CN101802104B - 具有良好机械性能和低甲醛释放的轻质木基材料 - Google Patents

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Abstract

一种平均密度为200-600kg/m3的轻质含木材料，其在每种情况下基于含木材料包含：A)30-95重量％的木颗粒；B)1-15重量％的堆密度为10-100kg/m3的填料，其选自可发泡塑料颗粒和已发泡塑料颗粒；C)3-50重量％的包含氨基塑料树脂和具有至少两个异氰酸酯基团的有机异氰酸酯的粘合剂以及合适的话D)添加剂。

Description

具有良好机械性能和低甲醛释放的轻质木基材料
本发明涉及一种平均密度为200-600kg/m3的轻质含木材料，其在每种情况下基于含木材料包含：
A)30-95重量％的木颗粒；
B)1-15重量％的堆密度为10-100kg/m3的填料，其选自可发泡塑料颗粒和已发泡塑料颗粒；
C)3-50重量％的包含氨基塑料树脂和具有至少两个异氰酸酯基团的有机异氰酸酯的粘合剂，以及合适的话
D)添加剂。
此外，本发明还涉及一种包含本发明含木材料的多层木基材料，生产轻质含木材料的方法，生产多层木基材料的方法，本发明轻质含木材料和本发明多层木基材料的用途，包含氨基塑料树脂和具有至少两个异氰酸酯基团的有机异氰酸酯的粘合剂在生产密度为200-600kg/m3的含木材料或多层木基材料中的用途，其中甲醛∶-NH2基团的摩尔比为0.3-1.0。
木基材料，尤其是多层木基材料，是对实木的经济和资源保护性替代且尤其在家具建造、层压地板和建筑材料中变得非常重要。所用原料是不同厚度的木颗粒，例如来自各种木材的木片或木纤维。该类木颗粒通常用天然和/或合成粘合剂压制并且合适的话加入其他添加剂以得到片状或线状木基材料。
为了实现木基材料的良好机械性能，以约650kg/m3或更大的密度生产木基材料。具有该密度的木基材料或对应部件如家具通常对用户，尤其是个人消费者而言太重。
因此，轻质木基材料的工业需求在近年增加，尤其是因为外卖家具日益流行。此外，导致例如运输成本连续增加的不断增加的油价使轻质木基材料获得更大兴趣。
总之，轻质木基材料由于下列原因尤其重要：
轻质木基材料导致例如在家具零件的包装、运输、拆包或组装过程中终端消费者能更简单地处理产品。
轻质木基材料导致更低的运输和包装成本；此外，材料成本可能在轻质木基材料的生产中降低。
例如，当用于运输设备中时，轻质木基材料可能导致这些运输设备更低的能耗。此外，通过使用轻质木基材料，例如可以更经济地提供材料消耗性装饰部件，如当前在厨房中流行的更厚台面和侧板。
针对该背景以及针对进一步降低从木基材料释放甲醛的法规不断增加的背景，希望提供具有更低的甲醛释放，但正如在过去一样具有良好性能特征和加工性能的轻质木基材料。
现有技术对于降低木基材料的密度存在各种各样的建议。
例如，空心碎料板和蜂窝夹心胶合板可以作为可以通过结构措施得到的轻质木基材料提及。由于它们的特殊性能，空心碎料板主要在门的生产中用作内层。
例如，过低的螺钉抗拔力、复杂的配件安装和镶边困难在蜂窝夹心胶合板的情况下是不利的。
此外，现有技术建议通过在胶液或木颗粒中加入添加剂而降低木基材料的密度。
CH 370229描述了轻质模制品，其同时抗压且由木颗粒或木纤维、粘合剂和用作填料的多孔塑料组成。为了生产模制品，将木颗粒或纤维与粘合剂和可发泡或部分可发泡塑料混合并在升高的温度下压制所得混合物。可以使用的粘合剂是所有适合胶接木材的常规粘合剂，如脲-甲醛树脂。合适的填料是可发泡或已发泡塑料颗粒，优选可发性热塑性塑料，如苯乙烯聚合物。实施例中所述板在18-21mm的厚度下具有的密度为220-430kg/m3且平均抗弯强度为3.6-17.7N/mm2。在实施例中没有说明横向抗张强度。对于甲醛释放或氨基塑料与异氰酸酯在粘合剂中的组合，CH 370229没有说明。
WO 02/38676描述了一种生产轻质产品的方法，其中将5-40重量％粒度小于1mm的可发泡或已发泡聚苯乙烯、60-95重量％含木素纤维素的材料和粘合剂混合并在升高的温度和升高的压力下压制而得到成品。提到了常规粘合剂，特别是MDI。对于甲醛释放或氨基塑料与异氰酸酯在粘合剂中的组合，WO 02/38676没有说明。
US 2005/0019548描述了使用低密度填料的OSB板。作为粘合剂描述了聚合物粘合剂如二苯基甲烷-4，4-二异氰酸酯树脂。作为填料描述了玻璃、陶瓷、珍珠岩或聚合物材料。聚合物材料基于OSB板以0.8-20重量％的量使用。在实施例中，将材料Dualite(由聚丙烯、聚偏二氯乙烯或聚丙烯腈组成)用作聚合物材料。描述了5％的重量减少。在实施例中描述了密度为607-677kg/m3且横向抗张强度为0.31-0.59N/mm2的OSB板。对于甲醛释放或氨基塑料与异氰酸酯在粘合剂中的组合，US 2005/0019548没有说明。
