权利要求

本発明は１種以上の５−炭素還元糖を含む水性バインダー組成物、およびさまざまな微粉砕基材材料、特に木材およびリグノセルロース系材料のための硬化性バインダーとしてのその使用、並びにそれから形成される生成物に関する。

その有利なコスト／性能のせいで、過去において一般的に好まれていた熱硬化性バインダー樹脂はフェノール／ホルムアルデヒド、または尿素／ホルムアルデヒド樹脂であった。 ホルムアルデヒド樹脂の用途は広範囲であり、例えば、鉱物およびガラス繊維結合、並びに繊維板および集成材のような木材複合材料を製造するための加圧下での微粉砕木材材料の結合が挙げられる。 既存の市販のホルムアルデヒドを含まないバインダーは、最も一般的には、熱硬化の際にエステル化して熱硬化物質を形成するポリカルボン酸ポリマーおよびポリオールを含む。 しかし、これらのバインダーは主として石油供給原料由来であることが知られており、石油供給原料は減少していてかつ大きな価格変動を受け、さらに大気中の二酸化炭素に寄与する。 さらに、ホルムアルデヒドは非常に毒性であると認識されており、かついくつかの健康官庁によってヒトに対する発がん性物質として分類されており、さらに保健安全（ＥＨＳ）イニシアチブ並びに新たな規制は、全ての種類の建築材料、特に、ホルムアルデヒドガスを屋内に放出する可能性のある屋内使用が意図されるものにおける複合材料のためのホルムアルデヒドを含まないバインダーを要求している。

微粉砕木材から複合材料を製造するのに有用な他の樹脂には、メチレンジイソシアナート（ＭＤＩ）が挙げられる。 この樹脂は素早く硬化するが、ホルムアルデヒド含有樹脂よりもかなり高価であり；さらに、それらは非常に粘着性であり、かつ使用の際にプレスまたはプラテンを汚染することにより処理を台無しにする場合がある。

木材複合材料を製造するために、石油原料由来ではなく持続可能な材料から製造される最近のホルムアルデヒドを含まないバインダーが提案されてきた。 ジャクソンらへの米国特許出願公開第２０１０／００８７５７１Ａ１号は、熱硬化性物質としてタンパク質もしくはアミノ酸と還元糖との縮合からのメラノイジンを形成するホルムアルデヒドを含まないバインダー組成物を開示する。 ｈｔｔｐ：／／ｅｎ． ｗｉｋｉｐｅｄｉａ． ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｍｅｌａｎｏｉｄｉｎも参照。 しかし、これらの組成物は、バインダーとして使用される場合に、木材材料のバインダーとして使用するのに過酷すぎる条件でのみ硬化する。 さらに、これらの組成物は不適切な結合強度および防水性を伴う硬化した生成物をもたらす

本発明者は、木材含有複合材料およびボード生成物、すなわち、木材もしくは木質材料含有物品を製造するのに充分低い温度で強度を発現する、より耐久性で防水性のホルムアルデヒドを含まないバインダーについての必要性を満たす再生可能な熱硬化性バインダーソースを提供する課題を解決するための、ホルムアルデヒドを含まないバインダーを提供することを求めてきた。

本発明に従うと、水性バインダー組成物は（ｉ）１種以上のジ第１級ジアミン、例えば、リシン、ポリ（第１級アミン）、例えば、５，０００以下、好ましくは３，８００以下、またはより好ましくは２，５００以下の重量平均分子量を有するポリアミン、例えば、ポリエチレンイミン、並びに（ｉｉ）５−炭素還元単糖および二糖、その天然もしくは合成の立体異性体もしくは光学異性体、ヒドロキシ、ハロ、アルキル、アルコキシもしくはカルボニル置換５−炭素還元単糖および二糖、並びに５−炭素還元単糖および二糖の無水形態から選択される１種以上の５−炭素還元糖を含む。 好ましくは、水性バインダー組成物強酸を実質的に含まず、かつポリカルボン酸を実質的に含まない。

好適なジ第１級ジアミンまたはポリ（第１級アミン）は４００以下、好ましくは２００以下のアミン当量を有する。

本発明のさらに別の形態においては、ポリ（第１級アミン）は１０重量％以上、または好ましくは２０重量％以上の第１級アミン基、例えば、エチルアミンを有するポリマーを含む。

一実施形態においては５−炭素還元糖は５００以下の原子質量単位の式量を有する。 好ましい５−炭素還元糖には、例えば、キシロース、アラビノースおよびリボースが挙げられる。 他の５−炭素還元糖には、例えば、デオキシリボースが挙げられる。

５−炭素還元糖はより大きな式量を有する多糖を含む混合物、例えば、５−炭素還元糖を含む植物供給原料または５−炭素糖を生じさせうる他のアラビノキシラン供給原料などの部分であることができる。 これらには、例えば、醗酵ヘミセルロース、例えば、木材もしくは竹からの醗酵ヘミセルロース、酵素分解小麦ブラン、酵素分解トウモロコシ穂軸、酵素分解トウモロコシ繊維、およびこれら植物供給原料のいずれかの酸加水分解生成物が挙げられうる。

