KR101281278B1 - 우레아-포름알데하이드 수지용 중합 증강 조성물, 이의제조방법, 이의 사용 방법 및 이로부터 제조된 물품 - Google Patents

우레아-포름알데하이드 수지용 중합 증강 조성물, 이의제조방법, 이의 사용 방법 및 이로부터 제조된 물품 Download PDF

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Abstract

물에서의 pKa가 약 2 내지 약 8인 산의 급원, 물에서의 pKb가 약 2 내지 약 6인 염기의 급원 및 우레아로 본질적으로 구성될 수 있는 조성물의 수성 반응 산물. 경화성 우레아/포름알데하이드 수지 조성물은 경화성 우레아/포름알데하이드 수지와 전술한 조성물을 함유할 수 있으며, 그 수지와 조성물을 혼합하여 제조할 수 있다. 상기 경화성 수지와 리그노셀룰로스성 미립자 물질을 혼합하고, 그 수지를 경화시켜 재생 목재 산물을 제조할 수도 있다. 경우에 따라, 재생 목재 판넬은 전술한 수성 반응 산물과 경화성 수지의 경화된 산물을 함유하는 결합제 조성물 및 리그노셀룰로스성 미립자 물질을 함유할 수 있다. 중합 증강 조성물 제조용 농축물은 전술한 산 급원, 전술한 염기 급원 및 우레아로 본질적으로 구성될 수 있다.
우레아-포름알데하이드 수지, 중합 증강 조성물, 재생 목재 판넬, 리그노셀룰로스성 미립자, 결합제 조성물, 산, 염기, 우레아

Description

우레아-포름알데하이드 수지용 중합 증강 조성물, 이의 제조방법, 이의 사용 방법 및 이로부터 제조된 물품{POLYMERIZATION-ENHANCING COMPOSITION FOR UREA-FORMALDEHYDE RESINS, METHOD OF MANUFACTURE, METHOD OF USE, AND ARTICLES FORMED THEREFROM}
관련 출원에 대한 설명
본 발명은 전문이 본원에 참고인용된, 2004년 7월 30일에 출원된 미국 특허 가출원 번호 60/592,817의 우선권을 주장한다.
본 발명은 멜아민-우레아-포름알데하이드 수지를 비롯한 우레아-포름알데하이드 수지, 더 상세하게는 그러한 수지의 중합을 증강시키기 위한 조성물에 관한 것이다.
우레아-포름알데하이드(UF) 수지는 재생 목재를 기반으로 하는 판넬 산물, 예컨대 인테리어급 파티클보드, MDF(중밀도 섬유판), 및 합판(plywood) 등의 결합제로서 40년 이상 사용되고 있다. UF 수지는 사용 시, "퍼니시 물질", 즉, 셀룰로스성 또는 리그노셀룰로스성 물질의 입자, 박편(flake), 섬유(fiber) 및 시트(sheet)와 혼합하고, 적당한 경우에는 매트(mat)로 만들어, 적층시켜 핫프레스의 가열 압반 사이에서 압착하면, 원하는 두께와 밀도의 보드 산물이 된다. 이러한 보 드 산물은 종종 2차 핫프레싱(hot pressing) 작업, 예컨대 라미네이션(lamination) 처리된다. UF 수지가 사용되는 이유는 결과적으로 수득되는 보드의 높은 물리적 강도 성질, 비교적 높은 생산 속도와 최소 에너지 소비에서의 보드 생산성 및 이에 따른 다른 결합제보다 더욱 뛰어난 비용 효과가 있기 때문이다.
UF 수지는 일반적으로 중간 정도의 산도 증가와 승온의 조합을 통해 경화된다. 이러한 산도 증가는 목재 산물과의 접촉에 의해 및/또는 산 발생 촉매, 전형적으로 황산, 염산 또는 질산의 암모늄 염의 첨가에 의해 유발될 수 있다. 이러한 촉매는 포름알데하이드 함량이 낮은 경우에도 경화 속도를 높일 수 있지만, 이러한 촉매 효율은 F:U 몰비가 1.0 미만일 때 유의적으로 저하된다. 수지 경화 후에 지속적인 산 촉매의 존재는 역반응을 촉매하여, 특히 보드의 핫 적층 동안 및/또는 2차 핫프레싱 작업 동안 중합체 분해를 유발할 수 있다. 이러한 효과를 현저하게 경감시키기 위하여 미국 특허 5,635,583(Motter et al.)에 게시된 바와 같은 완충 촉매 시스템이 개발되었다. 이 촉매 시스템은 약 8.5 내지 약 2.0의 pH로 조정된 완충성 염 수용액(바람직하게는 이인산칼륨), 인산 및 황산암모늄을 함유한다. 완충성 염 용액은 이 완충성 염 용액의 완충 범위 이하 또는 그 범위 중의 하위 중간까지의 pH를 달성할 정도의 산을 함유하는 것이 바람직하다.
또한, UF 수지는 소량(0.1 내지 5.0wt%)의 멜아민 혼입으로 변형되어, 핫적층 및 2차 프레싱 작업 동안 중합 성질의 분해에 내성적이고 포름알데하이드 방출량이 적은 낮은 F:U 몰비(통상 <1.0:1.0)의 혼성(mUF) 수지로 제조되었다. 전반적으로, 이 수지는 통상의 UF 수지보다 비용이 많이 들고, 보드의 적당한 물리적 성 질을 달성하기 위해 적용 비율이 상당히 더 높아야 하며, 더 많은 경화 시간(및/또는 더 많은 에너지 투입)을 필요로 한다. 또한, 통상의 암모늄 염 기반 촉매 시스템은 이러한 mUF 시스템에서는 효과적이지 않았다.
더욱이, 멜아민 함량이 더 높은(>5 내지 약 30%) UF 수지(MUF) 그룹도 내수성 증강을 필요로 하는 용도의 산물을 제조하는데 사용되었다. 이러한 수지들의 비용, 필요한 적용 비율 및 경화에 필요한 시간은 일반적으로 멜아민 함량에 비례하여 증가한다.
따라서, UF, mUF 및/또는 MUF 수지의 중합을 증강시키기 위한 방법은 당업계에서 여전히 연구되어야 하는 과제이다. 구체적으로, UF, mUF 및/또는 MUF 수지의 경화 속도를 증가시키고(거나) 경화 온도를 저하시키는 조성물 및 방법이 여전히 연구되어야 하는 과제이다. 이러한 조성물 및 방법은 수지의 유리한 성질에 유의적인 악영향을 미치지 않거나 또는 심지어 개선시키는 것이 바람직하다.
전술한 약점과 단점은 물에서의 pKa가 약 2 내지 약 8인 산 급원, 물에서의 pKb가 약 2 내지 약 6인 염기 급원 및 우레아로 본질적으로 구성될 수 있는 조성물의 수성 반응 산물에 의해 완화된다.
경화성 우레아/포름알데하이드 수지 조성물은 경화성 우레아/포름알데하이드 수지와 함께, 물에서의 pKa가 약 2 내지 약 8인 산 급원, 물에서의 pKb가 약 2 내지 약 6인 염기 급원 및 우레아의 수성 반응 산물로 본질적으로 구성되는 조성물을 함유할 수 있다.
경화성 우레아/포름알데하이드 수지 조성물의 제조방법은 물에서의 pKa가 약 2 내지 약 8인 산 급원, 물에서의 pKb가 약 2 내지 약 6인 염기 급원 및 우레아의 수성 반응 산물로 본질적으로 구성되는 조성물과 경화성 우레아/포름알데하이드 수지를 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
재생 목재 산물의 제조방법은 리그노셀룰로스성 미립자 물질; 경화성 우레아/포름알데하이드 수지; 및 물에서의 pKa가 약 2 내지 약 8인 산 급원, 물에서의 pKb가 약 2 내지 약 6인 염기 급원 및 우레아로 본질적으로 구성되는 조성물의 수성 반응 산물을 혼합하는 단계; 및 경화성 우레아/포름알데하이드 수지를 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 양태로서, 재생 목재 판넬은 리그노셀룰로스성 미립자 물질; 및 물에서의 pKa가 약 2 내지 약 8인 산 급원, 물에서의 pKb가 약 2 내지 약 6인 염기 급원 및 우레아로 본질적으로 구성되는 조성물의 수성 반응 산물과 경화성 우레아/포름알데하이드 수지의 경화된 산물을 함유하는 결합제 조성물을 함유할 수 있다.