JP 06031708描述了轻质木基材料，其中将100重量份木颗粒和5-30重量份合成树脂泡沫的颗粒的混合物用于三层碎料板的中间层，这些树脂颗粒的比重不超过0.3g/cm3和压缩强度为至少30kg/cm2。此外，据说木颗粒的比重不应超过0.5g/cm3的值。根据JP 06031708，粘合剂不受任何限制且可以使用常规那些，尤其是多官能异氰酸酯。对于甲醛释放或氨基塑料与异氰酸酯在粘合剂中的组合，JP 06031708没有说明。
EP 0 025 245 B描述了一种生产包含多异氰酸酯和氨基塑料胶的粘合剂的碎料板的方法，其中氨基塑料胶使用0.25-0.625mol甲醛/摩尔当量氨基制备。EP 0 025 245 B没有公开填料或碎料板的密度。
总之，现有技术的缺点是所述轻质(木基)材料对于家具生产而言具有太低的机械强度，如太低的螺钉抗拔力。
太低的机械强度例如可能导致结构元件的断裂或撕裂。此外，这些结构元件倾向于在钻孔或锯开过程中呈现其他木质材料的额外削切。在这些材料的情况下，配件安装困难。
此外，镶边性能，即镶边材料例如在碎料板上的施加和粘附在现有技术中仍不令人满意。
对于甲醛释放而言，在现有技术的木基材料情况下也仍有改进余地。
本发明的目的是提供甲醛释放低的轻质含木材料和轻质木基材料，该材料与市售木基材料相比具有更低密度以及良好的机械性能和良好的加工性能，尤其是镶边性能。
机械强度例如可以通过根据EN 319测量横向抗张强度而测定。
为了评价镶边性能或镶边材料与碎料板的粘接，可以查阅2006年1月的TKH数据表(Technische Komission Holzklebstoffe im Industrie-verband Klebstoffe e.V.)，表10。用于镶边性能的试验描述于实施例中。
此外，这些轻质木基材料应优选能够使用欧洲本土木材生产。
此外，该轻质木基材料的溶胀值不应受密度降低的不利影响。
该目的由一种平均密度为200-600kg/m3的轻质含木材料实现，该材料在每种情况下基于含木材料包含：
A)30-95重量％的木颗粒；
B)1-15重量％的堆密度为10-100kg/m3的填料，其选自可发泡塑料颗粒和已发泡塑料颗粒；
C)3-50重量％包含氨基塑料树脂和具有至少两个异氰酸酯基团的有机异氰酸酯的粘合剂，以及合适的话
D)添加剂。
组分A)-D)的总和为100重量％且基于含木材料的固体。
含木材料可以包含常规少量水(在常规的小范围内变化)；该水不应考虑到本申请的所述重量中。
木颗粒的所述重量基于以本领域熟练技术人员已知的常规方法干燥的木颗粒。
粘合剂的所述重量对于粘合剂中的氨基塑料组分而言基于对应组分的固体含量(通过根据例如Günter Zeppenfeld，Dirk Grunwald，Klebstoffein der Holz-und 
Figure GPA00001064257100041
，第2版，DRW Verlag，第268页在2小时内在120℃下蒸发水而测定)并且对于异氰酸酯，尤其是PMDI而言基于异氰酸酯组分本身，即例如不含溶剂或乳化介质。
本发明的轻质含木材料的平均密度为200-600kg/m3，优选200-575kg/m3，特别优选250-550kg/m3，特别是300-500kg/m3。
本发明的轻质含木材料或优选本发明多层木基材料的横向抗张强度为0.1-1.0N/mm2，优选0.3-0.8N/mm2，特别优选0.4-0.6N/mm2。
横向抗张强度的测定根据EN 319进行。
合适的多层木基材料是所有由木质单板生产的材料木质单板，优选木质单板的平均密度为0.4-0.85g/cm3，例如胶合板或夹板或单板层积材(LVL)。
其他合适的多层木基材料是所有由木颗粒生产的材料，优选木颗粒的平均密度为0.4-0.85g/cm3，例如碎料板或OSB板，以及木质纤维材料，如LDF、MDF和HDF板。优选碎料板和纤维板，尤其是碎料板。
组分A)的木颗粒的平均密度通常为0.4-0.85g/cm3，优选0.4-0.75g/cm3，特别是0.4-0.6g/cm3。
任何类型的木材适合生产木颗粒；例如云杉、山毛榉、松木、落叶松、椴木、杨木、槐木、栗木或冷杉木是合适的，优选云杉和/或山毛榉木，尤其是云杉木。
木颗粒的尺寸并不重要且通常取决于要生产的木基材料，例如取决于上述木基材料，如碎料板或OSB。
可发泡但仍然紧凑的或已发泡的塑料颗粒，优选热塑性颗粒适合作为填料B)。然而，还可以使用处于发泡的任何所需中间阶段的塑料颗粒。除非另有明确描述，否则所有这些可发泡或发泡或预发泡塑料颗粒在下文称为本发明塑料颗粒。