還元糖における第１級アミンの当量数：カルボニル（アルデヒドもしくはケトンとしての）基の当量数は０．２以上：１、および４以下：１、または２以下：１、または０．４以上：１、または０．６以下：１、または好ましくは０．８以上：１、またはより好ましくは１．６以下：１の範囲であり得る。 還元糖における第１級アミン：カルボニルの当量比２：１は、１つのカルボニル基を有する還元糖、例えば、キシロース、１モルにつき等モルのジ第１級ジアミンと同等である。 ある用途においては、第１級アミン基：カルボニル基の当量比は０．０５：１の低さから〜０．２：１の範囲であり得る。

水性バインダー組成物は１種以上のキャッピング剤、例えば、チタナート、ジルコナートまたはアルミナート、例えば、乳酸チタニウムをさらに含むことができる。 このようなキャッピング剤は全バインダー固形分を基準にして０．５〜５重量％の量で使用されうる。

水性バインダー組成物は硬化中の発熱を制限するために、例えば、（メタ）ビスルフィットもしくはビシニルジオール、例えば、グリセリン、エチレングリコールおよびプロピレングリコールなどの１種以上の還元剤をさらに含むことができる。

水性バインダー組成物はさらに１種以上のエキステンダー、例えば、ダイズタンパク質もしくは脱脂ダイズ粉体などを含むことができる。

水性バインダー組成物は共重合されたモノマーの全重量を基準にして１０重量％以下の共重合されたカルボキシル基含有モノマーを有する分散ポリマーもしくはビニルエマルションをさらに含むことができる。 このようなポリマーは共重合されたモノマーの全重量を基準にして３０重量％を超える共重合された（メタ）アクリル酸Ｃ _２以上アルキルを含む（メタ）アクリラートコポリマー、または共重合されたモノマーの全重量を基準にして５重量％以下、もしくは好ましくは３重量％以下の共重合されたカルボキシル基含有モノマー、例えば、メタクリル酸を有する（メタ）アクリラートコポリマーであることができる。

水性バインダー組成物は全バインダー固形分を基準にして０．２重量％以上、または好ましくは５重量％以下の有機シランをさらに含むことができる。

水性バインダー組成物は、Ｃ _５ 〜Ｃ _３０アルキル（もしくはアルケニル）２−ヒドロキシエチルアルカミド（もしくはアルケナミド）、Ｃ _５ 〜Ｃ _３０アルキル（もしくはアルケニル）ビス（２−ヒドロキシエチル）アミド、Ｃ _１１ 〜Ｃ _３０アルキル（もしくはアルケニル）２−ヒドロキシエチルアルカミド（もしくはアルケナミド）、Ｃ _１１ 〜Ｃ _３０アルキル（もしくはアルケニル）ビス（２−ヒドロキシ−エチル）アミン、Ｃ _１１ 〜Ｃ _３０アルキル（もしくはアルケニル）トリス（２−ヒドロキシエチル）アミン、Ｃ _５ 〜Ｃ _３０アルキル（もしくはアルケニル）モノグリセリド、三価ポリオールのＣ _５ 〜Ｃ _３０アルキル（もしくはアルケニル）モノカルボキシラート、（ポリ）アルコキシ化アミド、並びに（ポリ）アルコキシ化アルキル（もしくはアルケニル）モノカルボキシラートから選択される１種以上の防水剤をさらに含むことができる。 このような防水剤は、全バインダー固形分を基準にして１０重量％以下の量で使用されうる。

水性バインダー組成物はリン含有促進剤もしくはエステル化触媒、例えば、ジ亜リン酸アルカリ金属、およびホスホン酸水素アルカリ金属、ホスホン酸モノおよびジアルカリ金属、アルキルホスホン酸、アリールホスホン酸またはホスフィン酸（そのアルカリ金属塩も包含する）をさらに含むことができる。 好適な触媒は全バインダー固形分を基準にして０．１重量％以上、または３０重量％以下、好ましくは４．０重量％以上、または２０重量％以下の量で使用されうる。

さらに、本発明は、繊維および微粉砕材料のような基材を水性バインダー組成物で処理し、次いで乾燥させ、熱硬化させる方法を提供する。

木材もしくは木質材料含有物品の製造においては、本発明は水性バインダー組成物を微粉砕木材もしくは木質材料と混合し、次いで加圧し、加熱して生成物を形成することを含む方法を提供する。 この方法は、微粉砕木材もしくは木質材料を２０〜１８５℃、好ましくは７５〜１２５℃の温度で乾燥させ、その後それらを水性バインダー組成物と混合させることを含むことができる。 合板は、水性バインダー組成物が木材層もしくはシートに適用され、そしてそれに木材層もしくはシートが適用され、次いで加圧し、加熱し、場合によっては所望の合板厚みを達成するように繰り返すという別の方法で製造されうる。

さらに、本発明は、本発明の方法に従って製造された木材もしくは木質材料含有物品を提供する。 このような物品には、例えば、チップボード、パーティクルボードもしくは繊維板、配向ストランドボード、合板、竹の合板および複合材料、および他の集成材、例えば、中密度繊維板（ＭＤＦ）などが挙げられる。

本明細書において使用される場合、語句「アルキル」とは、１以上の炭素原子を有するあらゆる脂肪族アルキル基を意味し、このアルキル基には、ｎ−アルキル、ｓ−アルキル、ｉ−アルキル、ｔ−アルキル基、または５、６もしくは７員環構造を１以上含有する環式脂肪族が挙げられる。