다른 양태로서, 물에서의 pKa가 약 2 내지 약 8인 산 급원, 물에서의 pKb가 약 2 내지 약 6인 염기 급원 및 우레아로 본질적으로 구성될 수 있는 중합 증강 조성물의 제조용 농축물을 제공한다.
전술한 특징 및 다른 특징은 다음과 같은 상세한 설명을 통해 예시된다.
상세한 설명
본 발명자들은 경화성 우레아/포름알데하이드 수지의 반응성 및/또는 경화된 우레아/포름알데하이드 수지의 성능이, 우레아, 물에서의 pKa가 약 2 내지 약 8인 산, 예컨대 인 옥시산(phosphorus oxyacid), 물에서의 pKb가 약 2 내지 약 6인 염기, 예컨대 암모니아의 수성 반응 산물을 함유하는 조성물의 존재 하에서 수지의 경화 시 증강된다는 것을 발견했다. 특히 바람직한 양태에 따르면, 재생 목재 기반 판넬 산물의 제조에 있어서 이러한 조성물의 사용은 보드 성질 및/또는 보드 생산 속도에 유의적인 악영향을 미침이 없이 적용되는 수지 고형물의 총 함량을 유의적으로 감소시키게 된다. 이러한 결과는 양호한 경화 속도를 달성하기 위해서는 강산을 사용하는 것이 필수적이라는 당업계의 믿음으로 인해 놀라운 발견이었다. 더욱이, 당업계에서는 우레아 및 암모니아가 모두 일반적으로 경화를 개선시키기 보다는 지연시키는 것으로 생각되고 있기 때문에 더욱 놀라운 결과였다.
일 양태에 따르면, 중합 증강 조성물은 우레아, 약산, 즉 물(25℃)에서의 pKa가 약 2 내지 약 8인 산, 및 약 염기, 즉 물(25℃)에서의 pKb가 약 2 내지 약 6인 염기가 수성 용액에서 반응을 일으켜 수득되는 반응 산물로 본질적으로 구성된다. 여기서 "본질적으로 구성되는"이란 용어는 경화성 우레아/포름알데하이드 수지에 대한 조성물의 촉매 본성에 실질적인 악영향을 미칠 수 있는 임의의 다른 성분이 조성물에 없는 것을 의미한다. 또한, 우레아/포름알데하이드 수지와 혼합하기 전에 반응 산물을 제조하는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다. 따라서, "본질적으로 구성되는"이란 표현은 중합 증강 조성물이 우레아/포름알데하이드 수지의 부재 하에 실질적으로 또는 전적으로 제조되는 수성 반응 산물을 함유하는 것을 의미한다.
다른 양태에 따르면, 중합 증강 조성물은 산, 즉 물에서의 pKa가 약 2 내지 약 8인 산과 약염기, 즉 물에서의 pKb가 약 2 내지 약 6인 염기 및 우레아의 물에서의 반응 산물로 구성된다. "구성된다"란 용어는 반응 산물이 상기 산, 약염기, 우레아 및 물에서 보통 발견되는 불순물 및/또는 부산물이외의 다른 추가 성분을 전혀 함유하지 않은 조성물로부터 제조된 것을 의미한다.
구체적인 산 및 염기는 우레아/포름알데하이드 수지의 중합을 효과적으로 증강시키는 것으로 선택한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "증강"에는 반응 속도가 중합 증강 조성물의 부재 하에 동일한 반응의 반응 속도에 비해 증가된 것 및/또는 중합에 의해 생산된 산물의 개선이 포함된다. 산물의 개선은 예컨대 결합 강도 개선, 인장 강도, 흡수성 등과 같은 기계적 성질의 개선 또는 중합 증강 용액 없이 동일한 성질을 수득하는데 필요한 수지 고형물 함량의 감소일 수 있다. 이러한 산 및 염기는 이하에 제시되는 안내에 따라 선택할 수 있다.
산이 복수의 pKa를 보유하는 경우에는, 적어도 하나의 pKa가 약 2 내지 약 8 범위인 것이다. 다른 양태에 따르면, 산의 pKa는 약 2 내지 약 3, 약 3 내지 약 4, 약 4 내지 약 5, 약 5 내지 약 6, 약 6 내지 약 7 및/또는 약 7 내지 약 8인 것이다. 산은 또한 pKa가 약 2 내지 약 4, 및/또는 약 6 내지 약 8인 것일 수 있다. 적당한 산의 예에는 탄산, 인산, 다인산, 포스핀산, 포스폰산 등과 같은 무기산; 및 아세트산, 구연산, 포름산, 벤조산, 페놀, 프탈산, 프로피온산, 숙신산, 신남산, 부탄산, 설폰산 등과 같은 유기산이 있으며, 이에 국한되는 것은 아니다. 이러한 산을 하나 이상 함유하는 조합물이 사용될 수도 있다.
일 양태에 따르면, 중합 증강 조성물은 인 옥시산으로 제조된다. 인 옥시산의 예에는 인산(H3PO4), 포스폰산(H3PO3) 및 포스핀산(H3PO2)뿐만 아니라 이에 상응하는 다산, 예컨대 이인산(H4P2O7), 삼인산(H5P3O10), 시클로삼인산(트리메타인산으로도 알려져 있다), 다인산(메타인산으로도 알려져 있다), 이인(IV)산(차인산으로도 알려져 있다, H4P2O4), 이인(III-IV)산(이소차인산으로도 알려져 있다, H3P2O6), 디포스폰산(또한, 피로인산으로도 알려져 있다, H4P2O5) 등이 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다. 인 옥시산의 가황 유사체 및 질소 유사체도 인 옥시산의 정의에 포함되며, 그 예에는 포스피노티오 O-산, 포스피노티오 S-산, 포스피노디티오산, 포스핀이미드산, 포스포노티오 O,O'-산, 포스포노티오 O,S'-산, 포스포노디티오 S,S'-산, 포스포노트리티오산, 포스폰이미도티오산 등이 있다. 제한된 양의 유기 치환을 함유하는 인 옥시산, 예컨대 알킬포스폰산이 사용될 수도 있지만, 무기 산이 일부 용도에서는 비용, 효능 및 유사 문제로 인해 바람직한 것으로 생각된다.
또한, "산" 및 "인 옥시산"이란 용어는 편의상 사용된 것으로서, 산의 양자화된 형태에 국한시키려는 의도는 없음을 이해하고 있어야 한다. 즉, 산, 예컨대 조성물의 인 옥시산은 전술한 바와 같은 산, 이에 대응하는 무수물, 대응하는 일염기 염, 이염기 염, 삼염기 염 또는 그 이상의 염, 대응하는 할로겐 산, 대응하는 에스테르 등의 다양한 산 급원으로부터 동일계에서 유도될 수 있다. 전술한 산 형태를 하나 이상 함유하는 혼합물도 사용할 수 있다.
구체적인 양태에 따르면, 인 옥시산은 양자화된 산 형태 자체, 예컨대 H3PO4로서 증강 조성물에 첨가한다. 다른 양태에 따르면, 대응하는 염, 예컨대 암모늄, 알칼리 및/또는 알칼리 토금속 염, 예컨대 일인산나트륨, 이인산나트륨, 일인산칼륨, 이인산칼륨 등이 사용될 수 있다.
인 옥시산을 함유하는 양태는 평형 반응 산물, 경우에 따라 인 옥시산과 우레아의 평형 반응 산물을 함유할 수 있다.