术语发泡塑料或尤其是泡沫例如在DIN 7726：1982-05中解释。
可以通过粉碎模制品，例如聚氨酯模制品或聚苯乙烯泡沫模制品得到的塑料泡沫颗粒也适合作为填料B)的组分。
本发明塑料颗粒所基于的合适的聚合物是所有可发泡的聚合物，优选热塑性聚合物。这些由本领域熟练技术人员已知。
非常合适的这类聚合物例如为PVC(硬质和软质)、聚碳酸酯、聚异氰脲酸酯、聚碳二亚胺、聚丙烯酰亚胺和聚甲基丙烯酰亚胺、聚酰胺、聚氨酯、氨基塑料树脂和酚树脂，苯乙烯均聚物、苯乙烯共聚物，C2-C10烯烃均聚物、C2-C10烯烃共聚物和聚酯。优选将1-链烯烃，例如乙烯、丙烯、1-丁烯、1-己烯或1-辛烯用于制备所述烯烃聚合物。
组分B)的本发明塑料颗粒具有的堆密度为10-100kg/m3，优选15-80kg/m3，特别优选20-70kg/m3，特别是30-60kg/m3。堆密度通常通过称重填充有疏松材料的限定体积而测定。
本发明的预发泡塑料颗粒通常以平均直径有利地为0.25-10mm，优选0.5-5mm，特别是0.75-3mm的球或珠形式使用。
本发明的预发泡塑料颗粒球有利的是每单位体积具有小表面积，例如呈球形或椭圆形颗粒形式。
本发明的预发泡塑料颗粒球有利的是具有闭孔。根据DIN-ISO 4590的开孔比例通常小于30％。
若填料B)由不同聚合物类型，即基于不同单体的聚合物类型组成(例如聚苯乙烯和聚乙烯或聚苯乙烯和均聚丙烯或聚乙烯和均聚丙烯)，则它们可以不同重量比存在，但这根据现有技术并不重要。
此外，可以将添加剂，成核剂，增塑剂，防火剂，可溶性和不溶性无机和/或有机染料和颜料，例如IR吸收剂，如碳黑、石墨或铝粉作为添加剂一起或空间上分开地加入本发明热塑性塑料中。
聚苯乙烯和/或苯乙烯共聚物优选在填料B)中用作本发明的唯一塑料颗粒组分。
填料聚苯乙烯和/或苯乙烯共聚物可以通过所有本领域熟练技术人员已知的聚合方法制备[例如参见Ullmann’s Encyclopedia，第6版，2000年电子版]。例如通过悬浮聚合或借助挤出方法以本身已知的方式进行制备。
在悬浮聚合中，使苯乙烯在含水悬浮液中在常规悬浮稳定剂存在下借助形成自由基的催化剂聚合，合适的话加入其他共聚单体。可以使发泡剂和合适的话其他添加剂同时初始存在于聚合中或在聚合过程中或在聚合结束后加入批料中。在聚合结束之后将所得珠状可发性苯乙烯聚合物与水相分离，洗涤，干燥并筛分。
在挤出方法中，将发泡剂混入聚合物中，例如经由挤出机混入，输送通过压出板并造粒而得到颗粒或线材。
所用发泡剂是所有本领域熟练技术人员已知的发泡剂，例如C3-C6烃类，如丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷、新戊烷和/或己烷，醇类，酮类，醚类或卤代烃类。优选使用市售戊烷异构体混合物。
此外，可以将添加剂，成核剂，增塑剂，防火剂，可溶性和不溶性无机和/或有机染料和颜料，例如IR吸收剂，如碳黑、石墨或铝粉作为添加剂一起或空间上分开地加入苯乙烯聚合物中。
合适的话还可以使用苯乙烯共聚物；这些苯乙烯共聚物有利地具有至少50重量％，优选至少80重量％的以聚合单元形式掺入的苯乙烯。合适的共聚单体例如为α-甲基苯乙烯、在核上卤代的苯乙烯、丙烯腈、丙烯酸或甲基丙烯酸与具有1-8个碳原子的醇的酯、N-乙烯基咔唑、马来酸(酐)、(甲基)丙烯酰胺和/或乙酸乙烯酯。
聚苯乙烯和/或苯乙烯共聚物有利地可以包含少量以聚合单元形式引入的链支化剂，即具有不止一个双键，优选两个双键的化合物，如二乙烯基苯、丁二烯和/或丁二醇二甲基丙烯酸酯。支化剂通常基于苯乙烯以0.005-0.05mol％的量使用。
有利地使用具有如EP-B 106 129和DE-A 39 21 148所述的分子量和分子量分布的苯乙烯(共)聚合物。优选使用分子量为190 000-400 000g/mol的苯乙烯(共)聚合物。
还可以使用不同苯乙烯(共)聚合物的混合物。
优选使用的苯乙烯聚合物是玻璃透明的聚苯乙烯(GPPS)、抗冲聚苯乙烯(HIPS)、阴离子聚合聚苯乙烯或抗冲聚苯乙烯(A-IPS)、苯乙烯-α-甲基苯乙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物(ABS)、苯乙烯-丙烯腈(SAN)、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯(ASA)、甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯(MBS)、甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(MABS)聚合物或其混合物或与聚苯醚(PPE)的混合物。