本明細書において使用される場合、語句「水性」とは、水、並びに水と水混和性溶媒とから実質的に構成される混合物を含む。

本明細書において使用される場合、語句「エマルションポリマー」とは、水もしくは水性溶媒と一緒にされたときに、水中でポリマーの分散相を形成するポリマーをいう。

本明細書において使用される場合、語句「ホルムアルデヒドを実質的に含まない」とは、組成物が添加されたホルムアルデヒドを含まず、かつ組成物が乾燥および／または硬化の結果として実質的なホルムアルデヒドを発生させないことをいう。 好ましくは、このようなバインダーもしくはこのバインダーを組み込む材料は、このバインダーを乾燥および／または硬化させる結果として、１００ｐｐｍ未満のホルムアルデヒドしか、より好ましくは２５未満の、最も好ましくは５ｐｐｍ未満のホルムアルデヒドしか遊離させない。

本明細書において使用される場合、用語「ポリ（第１級アミン）」とは、トリス（２−アミノエチル）アミン、およびポリエチレンイミンのような３つ以上の第１級アミン基を有するあらゆる化合物を意味する。

本明細書において使用される場合、用語「ポリマー」は用語「コポリマー」を含み、他に示されない限りは、用語「コポリマー」とは、２種以上の異なるモノマーから製造されるポリマーをいい、例えば、ターポリマー、ペンタポリマー、生成物コポリマー中に２種以上の異なる官能基が存在するように重合後に官能化されたホモポリマー、ブロックコポリマー、セグメント化コポリマー、グラフトコポリマー、およびこれらの混合物または組み合わせ物が挙げられる。 （コ）ポリマーとはホモポリマーもしくはコポリマーを意味する。

本明細書において使用される場合、用語「強酸を実質的に含まない」とは、組成物が全バインダー固形分を基準にして０．１重量％未満しか鉱酸を含まないことを意味する。

本明細書において使用される場合、用語「ポリカルボン酸を実質的に含まない」とは、組成物が、全バインダー固形分を基準にして１．０重量％未満しか、ポリプロトン性ポリカルボン酸をはじめとするポリカルボン酸、例えば、クエン酸、およびポリマー系ポリカルボン酸、例えば、１０重量％を超える共重合されたカルボキシル基含有モノマーを有するアクリル系もしくはビニル溶液ポリマーを含まないことを意味する。 本明細書において使用される場合、用語「ポリカルボン酸」は、１０重量％以下の共重合されたカルボキシル基含有モノマーを有するエマルションポリマーを除外する。

本明細書において使用される場合、用語「木材もしくは木質材料」は、あらゆる木材供給材料、木材のあらゆる部分およびあらゆる木質植物材料、例えば、針葉樹、広葉樹、パルプ、樹皮、竹、種子殻、ナッツの殻および他の硬質植物、またはリグノセルロース系材料からの、細断された材料、おがくず、チップ、かんなくず、フレークもしくは砕かれた材料をはじめとするあらゆる形態の微粉砕材料を含む。

本明細書において使用される場合、他に示されない限りは、用語「重量平均分子量」とはサイズ排除ゲルクロマトグラフィー（ＳＥＣ）によって決定される物質の分子量をいう。

本明細書において使用される場合、「重量％」もしくは「ｗｔ．パーセント」とは、固形分を基準にした重量パーセントを意味する。

本明細書において使用される場合、語句「全バインダー固形分を基準にして」とは、バインダー中の全ての不揮発性成分（例えば、糖類、第１級アミン、キャッピング剤、シラン、エマルションコポリマー、反応性防水剤など）の全重量と比較した任意の所定の成分の重量をいう。

他に示されない限りは、本明細書において使用される科学技術用語は当業者に一般的に理解されているのと同じ意味を有する。

他に示されない限りは、丸括弧書きを含む用語は、その丸括弧が存在しないとした全体の用語、およびその丸括弧内に含まれる事項がない用語、およびそれぞれの選択肢の組み合わせを選択的に意味する。 よって、用語「（メタ）アクリラート」とは、選択的に、メタクリラート、またはアクリラート、またはこれらの混合物を包含する。

同じ成分もしくは特性に関する全ての範囲の端点はその端点を含み、独立して組み合わせ可能である。 よって、例えば、０．２以上：１、および４以下：１、好ましくは０．６以上：１、または好ましくは１．０以上：１、または２．０以下：１の開示された比率の範囲は、０．２：１〜１．０：１、０．２：１〜２．０：１、０．２：１〜０．６：１、０．２：１〜４：１、０．６：１〜２．０：１、０．６：１〜１．０：１、０．６：１〜４：１、１．０：１〜２．０：１、および２．０：１〜４：１のいずれかおよび全てを意味する。

本明細書に記載される各水性バインダー組成物について、水性組成物がバインダー組成物であり、硬化した組成物が材料もしくは生成物中で微粉砕材料と共に存在する付随の実施形態が存在する。 本明細書において定義されるように、用語「微粉砕材料」とは、繊維、薄片、チップ、粒子およびこれらの組み合わせから選択される材料をいう。