산은 약염기, 즉 물에서의 pKb가 약 2 내지 약 6인 염기와 혼합된다. 다른 양태에 따르면, 염기는 pKb가 약 3 내지 약 5, 구체적으로 약 4 내지 약 5인 것이다. 적당한 약염기에는 암모니아(물에서의 pKb = 4.75) 또는 특정 유기 아민, 예컨대 메틸아민, 에틸아민, 에탄올아민, 트리에탄올아민, 모르폴린 및 트리에틸아민("아민 트리에틸"로도 알려져 있다), "암모니아수"(수산화암모늄) 등이 포함된다. "암모니아" 및 "아민"이란 용어는 편의상 사용된 것으로서, 염기의 비양자화된 형태에 국한시키려는 의도는 없다. 염기는 다양한 염기 급원, 예컨대 전술한 바와 같은 염기, 상응하는 염 등으로부터 동일계에서 유도될 수 있다. 즉, 암모니아 또는 아민은 기체 또는 수성 용액의 형태로 조성물에 첨가될 수 있다. 또는, 암모니아 또는 아민은 염 형태, pKa가 약 2 내지 약 8인 산의 산 부가 염 또는 할라이드 염과 같은 형태로 첨가될 수 있다.
산과 염기의 급원은 동일한 것, 즉 동일한 염인 것이 편리하다. 예를 들어, 암모니아 및 옥시인산은 인 옥시산의 암모늄염 형태, 예컨대 일인산암모늄((NH4)H2PO4), 이인산암모늄((NH4)2HPO4) 등으로 첨가되고, 구연산 및 암모니아는 구연산암모늄으로 제공될 수 있다. 이러한 염 역시 다른 산 또는 염기 급원과 함께 사용될 수 있다. 또한, 암모니아는 유효 온도(예컨대, 실온 내지 약 104℃)에서 유효 시간(예컨대, 0.25 내지 약 12시간) 동안 우레아와 인 옥시산의 반응에 의해 제공될 수도 있다. 이러한 양태에서, 우레아는 암모니아 급원으로서 작용한다.
우레아는 시중에서 입수할 수 있는 다양한 형태, 예컨대 프릴(prill)과 같은 고체 우레아, 및 우레아 수용액으로부터 유래할 수 있다.
산 급원, 약 염기 급원 및 우레아 급원은 수용액에서 혼합되어 반응 산물을 제공한다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 "용액"이란 용어는 반응물 전부 또는 일부가 용해되어 있는 혼합물, 분산액 및 다른 조합물을 포함하는 것으로 간주되어야 한다. 수용액에는 소량의 혼화성 및 비혼화성 보조용매, 예컨대 물과 보조용매 혼합 부피를 기준으로 할 때 약 10부피퍼센트(vol%) 이하의 보조용매, 예컨대 메탄올, 이소프로판올, 아세톤 등이 존재할 수 있다. 100vol% 물이 사용되는 것이 바람직하다. 반응 산물의 성질이나 반응에 유의적인 악영향을 미치지 않는다면 다른 성분들이 반응 동안 존재할 수도 있다. 일 양태에 따르면, 출발 물질에 존재하는 천연 또는 불가피한 불순물 및/또는 반응 산물외에 다른 성분은 전혀 존재하지 않는다.
또한, 본 발명의 범위에는 경화성 우레아/포름알데하이드 수지의 중합 증강 조성물 제조에 유용한 농축물이 포함되며, 이 농축물은 물에서의 pKa가 약 2 내지 약 8인 산, 물에서의 pKb가 약 2 내지 약 6인 염기 및 우레아의 수성 반응 산물을 형성하기 위한 전구체를 함께 함유한다. 가장 편리한 것은, 농축물이 "건조" 형태, 즉 중합 증강 조성물의 형성을 위해 물에 첨가될 수 있는 고체 성분의 혼합물 형태로 제공되는 것이다. 이러한 농축물에는, 예컨대 고체 우레아, 고체 산 염 및 고체 염기 염의 조합물; 고체 우레아 및 산과 약 염기의 혼합 염(예컨대 일인산암모늄, 이인산암모늄 등); 산의 우레아 염 및 약염기 염; 또는 산의 우레아 염 및 산과 약염기의 혼합 염이 있다. 일 양태에 따르면, 농축물은 물에서의 pKa가 약 2 내지 약 8인 산의 전구체, 물에서의 pKb가 약 2 내지 약 6인 염기의 전구체 및 우레아로 구성되거나 또는 본질적으로 구성된다. 다른 양태에 따르면, 우레아/포름알데하이드 수지가 없는 것이다. 다른 양태에 따르면, 농축물은 물에서의 pKa가 약 2 내지 약 8인 산, 물에서의 pKb가 약 2 내지 약 6인 염기 및 우레아로 구성되거나 또는 본질적으로 구성된다.
농축물은 수용액으로 희석 시, 반응물이 적당한 비율이 되도록 하기에 효과적인 함량으로 반응물(또는 반응물 전구체)을 함유한다. 적당한 함량은 이하에 제시되는 안내에 따라 당업자라면 과도한 실험없이 쉽게 결정할 수 있을 것이다. 다른 양태에 따르면, 농축물은 사용 중인 탱크 또는 적당한 혼합 탱크에서 경화성 우레아/포름알데하이드 수지에 직접 첨가하여 용해한다. 이 양태에 따르면, 농축물에 존재하는 반응물(또는 반응물 전구체)의 상대적 함량은 경화성 우레아/포름알데하이드 수지에 대한 반응물의 적당한 최종 농도를 제공하도록 조정하는 것이 바람직하다.
수용액에 반응물을 첨가하는 순서는 중요하지 않은 것으로 보인다. 앞에서 논한 바와 같이, 약염기와 산은 각각 다른 염 형태로 제공될 수도 있고, 또는 하나의 염으로서 함께 제공될 수도 있다. 또한, 우레아는 별도로 제공되거나 산과의 염 형태로서 제공될 수도 있다. 반응물은 수성 매질에서 혼합한 후, 방치해 두거나 또는 혼합한다. 경우에 따라, pH를 바람직한 범위로 조정하여 평형을 안정시킨다. 반응은 임의의 유효 온도, 바람직하게는 실온 또는 약 104℃ 이하의 온도에서 일어날 수 있다.
산, 약염기 및 우레아의 상대적 비율은 사용된 구체적인 산 및 염기, 구체적인 우레아/포름알데하이드 수지 및 원하는 경화도 및 경화 속도, 경화된 수지의 바람직한 성질 및 기타 유사 문제에 따라 달라질 수 있고, 당업자라면 본 명세서에 제시된 안내에 따라 쉽게 결정할 수 있다. 일 양태에 따르면, 중합 증강 조성물은 약 0.1 내지 약 70중량%(wt%) 산, 약 0.1 내지 약 50wt% 약염기 및 약 1 내지 약 55wt% 우레아 및 잔여량의 물을 반응시켜 제조한다. 구체적으로, 중합 증강 조성물은 약 1 내지 약 60wt% 산, 약 1 내지 약 40wt% 약염기 및 약 10 내지 약 50wt% 우레아, 잔여량의 물을 반응시켜 제조할 수 있다. 다른 양태에 따르면, 중합 증강 조성물은 약 1 내지 약 40wt% 산, 약 1 내지 약 20wt% 약염기 및 약 25 내지 약 50wt% 우레아와 잔여량의 물의 반응에 의해 제조할 수 있다.
구체적인 일 양태에 따르면, 반응 산물은 약 1 내지 약 55wt% 우레아, 약 0.1 내지 약 65wt% 인산 및/또는 이인산칼륨, 및 약 0.1 내지 약 7wt% 수산화암모늄을 함유하는 조성물로부터 유도될 수 있다. 구체적으로, 반응 산물은 약 25 내지 약 50wt% 우레아, 약 0.5 내지 약 4.0wt% 인산, 구체적으로 약 0.5 내지 약 1.5wt% 인산, 약 0.5 내지 약 15wt% 이인산칼륨, 구체적으로 약 0.5 내지 약 1.5wt% 이인산칼륨 및 약 0.1 내지 약 2.0wt% 수산화암모늄, 구체적으로 약 0.1 내지 약 1.5wt% 수산화암모늄 및 잔여량의 물을 함유하는 조성물로부터 유도될 수 있다.
