиридиновые группы, азетидиниевые группы и гидроксильные группы.

Многофункциональное альдегидное соединение может включать два или более атомов углерода и иметь две или более альдегидных функциональных групп. Например, многофункциональное альдегидное соединение может включать два, три, четыре, пять, шесть или более атомов углерода и иметь две или более альдегидных функциональных групп. Многофункциональное альдегидное соединение может включать два или более атомов углерода и иметь, по меньшей мере, один альдегидную функциональную группу и, по меньшей мере, одну функциональную группу, которая не представляет собой альдегидную группу, такую как карбоксильная группа, сложноэфирная группа, амидная группа, иминная группа, эпоксидная группа, азиридиновая группа, азетидиниевая группа, и/или гидроксильная группа. Например, многофункциональное альдегидное соединение может включать два, три, четыре, пять, шесть или более атомов углерода и иметь, по меньшей мере, одну альдегидную функциональную группу и, по меньшей мере, одну функциональная группа, которая не представляет собой альдегидную группу, такую как карбоксильная группа, сложноэфирная группа, амидная группа, иминная группа, эпоксидная группа, азиридиновая группа, азетидиниевая группа и/или гидроксильная группа.

Подходящие бифункциональные или дифункциональные альдегиды, которые включают три (3) или более атомов углерода и имеют две альдегидные функциональные группы (-CHO), могут быть представлены следующей формулой:

Формула V

где R представляет собой двухвалентную алифатическую, циклоалифатическую, ароматическую или гетероциклическую группу, содержащую от 1 до 12 атомов углерода. Иллюстративные многофункциональные альдегиды могут включать, но не ограничиваются этим, малоновый альдегид, янтарный альдегид, глутаровый альдегид, 2-гидроксиглутаровый альдегид, β-метилглутаровый альдегид, адипиновый альдегид, пимелиновый альдегид, суберовый альдегид, малеиновый альдегид, фумаровый альдегид, себациновый альдегид, фталевый альдегид, изофталевый альдегид, терефталевый альдегид, альдегиды с замещенными ароматическими кольцами, любое их сочетание или любую их смесь. Подходящий бифункциональный или дифункциональный альдегид, который включает два атома углерода и имеет два альдегидные функциональные группы, представляет собой глиоксаль.

Иллюстративные многофункциональные альдегидные соединения, в которых содержатся альдегидная группа и функциональная группа, которая не представляет собой альдегидную группу, могут включать, но не ограничиваются этим, глиоксиловую кислоту, сложные эфиры глиоксиловой кислоты, амиды глиоксиловой кислоты, 5-(гидроксиметил)фурфураль, любое их сочетание или любую их смесь. Альдегидная группа в многофункциональном альдегидном соединении может существовать в других формах, например, как гидрат. По существу, можно использовать любые формы или производные конкретного многофункционального альдегидного соединения для изготовления связующих композиций. Например, что касается глиоксиловой кислоты, для изготовления связующей композиции могут объединяться глиоксиловая кислота, моногидрат глиоксиловой кислоты и/или глиоксилат, таннины и кислота Льюиса.

Атом углерода, по меньшей мере, в одной альдегидной функциональной группе многофункционального альдегидного соединения можно образовывать связь с таннином, осуществляя, по меньшей мере, частичное отверждение связующей композиции. При использовании в настоящем документе термины «отверждение», «отвержденный» и аналогичные термины предназначаются для описания структурного или морфологического изменения, которое происходит в связующей композиции, когда она отверждается, и происходит химическая реакция с образованием ковалентных связей (сшивание), ионное взаимодействие или образование кластеров, улучшенная адгезия к подложке, фазовое превращение или обращение и/или образование водородных связей. При использовании в настоящем документе выражения «по меньшей мере, частичное отверждение», «по меньшей мере, частично отвержденный» и аналогичные термины предназначаются для описания связующей композиции, в которой происходит, по меньшей мере, некоторая химическая реакция с образованием ковалентных связей (сшивание), ионное взаимодействие или образование кластеров, улучшенная адгезия к подложке, фазовое превращение или обращение и/или образование водородных связей, но могут также происходить дополнительно химическая реакция с образованием ковалентных связей (сшивание), ионное взаимодействие или образование кластеров, улучшенная адгезия к подложке, фазовое превращение или обращение и/или образование водородных связей.