他に示されない限りは、温度および圧力の条件は室温および標準圧力であり、「周囲条件」とも称される。 水性バインダー組成物は周囲条件以外の条件下で乾燥させられうる。

本発明の水性バインダー組成物は木材もしくは木質材料として、小麦ブランおよびトウモロコシ繊維並びにヘミセルロースストリームのような天然ソースからの主として再生可能な材料を含む。 高温湿潤引張強さひいてはバインダーで処理された生成物の耐久性は本発明の水性バインダー組成物の使用を通じて向上される。 さらに、硬化中の物理的特性の素早い発現によって示されるように、この水性バインダー組成物はトウモロコシシロップのような他の天然のもしくは再生可能な供給原料からのデキストロースバインダーと比べて、より低い硬化エネルギーを示す。

５−炭素糖および第１級ジアミンもしくは第１級ポリアミンは、フルフラール含有バインダーのような毒性組成物と置き換わる非毒性水性バインダー組成物を提供する。

本発明は、水性バインダーの全重量を基準にして、５〜１００重量％、または９５重量％以下、または好ましくは４０重量％以上、または好ましくは５０重量％以上、またはより好ましくは７０重量％以下の全固形分を含む水性バインダー組成物を提供する。 この水性バインダーは、この水性バインダー溶液のいずれかの乾燥により得られうる粉体化されたバインダーも包含する。

本発明の水性バインダー組成物は少なくとも１種の５−炭素還元糖を含み、この５−炭素還元糖は単糖もしくは二糖である。 本明細書において、還元糖はその開放鎖形態でアルデヒドもしくはケトンを有するあらゆる糖である。 これはその糖が還元剤として機能するのを可能にする。 糖は、そのアノマー炭素（２つの酸素原子に結合した炭素）がフリーの形態である場合には還元糖であり得る。 糖は鎖構造および環構造で存在することができ、そしてこれら２つの形態の間の平衡を有することが可能である。 さらに、ある種のケト糖は還元糖である、というのはそれらはカルボニルを鎖の末端に移動させる一連の互変位性変位を介してアルデヒドに変換されることができるからである。 この径路は熱硬化プロセス中にアクセス可能になることができた。 還元糖には全ての単糖が挙げられる。 よって、５−炭素還元糖はそのアルドースもしくはケトース形態の単糖であることができる。 ほとんどの二糖も還元糖であり、例えば、５−炭素単糖のダイマーが挙げられうる。

好適な５−炭素糖はＣｎ（Ｈ２Ｏ）ｎの式［式中、ｎは５である］を有するアルドースおよび異性化可能なケトース、並びにこれら５炭素糖を含む混合物である。 このような５−炭素還元糖の他の天然もしくは合成の立体異性体もしくは光学異性体も水性バインダー組成物の還元糖として有用であることができ；例えば、キシロースの天然に存在する光学異性体であるＤ−キシロース。 ５−炭素還元糖は場合によっては、例えば、ヒドロキシ、ハロ、アルキル、アルコキシもしくは他の置換基で置換されることができる。 さらに、還元糖はキシロースの脱水で生じるフルフラール中間体のような還元単糖もしくは二糖の無水形態を含むことができる。

好適な５−炭素還元糖の例には、アルドペントース糖、例えば、リボース、アラビノース、キシロースおよびリキソース；並びに、ケトペントース糖、例えば、リブロース、アラブロース、キシルロースおよびリキスロースが挙げられる。 これらのいずれかを含む植物材料は本発明における使用に好適であり、例えば、酸加水分解もしくは酵素処理されたヘミセルロース、例えば、キシロースを含む組成物を生じさせるためにβ−１，４−エンドキシラナーゼおよびβ−キシロシダーゼで分解された小麦ブランが挙げられる。 トウモロコシ（穂軸および／または皮）および小麦ブランのような植物材料を分解するのに使用するための１つの好適な酵素は、ジェネンコル（Ｇｅｎｅｎｃｏｒ；ダニスコ（Ｄａｎｉｓｃｏ）Ａ／Ｓ、コペンハーゲン、デンマーク）から入手可能なＡｃｃｅｌｅｒａｓｅ ^商標酵素である。

水性バインダー組成物は、例えば、トリオース、テトロース、ヘキソースもしくはヘプトースをはじめとする１種以上の他の還元糖をさらに含むことができる。 還元糖には、グルコース、フルクトース、グリセルアルデヒド、ラクトースおよびマルトースが挙げられる。 グリセルアルデヒドおよびジヒドロキシアセトンはそれぞれアルドースおよびケトース糖であるとみなされる。 アルドテトロース糖の例には、エリスロースおよびスレオース；並びに、ケトテトロース糖にはエリスルロースが挙げられる。 アルドヘキソース糖の例には、グルコール（例えば、デキストロース）、マンノース、ガラクトース、アロース、アルトロース、タロース、グロースおよびイドースが挙げられ；ケトヘキソース糖には、フルクトース、プシコース、ソルボースおよびタガトースが挙げられる。 ケトヘプトース糖にはセドヘプツロースが挙げられる。

１種以上の６−炭素還元糖は還元糖の全重量を基準にして、７５重量％以下、好ましくは６０重量％以下、より好ましくは５０重量％以下の量で水性バインダー組成物中に存在することができる。