다른 구체적인 양태에 따르면, 반응 산물은 약 1 내지 약 55wt%, 구체적으로 약 25 내지 약 50wt%, 더욱 구체적으로 약 40 내지 약 50wt% 우레아, 약 0.1 내지 약 10wt%, 구체적으로 약 0.5 내지 약 8wt%, 더욱 구체적으로 약 1.0 내지 약 6wt% 일인산암모늄, 더욱 더 구체적으로 약 0.5 내지 약 3wt% 일인산암모늄, 최고 약 20wt%, 구체적으로 약 최고 8wt%, 더욱 구체적으로 약 0.1 내지 약 4wt% 인산, 및 약 7wt% 이하, 더욱 구체적으로 약 4wt% 이하, 더욱 더 구체적으로 약 0.1 내지 약 2wt% 수산화암모늄 및 잔여량의 물을 함유하는 조성물로부터 유도될 수 있다.
또 다른 구체적인 양태에 따르면, 반응 산물은 약 1 내지 약 55wt%, 구체적으로 약 25 내지 약 50wt%, 더욱 구체적으로 약 40 내지 약 50wt% 우레아, 약 0.1 내지 약 12wt%, 구체적으로 약 0.5 내지 약 10wt%, 더욱 구체적으로 약 1.0 내지 약 8wt% 액체 암모늄 다인산염과 잔여량의 물을 함유하는 조성물로부터 유도될 수 있다.
사용된 구체적인 성분과 중합 증강 조성물의 원하는 성질에 따라서, 조성물의 pH는 조성물 제조 후에 조정할 수 있다. 목공용 아교를 함유하는 산물의 일 양태에 따르면, 예컨대 반응 산물의 pH는 약 2 내지 약 9로, 경우에 따라 약 2.5 내지 약 8 또는 약 4.0 내지 약 7.5, 구체적으로 약 4.5 내지 약 6.5, 더욱 구체적으로 약 4.8 내지 약 6.3으로 조정할 수 있다. pH는 황산과 같은 무기산, 포름산, 인 옥시산, 다른 산과 같은 유기산으로, 또는 암모늄 또는 알칼리금속 또는 알칼리토금속 염기로 조정할 수 있다.
바람직하게는, 중합 증강 조성물은 경우에 따라 중합 증강 조성물의 성질에 실질적으로 악영향을 미치지 않거나 성질을 증강시키는 다른 성분을 함유할 수 있다. 다른 성분에는 산 또는 약염기의 반대이온, 예컨대 황산염, 질산염 및/또는 염화물이 있다. 경우에 따라, 조성물의 pH를 원하는 수준으로 유지시키기 위하여 혼합 완충액이 존재할 수도 있다. 조성물은 또한 다양한 다른 첨가제, 예컨대 염료, 안료, 당 및 탄수화물, 동물성 및 식물성 단백질, 예컨대 콩가루 및 이의 유도체, 및 다양한 리그노설포네이트 등을 포함할 수 있다. 다른 가능한 유용한 첨가제로는 유동 개질제 및 중합체 안정제, 예컨대 점토, 화학적 변형 셀룰로스, 중합체 알콜 및 아세테이트(이에 국한되지 않는다)가 포함될 수도 있다. 다른 가능한 첨가제에는 우레아 포름알데하이드 수지와 함께 반응하여 성능을 향상시키는 단량체 또는 중합체 물질, 예컨대 멜아민, 레소시놀 또는 당업자에게 공지된 다른 반응성 중합체 또는 단량체 물질이 있다. 이러한 첨가제/변형제가 중합 증강 조성물에 존재하는 농도는 총 중합 증강 조성물의 약 0.05 내지 약 30.0wt%, 예컨대 약 1 내지 약 20.0wt% 범위일 수 있다.
중합 증강 조성물의 사용과 관련된 가능한 장점에는 다수가 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같이 중합 증강 조성물과 우레아/포름알데하이드 수지의 혼합에 의해서, 수지의 반응성은 증강되고, 이로써 경화 속도가 더 빨라지고(지거나) 경화가 더욱 완전해진다. 더욱이, 중합 증강 조성물을 사용하여 제조한 보드는 핫적층 및/또는 2차 핫프레싱 동안 분해에 내성일 수 있다. 중합 증강 조성물이 존재할 때에는 동등한 성질의 보드를 제공하면서 수지가 더 적은 양으로 사용될 수 있다.
더욱이, 중합 증강 조성물은 현재 개발중인 다수의 소위 "저 포름알데하이드" 우레아포름알데하이드 수지와 함께 사용하기에 적합하다. 이러한 조성물의 다수는 경화 지연을 일으키기 때문에, 본 조성물을 사용하면 그 수지의 경화 속도 및/또는 그 수지의 사용 시 수득되는 보드 성질을 개선시킬 수 있다. 또한, 중합 증강 조성물로 제조된 경화된 우레아/포름알데하이드 수지는 중합 증강 조성물로 제조되지 않은 수지보다 더 적은 포름알데하이드를 방출할 수 있다. 이러한 장점은 스캐빈저 수지, F/U 비가 매우 낮은 UF 수지, 또는 다량의 무기산 생성 촉매(예, 황산, 염산 또는 질산의 암모늄 염)의 사용을 통해 또는 사용 없이 달성될 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "우레아/포름알데하이드 수지"란 용어에는 우레아와 포름알데하이드의 반응 산물을 함유하는 모든 수지, 예컨대 멜아민-우레아-포름알데하이드 수지 등이 포함된다. 즉, 중합 증강 조성물은 수지 시스템의 경화가 주로 또는 부분적으로 수지 시스템의 UF 부의 경화에 의존적인 한, 다양한 경화성 우레아/포름알데하이드 수지, 예컨대 멜아민 변형된 UF 수지, 암모니아 변형된 UF 수지, 페놀 변형된 UF 수지 및 다른 변형 우레아-포름알데하이드 수지와 함께 사용될 수 있다. 중합 증강 조성물은 특히 파티클보드, 중밀도 섬유판(MDF), 합판 및 유리 매트와 같은 재생 목재 판넬 산물에 결합제로서 사용되는 경화성 우레아/포름알데하이드 수지, 또는 임의의 다른 산업용 우레아-포름알데하이드 접착제 수지 용도에 유용하다.
이러한 경화성 우레아/포름알데하이드 수지 조성물은 당업계에 공지된 방법으로 제조할 수 있으며, 일반적으로 경화 시 메틸렌 또는 에테르 결합을 형성하는 반응성 메틸올 기를 함유한다. 이러한 메틸올 함유 첨가생성물(adduct)은 N,N-디메틸올, 디하이드록시메틸올에틸렌; N,N-비스(메톡시메틸), N,N-디메틸올프로필렌, 5,5-디메틸-N,N-디메틸올-에틸렌, N,N-디메틸올에틸렌 등을 포함할 수 있다. 중합 증강 조성물과 함께 사용할 수 있는 경화성 우레아/포름알데하이드 수지의 예는 포름알데하이드: 우레아 또는 포름알데하이드:(멜아민+우레아)(본 명세서에서는 종합해서 F/(U+M)으로 총칭한다) 몰비가 약 0.4:1 내지 약 3:1, 구체적으로 약 0.5:1 내지 약 2:1, 더욱 구체적으로 약 0.6:1 내지 약 1.5:1인 것이다. 적당한 경화성 수지 조성물은 일반적으로 약 30 내지 약 70wt%, 구체적으로 약 50 내지 약 67wt% 수지 고형물을 함유하고, 일반적으로 점도가 약 5 내지 약 1800cps, 구체적으로 약 10 내지 약 500cps이며, pH가 약 7.0 내지 약 9.5, 구체적으로 약 7.5 내지 약 9.0이다. 전구체 수지는 또한 유리 포름알데하이드 농도가 약 3.0wt% 이하이고, 물 희석능이 약 1:1 내지 약 1000:1, 바람직하게는 5:1 및 그 이상인 것일 수 있다.