Атом углерода, по меньшей мере, одной альдегидной функциональной группы многофункционального альдегидного соединения в отвержденной связующей композиции может иметь первую связь с первой молекулой таннина из одного или нескольких таннинов. Атом углерода, по меньшей мере, одной альдегидной функциональной группы многофункционального альдегидного соединения в отвержденной связующей композиции может также иметь вторую связь, которую образует (1) первая молекула таннина, (2) вторая молекула таннина из одного или нескольких таннинов, или (3) атом кислорода, по меньшей мере, одной альдегидной функциональной группы. Например, атом углерода, по меньшей мере, одной альдегидной функциональной группы многофункционального альдегидного соединения может образовывать первую и вторую связи с первой молекулой таннина из одного или нескольких таннинов, когда связующая композиция является, по меньшей мере, частично отвержденной. В качестве следующего примера, атом углерода, по меньшей мере, одной альдегидной функциональной группы многофункционального альдегидного соединения может образовывать первую связь с первой молекулой таннина из одного или нескольких таннинов и вторую связь со второй молекулой таннина из одного или нескольких таннинов, когда связующая композиция является, по меньшей мере, частично отвержденный. В качестве следующего примера, атом углерода, по меньшей мере, одной альдегидной функциональной группы многофункционального альдегидного соединения может образовывать первую связь с первой молекулой таннина из одного или нескольких таннинов и может иметь или сохранять вторую связь с атомом кислорода, по меньшей мере, одной альдегидной функциональной группы. Другими словами, в отвержденной связующей композиции, атом углерода, по меньшей мере, одной альдегидной функциональной группы многофункционального альдегидного соединения может иметь первую связь с первой молекулой таннина из одного или нескольких таннинов и вторую связь, которую образует первая молекула таннина, вторая молекула таннина из одного или нескольких таннинов или атом кислорода, по меньшей мере, одной альдегидной функциональной группы.

Некоторые иллюстративные продукты реакций (A, B, C, D), которые производят глутаровый альдегид и таннин, содержащий резорциновое звено, например, таннин черной акации или таннин квебрахо, представлены ниже на схеме I. Для простоты таннин представляет его флавоноидное структурное звено. Группа R, которую содержит продукт, обозначенный D, может представлять собой один или несколько флавоноидных звеньев или других функциональных групп, которые могут соединять друг с другом два флавоноидных звена таннина.

Схема I

Некоторые иллюстративные продукты реакций (A, B, C, D), которые производят глутаровый альдегид и таннин, содержащий флороглюциновое звено, например, пекановый таннин или сосновый таннин, представлены ниже на схеме II. Для простоты таннин представляет его флавоноидное структурное звено. Группа R, которую содержит продукт, обозначенный D, может представлять собой один или несколько флавоноидных звеньев или других функциональных групп, которые могут соединять друг с другом два флавоноидных звена таннина.

Схема II

Как представлено на обеих схемах I и II, в случае продуктов A и B атом углерода, по меньшей мере, одной альдегидной группы может образовывать первую связь с первым таннином и вторую связь с атомом кислорода альдегидной группы. Кроме того, как представлено на обеих схемах I и II, в случае продуктов C атом углерода, по меньшей мере, одной альдегидной группы может образовывать первую связь с первым таннином и вторую связь со вторым таннином. В случае продуктов D, как представлено на обеих схемах I и II, атом углерода, по меньшей мере, одной альдегидной группы может образовывать первую связь с первым таннином и вторую связь с первым таннином. Без намерения ограничиваться теорией, считается, что вероятность того, что атом углерода, по меньшей мере, одной альдегидной функциональной группы многофункционального альдегида образует первую связь и вторую связь с одной и той же молекулой таннина, увеличивается при увеличении числа флавоноидных звеньев. Таннины могут включать множество флавоноидных звеньев, например, от 2 до 11, и чем больше число флавоноидных звеньев, тем больше вероятность того, что атом углерода альдегидной группы может образовывать первую связь и вторую связь с одной и той же молекулой таннина.

