粘着材料和使用所述粘着材料形成木质纤维素复合材料的方法
阅读：388发布：2020-05-11
专利汇可以提供粘着材料和使用所述粘着材料形成木质纤维素复合材料的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供用于防火应用的粘着材料；在木质 纤维 素和其它类似衬底上使用这些粘着材料的方法；和包括木质 纤维素 衬底和这些粘着材料的 复合材料 。除了是防火的以外，由所述衬底和粘着材料形成的所述复合材料还可以耐潮。所述粘着材料可以包括至少一种含 蛋白质 材料和至少一种氯 氧 镁材料。在一些 实施例 中，同样可以存在其它材料。举例来说，粘着材料可以包括 溶剂 或乙烯基 聚合物 。在一些实施例中， 水 可以用作溶剂，并且所述粘着材料可以称作水性粘着材料。合适的乙烯基聚合物的一些实例包括但不限于聚乙烯醇PVOH、聚乙酸乙烯酯PVAc和乙酸乙烯酯/乙烯VAE。，下面是粘着材料和使用所述粘着材料形成木质纤维素复合材料的方法专利的具体信息内容。
1.一种水性粘着材料，其包含：
氯氧镁化合物；和
包含蛋白质的蛋白质材料，
其中所述蛋白质材料中的所述蛋白质的干重比是至少约40％，
其中所述水性粘着材料中的所述氯氧镁化合物和所述蛋白质材料的干重比是至少约
50％，和
其中所述氯氧镁化合物的MgO与MgCl2的摩尔比在15:1与30:1之间。
2.根据权利要求1所述的水性粘着材料，其进一步包含乙烯基聚合物。
3.根据权利要求2所述的水性粘着材料，其中所述乙烯基聚合物选自由以下组成的群组：聚乙烯醇PVOH、聚乙酸乙烯酯PVAc和乙酸乙烯酯/乙烯VAE和其混合物。
4.根据权利要求2所述的水性粘着材料，其中所述乙烯基聚合物是聚乙酸乙烯酯PVAc。
5.根据权利要求2所述的水性粘着材料，其中所述乙烯基聚合物是乙酸乙烯酯/乙烯VAE。
6.根据权利要求2所述的水性粘着材料，其中所述乙烯基聚合物是VAE和PVAc的组合。
7.根据权利要求1所述的水性粘着材料，其中所述蛋白质材料来源于一或多种选自由以下组成的群组的材料：大豆、小麦、玉米、棉花、油菜籽、花生、藻类植物、鸡蛋、牛奶、血液和其混合物。
8.根据权利要求1所述的水性粘着材料，其中所述蛋白质材料来源于大豆。
9.根据权利要求1所述的水性粘着材料，其中所述蛋白质材料来源于小麦。
10.根据权利要求1所述的水性粘着材料，其中所述蛋白质材料来源于玉米。
11.一种产生木质纤维素复合材料的方法，所述方法包含：
提供根据权利要求1所述的水性粘着材料；
将所述水性粘着材料涂覆到木质纤维素衬底；和
固化所述水性粘着材料，
其中固化所述水性粘着材料形成所述木质纤维素复合材料。
12.根据权利要求11所述的方法，其中相对于所述木质纤维素衬底的干重，按所述粘着剂组合物的总干重计，所述水性粘着材料按约1重量％到约25重量％的浓度涂覆到所述木质纤维素衬底。
13.根据权利要求11所述的方法，其中固化所述水性粘着材料包含施加在约10psi与
1000psi之间的压力。
14.根据权利要求11所述的方法，其中固化所述水性粘着材料在约50℃与250℃之间的温度下进行。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述木质纤维素衬底选自由以下组成的群组：磨木浆、锯屑、木材颗粒、木材条、木材单板、木材薄片和木包板。
16.一种木质纤维素复合材料，其包含：
木质纤维素衬底；和
经固化的根据权利要求1所述的水性粘着材料。
17.根据权利要求16所述的木质纤维素复合材料，其中所述木质纤维素复合材料选自由以下组成的群组：硬木胶合板、软木胶合板、颗粒板、中等密度纤维板、定向刨花板、卷片板、纤维板、平行木条木材、层叠木条木材和硬木胶合产品。