이러한 유형의 경화성 우레아/포름알데하이드 수지는 일반적으로 수용액으로서 시중에서 입수할 수 있다. 경화성 수지 조성물은 경우에 따라 질소 함유 종, 예컨대 암모니아, 멜아민, 구안아민, 알칸올아민 또는 폴리아민, 예컨대 에틸렌디아민(EDA)과 같은 알킬 1차 디아민을 함유할 수 있다. 추가 변형제, 예컨대 에틸렌 우레아, 및 1차, 2차 및 3차 아민류, 예컨대 디시아노디아미드 역시 다른 선택적 첨가제와 함께 경화성 우레아/포름알데하이드 수지에 첨가될 수 있다. 통상의 첨가제에는 예컨대 내화성 증강을 위한 실리카 콜로이드; 소포제; 살생물제; 안료; 이형 첨가제; 경화성 수지의 제조 동안 사용되는 pH 개질제, 예컨대 포름산, 황산, 수산화나트륨 및/또는 아민류, 및 암모니아; 무기산 생성제, 예컨대 황산암모늄, 염화암모늄 및 질산암모늄; 중성 염, 예컨대 염화칼륨, 염화마그네슘 및 염화나트륨, 황산마그네슘 및 황산나트륨; 및 완충액, 예컨대 다양한 탄산염, 붕산염 및 아민류가 있다. 다른 공지된 첨가제에는 당 및 탄수화물, 동물성 및 식물성 단백질 및 이의 유도체, 및 다양한 리그노설포네이트가 있다. 이러한 첨가제/변형제가 반응 혼합물에 사용되는 농도는 종종 UF 수지 고형물 중량을 기준으로 약 0.05 내지 약 20.0wt% 범위일 수 있다.
제조방법의 일 양태에 따르면, 적당한 경화성 우레아/포름알데하이드 수지는 수지 제조 초기의 F:U 몰비가 약 2.5:1 내지 약 1.5:1이 되도록 포름알데하이드와 우레아를 반응시켜 수득할 수 있다. 우레아와 포름알데하이드의 혼합물은 먼저 수산화나트륨, 암모니아 또는 트리에탄올아민과 같은 아민의 첨가를 통해 약알칼리성 pH로 조정한 뒤, 약 7.0 내지 약 8.5 사이의 pH에서 반응이 이루어지게 한다. 일반적으로, 우레아와 포름알데하이드의 혼합물은 약 50℃ 내지 약 106℃ 범위의 온도에서 반응시킨다. 이 때, 첨가 생성물, 예컨대 모노, 디 및 트리 메틸올우레아의 형성이 발생한다. 곧, 용액의 pH는 일반적으로 7.0 이하로 감소하여 축합 반응을 개시하고, 이것은 전술한 메틸올우레아를 메틸렌 및/또는 메틸렌 에테르 결합된 올리고머로 변환시켜, 결과적으로 바람직한 분자량 범위의 중합체 물질을 형성한다. 또한, 적당한 경화성 우레아/포름알데하이드 수지는 다단계 수지 중합 단계를 이용하여 제조할 수도 있으며, 이 경우에는 어느 정도의 축합이 일어난 후의 반응 혼합물에 추가 우레아 또는 우레아와 포름알데하이드 또는 예컨대 멜아민과 같은 공반응물이 첨가된다. 이러한 수지는 추가 반응물이 매번 첨가되는 2단계, 3단계 또는 그 이상의 축합 단계를 통해 제조될 수 있다. 이러한 다단계 축합 중합체는 더욱 통상의 일단계 축합된 우레아-포름알데하이드 수지보다 실질적인 성능 장점을 제공할 수 있다.
중합체 형성 완료 시에, UF 수지성 물질은 중화된다. 일 양태에 따르면, UF 수지성 물질에 우레아를 혼합하여 유리 포름알데하이드 및 수지의 발연능을 저하시킬 수 있다. 일반적인 최종 F:U 몰비는 약 1.85:1 내지 약 0.6:1 범위이다. 파티클보드 제조 시, 바람직한 최종 F:U 몰비는 약 0.7:1 내지 약 1.3:1 범위이고, 전형적인 최종 F:U 몰비는 약 1.1:1이다. 이러한 제조 방법은 유리 우레아 함량이 수지 고형물의 중량을 기준으로 약 0 내지 약 40wt%, 바람직하게는 약 10 내지 약 30wt%이고, 유리 포름알데하이드 함량이 0 내지 약 2wt%인 우레아-포름알데하이드 수지를 제공한다. 경화 완료를 위해, pH를 7.0 이하로 저하시킴으로써 추가로 축합을 유도한다.
중합 증강 조성물은 경화성 우레아/포름알데하이드 수지와 다양한 방식으로 혼합되어 결합제 조성물을 형성할 수 있다. 일 양태에 따르면, 중합 증강 조성물은 사용직전에 경화성 우레아/포름알데하이드 수지와 혼합된다. 예를 들어, 복합 목재 산물 또는 재생 목재 산물, 예컨대 파티클보드의 제조 시, 경화성 우레아/포름알데하이드 수지와 중합 증강 조성물은 사용 직전에 배합되어 결합제를 형성한다. 혼합은 보드 제조 시설의 장비와 조건에 따라서 약 5℃ 내지 약 50℃의 온도에서 약 120분 이하 동안 실시할 수 있다. 그 다음, 결합제는 목재 표면에 적용하거나 또는 목재 퍼니시와 혼합한 다음, 중밀도 섬유판(MDF), 목재 파티클보드 등과 같은 최종 형태로 가공된다.
다른 양태에 따르면, 중합 증강 조성물은 우레아-포름알데하이드 수지와 함께 목재 표면 또는 퍼니시 위에 함께 적용된다. 또 다른 양태에 따르면, 중합 증강 조성물은 우레아-포름알데하이드 수지가 적용되기 전에 목재 표면 또는 퍼니스에 적용될 수도 있다. 또 다른 양태에 따르면, 중합 증강 조성물은 수지가 목재 표면 또는 퍼니시에 적용된 후에 우레아-포름알데하이드 수지에 적용될 수도 있다.
유효 경화 온도 및 시간은 당업자라면, 경화성 수지의 반응성, 바람직한 경화 시간 및 유사 문제점과 같은 요인에 따라서 쉽게 결정할 수 있다. 일 양태에 따르면, 중합 증강 조성물 및 경화성 우레아/포름알데하이드 수지의 혼합물은 조성물의 분해 온도 이하의 승온, 예컨대 약 90℃ 내지 약 200℃의 온도에서 경화된다. 이러한 온도에서, 경화성 우레아/포름알데하이드 수지는 일반적으로 약 1 내지 약 60초가 지나면 경화될 것이다. 경화가 고온일수록 더욱 빠르게 일어날 수 있지만, 지나친 고온은 수지의 열화를 유발하여, 결과적으로 산물의 물리적 및 기능성 성질을 악화시킬 수 있다. 경화 처리는 열처리 만으로도 충분하다. 대안적으로, 열의 존재 또는 부재 하에 촉매 경화가 사용될 수도 있는데, 그 예에는 산 발생 촉매, 예컨대 염화암모늄 또는 황산암모늄의 첨가 시; 또는 유리 산, 예컨대 포름산 또는 p-톨루엔 설폰산의 첨가 시 달성되는 경화가 있다.
목재 표면 또는 퍼니시에 적용되는 중합 증강 조성물 및 경화성 우레아/포름알데하이드 수지 혼합물의 함량은 퍼니시의 본성 및 최종 산물의 원하는 성질에 따라 상당히 달라질 수 있고, 당업자라면 쉽게 결정할 수 있다. 일반적으로, 리그노셀룰로스성 성분의 오븐 건조 중량을 기준으로 할 때 약 1 내지 약 45wt%, 구체적으로 약 2 내지 약 35wt%, 더욱 일반적으로 약 3 내지 약 25wt%의 수지 고형물이 사용된다.