好適な第１級ジアミンおよびポリ第１級ポリアミンには、例えば、アルキルジ第１級もしくはより高次の第１級ジアミン、例えば、脂肪族第１級ジアミン、例えば、アミノグアニジンおよびその塩、例えば、塩酸アミノグアニジン、プトレシン、ｎ−アルキレンジアミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、および他のアルキレンジアミン；環式脂肪族第１級ジアミン、例えば、ジ−アミノエチルピペラジン；第１級アミン官能性アミノ酸、例えば、リシンおよびアミノグリシン；並びに芳香族ジ第１級アミン、例えば、ビス−（アミノメチル）シクロヘキサン（ｂｉｓＡＭＣ）、ジアミノジフェニルメタン、キシレンジアミン、例えば、ｍ−キシレンジアミン（ＭＸＤ）；ジアミンオリゴマー、例えば、ジエチレントリアミン；トリアミン、例えば、トリス（２−アミノエチル）アミン（ＴＲＩＳ）、植物および天然由来のタンパク質含有第１級アミン官能性ポリペプチド、例えば、バイオマスゼラチン、並びに第１級アミン基を有するペプチド残基、例えばリシンを３重量％以上有する植物および動物ベースのタンパク質、例えば、ノルランドプロダクツインコーポレーティド（Ｎｏｒｌａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｉｎｃ．；クランベリー、ＮＪ）によって販売されている魚ゼラチン、およびアルブミン；並びに、所望の分子量のポリアミンポリマー、例えば、ポリエチレンイミン、第１級アミン基を１０重量％以上有するポリエチレンイミン含有コポリマーおよびブロックコポリマー、（メタ）アクリル酸ｎ−アミノアルキル、例えば、メタクリル酸アミノエチルの（コ）ポリマー、ポリグアニジン、並びに少なくとも１０重量％、好ましくは２０重量％の第１級アミン基を有する他の（コ）ポリマーが挙げられうる。 このようなポリアミンには、例えば、１０重量％のエチレンジアミン基を有する分岐ポリエチレンイミンが存在しうる。 １つの好適な環式脂肪族第１級ジアミンは、以前はロームアンドハースカンパニーであったダウアドバンストマテリアルズ（フィラデルフィア、ＰＡ）からのＰＲＩＭＥＮＥ ^商標 ＭＤである。

一般に、還元糖における第１級アミンの当量数：カルボニル（アルデヒドもしくはケトンとして）基の当量数は、０．２以上：１かつ４以下：１の比率の範囲であるべきである。 ある場合のジアミンにおいては、この比率は好ましくは０．８〜１．６：１である。 ポリエチレンイミンもしくはトリス（２−アミノエチルアミン）のような３つ以上の第１級アミン基を有するポリ第１級アミンの場合には、第１級アミン：カルボニル当量の好ましい比率はより低く、例えば、０．２：１〜０．６：１である。

ゼラチン、アルブミンおよびダイズタンパク質のような天然ソースに由来するポリアミンの場合には、第１級アミン基：カルボニル基の当量数の好ましい比率は、例えば、０．０５：１〜０．１５：１のように低くてもよい。

本発明において有用なキャッピング剤は、例えば、チタナート、ジルコナート、アルミナート、ジンカート、有機スズ塩、アルミニウムのモノおよびジカルボン酸塩、マグネシウムのモノおよびジカルボン酸塩、並びに式ＭＸ _ｎ ［式中、Ｍは金属であり、Ｘは有機酸、還元糖もしくはアルコキシ（アルキル）基であり、ｎは１〜５の整数である］を有するキャッピング剤から選択されうる。 好適なチタナートおよびジルコナートには、例えば、デュポンによってＴｙｚｏｒの商品名で、例えば、Ｔｙｚｏｒ ^商標 ＬＡ、Ｔｙｚｏｒ ^商標 １３１、Ｔｙｚｏｒ ^商標 ＴＥＡ、Ｔｙｚｏｒ ^商標 ＴＥ、Ｔｙｚｏｒ ^商標 ２１７、およびＴｙｚｏｒ ^商標 ２１８などの水溶性Ｔｙｚｏｒで販売されている有機チタナートおよびジルコナート；ジブチルスズジラウラート、他の有機スズ塩、例えば、スズ（ＩＶ）アルコキシラート；アルミニウムもしくはマグネシウムのモノおよびジカルボン酸塩、並びに式ＭＸ _ｎ ［式中、Ｍは金属であり、Ｘは有機酸、ケト酸、例えば、グルコン酸、還元糖もしくはアルコキシ（アルキル）基であり、ｎは１〜５の整数である］、例えば、鉄（ＩＩ）（グルコナート） _２を有するキャッピング剤が挙げられうる。 キャッピング剤は、例えば、亜鉛、アルミニウム、ジルコニウム、鉄、マグネシウム、スズ、チタンおよびホウ素のクエン酸塩、乳酸塩およびグルコン酸塩；並びにその混合金属塩；有機スズ化合物もしくは塩；並びにアルコールもしくはカルボン酸のチタナートもしくはジルコナートから選択されうる。 キャッピング剤の組み合わせも使用されうる。 好ましくは、キャッピング剤は水溶性であり、このことは、キャッピング剤が水中で１リットルあたり１グラムを超える溶解度を有することを意味する。

水性バインダーのｐＨが中性〜アルカリ性、例えば、７．０以上、または７．４以上であるように、水性バインダー組成物は追加のアルカリを有しなくてもよい。 このような組成物は強酸（３．０以下のｐＫａ）、もしくはポリカルボン酸、またはそのアミンもしくはアンモニア塩を実質的に含まなくてもよい。

