JP2020531320A - カプロラクタムおよびそのオリゴマーの存在下でリグノセルロース材料を製造する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(I)成分を1つ以上の混合物に混合する工程、
(II)方法工程(I)で製造された混合物を分散させてマットを形成する工程、
(III)分散させたマットを予備圧縮する工程ならびに
(IV)予備圧縮されたマットを加熱および加圧する工程
を含む、1つ以上の層(S)と、場合により1つ以上の更なる層(WS)とから成る単層または多層のリグノセルロース材料を製造するための新規かつ改善された方法が見出され、ここで、1つ以上の層(S)のために方法工程(I)で使用される混合物は、リグノセルロース粒子(成分L)と、
・カプロラクタム、カプロラクタムのオリゴマーおよび/またはそれらの混合物(成分A)、
・多核ジフェニルメタンジイソシアネート(成分B)を含む、イソシアネートベースのバインダー、
・水(成分C)および
・場合により1つ以上の添加物(成分D)
とを含む。
予備圧縮とは、機械的な影響を及ぼしながら、分散させたマットの厚さを薄くすることを意味する。ここで、予備圧縮は、方法工程(IV)の範囲の加圧に加えて行われる。
本発明によれば、引き続き、予備圧縮されたマットの加熱および加圧が行われる。これは、バインダーを硬化させるために必要である。
・0.001〜4重量%、好ましくは0.001〜3重量%、特に好ましくは0.01〜2重量%、特に0.05〜1重量%の成分A、
・0.5〜10重量%、好ましくは1〜5重量%、特に好ましくは1.5〜4重量%、特に2〜3.5重量%の成分B、
・3〜16重量%、好ましくは8〜14重量%、特に好ましくは8〜12重量%の成分Cおよび、
・0〜30重量%、好ましくは0〜20重量%、特に好ましくは0〜10重量%、特に0〜5重量%の成分D
とを含む。
リグノセルロース粒子は、一般に、リグノセルロース含有物質を粉砕することにより製造される。リグノセルロース含有物質は、木質化された植物材料を含む物質である。木質化とは、リグニンの沈着による植物の細胞壁の化学的および物理的な修飾を指すと理解される。最も重要なリグノセルロース含有物質は木材である。しかしながら、リグニンを含む他の植物、またはリグニンを含む農業および林業の原材料および残留物、たとえば、ワラ、亜麻ワラもしくは綿の茎も使用できる。木質化された茎を有するヤシまたは草、たとえば竹も適している。リグノセルロース含有粒子の更なる供給源は、古紙または廃材、たとえば古い家具である。使用されるリグノセルロース含有粒子は、リグノセルロース含有植物に由来しない異物を含み得る。異物の含有量は広い範囲にわたって変化してもよく、一般に0〜30重量%、好ましくは0〜10重量%、特に好ましくは0〜5重量%、特に0〜1重量%である。異物は、たとえば廃材に含まれているプラスチック、接着剤、コーティング、染料などであり得る。リグノセルロースという用語は、当業者に知られている。
本発明によれば、層(S)のために方法工程(I)で使用される混合物は、成分Aとして、カプロラクタム、カプロラクタムのオリゴマーおよび/またはそれらの混合物を含む。前述の化合物は、バインダーの硬化の促進剤として作用する。促進剤とは、本発明による方法においてNCO基の反応を促進する化合物を意味する。
成分(A)は
a)個別に、すなわち、成分(B)とは時間的および/または空間的に別々に、リグノセルロース粒子(成分(L))に添加してもよい(2成分系)。この場合、
a1)成分(A)および成分(B)は、時間的または空間的に直接連続して添加してもよく、
a2)更なる成分(Cおよび/またはD)を、空間的または時間的に成分(A)と成分(B)との間に添加してもよい。
成分(A)は、
b)成分(B)と一緒に添加してもよい(1成分系)。成分(A)と成分(B)とは、
b1)リグノセルロース繊維(L)に塗布する前に連続的もしくは不連続的に混合してもよいか、
b2)塗布中にその場で、たとえば、2物質または3物質ノズルにおいて混合してもよい。