전술한 방법들은 파티클보드, 칩보드, 플레이크보드, 중밀도 섬유판(MDF) 및 배향성 스트랜드보드(OSB)를 비롯한 다양한 재생 목재 판넬 산물의 생산에 사용될 수 있다. 파티클보드는 통상적으로 목재 또는 다른 리그노셀룰로스성 물질을 작은 조각 형태로 세분하는 단계, 작은 조각 혼합물을 전술한 결합제 조성물과 배합하는 단계, 그 결과 수득되는 혼합물을 매트로 건조 성형하는 단계 및 매트를 원하는 밀도와 두께로 핫프레싱(압반 또는 연속 프레스에서)하는 단계를 통해 제조한다. 이러한 방식으로 제조할 수 있는 판넬 보드의 변형에는 칩보드, 플레이크보드 및 배향성 스트랜드보드(OSB)가 있다. 이와 매우 유사한 섬유계 산물에는 통상적으로 불리는 저밀도(LDF), 중밀도(MDF) 및 고밀도(HDF) 섬유판이 있다. 이러한 산물은 바닥, 벽판재료, 캐비넷, 몰딩 및 목공산물, 및 가구 부품을 비롯한 다양한 용도들에 사용된다.
특정 양태에 따르면, 본 명세서에 기술된 변형 UF 수지를 사용하여 제조한 재생 목재 판넬은 공인된 산물 기준, 예컨대 ANSI(북미), JIS/JAS(일본), BS(영국) 등에 따라 반영되듯이 우수한 물리적 성질을 갖고 있다.
특정 양태에 따르면, 본 명세서에 기술된 변형 UF 수지를 사용하여 제조한 재생 목재 판넬은 ASTM D 5582-94에 따라 측정했을 때, 포름알데하이드 방출량이 적은, 구체적으로 약 1.0㎍/ml 미만, 경우에 따라 약 0.40㎍/ml 미만이다. 또는, 저 포름알데하이드 방출량에 대한 적용가능한 일본(JIS/JAS) F**, F*** 또는 F**** 기준에 부합하는 재생 목재 판넬 산물도 생산할 수 있다.
또한, 결합제 조성물은 다른 유기 및 무기 미립자 또는 섬유, 예컨대 탄수화물 및 단백질과 같은 천연 유기 미립자, 예컨대 밀가루, 콩가루 등; 아크릴 섬유, 방향족 폴리아미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 셀룰로스 섬유를 비롯한 셀룰로스성 섬유 및 폴리올레핀 섬유 등과 같은 유기 섬유; 및 유리 섬유, 무기 섬유, 흑연 섬유, 금속 섬유 및 금속 코팅된 유리 섬유 또는 흑연 섬유와 같은 무기 섬유와 함께 사용될 수도 있다. 이러한 섬유들은 일반적으로 건조 중량 기준으로 결합 산물 고형량의 약 50 내지 약 97wt% 범위일 수 있다.
전술한 방법들은 특정 종이 산물, 즉 리그닌이 제거된 화학적으로 펄프화된 셀룰로스성 목재 섬유를 주성분으로 하는 산물을 생산하는데 사용될 수 있다.
본 발명은 이하 비제한적 실시예를 통해 더욱 상세히 설명되어진다. 이 실시예에서는 다음과 같은 검사를 사용했다:
내부 결합은 ASTM D1037-97에 따라 측정했다.
포름알데하이드 방출량은 ASTM D 5582-94["Standard Test Method of Determining Formaldehyde Levels from Wood Products Using a Desiccator"; pp. 1-6; reprinted from the Annual Book of ASTM Standards(1994)]의 변법에 따라 측정했고, 결과는 ㎍/ml로 기록했다. ASTM 검사는 4가지 왁스처리되지 않은 2인치 x 6인치 표본을 사용한 것을 제외하고는 표준 방법에 따랐다.
파열률(MOR)은 ASTM D1037-97의 변법에 따라 측정했다. ASTM 검사의 변형은 2인치 x 12인치 검사 표본, 10인치 스팬(span) 및 검사 헤드 속도 0.36in/min를 사용한 것이다.
건조 및 압력 가열된 전단 검사는 문헌[W.F.Lehmann, Outline of a Fast Durability Test for UF 및 PF Adhesives in Composite Materials, Proceedings, 20th International Particleboard/Composite Materials Symposium, Washington State University(1986)]에 설명되어 있다.
실시예 1
이하 표 1에 제시된 각 용액 A, B 및 C와 포름알데하이드/우레아 몰비가 1.18:1인 멜라닌 제외 UF 수지를 혼합하여 여러 UF 수지를 제조했다. 그 결과 수득되는 용액 A, B 및 C의 pH는 약 5.0 내지 5.5였다.
표 1
성분 용액 A*(wt%) 용액 B*(wt%) 용액 C(wt%)
물 62.0 61.2 60.4
우레아 38.0 36.6 36.9
황산암모늄 - 2.2 -
75% 인산 - - 1.1
이인산칼륨 - - 0.8
이인산암모늄 - - 0.21
합계 100.0 100.0 100.0
* 대조군
각 용액은 F:U 혼합 몰비를 0.78:1로 저하시키기에 효과적인 함량으로 기본 UF 수지의 각 부에 첨가했다. 용액 B는 기본 UF 수지 100g당 1.44g의 황산암모늄을 제공했다. 용액 C는 기본 UF 수지 100g당 1.2g의 반응 인산염 등가물을 제공했다. 기본 수지와 용액은 수지를 사용하여 파티클보드 샘플을 제조하기 직전에 혼합했다. 다음과 같은 조건을 사용하여 파티클보드를 제조했다.
OD(오븐건조된) 목재당 기본 수지 고형물 적용: 6%
프레스후 목표 두께 0.7인치(1.78센티미터)
목표 밀도 47lb/ft3(752.8kg/㎥)
매트 수분 함량 10.5%
프레스 온도: 335℉(168.3℃)
프레스 시간: 210, 240, 270초
보드는 내부 결합 강도, 포름알데하이드 방출량, 유지 가압 가열 전단 강도(retained pressure-cooked shear strength)에 대해 검사하고, 그 결과는 다음 표 2에 제시했다.
표 2
변형제 내부 결합(psi)
프레스 시간(초)		 데시케이터 방출량
(㎍/ml)
(270s 프레스 시간)		 유지 가압 가열 전단(%)
(270s 프레스 시간)
210 240 270
용액 A* 8 43 71 0.133 64.1
용액 B* 33 58 80 0.101 67.9
용액 C 49 77 84 0.075 71.3
* 대조군
표 2의 결과는 용액 C를 함유한 결합제가 다른 결합제에 비해 유지 가압 가열 전단 강도가 개선되었음을 보여준다. 또한, 각 경화 시점마다 더 낮은 방출량, 더 빠른 경화율 및 더 양호한 내부 결합 강도를 나타냈다.
실시예 2
UF 및 MUF(액체 수지 중량의 함수로서 1.5% 멜아민) 수지를 모두 이용하여 판넬을 제조했다.
대조용 실시예(실시예 2A 및 2C)에서의 수지 F:U 몰비는 0.77:1이고, 경화는 황산암모늄으로 촉진시켰다. 이러한 결합제를 목재 오븐 건조 중량을 기준으로 7wt% 수지 고형물의 비율로 적용했다.
본 발명에 따른 수지는 또한 F:U 몰비가 1:1인 UF 및 MUF 수지(액체 수지 중량의 함수로서 1.5% 멜아민)를, 기본 수지 100g당 인산염 1.25g 및 최종 F:U 몰비 0.77:1.0을 제공하기에 효과적인 중합체 증강 용액의 양과 혼합하여 제조했다(실시예 2B 및 2D). 중합체 증강 용액은 물 51wt%, 우레아 45.4wt% 및 일인산암모늄 3.6wt%를 함유하는 조성물로 제조했다. 이 수지에 황산암모늄은 첨가하지 않았다. 이 결합제는 목재 오븐 건조 중량을 기준으로 할 때 6% 수지 고형량으로 적용했다.