粘着材料和使用所述粘着材料形成木质纤维素复合材料的
方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请根据35U.S.C.§119(e)要求12/02/2013提交的标题为：“粘着材料和使用所述粘着剂形成木质纤维素复合材料的方法(ADHESIVE MATERIALS AND METHOD OF FORMING LIGNOCELLULOSIC COMPOSITES USING SUCH ADHESIVES)”的美国临时专利申请61/910,774的权益，所述专利申请以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
背景技术
[0004] 木质纤维素复合材料由使用粘着剂粘合在一起的小片纤维素材料制成。大体来说，首先加工木材或其它木质纤维素材料以产生单板、刨花板、纤维和碎片。随后将粘着剂添加到木质纤维素材料中。使用压力和加热固结所得混合物，以产生木质纤维素复合材料。
[0005] 定向刨花板(OSB)、平行木条木材(PSL)、叠层木条木材(LSL)和软木胶合板(SWPW)通常用通常称为“酚”树脂的热固性苯酚甲醛(PF)或苯酚间苯二酚甲醛(PRF)粘合。酚树脂提供极好的湿润耐久性。传统上颗粒板(PB)、中等密度纤维板(MDF)、硬质纤维板和硬木胶合板(HWPW)已用尿素甲醛粘合。尿素甲醛可水解以产生历经产品寿命的甲醛排放。由于增加对长期甲醛排放的担忧，许多北美(North American)HWPW工业已将基于大豆的粘着剂或聚乙酸乙烯酯(PVAc)转为替代粘着剂。若干PB和MDF制造商已将聚合亚甲基二苯基二异氰酸酯(pMDI)粘着剂转为无添加甲醛选项。
[0006] 用以粘合木质纤维素材料的粘着剂典型地具有受限防火性，并且倾向于如同木质纤维素衬底一样易于燃烧。为改良防火性，各种防火涂料和油漆可以涂覆于木质纤维素复合材料上。然而，这些防火涂料和油漆增加了大量成本并且需要额外加工步骤。此外，这些防火涂料和油漆可破裂并且剥落，由此降低防火特性。防火涂料和油漆可以采用氯氧镁水泥(MOC)，其可能具有不良的防水性。MOC长期暴露于水通常降低水泥晶体之间的粘着性。这些缺陷已显著限制MOC化合物用于木质纤维素复合材料的用途。
发明内容
[0007] 提供用于防火应用的粘着材料；在木质纤维素和其它类似衬底上使用这些粘着材料的方法；和包括木质纤维素衬底和这些粘着材料的复合材料。除为防火的以外，由衬底和粘着材料形成的复合材料还可以耐潮。粘着材料可以包括至少一种含蛋白质材料和至少一种氯氧镁材料。在一些实施例中，同样可以存在其它材料。举例来说，粘着材料可以包括溶剂或乙烯基聚合物。在一些实施例中，水可以用作溶剂，并且粘着材料可以称作水性粘着材料。合适的乙烯基聚合物的一些实例包括但不限于聚乙烯醇(PVOH)、聚乙酸乙烯酯(PVAc)和乙酸乙烯酯/乙烯(VAE)。
[0008] 在一些实施例中，水性粘着材料包括氯氧镁化合物和蛋白质材料。可以基于水性粘着材料的特征选择这些的材料相对量。在一些实施例中，蛋白质材料中的蛋白质的干重比是至少约40％。水性粘着材料中的氯氧镁化合物和蛋白质材料的干重比可以是至少约50％。
[0009] 在一些实施例中，氯氧镁化合物的MgO与MgCl2的摩尔比在约1:1与30:1之间，或更确切地说在约5:1与20:1之间或甚至在约10:1与15:1之间。
[0010] 在一些实施例中，水性粘着材料包括乙烯基聚合物。乙烯基聚合物可以是PVOH、PVAc和VAE中的一种或其混合物。在特定实施例中，乙烯基聚合物是PVAc。在相同或其它实施例中，乙烯基聚合物是VAE。在一些实施例中，乙烯基聚合物是VAE和PVAc的组合。