適応性のバインダーについておよびより適応性の木材含有製品の製造については、水性バインダー組成物はさらにエマルションポリマーを含むことができる。 好適なエマルションポリマーは重合単位として、共重合されたモノマーの全重量を基準にして１０重量％以下、好ましくは３重量％以下の重合された酸コモノマーを有するアクリル系エマルション、エマルションポリマー固形分の重量を基準にして３０重量％を超える、Ｃ _２以上のアルキル基を含むエチレン性不飽和アクリル系モノマーを含む疎水性エマルションポリマー、およびアクリル系もしくはスチレンアクリル系エマルションポリマーを含むことができる。

エマルションポリマーを製造するのに使用される好適な酸コモノマーには、例えば、メタクリル酸、アクリル酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、２−メチルイタコン酸、ａ，ｂ−メチレングルタル酸、マレイン酸モノアルキルおよびフマル酸モノアルキル；エチレン性不飽和酸無水物、例えば、無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水アクリル酸、および無水メタクリル酸など；並びに、これらの塩が挙げられうる。 （メタ）アクリル酸は好ましいカルボン酸コモノマーである。

エマルションポリマーは全バインダー固形分を基準にして１重量％以上、または５重量％以上、または５０重量％以下、または３０重量％以下の量で組成物中に存在することができる。

水性バインダー組成物は有利に、反応性防水剤をさらに含むことができる。 アルコキシ化形態の反応性防水剤には、例えば、（ポリ）アルコキシ化三価ポリオールのＣ _５ 〜Ｃ _３０アルキル（もしくはアルケニル）モノカルボキシラート、Ｃ _５ 〜Ｃ _３０アルキルアミン（もしくはアルケニルアミン）（ポリ）アルコキシラート、Ｃ _５ 〜Ｃ _３０アルキル（もしくはアルケニル）ジアミン（ポリ）アルコキシラート、アルキル（もしくはアルケニル）アミン基にエーテルもしくはチオエーテル基を含むＣ _５ 〜Ｃ _３０アルキル（もしくはアルケニル）アミン（ポリ）アルコキシラート、並びにこれらの混合物が挙げられうる。 反応性防水剤は、全バインダー固形分を基準にして１０重量％以下の量で使用されうる。

水性バインダー組成物はリグニンおよびリグノスルホナート、殺生物剤；難燃剤、腐蝕抑制剤、例えば、トリアゾールおよびホスファート化合物など、スズオキサラート、チオ尿素、オキサラートおよびクロマート、制塵剤、例えば鉱油など、消泡剤、例えばジメチコンおよびポリ（ジメチコン）、ケイ素ポリマー（ポリシロキサン）油、並びにエトキシ化非イオン性物質のような添加剤をさらに含むことができる。 ある実施形態においては、殺生物剤は、バインダー用途の部分としての使用において水性バインダー組成物と共に、別の溶液として適用されることができる。 バインダーへの殺生物剤の適用と選択的にもしくはこれと共に、殺生物剤は生成物部位における「白水」に適用されうる。 この水は製造された生成物を処理するのに、もしくは適用されたバインダー溶液を製造するのに使用されうる。

水性バインダー組成物において使用するのに好適なリグニンおよびリグノスルホナートはその組成物中に存在する有機酸および／またはフェノール系官能基を２重量％を超えて有する水溶性のもしくは水に分散可能なリグニンもしくはリグノスルホナートである。

本発明の別の形態においては、水性バインダー組成物は、ダイズ粉体、脱脂ダイズ粉体、ダイズタンパク質単離物およびこれらの変性形態のようなエキステンダーをさらに含むことができる。 変性は処理を向上させ、アルカリ（性）亜硫酸水素塩、脱泡剤もしくはこれら双方を含むことによって増大されうる。

本発明のさらに別の形態においては、水性バインダー組成物はカップリング剤、例えば、シラン、特にシルクェスト（Ｓｉｌｑｕｅｓｔ ^商標 ）Ａ−１８７（ＧＥシリコーンズ−ＯＳｉスペシャリティーズ、ウイルトン、コネティカット州により製造）；他のアミノシラン、例えば、３−アミノプロピルジアルコキシシラン、および３−（２−アミノエチル）アミノプロピルシラン；エポキシシラン、例えば、グリシドキシプロピルシラン、ビニルシランおよび疎水性シラン、例えば、加水分解性基（すなわち、アルコキシもしくはエポキシ）含有オクチルシランをさらに含むことができる。

水性組成物のホルムアルデヒド含量を最小限にするために、ポリマー含有でホルムアルデヒド非含有の硬化性組成物を製造する際に、重合添加剤、例えば、開始剤、還元剤、連鎖移動剤、硬化剤、殺生物剤、界面活性剤、乳化剤、カップリング剤、消泡剤、制塵剤、フィラーなどを使用するのが好ましく、この重合添加剤はそれ自体がホルムアルデヒドを含まず、またはバインダー形成、適用または硬化中にホルムアルデヒドを含まずもしくは発生させない。