本発明によれば、1つ以上の層(S)の製造のために方法工程(I)で使用される混合物は、多核ジフェニルメタンジイソシアネートを含むイソシアネートベースのバインダーを含む。イソシアネートベースのバインダーは、当業者に基本的に知られており、たとえばM.Dunky,P.Niemz,Holzwerkstoffe und Leime:Technologie und Einflussfaktoren[木質材料と接着剤:技術と影響要因],Springer Berlin Heidelberg,2002(part II 249頁以降)に記載されている。
水(成分C)は、個別に混合物に導入してもよいし、または完全にまたは部分的に、湿ったリグノセルロース粒子の形態で、成分Aとの水性混合物として、成分Bとの水性混合物として、もしくは成分Dとの水性混合物として混合物に導入してもよい。
添加剤(成分D)として、成分L、成分A、成分B、および成分Cを除く、自体公知のすべての添加剤が考慮される。添加剤として適切なのは、例として、剥離剤、疎水化剤、たとえばパラフィンエマルジョン、木材保護剤、染料、顔料、充填剤、レオロジー助剤、ホルムアルデヒド捕捉剤、たとえば尿素またはポリアミン、難燃剤、セルロース、例としてナノ結晶セルロースまたはミクロフィブリル化セルロースが考慮される。このような添加剤は、たとえば、国際公開第2015/104349号に、成分D)およびE)として記載されている。
材料および装置
使用した木材チップ(成分L)は、チップの乾燥重量を基準として2〜5重量%の含水量を有していた。パーティクルボードの製造には、B/Cチップ混合物を使用した(重量比B:C=60:40、B区分のチップサイズは0.5〜2mm、C区分のチップサイズは2〜4mmであった)。バインダー(成分B)として、BASF SEのLupranat(登録商標)M 20R(約2.7の官能基数を有するポリメリックMDI)を使用した。最大4barの圧力の圧縮空気により作動する2成分ノズルを備えたミキサーを使用した。予備加圧として、空気圧ピストンプレスを使用し、分散させたマットを30cm×30cmの寸法を有する金属フレーム内に圧縮した。実施例2に従ってホットプレスを行った。
バッチ1−1:5535gのチップ(水分2.5重量%、5400gのチップatroに相当)をミキサーに装入し、混合中に216g(4重量%atro)のLupranat(登録商標)M 20Rを噴霧した。引き続き、混合物に400gの水を噴霧した。
バッチ1−1〜1−2の混合物の一部(150g)を、高さ50mmまで型に流し込んだ。加圧ラムを載置し、1N/mm2の単位圧で20秒間、実験室用プレスで圧縮した。予備加圧されたボードを型から取り出し、送り装置に置いた。引き続き、マットを、重力に基づきマットが破断するまで、テーブルの端で15cm/分の一定の送り速度で押し動かした。この移動に随伴する定規を使用して、破断点まで突き出るマットの長さを測定した(「破断長さ」)。引き続き、このプロセスを80秒と160秒のそれぞれの加圧時間で2回繰り返した。
バッチ2−1:5654gのチップ(水分4.7重量%、5400gのチップatroに相当)をミキサーに装入し、混合中に300gの水を噴霧した。引き続き、混合物に216g(4重量%atro)のLupranat(登録商標)M 20Rを噴霧した。
ミキサーから取り出した後、バッチ2−1〜2−3の混合物1100gを、30×30cm2の型に均一に分散させ、1N/mm2の単位圧で30秒間室温にて予備加圧した。得られた予備圧縮マットを、表2に示す対応バッチの加圧時間にわたり、210℃でワックス分離紙を使用して加圧した。押圧力は、加圧時間の最初の2/3で4N/mm2であり、引き続き加圧時間の1/6で2N/mm2であり、最後に加圧時間の1/6で1N/mm2であった。ボードの厚さは、金属製の16mmスペーサーストリップを使用することにより調整した。加圧プロセス後、完成したパーティクルボードをホットプレスから取り出し、1日間保管した。横引張強度の測定は、パーティクルボード1つあたり少なくとも8つの試験片についてDIN EN 319に従って行った。最小加圧時間として、少なくとも0.4N/mm2の横引張強度を有する安定したボードが得られる加圧時間が定義される。