Кислота Льюиса представляет собой молекулу или ион (также называется «электрофил), которые могут соединяться со второй молекулой или ионом, образуя комплекс, содержащий два электрона от второй молекулы или иона. Другими словами, кислота Льюиса представляет собой соединение, которое принимает пару электронов. Кислота Льюиса может ускорять реакции сшивания между таннином и многофункциональным альдегидным соединением. Другими словами, кислота Льюиса может катализировать реакции сшивания между таннинами и многофункциональными соединениями.

Подходящие кислоты Льюиса могут включать соединения, содержащие элементы, у которых атомная масса составляет 32 или менее. Подходящие кислоты Льюиса могут также включать соединения, которые содержат бор, алюминий или кремний. Иллюстративные кислоты Льюиса могут включать, но не ограничиваются этим, борную кислоту, тетраборат натрия, гидроксид алюминия, диоксид кремния, силикат натрия, любое их сочетание или любую их смесь. Кислота Льюиса может присутствовать в любой форме. Например, кислота Льюиса может присутствовать в негидратированной форме или в гидратированной форме.

Основное соединение может представлять собой или включают любое соединение или сочетание соединений, которые способны увеличивать pH связующей композиции, которую составляют таннин, многофункциональное альдегидное соединение и кислота Льюиса. Подходящие основания или щелочные соединения могут включать, но не ограничиваются этим, гидроксиды, карбонаты, оксиды, третичные амины, амиды, любое их сочетание или любые их смеси. Иллюстративные гидроксиды могут включать, но не ограничиваются этим, гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид лития, гидроксид цезия, гидроксид бария, гидроксид кальция, гидроксид магния, гидроксид алюминия, любое их сочетание или любые их смеси. Иллюстративные карбонаты могут включать, но не ограничиваются этим, карбонат натрия, бикарбонат натрия, карбонат калия, карбонат аммония, любое их сочетание или любые их смеси. Иллюстративные амины могут включать триметиламин, триэтиламин, триэтаноламин, N,N-диизопропилэтиламин или основание Хунига (Hunig), пиридин, 4-диметиламинопиридин (DMAP), 1,4-диазабицикло[2.2.2]октан (DABCO), любое их сочетание или любые их смеси.

Согласно, по меньшей мере, одному конкретному варианту осуществления, в основном соединении могут отсутствовать любые аминосодержащие соединения, такие как аммиак, амины или амиды. По существу, в качестве, по меньшей мере, одного примера, в связующей композиции могут отсутствовать или практически отсутствовать любые аминосоединения. При использовании в настоящем документе термин «практическое отсутствие любых аминосоединений» означает, что связующая композиция не включает и не содержит в качестве каких-либо преднамеренных добавок аммиак, амины или амиды. Другими словами, термин «практическое отсутствие аминосоединений» означает, что в связующей композиции не содержатся аминосоединения, но эти аминосоединения могут присутствовать в качестве примесей. Кроме того, поскольку с атомом углерода, по меньшей мере, одной альдегидной функциональной группы многофункционального альдегидного соединения могут быть связаны один или несколько таннинов или таннин и атом кислорода, атом углерода, по меньшей мере, одной альдегидной функциональной группы многофункционального альдегидного соединения в связующей композиции может не образовывать никаких связей с атомом азота. Другими словами, в связующей композиции могут отсутствовать атомы азота, связанные с атомом углерода, по меньшей мере, одной альдегидной функциональной группы многофункционального соединения.