特别优选将BASF Aktiengesellschaft的Styropor
Figure GPA00001064257100071
、Neopor
Figure GPA00001064257100072
和/或Peripor
Figure GPA00001064257100073
用作聚苯乙烯。
有利的是使用已预发泡聚苯乙烯和/或苯乙烯共聚物。
预发泡聚苯乙烯通常可以通过本领域熟练技术人员已知的所有方法制备(例如DE 845 264)。为了制备预发泡聚苯乙烯和/或预发泡苯乙烯共聚物，通过例如用热空气或优选蒸汽将可发性苯乙烯聚合物加热到其软化点以上的温度而使其以已知方式膨胀。
预发泡聚苯乙烯或预发泡苯乙烯共聚物有利地具有10-100kg/m3，优选15-80kg/m3，特别优选20-70kg/m3，特别是30-60kg/m3的堆密度。
预发泡聚苯乙烯或预发泡苯乙烯共聚物有利地以平均直径有利地为0.25-10mm，优选0.5-5mm，特别是0.75-3mm的球或珠形式使用。
预发泡聚苯乙烯或预发泡苯乙烯共聚物球有利的是每单位体积具有小表面积，例如呈球形或椭圆形颗粒形式。
预发泡聚苯乙烯或预发泡苯乙烯共聚物球有利地具有闭孔。开孔比例根据DIN-ISO 4590通常小于30％。
包含发泡苯乙烯聚合物或苯乙烯共聚物的成型制品可以用作发泡聚苯乙烯或发泡苯乙烯共聚物的原料。该类成型制品可以通过常规粉碎方法粉碎至各苯乙烯聚合物或苯乙烯共聚物颗粒的程度，优选呈球形。合适和优选的粉碎方法是研磨。
包含发泡苯乙烯聚合物或苯乙烯共聚物的成型制品例如用作包装材料或绝缘材料。
意欲处置的包含泡沫苯乙烯聚合物或苯乙烯共聚物的成型制品可以用作发泡聚苯乙烯或发泡苯乙烯共聚物的原料，例如苯乙烯聚合物或苯乙烯共聚物包装材料废物或苯乙烯聚合物或苯乙烯共聚物绝缘材料废物。
特别优选聚苯乙烯或苯乙烯共聚物或预发泡聚苯乙烯或预发泡苯乙烯共聚物具有抗静电涂层。
可以将工业上常规且常用的物质用作抗静电剂。实例是N，N-二(2-羟基乙基)-C12-C18烷基胺、脂肪酸二乙醇酰胺、脂肪酸的胆碱酯氯化物、C12-C20链烷磺酸盐和铵盐。
合适的铵盐在氮上除了烷基外还包含1-3个含羟基的有机基团。
合适的季铵盐例如为包含1-3个，优选2个相同或不同的具有1-12个，优选1-10个碳原子的烷基和1-3个，优选2个相同或不同的与氮阳离子键合的羟基烷基或羟基烷基聚氧亚烷基的那些，其具有任意所需阴离子，如氯离子、溴离子、乙酸根、甲基硫酸根或对甲苯磺酸根。
羟基烷基和羟基烷基聚氧亚烷基是通过氮键合的氢原子的氧烷基化形成且衍生于1-10个氧亚烷基，尤其是氧亚乙基和氧亚丙基的那些。
特别优选使用的抗静电剂是C12-C20链烷磺酸的季铵盐或碱金属盐，特别是钠盐，例如来自Bayer AG的乳化剂K30，或其混合物。抗静电剂通常可以作为纯净物质和以水溶液形式加入。
抗静电剂可以类似于常规添加剂在制备聚苯乙烯或苯乙烯共聚物的工艺过程中加入或者可以在生产聚苯乙烯颗粒之后作为涂层施加。
抗静电剂有利地基于聚苯乙烯或苯乙烯共聚物以0.05-6重量％，优选0.1-4重量％的量使用。
甚至在压制得到轻质木基材料(优选多层木基材料)之后，填料颗粒B)有利地以其中它们的原始形状仍可辨认的状态存在。合适的话，存在于轻质含木材料或优选多层木基材料表面上的填料颗粒可能发生熔融。
填料B)的总量基于轻质含木材料为1-15重量％，优选3-15重量％，特别优选3-12重量％。
以聚苯乙烯和/或苯乙烯共聚物作为唯一塑料颗粒组分的填料B)的总量基于轻质含木材料为1-15重量％，优选3-15重量％，特别优选3-12重量％。
粘合剂C)包含氨基塑料树脂和具有少两个异氰酸酯基团的有机异氰酸酯作为主要组分。在本申请中，对于组分C)所述的绝对量和百分量基于这些组分。
粘合剂C)通常包含本领域熟练技术人员已知的物质(通常用于氨基塑料且通常称为固化剂)，如硫酸铵或硝酸铵或无机或无机或有机酸，例如硫酸或甲酸，或酸再生性物质，如氯化铝，或硫酸铝，在每种情况下以常规的小量，例如基于粘合剂C)中氨基塑料树脂的总量为0.1-3重量％。
本文中氨基塑料树脂应理解为指具有至少一个任选部分被有机基团取代的脲基(脲基也称为羧酰胺基)的化合物与醛(优选甲醛)的缩聚物。
所有本领域熟练技术人员已知的氨基塑料树脂(优选用于生产木基材料)以用作合适的氨基塑料树脂。该类树脂及其制备例如描述于UllmannsEnzy
Figure GPA00001064257100091