[0011] 在一些实施例中，蛋白质材料来源于一或多种选自由以下组成的群组的材料：大豆、小麦、玉米、棉花、油菜籽、花生、藻类植物、鸡蛋、牛奶、血液和其混合物。举例来说，蛋白质材料可以来源于大豆。或者，蛋白质材料可以来源于小麦。此外，蛋白质材料可以来源于玉米。
[0012] 还提供用于产生木质纤维素复合材料的方法。方法可以涉及提供具有氯氧镁化合物和蛋白质材料的水性粘着材料。方法也可以涉及将水性粘着材料涂覆到木质纤维素衬底，并且固化水性粘着材料。水性粘着材料的固化形成木质纤维素复合材料。水性粘着材料可以按以下浓度涂覆到木质纤维素衬底：相对于木质纤维素衬底的干重，按不包括溶剂的粘着剂组合物的总干重计，约1到约25重量％。
[0013] 在一些实施例中，水性粘着材料的固化涉及将约10与1000psi之间的压力施加到水性粘着材料和木质纤维素衬底的组合。在一些实施例中，水性粘着材料的固化在约50℃与250℃之间的温度下进行。木质纤维素衬底可以是磨木浆、锯屑、木材颗粒、原木条、木单板、木薄片和木包板中的一种。
[0014] 在一些实施例中，木质纤维素复合材料包括木质纤维素衬底和具有氯氧镁化合物和蛋白质材料的固化粘着材料。木质纤维素复合材料可以选自以下中的一种：硬木胶合板、软木胶合板、颗粒板、中等密度纤维板、定向刨花板、卷片板、纤维板、平行木条木材、叠层木条木材和硬木胶合产品。
[0016] 图1展示针对以下的数据：依据改变氧化镁与氯化镁摩尔比，蛋白质-氯氧镁粘着剂调配物的干燥/湿润自动粘合评估系统(ABES)强度。
[0017] 图2展示针对以下的数据：依据改变蛋白质并入的水平，蛋白质-氯氧镁粘着剂调配物的干燥/湿润ABES强度。
[0018] 图3是根据一些实施例对应于产生木质纤维素复合材料的方法的工艺流程图。
[0019] 图4A说明根据一些实施例使用单板或其它木质纤维素材料产生木质纤维素复合材料的方法的各个阶段，其中粘着材料作为层涂覆于单板或其它木质纤维素材料的相对平滑表面上。
[0020] 图4B说明根据一些实施例使用木质纤维素材料的颗粒或木条产生木质纤维素复合材料的方法的各个阶段，其中粘着材料作为层使用喷雾涂覆于木质纤维素材料的颗粒或木条上。
[0021] 图5展示针对以下的数据：与用以粘合木质纤维素材料的典型树脂系统相比，蛋白质-氯氧镁粘着剂调配物的干燥/湿润ABES强度。
[0022] 图6展示针对以下的数据：用蛋白质-氯氧镁粘着剂调配物或大豆-PAE粘着剂调配物构造的硬木胶合面板的燃烧测试。
[0023] 图7展示针对以下的增强数据：用蛋白质-氯氧镁粘着剂调配物或大豆-PAE粘着剂调配物构造的硬木胶合面板的测试。
具体实施方式
[0024] 在以下描述中，阐述许多具体细节以便提供对所呈现概念的透彻理解。可以在不具有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践所呈现概念。在其它情况下，未详细地描述众所周知的方法操作以便不会不必要地混淆所描述的概念。虽然一些概念将结合具体实施例描述，但应理解这些实施例并不打算为限制性的。
[0025] 氯氧镁(MOC)水泥还可以称作菱镁矿或索雷耳(Sorel)水泥。MOC水泥具有各种有利的特性，包括低热导率、高防火性、耐磨性和良好的抗碎强度。此外，MOC水泥很好地粘合到各种无机和有机材料，如木质纤维素材料。出于本发明的目的，“木质纤维素材料”定义为来源于干燥植物物质的材料。木质纤维素材料可以包括一或多种碳水化合物聚合物(纤维素和半纤维素)、芳香族聚合物(木质素)，它们的比是25-55％纤维素、25-50％半纤维素和15-40％木质素。木质纤维素材料的一些实例包括但不限于来自硬木或软木树的木材、玉米芯、坚果壳、甘蔗渣、草、秸秆、竹子和其再循环产物。