本発明は、バインダーを基材に適用し、乾燥させおよび／または硬化させることを含むバインダーを使用する方法を提供する。 乾燥（水性形態で適用される場合）および硬化においては、硬化性組成物、加熱の期間および温度は乾燥の速度、処理もしくは取り扱いの容易さ、並びに処理された基材の特性発現に影響を及ぼすであろう。 好適な熱処理温度は１００℃以上かつ４００℃以下の範囲であることができる。 好ましい処理は基材依存性である。 セルロース繊維のような感熱性基材は１００〜１７５℃の基材温度で処理されうるが、熱に対して感受性が低い複合材料は１５４０〜２００℃の基材温度で処理されることができ、鉱物繊維のような耐熱性基材は硬化をもたらすのに必要な所望の時間、２００〜３００℃の基材温度で処理されうる。 好ましくは、木材および木質基材については、熱処理温度（プラテン温度）は１５０℃以上の範囲であり、このような好ましい熱処理温度は２００℃以下、もしくは１７５℃以下の範囲であり得る。 ある使用方法においては、組成物成分は、バインダーを基材に適用する前に全てあらかじめ混合される必要はない。 例えば、１以上の成分は不織基材に適用されることができ、次いで、本発明の他のバインダー成分が水性形態もしくは乾燥形態で適用されうる。 適用後、バインダーがその基材上で硬化するのに充分な温度までコーティングされた不織物を加熱することにより、バインダーが硬化されうる。

バインダーは、好適な手段、例えば、エアスプレイ、エアレススプレイ、パディング、飽和、ロールコーティング、カーテンコーティング、ビーター堆積、凝集、またはディップおよびスクイーズ適用などによって、例えば、繊維のウェブなどの基材に適用されることができ、支持ワイヤまたはスクリーン上にある得られた飽和湿潤ウェブは１以上の真空ボックス上を通されて、生成物もしくは処理された基材において望まれるバインダー含量を達成するのに充分なバインダーを除去する。

乾燥および硬化は所望の場合には２以上の別個の工程で行われることができる。 例えば、硬化性組成物は最初に、組成物を少なくとも部分的に乾燥させるのに充分であるが、完全に硬化させない時間および温度で加熱されることができ、次いで、硬化をもたらすために、第２の時間で、より高い温度で、および／またはより長い時間で加熱することができる。 「Ｂ−ステージング」と称されるこのような手順は、バインダー処理された不織物を提供するために、例えば、ロール形態で、後に硬化されることができ、この硬化プロセスと同時に具体的な形状への形成もしくは成形を伴うかまたは伴わずに使用されうる。

バインダー適用に好適な基材には、例えば、織物、例えば、綿、リネン、羊毛およびポリエステル、レーヨンもしくはナイロンからの合成織物、並びに超吸収繊維；植物もしくはセルロース系繊維、例えば、ジュート、サイザル、亜麻、綿および動物繊維；並びに、耐熱性基材、例えば、金属；プラスチック；合成繊維、例えば、ポリエステル、レーヨン、ポリ（アクリロニトリル）（ＰＡＮ）、ポリ（乳酸）（ＰＬＡ）、ポリ（カプロラクトン）（ＰＣＬ）、アラミド繊維、ポリイミド繊維、ポリオレフィン、２種以上の繊維形成性ポリマー、例えば、ポリプロピレンおよびポリエチレンテレフタラートなどを含む２成分繊維；鉱物繊維、例えば、ガラスおよび鉱物繊維、スラグもしくはストーンウール、セラミック繊維、金属繊維、炭素繊維、並びにそれらから製造された織物および不織布；並びに、感熱基材、例えば、木材、例えば、固体木材、木材粒子、繊維、チップ、粉体、パルプおよびフレーク；紙およびボール紙が挙げられうる。

本発明のバインダーは好ましくは不織ウェブを処理するために使用されうる。 「不織ウェブ」とは、天然および／または合成繊維から、その繊維がランダムまたは半ランダムな状態で（すなわち、意図的に秩序づけられずに）配列されるように、例えば、ニードルパンチング、スパンボンディング、スパンレースウェブ、メルボブローウェブ、エアレイド（ドライレイド）プロセスにより、およびウェットレイドプロセスによるような機械的手段によって；および／もしくは、例えば、ポリマーバインダーでの処理のような化学的手段により、またはこれらの組み合わせによって製造されたあらゆる物品もしくはシート状形態をいう。 鉱物繊維はウェブの形態で、すなわち、形成チャンバーに吹き込まれ、バインダーを噴霧し、コンベア上にウェブとして堆積されうる。 ウェブ形成プロセス中に（主として機械方向の）繊維の幾分かの秩序化が起こる。 本発明での使用に好適な不織ウェブの定義に含まれるのは、化学処理もしくは機械処理の作用によって製造される多孔膜（例えば、開口膜）である。

基材への湿潤もしくは未硬化のバインダー添加量は、仕上がった基材の２重量％以上、または６重量％以上、または４０重量％以下、好ましくは硬化前の処理された乾燥基材の全重量を基準にして１０重量％以上、または最も好ましくは４〜２５重量％の範囲であることができる。 粉体バインダーは、硬化前の処理された乾燥基材の全重量を基準にして２〜１５重量％の量で使用されることができた。

本発明は、１００：１〜１：１，好ましくは２５以下：１、または好ましくは３以上：１の重量比の微粉砕木材もしくは木質材料と本発明の水性バインダー組成物との混合物から形成される木材もしくは木質材料含有物品をさらに提供する。