der technischen Chemie，第4次新修订和扩展版，VerlagChemie，1973，第403-424页“氨基塑料”，Ullmann’s Encyclopedia ofIndustrial Chemistry，第A2卷，VCH Verlagsgesellschaft，1985，第115-141页，“氨基树脂”以及M.Dunky，P.Niemz，Holzwerkstoffe und Leime，Springer 2002，第251-259页(UF树脂)和第303-313页(具有少量蜜胺的MUF和UF)中。
优选的氨基塑料树脂是具有至少一个还部分被有机基团取代的脲基的化合物与甲醛的缩聚物。
特别优选的氨基塑料树脂是脲-甲醛树脂(UF树脂)、蜜胺-甲醛树脂(MF树脂)或含蜜胺的脲-甲醛树脂(MUF树脂)。
非常特别优选的氨基塑料树脂是脲-甲醛树脂，例如BASFAktiengesellschaft的Kaurit胶类型。
其他非常优选的氨基塑料树脂是具有至少一个还部分被有机基团取代的氨基的化合物与醛的缩聚物，其中醛与任选部分被有机基团取代的氨基的摩尔比为0.3-1.0，优选0.3-0.60，特别优选0.3-0.45，非常特别优选0.30-0.40。
其他非常优选的氨基塑料树脂是具有至少一个氨基-NH2的化合物与甲醛的缩聚物，其中甲醛与-NH2基团的摩尔比为0.3-1.0，优选0.3-0.60，特别优选0.3-0.45，非常特别优选0.30-0.40。
其他非常优选的氨基塑料树脂是脲-甲醛树脂(UF树脂)、蜜胺-甲醛树脂(MF树脂)或含蜜胺的脲-甲醛树脂(MUF树脂)，其中甲醛与-NH2基团的摩尔比为0.3-1.0，优选0.3-0.60，特别优选0.3-0.45，非常特别优选0.30-0.40。
其他非常优选的氨基塑料树脂是脲-甲醛树脂(UF树脂)，其中甲醛与-NH2基团的摩尔比为0.3-1.0，优选0.3-0.60，特别优选0.3-0.45，非常特别优选0.30-0.40。
所述氨基塑料树脂通常以液体形式使用，通常悬浮于液体悬浮介质中，优选含水悬浮液，但还可以作为固体使用。
氨基塑料树脂悬浮液，优选含水悬浮液的固体含量通常为25-90重量％，优选50-70重量％。
在含水悬浮液中的氨基塑料树脂的固体含量可以根据GünterZeppenfeld，Dirk Grunwald，Klebstoffe in der Holz-und
Figure GPA00001064257100111
第2版，DRW-Verlag，第268页测定。为了测定氨基塑料胶的固体含量，将1g氨基塑料胶准确称量到称重皿中，精细地分布在底部并在干燥箱中于120℃下干燥2小时。在干燥器中于室温下恒温之后，称重残余物并以称重样品的百分数计算。
氨基塑料树脂由已知方法(参见上述Ullmann文献“氨基塑料”和“氨基树脂”以及上述文献Dunky等)通过使含有脲基的化合物(优选脲和/或蜜胺)与醛(优选甲醛)以脲基与醛的所需摩尔比下优选在作为溶剂的水中反应而制备。
醛(优选甲醛)与任选部分被有机基团取代的氨基的所需摩尔比的产生还可以通过将带有-NH2基团的单体加入更富含甲醛而制备的，优选市售的氨基塑料树脂中而进行。带有NH2基团的单体优选为脲和蜜胺，特别优选脲。
粘合剂C)的其他组分为具有至少两个异氰酸酯基团的有机异氰酸酯。
所有本领域熟练技术人员已知的有机异氰酸酯(优选用于生产木基材料或聚氨酯)可以用作合适的有机异氰酸酯。该类有机异氰酸酯及其制备和用途例如描述于Becker/Braun，Kunststoff Handbuch，第3次新修订版，第7卷，“聚氨酯”，Hanser 1993，第17-21页，第76-88页和第665-671页中。
优选的有机异氰酸酯为具有2-10个，优选2-8个单体单元且每个单体单元具有平均至少一个异氰酸酯基团的低聚异氰酸酯。
特别优选的有机异氰酸酯是可以通过甲醛与苯胺的缩合以及在缩合中形成的异构体和低聚体的光气化得到的低聚有机异氰酸酯PMDI(“聚合亚甲基二亚苯基二异氰酸酯”)(例如参见Becker/Braun，KunststoffHandbuch，第3次新修订版，第7卷，“聚氨酯”，Hanser 1993，第18页最后一段至第19页第2段和第76页第5段)。
在本发明中非常合适的PMDI产品是来自BASF Aktiengesellschaft的LUPRANAT
Figure GPA00001064257100112
系列的产品，尤其是来自BASF Aktiengesellschaft的LUPRANAT
Figure GPA00001064257100113
M20 FB。
还可以使用所述有机异氰酸酯的混合物，其中混合比基于现有知识状况并不重要。
粘合剂C)的总量基于轻质含木材料为3-50重量％，优选5-15重量％，特别优选7-10重量％。
因此，氨基塑料树脂，优选脲-甲醛树脂和/或蜜胺-脲-甲醛树脂和/或蜜胺-甲醛树脂，特别优选脲-甲醛树脂在粘合剂C)中的总量(总是基于固体)基于轻质含木材料为1-45重量％，优选4-14重量％，特别优选6-9重量％。