[0026] 水泥的主要粘合相是Mg(OH)2、5Mg(OH)2-MgCl2-8H2O(又称为MOC-5粘合相)和3Mg(OH)2-MgCl2-8H2O(又称为MOC-3粘合相)。MOC水泥的高防火性是由于在MOC-5和MOC-3粘合相中的相对大量的结合水，分别是44重量％和49重量％。水分子紧紧地结合于MOC水泥的结构中。当加热到297℃时，结合水转化成蒸汽，每释放一磅水需要约1000Btu的能量输入。因此，MOC水泥不能被加热到高于这个温度，直到所有结合水被释放为止。
[0027] 出于本文档的目的，“防火性”定义为当垂直保持并且暴露于炉内的天然气火焰时，样本外侧上的温度达到300℃所需的时间，其经控制以遵循ASTM E119“用于建筑结构和材料的燃烧测试的标准测试方法(Standard Test Methods for Fire Tests of Building Construction and Materials)”中所指定的时间温度曲线。
[0028] 已严重限制MOC水泥用于木质纤维素复合材料的应用的其一个缺点是其较低的耐水性。与水的接触导致氯化镁的浸出和水泥粘合的严重减弱。然而，大多数木质纤维素复合材料需要一定程度的水耐久性。因而，单独的MOC不适用于木质纤维素复合材料应用。出于本文档的目的，复合材料定义为如果复合材料可以通过如表I中所列出标准中所定义的必需防潮性测试，那么耐水。
[0029] 表I
[0030]
[0031]
[0032] Mg(OH)2和MOC可以与乙烯基聚合物组合，所述乙烯基聚合物是用于木质纤维素材料的良好粘着剂。具体来说，乙烯基聚合物改良与衬底的粘合，并且至少维持或提高所得粘着材料的含水量。然而，乙烯基聚合物具有热塑性性质，这使得建立坚固的热粘合存在加工难度。这些粘合需要克服热压木质纤维素复合材料的内部蒸汽压。此外，在无适当的交联组分的情况下，乙烯基聚合物典型地不满足木质纤维素复合材料的耐久性要求。
[0033] 已意外地发现，添加蛋白质材料以形成含有MOC化合物的水性粘着材料可以改良这些水性粘着材料的特性。出于本发明的目的，“蛋白质材料”定义为具有大于约10％蛋白质含量的材料。具体来说，已在一些粘着剂系统中使用基于淀粉和蛋白质的粘着剂系统。其它实例包括来自牛奶的酪蛋白、蛋清蛋白和来自油萃取的大豆的大豆蛋白。虽然极佳的干燥强度可以用基于蛋白质的粘着剂系统(即，无MOC化合物的系统)获得，但所述粘着剂系统通常具有不良的防水性。
[0034] 已发现，针对木质纤维素复合材料应用，MOC和蛋白质材料的各种组合提供对木质纤维素材料的粘合性、防火特性和水耐久性。在一些实施例中，氯氧镁化合物可以在以下MgO与MgCl2的摩尔比下制备：在约1:10与30:1之间，或更确切地说在约5:1与20:1之间，并且甚至在约10:1与15:1之间(如例如图1中所展示)。
[0035] 粘着材料还可包括各种添加剂，如乙烯基聚合物、硫酸镁和可溶性磷酸盐，包括磷酸铵、磷酸铝、磷酸锌、磷酸钙和磷酸钾；其可以用来改良反应性、防水性和强度。如硼砂的添加剂、酸催化剂(例如，对甲苯磺酸)和其它盐可以用来增强或延迟粘着材料固化。
[0036] 可以用于粘着材料的乙烯基聚合物的实例包括但不限于聚乙酸乙烯酯(PVAc)、聚乙烯醇(PVOH)、乙酸乙烯酯/乙烯(VAE)和具有各种共聚物和侧链修饰的类似分子。
[0037] 按粘着材料的干重(排除溶剂)计，粘着材料中的乙烯基聚合物的量可以在约1％与30％之间，或更确切地说在约5％与20％之间，并且甚至在约10％与15％之间。