판넬은 다음과 같은 조건을 사용하여 제조했다:
프레스후 목표 두께 0.55인치(1.4센티미터)
목표 밀도 46lb/ft3(737kg/㎥)
매트 수분 함량 10.0wt%
프레스 온도: 335℉(168.3℃)
프레스 시간: 170초 및 200초
대조용 판넬의 수지 고형량 당 고체 황산암모늄 2.5%
검사 결과는 다음 표 3에 제시했다. 두 프레스 시간에서의 검사 결과를 합하고 평균하여, 내부 결합, 파열률(MOR) 및 가압 가열 전단 검사 결과를 수득했다. 데시케이터 방출량은 프레스 시간이 가장 긴 샘플 판넬에 대해서만 검사했다.
표 3
Figure 112007016987675-pct00001
표 3의 결과는 UF 및 MUF 수지 시스템을 본 명세서에 기술된 중합체 증강 용액과 조합하면(실시예 2B 및 2D), 15% 낮은 수지 고형량 처리로 적용할 때에도 황산암모늄을 사용하여 경화시킨 UF 및 MUF 수지(실시예 2A 및 2C)보다 상기 결합제가 더 우수하거나 동등한 판넬 성질을 제공한다는 것을 분명하게 보여준다.
실시예 3
대조군으로서, 판넬은 UF 수지를 UF 스캐빈저 수지 또는 중합 증강 용액과 혼합하여 제조했다. F:U 몰비가 1.20:1인 UF 수지를 스캐빈저 UF 수지와 혼합하여, UF 수지와 UF 스캐빈저 수지 조합물의 혼합 F/U 몰비를 1.06:1의 F:U 몰비로 저하시켰다. 수지와 스캐빈저 수지는 추가로 황산암모늄 고형물의 함량이 총 수지 고형물을 기준으로 1wt%가 되도록 황산암모늄 용액과 혼합하고, 오븐 건조된 목재의 중 량을 기준으로 7% 적용 수지 고형물의 비율로 목재 퍼니시에 적용했다.
본 발명에 따른 판넬은 기본 수지 100g당 인산염 1.2g을 제공하고 혼합 F:U 몰비를 1.06으로 저하시키기에 효과적인 함량의 중합체 증강 용액과 혼합된, F:U 몰비가 1.20:1인 상기와 동일한 UF 수지를 사용하고, 5.8% 수지 고형물 함량으로 목재 퍼니시에 적용하여 제조했다. 중합체 증강 용액은 물 69.8wt%, 우레아 22.5wt%, 일인산암모늄 5.7wt% 및 사탕무 당밀 2.0wt%를 함유하는 조성물로부터 수득했다.
판넬은 다음과 같이 제조했다:
프레스후 목표 두께 0.65인치(1.65센티미터)
목표 밀도 46lb/ft3(737kg/㎥)
매트 수분 함량 10.0%
프레스 온도: 325℉(163℃)
프레스 시간: 180초, 200초 및 230초.
결과는 다음 표 4에 게시했다. 프레스 시간 200초와 230초 동안의 검사 결과는 합하여 MOR 및 가압 가열 전단 시험의 평균값을 구했다. 데시케이터 방출량은 가장 긴 프레스 시간의 샘플 판넬에 대해서만 수행했다.
표 4
Figure 112007016987675-pct00002
표 4의 결과는 중합체 증강 용액과 혼합된 UF 수지가 더 신속하게 경화되고 수지 고형물의 처리량이 17%로 낮게 적용될지라도 동등한 판넬 성질을 나타낸다는 것을 분명하게 보여준다.
실시예 4
F:U 몰비가 1.30:1인 UF 수지와 이하 표 5에 제시된 용액 D, E 및 F를 각각 혼합하여 여러 수지를 제조했다. 용액 D, E 및 F의 pH는 기본 수지에 첨가하기 전에 5.70으로 조정했다. pH 5.7로 만들기 위해 용액 E는 포름산을 사용했고, 용액 F는 황산을 사용했다.
표 5
용액 D 용액 E 용액 F
성분 (wt%) (wt%) (wt%)
물 50.9 46.2 47
우레아 45 45 45
사탕무 당밀 1 1 1
테크니컬급 일인산암모늄 3 - -
25% NaOH 0.1 - -
암모늄 다인산염 액체 - 6 6
25% 포름산 - 1.8 -
25% 황산 - - 1
용액은 혼합 F:U 몰비가 1.0:1.0으로 저하되기에 효과적인 함량으로 일정한 기본 수지 부에 첨가했다. 용액 D는 기본 UF 수지 100g당 일인산암모늄 0.9g을 제공했다. 용액 E 및 F는 시중에서 입수할 수 있는 다인산암모늄 물질을 이용하여 제조했다. 용액 E 및 F는 암모니아로 중화된, 이용할 수 있는 인산이 0.8g인 반응 등가물을 제공했다. 기본 수지와 용액은 파티클보드 샘플을 제조하기 직전에 혼합했다. 이러한 파티클보드는 다음과 같은 기준에 따라 제조했다:
수지 고형물 처리량: 목재 오븐 건조 중량을 기준으로 7%
프레스후 목표 두께 0.60인치(1.52센티미터)
목표 밀도 47lb/ft3(787kg/㎥)
매트 수분 함량 11wt%
프레스 온도: 325℉(163℃)
프레스 시간: 210초 및 240초
보드는 내부 결합, 파열율, 포름알데하이드 방출량 및 압력 가열 전단 강도에 대해 검사했다. 2가지 프레스 시간 동안에 수득되는 값은 합하여, 평균화한 결과를 이하 표 6에 게시했다.
표 6
중합 증강 용액 내부 결합(psi) MOR(psi) 가압 가열 전단(psi) 데시케이터 방출량(㎍/ml)
D 144 2467 271 0.347
E 153 2406 280 0.347
F 162 2435 289 0.285
표 6의 결과는 암모늄 다인산염을 사용하여 제조한 증강 용액 E 및 F가 일인산암모늄을 사용하여 제조한 용액 D보다 우수하거나 유사한 성질을 제공한다는 것을 예시한다. 더욱이, pH 5.7을 만들기 위해 황산을 이용한 용액 F는 pH 5.7을 만 들기 위해 포름산을 이용한 용액 E보다 증강된 성능을 제공한 결과가 예시되었다.
실시예 5
표준 1.4 F:U 몰 비의 UF 수지를, 0.95 F:U의 혼합 몰비를 조성하는 함량의 40% 우레아 용액 또는 여러 중합체 증강 용액 중 하나와 혼합하여 파티클보드 판넬을 제조했다. 중합체 증강 조성물은 이하 표 7에 게시했다. 결과적으로 수득되는 용액 G 내지 L의 pH는 5.70이었다. 적용하기 전에, 40% 우레아 용액의 pH는 포름산을 이용하여 pH 5.7로 조정했다.
표 7
Figure 112007016987675-pct00003
기본 수지와 용액은 파티클보드 샘플을 제조하기 위해 수지를 사용하기 직전에 혼합했다. 파티클보드는 다음과 같은 기준에 따라 제조했다:
수지 고형물 처리량: 목재 오븐 건조 중량을 기준으로 6.5%
프레스후 목표 두께 0.55인치(1.40센티미터)
목표 밀도 44lb/ft3(705kg/㎥)
매트 수분 함량 11%
프레스 온도: 320℉(160℃)
프레스 시간: 185초 및 215초
판넬은 제조한 뒤 검사했다. 두 프레스 시간에서의 검사 값을 합하여 그 결과를 이하 표 8에 게시했다.
표 8
Figure 112007016987675-pct00004
표 8에 제시된 결과는 중합체 증강 조성물이 우레아 용액만을 사용하는 경우에 비해 파티클보드 판넬의 다양한 성능 측정값을 상승시키는데 효과적임을 예증한다.
실시예 6
실시예 5에 사용된 것과 동일한 보드 제조 조건, 재료 및 중합체 증강 조성물을 사용하고, 단 이러한 세트의 판넬에 외부 촉매로서 황산암모늄을 1% 고형량(수지 고형물의 중량 기준)으로 첨가하여, 각 수지 혼합물과 혼합한 후, 목재 위에 적용했다.