因此，有机异氰酸酯，优选具有2-10个，优选2-8个单体单元且每个单体单元具有平均至少一个异氰酸酯基团的低聚异氰酸酯，特别优选PMDI在粘合剂C)中的总量基于轻质含木材料为0.1-5重量％，优选0.25-3.5重量％，特别优选0.5-1.5重量％。
氨基塑料树脂与有机异氰酸酯的比例源于氨基塑料树脂粘合剂与轻质含木材料的上述比例或有机异氰酸酯粘合剂与轻质木基材料的上述比例。
轻质含木材料的优选实施方案包含基于轻质含木材料为55-92.5重量％，优选60-90重量％，特别是70-88重量％的木颗粒，其中木颗粒的平均密度为0.4-0.85g/cm3，优选0.4-0.75g/cm3，特别是0.4-0.6g/cm3；基于轻质含木材料为3-15重量％，优选3-12重量％，特别是3-10重量％的聚苯乙烯和/或苯乙烯共聚物填料，其中该填料的堆密度为10-100kg/m3，优选20-80kg/m3，特别是30-60kg/m3；以及基于轻质含木材料为3-40重量％，优选5-25重量％，特别是5-15重量％的粘合剂，其中氨基塑料树脂，优选脲-甲醛树脂和/或蜜胺-脲-甲醛树脂和/或蜜胺-甲醛树脂，特别优选脲-甲醛树脂在粘合剂C)中的总量基于轻质含木材料为1-45重量％，优选4-14重量％，特别优选6-9重量％，并且有机异氰酸酯，优选具有2-10个，优选2-8个单体单元且每个单体单元具有平均至少一个异氰酸酯基团的低聚异氰酸酯，特别优选PMDI在粘合剂C)中的总量基于轻质含木材料为0.1-5重量％，优选0.25-3.5重量％，特别优选0.5-1.5重量％，并且轻质含木材料的平均密度为200-600kg/m3，优选300-575kg/m3。
合适的话，其他本领域熟练技术人员已知的市售添加剂可以作为组分D)存在于本发明轻质含木材料或本发明多层木基材料中，它们例如为拒水剂，如石蜡乳液、抗真菌剂和防火剂。
本发明进一步涉及一种包含至少三层木基材料的多层木基材料，其中至少中间层包含平均密度为200-600kg/m3的轻质含木材料，该轻质含木材料在每种情况下基于轻质含木材料包含：
A)30-95重量％的木颗粒；
B)1-15重量％的堆密度为10-100kg/m3的填料，其选自可发泡塑料颗粒和已发泡塑料颗粒；
C)3-50重量％的包含氨基塑料树脂和具有至少两个异氰酸酯基团的有机异氰酸酯的粘合剂，和合适的话
D)添加剂。
本发明多层木基材料，优选本发明三层木基材料的平均密度为300-600kg/m3，优选350-600kg/m3，特别优选400-500kg/m3。
有关轻质含木材料的平均密度，组分A)、B)、C)和D)以及特征组合的优选参数范围和优选实施方案对应于上述那些。
就本发明而言，中间层是所有不为外层的层。
外层(通常称为“覆盖层”)优选不含填料。
本发明的多层木基材料优选包含三层木基材料，其中外部覆盖层总共占本发明多层木基材料总厚度的1-25％，优选3-20％，特别是5-15％。
用于外层的粘合剂通常为氨基塑料树脂，例如脲-甲醛树脂(UF)、蜜胺-甲醛树脂(MF)、蜜胺-脲-甲醛树脂(MUF)或本发明粘合剂C)。优选用于外层的粘合剂为氨基塑料树脂，特别优选脲-甲醛树脂，非常特别优选甲醛与-NH2基团的摩尔比为0.3-1.0的氨基塑料树脂。
本发明多层木基材料的厚度随应用而变且通常为0.5-100mm，优选10-40mm，特别是15-20mm。
此外，本发明涉及一种生产如上所定义的本发明多层木基材料的方法，其中将各层的组分一层于另一层之上叠置并在升高的温度和超级大气压下压制。
生产多层木基材料的方法原则上是已知的且例如描述于M.Dunky，P.Niemz，Holzwerkstoffe and Leime，Springer 2002，第91-150页中。
生产本发明多层木基材料的方法实例如下所述。
在削切木材之后干燥颗粒。合适的话随后除去粗和细级分。剩余的颗粒通过筛分或在空气流中分级而筛选。将较粗材料用于中间层并将较细材料用于覆盖层。中间层和覆盖层颗粒用胶涂敷或与胶混合，然后在每种情况下相互分开地喷淋组分B)(仅中间层)、C)(中间层)和合适的话D)(中间层和/或覆盖层)以及氨基塑料树脂(覆盖层)。首先将覆盖层材料喷淋到成型带上，然后喷淋中间层材料一包含组分B)、C)和合适的话D)，最后再次喷淋覆盖层材料。将如此生产的三层颗粒饼在冷态(通常处于室温)下预压缩，然后热压。压制可以通过本领域熟练技术人员已知的所有方法进行。通常将木颗粒饼在150-230℃的压机温度下压制成所需厚度。压制持续时间通常为3-15秒/mm板厚度。得到三层碎料板。
有关轻质含木材料和多层木基材料的平均密度，组分A)、B)、C)和合适的话D)以及特征组合的优选参数范围和优选实施方案对应于上述那些。