[0038] 在一些实施例中，蛋白质材料可以包括但不限于来源于植物源的蛋白质，所述植物来源如大豆、玉米、小麦、玉米朊、油菜籽、花生和棉花。此外，蛋白质材料可以包括但不限于来源于动物源的蛋白质，所述动物源如藻类植物、鸡蛋、牛奶和血液。按粘着材料的干重(排除溶剂)计，蛋白质材料可以按在约1重量％与75重量％之间、或更确切地说在约5％与50％之间或甚至在约20％与30％之间的浓度并入(如例如图2中所展示)。
[0039] 本文中所描述的粘着材料可以用来粘合木质纤维素衬底，如硬木胶合板、软木胶合板、颗粒板、中等密度纤维板、定向刨花板、卷片板、纤维板、平行木条木材、叠层木条木材和硬木胶合产品。木质纤维素衬底和粘着材料的组合可以称作木质纤维素复合材料。
[0040] 图3是根据一些实施例对应于产生木质纤维素复合材料的方法300的工艺流程图。方法300可以从在操作302期间提供水性粘着材料开始。在上文描述了所述粘着材料的各种实例。在一些实施例中，操作302期间所提供的粘着材料包括氯氧镁化合物、乙烯基聚合物和蛋白质材料。
[0041] 方法300可以按在操作306期间将水性粘着材料涂覆到木质纤维素衬底进行。水性粘着材料可以按以下浓度涂覆到木质纤维素衬底：相对于木质纤维素衬底的干重，按不包括溶剂的粘着剂组合物的总干重计，约1到约25重量％。木质纤维素衬底可以是磨木浆、锯屑、木材颗粒、原木条、木单板、木薄片和木包板中的一种。
[0042] 随后方法300可以按在操作306期间固化水性粘着材料进行。固化水性粘着材料形成木质纤维素复合材料。在一些实施例中，固化水性粘着材料涉及施加在约10与1000psi之间或更确切地说在50psi与500psi之间的压力。当粘着材料安置于两个木质纤维素衬底之间时，可以在这两个衬底之间施加压力。在一些实施例中，固化水性粘着材料在约50℃与250℃之间的温度下进行。较高的固化温度可以有益于加速固化工艺，但在一定程度下高温可能需要过量的加热能，这可能使成本过高。此外，过高温度可以造成粘着材料和非所要反应物中的一些组分的分解。
[0043] 图4A说明当粘着材料作为层涂覆于单板或其它木质纤维素材料的相对平滑表面上时，使用单板或其它木质纤维素材料产生木质纤维素复合材料的方法的各个阶段。图4B说明使用木质纤维素材料的颗粒或木条产生木质纤维素复合材料的方法的各个阶段，其中粘着材料作为层使用喷雾涂覆于木质纤维素材料的颗粒或木条上。此外，本文中所描述的粘着材料还可以作为表面涂料涂覆于预制的木质纤维素复合材料上，以改良这些复合材料的防火性和其它特性。
[0044] 按木质纤维素复合材料的干重基计，粘着材料的量可以在约1重量％与25重量％之间，或更确切地说在约5％与15％之间，或甚至在约8％与12％之间。归因于将作为粘着材料的一部分引入混合物中的高含量的水，大于25％的粘着材料的量可能是工艺禁止的。固化前，木质纤维素复合材料中的高水分含量将典型地需要过量的按压时间和/或高的干燥能力，这可能不适用于加工。
[0045] 木质纤维素复合材料的所得水分含量(定义为作为木质纤维素材料和粘着材料的一部分引入混合物中的总含水量除以固化前混合物的总质量)可以在约1％与20％之间，或更确切地说在约3％与15％之间，或甚至在约7％与12％之间。大于20％的水分含量通常是工艺禁止的，需要过量的按压时间和/或高的干燥能力。
[0046] 还提供产生木质纤维素复合材料的方法。方法可以涉及提供包括氯氧镁化合物、乙烯基聚合物和蛋白质材料的水性粘着材料。方法还可以涉及通过滚涂机、喷雾掺合机或剪切掺合机将水性粘着材料涂覆到木质纤维素衬底，这取决于复合材料的类型和固化所得粘着剂/木质纤维素材料。水性粘着材料的这种固化形成木质纤维素复合材料。