Claims (16)
- 1つ以上の層(S)と、場合により1つ以上の更なる層(WS)とから成る単層または多層のリグノセルロース材料を製造する方法であって、方法工程
(I)成分を1つ以上の混合物に混合する工程、
(II)方法工程(I)で製造された混合物を分散させてマットを形成する工程、
(III)分散させた前記マットを予備圧縮する工程ならびに
(IV)予備圧縮された前記マットを加熱および加圧する工程
を含み、ここで、前記1つ以上の層(S)のために方法工程(I)で使用される前記混合物は、リグノセルロース粒子(成分L)と、
・カプロラクタム、前記カプロラクタムのオリゴマーまたはそれらの混合物(成分A)、
・多核ジフェニルメタンジイソシアネートを含む、イソシアネートベースのバインダー(成分B)、
・水(成分C)および
・場合により1つ以上の添加物(成分D)
とを含む、方法。 - 前記層(S)の混合物が、リグノセルロース粒子(成分L)と、それぞれ前記成分Lの乾燥重量100重量%を基準として、
・0.5〜10重量%の成分B、
・3〜16重量%の成分Cおよび
・0〜30重量%の1つ以上の成分Dおよび
・0.001〜4重量%の成分A
とを含む、請求項1記載のリグノセルロース材料の製造方法。 - 前記成分Aが、カプロラクタムと前記カプロラクタムのオリゴマーとの混合物であり、ここで、前記混合物は、1超から最大10の数平均鎖長を有する、請求項1または2記載の方法。
- 前記成分Aがカプロラクタムである、請求項1または2記載のリグノセルロース材料の製造方法。
- 前記成分Bが、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートと多核ジフェニルメタンジイソシアネートとの混合物を含む、請求項1から4までのいずれか1項記載のリグノセルロース材料の製造方法。
- 前記成分Bが、2超から最大3の平均官能基数を有するポリメリックジフェニルメタンジイソシアネートを含む、請求項1から5までのいずれか1項記載のリグノセルロース材料の製造方法。
- 成分Aとして、前記成分Lの乾燥重量100重量%を基準として0.1〜1重量%のカプロラクタムを使用する、請求項1から6までのいずれか1項記載のリグノセルロース材料の製造方法。
- 成分Aとして、前記成分Lの乾燥重量100重量%を基準として0.1〜1重量%のカプロラクタムと前記カプロラクタムのオリゴマーとの混合物を使用する、請求項1から6までのいずれか1項記載のリグノセルロース材料の製造方法。
- 成分Aを、溶液の総重量を基準として少なくとも25重量%の濃度を有する水溶液中で使用する、請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。
- 成分Aを、ポリオールまたはポリオールの混合物またはポリオールと水との混合物中での溶液として使用する、請求項1から8までのいずれか1項記載のリグノセルロース材料の製造方法。
- 前記成分Aの濃度が、前記溶液の総重量を基準として少なくとも25重量%である、請求項10記載のリグノセルロース材料の製造方法。
- 方法工程(IV)における前記加熱を、熱的に、または高周波電界により、またはその2つの組合せにより行うことを特徴とする、請求項1から11までのいずれか1項記載のリグノセルロース材料の製造方法。
- 前記リグノセルロース材料が、MDF(中密度ファイバーボード)、HDF(高密度ファイバーボード)、PB(パーティクルボード)、OSB(配向ストランドボード)またはWFI(木材繊維断熱マット)であることを特徴とする、請求項1から12までのいずれか1項記載のリグノセルロース材料の製造方法。
- 請求項1から13までのいずれか1項記載の方法により得られるリグノセルロース材料。
- DIN EN ISO 319に従って0.1N/mm2〜1N/mm2の横引張強度を有する、請求項14記載のリグノセルロース材料。
- 請求項14または15に記載のリグノセルロース材料の、家具製作、住宅建設、室内設計および/または展示建設における使用。
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