在另一优选实施方案中，在与粘合剂和/或木颗粒混合之前对预发泡或未预发泡聚苯乙烯和/或苯乙烯共聚物提供抗静电涂层。关于抗静电剂，上述描述适用。
本发明此外还涉及本发明的轻质含木材料和本发明的多层木基材料在生产各种制品，例如家具、家具部件或包装材料中的用途以及本发明的轻质含木材料和本发明的多层木基材料在建筑领域中的用途。除了家具、家具部件和包装材料之外，各种制品的实例是墙壁和天花板元件、门和地板。
家具或家具部件的实例是厨房家具、壁柜、椅子、桌子、台面(例如用于厨房家具)和桌面。
包装材料的实例是板条箱和盒子。
建筑领域的实例是建筑构造、民用工程、内部涂装和隧道建筑，其中可以将本发明的含木材料或本发明的多层木基材料用作模板或支架。
本发明的优点是本发明的轻质含木材料或本发明的多层木基材料的低密度，同时机械稳定性得到保留。此外，可以容易地生产本发明的轻质含木材料和本发明的多层木基材料；无需改造生产本发明的多层木基材料的现有设备。
本发明的轻质含木材料或尤其是多层木基材料的镶边性能惊人地好。镶边粘附得特别好且没有不均匀或波纹，尤其是多层木基材料的窄表面没有通过镶边显露，镶边对压力稳定且可以使用常规板材生产和镶边机器进行镶边。
惊人地，甚至低甲醛胶，即通常具有0.3-1.0，优选0.3-0.6的低甲醛/-NH2基团摩尔比的胶即可得到轻质含木材料或多层木基材料，其中该类轻质含木材料或多层木基材料的机械性能如横向抗张强度出人意料地高。
本发明多层木基材料的溶胀值有利地比具有相同密度但无填料的类似板的溶胀值低10％，优选低20％，尤其低30％。
实施例
制备预发泡聚苯乙烯
在连续预发泡器中用蒸汽处理Neopor
Figure GPA00001064257100151
N2200(Neopor为BASFAktiengesellschaft的市售产品和牌号)。通过改变蒸气压力和汽化时间而使预发泡聚苯乙烯小球的堆密度为50kg/m3。在预发泡之后的平均粒径为1.9-2.5mm。
B)在有和无填料下使用更富甲醛和更贫甲醛的脲-甲醛胶生产多层木基材料
B1)原料的混合
所用胶为来自BASF Aktiengesellschaft的Kaurit
Figure GPA00001064257100153
胶335和Kaurit
Figure GPA00001064257100154
胶347。通过混合固体脲而产生试验所需的甲醛与NH2基团的摩尔比(下文为F∶NH2)。在每种情况下用水将固体含量调节至67重量％。对于更多细节，还见表1-3。
B1.1)对于覆盖层：
在混合器中将510g细云杉颗粒(2％残留水分)与82.0g包含100份UF胶(F∶NH2＝0.52，固体含量67重量％)、1.4份浓度为52重量％的硝酸铵溶液(作为固化剂)、3.1份浓度为60重量％的石蜡乳液和15份水的胶液混合。B1.2)对于中间层：
在混合器中混合5508g粗云杉颗粒(2％残留水分)或4957g云杉颗粒和540g根据表1-3的填料或4315g云杉颗粒和270g根据表1-3的填料。然后施用753g包含100份UF胶(根据表1-3的F∶NH2；固体含量67重量％)、5.9份浓度为52重量％的硝酸铵溶液和4.0份浓度为60重量％的石蜡乳液的胶液，然后合适的话根据表1-3施用54.0g PMDI(Lupranat
Figure GPA00001064257100161
M 20 FB，BASF Aktiengesellschaft)。
B2)涂胶颗粒的压制
将用于生产三层碎料板的材料喷淋到30×30cm模具中。首先喷淋覆盖层材料，然后喷淋中间层材料，最后再次喷淋覆盖层。总质量的选择应使得在压制工艺结束后在16mm的理论厚度下获得所需密度。在所有试验中，覆盖层材料/中间层材料/覆盖层材料的质量比(重量比)为17∶66∶17。在所有试验中，将上面在B1.1)下所述的混合物用作覆盖层材料。中间层材料根据B1.2)生产并且根据表1-3改变。
在喷淋之后，在室温下，即在“冷态”下进行预压缩，然后在热压机(压机温度210℃，压制时间210s)中压制。在每种情况下板的理论厚度为16mm。
C)多层木基材料的研究
C1)密度
密度根据EN 1058在生产后24小时测定。
C2)横向抗张强度
横向抗张强度根据EN 319测定。
C3)溶胀值和吸水率
溶胀值和吸水率根据DIN EN 317测定。
C4)甲醛释放
甲醛释放根据DIN EN 120(穿孔法)测定。
C5)镶边性能
所用镶边材料为蜜胺镶边(厚0.6mm)。所用粘合剂为来自WetzelGmbH的Unitol 089618(EVA热熔粘合剂)。