[0047] 在固化操作期间，可以压缩和/或加热水性粘着材料和木质纤维素衬底的组合。所使用的压力可以在约50psi与500psi之间，或更确切地说在约100psi与300psi之间，或甚至在约125psi与200psi之间。用于固化的温度可以在约100℃与220℃之间，或更确切地说在约105℃与180℃之间，或甚至在约110℃到150℃之间。施加这种压力和/或加热的时间应足以允许面板的最中央粘合层或部分达到约100℃持续至少一秒。在一些实施例中，木质纤维素复合材料在无额外加热(例如，在室温下，并且仅使用压力)的情况下固化。所使用的压力可以在约50psi与500psi之间，或更确切地说在约100psi与300psi之间，或甚至在约125psi与200psi之间。可以施加这种压力，持续约1小时与48小时之间，或更确切地说约8小时与24小时之间，或甚至约12与18小时之间。
[0048] 由于存在MOC，因此使用这些方法和材料形成的木质纤维素复合材料可以具有改良的防火性。不受任何特定理论限制，认为结合到MOC的水造成热的大量吸收，同时水气化。在用于粘合胶结木质纤维素的其它材料中，这种特征通常不可用，所述其它材料通常主要由如同木质纤维素材料一样易于加热和燃烧的有机材料构成。
[0049] 在一些实施例中，可以将有机酸添加到粘着材料(已包括氯氧镁化合物、乙烯基聚合物和蛋白质材料)中，以便调节pH值水平，并且由此增加硬化速率。用于pH值调整的有机酸的实例包括酒石酸(L-(+)-酒石酸、D-(+)-酒石酸、外消旋酒石酸等)、水杨酸、柠檬酸、丁二酸、乳酸、富马酸、苯甲酸、癸酸、辛酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、异硬脂酸、马来酸、苹果酸、己二酸、山梨酸、聚羧酸等等。在一些实施例中，使用酒石酸。
[0050] 在一些实施例中，可以将脂肪醇聚氧乙烯醚添加到粘着材料(已包括氯氧镁化合物、乙烯基聚合物和蛋白质材料)中，以增加粘性，并且由此改良操作特征，并且增加木材层之间的粘合强度。在一些实施例中，脂肪醇聚氧乙烯醚可以被月桂基聚氧乙烯醚硫酸钠或脂肪胺聚氧乙烯醚替换。
[0051] 在制备例如包括氯氧镁化合物、乙烯基聚合物和蛋白质材料的粘着材料中，非离子表面活性剂可以用作乳化剂。非离子表面活性剂的一些实例包括聚氧乙烯辛基酚醚等等、聚氧乙烯烷基醚(例如，聚氧乙烯月桂醚)、聚氧乙烯烷基酚醚(例如，聚氧乙烯辛基酚醚或聚氧乙烯壬基酚醚)，和聚氧乙烯脱水山梨糖醇脂肪酸酯(例如，聚氧乙烯脱水山梨糖醇单月桂酸酯或聚氧乙烯脱水山梨糖醇单油酸酯)，和/或相关非离子表面活性剂。
[0052] 在一些实施例中，粘着材料可以包括一或多种色素材料，如锌钡白粉末。锌钡白粉末是硫酸钡与硫化锌的混合物。色素材料可以用来将粘着剂以及最终复合材料赋予特定颜色(例如，发白的颜色)。色素的实例包括白色铅、氧化锌、硫化锌、碱式硫酸铅。其它实例包括黄色色素，如镉黄、铬酸锌、赭石、铁黄和铅黄；或红色色素，如红色铅、氧化铁、镉红；和黑色色素，如灯黑、碳黑、石墨和/或磁性铁黑。
[0053] 在一些实施例中，氯化镁可以被硫酸镁替换，以提供类似的防火性特征。然而，含氧硫酸镁倾向于具有优良的防水性性能。因而，针对不需要所得复合材料的优良防水性性能的应用，可以使用氯化镁。此外，针对优良的防水性性能，氯化镁可以被可溶性磷酸盐替换。已知磷氧酸镁具有增强的防水性和良好抗冻融性。
[0054] 在一些实施例中，氧化镁化合物可以通过包括少量的氧化钙(例如0.5％到3％氧化钙)、优选0.5％到2％氧化钙(例如1.5％氧化钙)增强。合适的氧化镁产品的一个实例是(可购自普雷米尔化工(Premier Chemicals))。99.5％的 穿过200网筛。 还包括氧化钙添加剂。