판넬을 제조하여 검사했다. 두 프레스 시간에서의 검사 값을 합하여, 그 결과를 이하 표 9에 게시했다.
표 9
Figure 112007016987675-pct00005
표 9에 제시된 결과는 중합체 증강 조성물이 외부 촉매로서 황산암모늄에 의해 추가 촉진되면, 우레아 용액만을 사용한 경우에 비해 파티클보드 판넬의 다양한 성능 측정값을 상승시키는데 효과적이었음을 예증한다.
본 명세서에 사용된 단수적 표현은 내용상 다른 분명한 표시가 없는 한 복수적 의미도 포함하는 것이다. 같은 특성이나 부품을 언급하는 모든 범위의 한계점은 독립적으로 조합할 수 있고, 언급된 한계점을 포함하는 것이다. 모든 참고문헌은 본 발명에 참고인용된 것이다. 더욱이, "제1", "제2" 등과 같은 용어는 어떤 순서, 함량 또는 중요성을 의미하는 것이 아니라 한 원소와 다른 원소를 구별하기 위하여 사용된 것이다.
이상, 본 발명은 예시적 양태를 참고로 하여 설명했지만, 당업자라면 본 발 명의 범위 안에서 다양한 변화가 이루어질 수 있고, 대체 요소가 동등하게 사용될 수 있음을 잘 알 것이다. 또한, 본 발명의 필수 범위 안에서 본 발명의 교시에 맞게 특정 상황이나 물질을 적용하기 위해 다양한 변형이 이루어질 수도 있다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에서 본 발명을 실시하기 위한 최상의 양태로서 게시된 특정 양태에만 제한되는 것이 아니라 이하 청구의 범위에 속하는 모든 양태를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (20)

  1. i) 리그노셀룰로스성 미립자 물질; 및
    ii) 결합제 조성물
    을 포함하는 재생 목재 판넬로서,
    상기 결합제 조성물은
    a) 경화성 우레아 및 포름알데하이드 수지의 경화된 산물, 및
    b) 물에서의 pKa가 2 내지 8인 산의 급원,
    물에서의 pKb가 2 내지 6인 염기의 급원, 및
    우레아
    를 포함하는 조성물의 수성 반응 산물
    을 포함하는 결합제 조성물이고,
    상기 산의 급원은 탄산, 옥시인산, 아세트산, 구연산, 포름산, 벤조산, 페놀, 프탈산, 프로피온산, 숙신산, 신남산, 부탄산, 설폰산, 인산, 포스폰산, 포스핀산, 이인산, 삼인산, 시클로삼인산, 다인산, 이인(IV)산, 피로인산인 인(III-V)산, 포스피노티오 O-산, 포스피노티오 S-산, 포스피노디티오산, 포스핀이미드산, 포스포노티오 O,O'-산, 포스포노티오 O,S'-산, 포스포노디티오 S,S'-산, 포스포노트리티오산, 포스폰이미도티오산, 인 옥시산, 일인산암모늄, 하나 이상의 상기 산의 혼합물, 상기 산의 무수물, 상기 산의 일염기 염, 상기 산의 이염기 염, 상기 산의 삼염기 이상의 염, 상기 산의 할로겐 산, 상기 산의 에스테르, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 산의 형태로 존재하고,
    상기 염기의 급원은 암모니아, 유기 아민, 암모니아 또는 유기 아민의 염, 일인산암모늄, 및 이들의 하나 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 염의 형태로 존재하는,
    재생 목재 판넬.
  2. 제1항에 있어서, 수성 반응 산물의 pH가 2 내지 9 사이인 것이 특징인 재생 목재 판넬.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 유기 아민은 메틸아민, 에틸아민, 에탄올아민, 트리에탄올아민, 모르폴린 및 트리에틸아민 및 수산화암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 특징인 재생 목재 판넬.
  6. 제1항에 있어서, 산의 급원이 인 옥시산(phosphorus oxyacid)이고 염기의 급원이 암모니아인 것이 특징인 재생 목재 판넬.
  7. 제1항에 있어서, 산의 급원, 염기의 급원 또는 이 둘 모두가 염의 형태인 것이 특징인 재생 목재 판넬.
  8. 제1항에 있어서, 산의 급원 및 염기의 급원이 동일한 염인 것이 특징인 재생 목재 판넬.
  9. 제8항에 있어서, 산의 급원 및 염기의 급원이 일인산암모늄(monoammonium phosphate)인 것이 특징인 재생 목재 판넬.
  10. 제1항에 있어서, 산의 급원, 염기의 급원 및 우레아의 각 함량은 경화성 수성 우레아 및 포름알데하이드 수지의 경화 속도가 그 조성물이 없는 동일한 수성 수지의 경화 속도에 비해 증가하도록 선택되는 것이 특징인 재생 목재 판넬.
  11. 제1항에 있어서, 조성물이 0.1 내지 70wt% 산, 0.1 내지 50wt% 염기 및 1 내지 55wt% 우레아와 잔여량의 물을 함유하는 것이 특징인 재생 목재 판넬.
  12. 제1항에 있어서, 결합제 조성물이 추가로 우레아 및 포름알데하이드 수지 촉매, 완충제, 염료, 당, 탄수화물, 동물성 단백질, 식물성 단백질, 리그노설포네이트, 또는 이러한 첨가제 하나 이상을 함유하는 혼합물을 포함하는 것이 특징인 재생 목재 판넬.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제1항에 있어서,
    조성물이
    물에서의 pKa가 2 내지 8인 산의 급원,
    물에서의 pKb가 2 내지 6인 염기의 급원, 및
    우레아
    로 이루어지는 것이 특징인 재생 목재 판넬
  16. i) 리그노셀룰로스성 미립자 물질;
    ii) 경화성 우레아 및 포름알데하이드 수지; 및
    iii) 물에서의 pKa가 2 내지 8인 산의 급원,
    물에서의 pKb가 2 내지 6인 염기의 급원, 및
    우레아
    를 포함하는 조성물의 수성 반응 산물
    을 혼합하는 단계, 및
    경화성 우레아 및 포름알데하이드 수지를 경화시키는 단계
    를 포함하는 재생 목재 산물의 제조방법으로서,
    상기 산의 급원은 탄산, 옥시인산, 아세트산, 구연산, 포름산, 벤조산, 페놀, 프탈산, 프로피온산, 숙신산, 신남산, 부탄산, 설폰산, 인산, 포스폰산, 포스핀산, 이인산, 삼인산, 시클로삼인산, 다인산, 이인(IV)산, 피로인산인 인(III-V)산, 포스피노티오 O-산, 포스피노티오 S-산, 포스피노디티오산, 포스핀이미드산, 포스포노티오 O,O'-산, 포스포노티오 O,S'-산, 포스포노디티오 S,S'-산, 포스포노트리티오산, 포스폰이미도티오산, 인 옥시산, 일인산암모늄, 하나 이상의 상기 산의 혼합물, 상기 산의 무수물, 상기 산의 일염기 염, 상기 산의 이염기 염, 상기 산의 삼염기 이상의 염, 상기 산의 할로겐 산, 상기 산의 에스테르, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 산의 형태로 존재하고,
    상기 염기의 급원은 암모니아, 유기 아민, 암모니아 또는 유기 아민의 염, 일인산암모늄, 및 이들의 하나 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 염의 형태로 존재하는,
    재생 목재 산물의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    조성물이
    물에서의 pKa가 2 내지 8인 산의 급원,
    물에서의 pKb가 2 내지 6인 염기의 급원, 및
    우레아
    로 이루어지는 것이 특징인 재생 목재 산물의 제조방법.
  18. 삭제
  19. 제1항에 있어서,
    조성물이
    물에서 pKa가 2 내지 8인 산의 급원,
    물에서 pKb가 2 내지 6인 염기의 급원, 및
    우레아
    로 이루어지는 농축물 형태인 것이 특징인, 재생 목재 판넬.
  20. 제19항에 있어서, 상기 농축물이 고체 물질인 것이 특징인 재생 목재 판넬.
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