将200g/m2热熔粘合剂施用于多层木基材料的窄表面并随后立即将镶边材料压制于该窄表面上，从而伸出5cm镶边材料。在调理室(20℃/65％相对湿度)中24小时后，对伸出的镶边材料施加张力(垂直于窄表面)并根据学分体系评价胶接质量。1＝非常好的性能；6＝不足的性能。评分不仅包括粘附而且包括肉眼外观(均匀光滑的表面或板材的再现)和对压力的稳定性。
试验结果示于表1、2和3中。
表中仅描述了中间层的数量数据。覆盖层在所有试验中相同(见上)。数量数据在所有情况下涉及干物质。在描述重量份时，将干木或干木和填料的总量设定为100份。在描述重量％时，成品多层木基材料中的中间层的所有干成分总和等于100％。
密度、强度、溶胀值、吸水率、镶边性能和穿孔值(甲醛释放)的测量在成品三层碎料板上进行。
表1、2或3中没有加入Neopor
Figure GPA00001064257100171
和PMDI的试验用于对比。
Figure GPA00001064257100181
Figure GPA00001064257100191
Figure GPA00001064257100201

Claims (19)

1.一种平均密度为200-600kg/m3的轻质含木材料，其在每种情况下基于含木材料包含：
A)30-95重量％的木颗粒；
B)1-15重量％的堆密度为10-100kg/m3的填料，其选自可发泡塑料颗粒和已发泡塑料颗粒；
C)3-50重量％包含氨基塑料树脂和具有至少两个异氰酸酯基团的有机异氰酸酯的粘合剂，和合适的话
D)添加剂。
2.根据权利要求1的轻质含木材料，其中组分B)选自苯乙烯均聚物、苯乙烯共聚物、C2-C10烯烃均聚物、C2-C10烯烃共聚物、PVC(硬质和软质)、聚碳酸酯、聚异氰脲酸酯、聚碳二亚胺、聚丙烯酰亚胺、聚甲基丙烯酰亚胺、聚酰亚胺、聚酯、聚氨酯、氨基塑料树脂和酚树脂。
3.根据权利要求2的轻质含木材料，其中组分B)选自苯乙烯均聚物和苯乙烯共聚物。
4.根据权利要求1-3中任一项的轻质含木材料，其中组分C)的有机异氰酸酯为PMDI。
5.根据权利要求1-3中任一项的轻质含木材料，其中氨基塑料树脂选自脲-甲醛树脂、蜜胺-甲醛树脂和蜜胺-脲-甲醛树脂。
6.根据权利要求4的轻质含木材料，其中氨基塑料树脂选自脲-甲醛树脂、蜜胺-甲醛树脂和蜜胺-脲-甲醛树脂。
7.根据权利要求1-3中任一项的轻质含木材料，其中甲醛：-NH2基团的摩尔比为0.3-1.0。
8.根据权利要求6的轻质含木材料，其中甲醛：-NH2基团的摩尔比为0.3-1.0。
9.根据权利要求1-3中任一项的轻质含木材料，其中氨基塑料树脂在组分C)中的含量基于轻质含木材料为1-45重量％且有机异氰酸酯在组分C)中的总含量基于轻质含木材料为0.1-5重量％。
10.根据权利要求8的轻质含木材料，其中氨基塑料树脂在组分C)中的含量基于轻质含木材料为1-45重量％且有机异氰酸酯在组分C)中的总含量基于轻质含木材料为0.1-5重量％。
11.一种包含至少三层的多层木基材料，其中仅中间层或至少中间层的一部分包含根据权利要求1-10中任一项的轻质含木材料。
12.一种包含至少三层的多层木基材料，其中仅中间层或至少中间层的一部分包含根据权利要求1-10中任一项的轻质含木材料且外部覆盖层不含填料。
13.根据权利要求11或12的多层木基材料，平均密度为300-600kg/m3。
14.一种生产如权利要求1-10中任一项所定义的轻质含木材料的方法，其中混合如下组分：
A)30-95重量％木颗粒；
B)1-15重量％堆密度为10-100kg/m3的填料，其选自可发泡塑料颗粒和已发泡塑料颗粒；
C)3-50重量％包含氨基塑料树脂和具有至少两个异氰酸酯基团的有机异氰酸酯的粘合剂，以及合适的话，
D)添加剂，
然后在升高的温度和超级大气压下压制。
15.一种生产如权利要求11-13中任一项所定义的多层木基材料的方法，其中将各层的组分一层于另一层之上叠置并在升高的温度和超级大气压下压制。
16.如权利要求1-10中任一项所定义的轻质含木材料或如权利要求11-13中任一项所定义的多层木基材料在各种制品生产及建筑领域中的用途。
17.如权利要求1-10中任一项所定义的轻质含木材料或如权利要求11-13中任一项所定义的多层木基材料在家具零件和家具部件生产、包装材料生产、房屋建筑或内部涂装中的用途。
18.包含氨基塑料树脂和具有至少两个异氰酸酯基团的有机异氰酸酯的粘合剂在生产密度为200-600kg/m3的轻质含木材料或多层木基材料中的用途，其中甲醛：-NH2基团摩尔比为0.3-1.0。
19.包含氨基塑料树脂和具有至少两个异氰酸酯基团的有机异氰酸酯的粘合剂在生产如权利要求1-13中任一项所定义的轻质含木材料或轻质多层木基材料中的用途，其中甲醛：-NH2基团摩尔比为0.3-1.0。
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