[0055] 如本文中所阐述，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，大豆粉可以被小麦粉、玉米粉、棉花粉、油菜籽粉、花生粉以及其浓缩物和/或分离物、藻类植物蛋白、血液蛋白、牛奶蛋白和鸡蛋蛋白替换或与其组合。磺酸可以选自包含以下的群组：甲基萘磺酸、乙基磺酸、对甲苯磺酸，优选为甲基磺酸，并且更优选为乙烯基磺酸。然而，还可以采用其它相关的磺酸衍生物。
[0056] ABES样品制备/测试程序
[0057] 使用ABES冲压设备从枫树(Maple)单板冲压木材样品，使得最终尺寸沿着纹理11.7cm，垂直于纹理2.0cm和0.08cm厚。将待测试的粘着剂涂覆到样品的一个末端，使得整个重叠面积被覆盖，通常在以湿基计3.8-4.2mg/cm2范围内。随后将样品粘合到第二单板(小于15秒的晾置时间，以确保极佳的转移)，并且放置在ABES单元中，使得经粘合样品的重叠面积为0.5cm×2.0cm。除非另外指出，否则所有样品在120℃下在9.1kg/cm2的压力下按压2.0分钟。随后在受控环境中在22℃和50％相对湿度下，使所有经粘合样品适应至少24小时。
[0058] 对于每一种组合物，以上文所描述的方式制备六(6)个ABES样品。调节后，通过将三(3)个样品放置于ABES中测试其干燥。记录样品断裂后的最大强度。这些称为干燥强度样品。将剩余三(3)个样品放置在室温水中一(1)小时，移出，印迹干燥并且通过将其放置于ABES中测试湿润。记录样品断裂后的最大强度。这些称为湿润强度样品。对于每一种组合物，所报道的值是三个测试的平均，其中误差条报道为标准偏差。
[0059] 胶合板制备/测试程序
[0060] 所使用单板为12"×12"黄杨(Yellow Poplar)1/6-1/8"厚。首先将待测试的粘着剂涂覆到中央单板的一侧。随后将顶部单板放在这一侧上，使得两个单板的纹理垂直。对这种工艺，不存在特定的晾置时间。随后将粘着剂涂覆到中央单板的另一侧，并且将底部单板放在这一侧上，使得两个单板的纹理垂直。典型的粘着剂载量在以湿基计每胶粘层21.5mg/cm2到22.5mg/cm2范围内。随后在22℃和100psi下预按压经组装三层五分钟。随后在115℃和150psi下按压所述三层五分钟。测试前在26℃和30％相对湿度下将样品调节至少48小时。
使用ANSI/HPVA HP-1-2004 4.6“三循环浸泡测试(Three-cycle Soak Test)”测试样品。
使用ANSI/HPVA HP-1-2004 4.6“三循环浸泡测试(Three-cycle Soak Test)”测试样品。
[0061] 材料
[0062] 氧化镁(MgO)获自马丁玛利埃塔氧化镁特种公司(Martin Marietta Magnesia Specialties)(北卡罗来纳州罗利市(Raleigh,NC))。氯化镁六水合物(MgCl2-6H2O)、对甲苯磺酸(p-TSA)和酒石酸(TA)获自西格玛奥德里奇(Sigma Aldrich)(威斯康星州密尔沃基市(Milwaukee,WI))。聚乙酸乙烯酯(PVAc)获自美国富兰克林公司(Franklin International)(俄亥俄州哥伦布市(Columbus,OH))。大豆蛋白粉SPF(5％水分含量)获自嘉吉有限公司(Cargill Incorporated)(明尼苏达州明尼阿波利斯(Minneapolis,MN))。大豆蛋白分离物SPI(5％水分含量)获自阿彻丹尼尔斯米德兰(Archer Daniels Midland)(伊利诺斯州迪凯特市(Decatur,IL))。聚氨基-酰胺基表氯醇(PAE)获自乔治亚太平洋公司(Georgia Pacific)(佐治亚州亚特兰大市(Atlanta,GA))。枫树单板和黄杨单板由哥伦比亚林产品公司(Columbia Forest Products)(北卡罗来纳州格林斯博罗市(Greensboro,NC))提供。