Связующая композиция может включать достаточное количество основного соединения, чтобы получилась связующая композиция, у которой значение pH составляет от приблизительно 4 до приблизительно 14. В качестве альтернативы, связующая композиция, которая включает таннин, многофункциональное альдегидное соединение и кислоту Льюиса, может иметь значение pH, составляющее от приблизительно 4 до приблизительно 14. По существу, связующая композиция может содержать или может не содержать основное соединение. Значение pH связующей композиции может быть низким, составляя приблизительно 4, приблизительно 5, или приблизительно 6, или высоким, составляя приблизительно 9, приблизительно 10, приблизительно 11, приблизительно 12, приблизительно 13, или приблизительно 14. Основное соединение может представлять собой водный раствор. Например, основное соединение может представлять собой водный раствор, содержащий 50 мас.% гидроксида натрия. Конкретное значение pH связующей композиции могут определять, по меньшей мере, частично, конкретный таннин (таннины), многофункциональное альдегидное соединение (соединения) и кислота (кислоты) Льюиса, которые присутствуют в данной связующей композиции. Например, реакции сшивания связующей композиции, в которых участвует таннин, произведенный из сосно-вой древесины, могут происходить быстрее в кислой среде по сравнению со связующей композицией, в которой содержится таннин, произведенный из древесины черной акации, когда все остальные условия остаются одинаковыми. По существу, значение pH связующей композиции можно использовать, по меньшей мере, частично, чтобы регулировать, контролировать, изменять или иным способом воздействовать на продолжительность времени, которое требуется, по меньшей мере, для частичного отверждения связующей композиции.

Один или несколько таннинов, одно или несколько многофункциональных альдегидных соединений и одна или несколько кислот Льюиса можно смешивать, перемешивать или иным способом объединять друг с другом в любом порядке или последовательности для изготовления связующей композиции. Один или несколько таннинов, одно или несколько многофункциональных альдегидных соединений, одна или несколько кислот Льюиса и одно или несколько основных соединений можно смешивать, перемешивать или иным способом объединять друг с другом в любом порядке или последовательности изготовления связующей композиции. Например, таннин может объединяться с основным соединением, образуя первую смесь, кислота Льюиса может объединяться с первой смесью, образуя вторую смесь, и многофункциональное альдегидное соединение может объединяться со второй смесью, образуя связующую композицию. В качестве следующего примера, таннин может объединяться с кислотой Льюиса, образуя первую смесь, основное соединение может объединяться с первой смесью, образуя вторую смесь, и многофункциональное альдегидное соединение может объединяться со второй смесью, образуя связующую композицию. В качестве следующего примера, таннин может объединяться с кислотой Льюиса, образуя первую смесь, и многофункциональное соединение может объединяться с первой смесью, образуя связующую композицию. В качестве следующего примера, таннин, многофункциональное альдегидное соединение и кислота Льюиса могут одновременно объединяться друг с другом, образуя связующую композицию. С основным соединением могут необязательно объединяться таннин, многофункциональное альдегидное соединение и/или кислота Льюиса.

Как далее обсуждается более подробно, связующую композицию можно наносить на множество подложек или зернистых материалов, таки как, например, древесные стружки, стекловолоконные материалы и/или шпон, и, по меньшей мере, частично отверждать для изготовления изделия. Реакции сшивания между таннином и многофункциональным альдегидным соединением в связующей композиции могут происходить при комнатной температуре и давление или при повышенной температуре и/или давлении. Применение нагревания и/или давления можно ускорять сшивание или отверждение связующей композиции. Подходящие температуры для отверждения связующих композиций могут быть низкими, составляя приблизительно 20°C, приблизительно 30°C или приблизительно 40°C, или высокими, составляя приблизительно 150°C, приблизительно 200°C или приблизительно 250°C. Композитный материал, объединенный со связующей композицией, например, древесные стружки и/или волокна, можно подвергать прессованию, изготавливая более компактное или плотное изделие, чем изд