[0063] 实例1
[0064] 在这个实例中，将总计16.2克的MgCl2-6H2O溶解于29.9克的去离子水中。向此溶液中添加0.4克的12.1％p-TSA溶液和2.4克的45.5％TA溶液。随后，将9.7克的PVAc(55％固体含量)掺合于反应物中，随后掺合32.1克的MgO。混合均匀后，添加9.4克的大豆粉，并且搅拌整个反应物30分钟直到均匀。发现材料的添加次序不重要。在这个实例中，MgO:MgCl2的摩尔比是10:1。PVAc是调配物的总固体的9.7％，并且大豆粉是调配物的总固体的16.2％。本文中将称为组合物A的所得粘着剂用来使用如上文所描述的ABES制备样品。
[0065] 实例2
[0066] 在这个实例中，将总计20.4克的MgCl2-6H2O溶解于178.1克的去离子水中。向这种溶液中添加60.5克的MgO，并且搅拌溶液15分钟。向这种溶液中添加29.3g SPI，并且搅拌混合物30分钟。在这个实例中，MgO:MgCl2的摩尔比是15:1。SPI是调配物的总固体的28.5％。本文中将作为组合物B提及的所得粘着剂用来使用如上文所描述的ABES以及如上文所描述的胶合板样品制备样品。
[0067] 实例3
[0068] 在这个实例中，通过将105.0克的PAE、随后62.8克的大豆粉分散于170.8克的去离子水中，同时混合，来制备大豆粉PAE对照样品。随后，添加0.6克的偏亚硫酸氢钠，随后添加62.5克以上的大豆粉。搅拌掺合物五分钟直到均匀。本文中将称为组合物C的所得粘着剂用来使用如上文所描述的自动粘合评估系统(ABES)以及如上文所描述的胶合板样品制备样品。
[0069] 图5展示组合物A(条200)和组合物B(条202)的ABES强度数据。图5另外包括典型地用来粘合木质纤维素材料的粘着剂的数据，包括：组合物C-大豆-PAE(条204)、尿素甲醛(UF)(条206)、苯酚甲醛(PF)(条208和210)和PVAc(条212)。对于苯酚甲醛，需要较高的固化温度，以获得全部固化。因而，在120℃(条208)和150℃(条210)下展示苯酚甲醛的数据。从数据明显可见，组合物A和B表现得与其它常用木质纤维素粘合剂同等水平。
[0070] 表II展示如上文所描述使用组合物A和B以及组合物C(用于比较)制备的胶合面板的3循环浸泡测试结果。从数据明显可见，组合物A和B表现得与常用来粘合HWPW的大豆-PAE粘合剂系统相当。
[0071] 表II
[0072]
[0073] 图6展示用组合物B制备的胶合面板以及用组合物C制备的胶合面板的燃烧测试数据。从数据明显可见，与用组合物C制备的面板(511秒)相比，对于用组合物B制备的面板，达到300℃的时间显著更长(611秒)。对图7中所展示的数据的进一步分析显示，在90与110℃之间用组合物C制备的面板耗时95秒，然而用组合物B制备的面板耗时170秒。在已知氯氧镁水泥的防火性与氯氧镁水泥基质内的结合水的蒸发冷却作用有关的条件下，这是强有力的证据，表明组合物B具有显著的防火性潜能。此外，支持氯氧镁水泥基质在粘合层内形成的想法。
[0074] 结论
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