本発明に従った木材、木質またはリグノセルロース系材料含有物品を形成するための方法は、水性バインダー組成物と微粉砕木材、木質もしくはリグノセルロース系材料とを混合し、次いで高温で加圧することを含む。 パーティクルボード、チップボードおよび繊維板生成物については、加圧（プラテン）温度は２０〜２５０℃、最も好ましくは７０〜２００℃の範囲であることができる。 積層床材もしくはベニヤ床材生成物のような積層生成物については、好ましい加圧（プラテン）温度は７０℃〜約１７５℃の範囲であることができる。

加圧時間および加圧温度は、より低い加圧温度が概してより長い加圧時間を必要とするように関連している。 生産される木材ベースの生成物も好適な加圧温度および加圧時間を決定する。 好適な加圧時間は１０秒〜６０分、または好ましくは３０秒以上、または３０分以下、または最も好ましくは１分以上、または５分以下の範囲であることができる。

水性バインダー組成物との混合の前の微粉砕木材もしくは木質材料の乾燥においては、好適な材料の水分含量は、木材もしくは木質材料の全重量を基準にして０〜２０重量％、好ましくは１０重量％以下、またはより好ましくは１〜８重量％の範囲であることができる。

本発明のバインダーについてのいくつかの好適な用途には、例えば、室内家具、トリムおよび成形品のための非構造化複合材料、板および積層物、例えば、床用材料、ベニヤ家具材料、ベニヤ床材、積層床材、壁パネル、または複合材料生成物、例えば、パーティクルボード、繊維板、チップボードもしくは配向ストランドボードが挙げられる。

水性バインダー組成物のための他の好適な用途および基材には、例えば、フィルター媒体のような紙、板紙、ボール紙のウェットエンド形成、およびドライエンド処理もしくはコーティング；並びに織布および不織布の製造および処理、例えば、ガラス繊維およびストーンウール断熱バット、ポリエステルおよびスパンボンド屋根用シングル材、下張りおよびスクリム、および石膏板フェーシング、並びにろ過媒体、例えばエアフィルターおよびオイルフィルターが挙げられうる。

以下の実施例は本発明をより良好に示すために提供され、本発明は実施例によって限定されることを意図していない。

例１〜１２：水性バインダー組成物における５−炭素糖の硬化速度 硬化速度を測定するために動的機械的分析（ＤＭＡ）が使用された。 小さな角度の振動性歪みが反応サンプルに適用され、生じた応力が「インフェース（ｉｎ ｐｈａｓｅ）」（Ｇ'固体状応答）および「アウトオブフェース（ｏｕｔ ｏｆ ｐｈａｓｅ）」成分（Ｇ''液体状応答）に分解された。 応力応答が歪みより遅れることによる相角度はデルタｄとして知られており、ｔａｎ（ｄ）はＧ''：Ｇ'の比率である。 小さな適用歪みについては、このシステムは液体−固体遷移を通じて連続的に測定されうる。 使用される装置は、ＴＡユニバーサルアナリシス２０００ソフトウェアを使用して行われる数学的解析を伴う、デュアルカンチレバークランプを備えたＴＡインスツルメンツＤＭＡ Ｑ８００、モデル♯２９８０（ＴＡインスツルメンツインコーポレーティド、ニューカッスル、ＤＥ）であった。 試験においては、以下のパラメーターが使用された。
温度勾配：４℃／分、３０℃〜２５０℃。
基材：１２．７ｍｍ×３４．０ｍｍワットマン（Ｗｈａｔｍａｎ ^登録商標 ）ＧＦ／Ｂ濾紙（サンドウィッチとしての２つのストリップ）。
サンプル添加：３０重量％溶液を０．５００ｇ（試薬混合物の３０重量％水溶液を約４滴／ストリップ）。

ＴＡユニバーサルアナリシス２０００における以下の方法によって、特有の硬化温度が分析された。 温度に対する貯蔵弾性率（Ｇ'）プロットにおいて、硬化開始領域および最終硬化領域におけるＧ'の「シグナル最大値」に対応する点が示された。 次いで、シグナル最大点に対してタンジェントのラインと「ガラス／ステップ遷移」を使用する変曲点に対するタンジェントのラインとの切片として硬化開始温度Ｔ _{ｏｎｓｅｔ}が決定された。 ピーク弾性率（Ｇ'）での点に対してタンジェントの水平ラインと変曲点に対してタンジェントのラインとの切片として最終硬化温度Ｔ _{ｆｉｎａｌ}が決定された。 硬化時間は４℃／分の加熱速度での硬化の開始から終わりまでの時間であった。

試薬：９９％Ｄ−（＋）−キシロース（アクロス（ＡＣＲＯＳ）、ニュージャージー州、米国）；９７％Ｌ−リシン（ＳＡＣＦサプライ、セントルイス、ミズーリ州）；９９％Ｄ−（＋）−デキストロース無水物（アクロス、ニュージャージー州、米国）；９８重量％１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン＝ｂｉｓ−（ａｍｃｙｃｌ）（アクロス、ニュージャージー州、米国）；ポリエチレンイミン、低Ｍｗ（２０００）５０％水中＝ＰＥＩ（シグマアルドリッチ、ミルウォーキー、ワイオミング州）；ＴＲＩＳ＝トリス（２−アミノエチル）−アミン、９６％（シグマアルドリッチ）。

上記表１に示されるように、５−炭素糖であるキシロースを含む実施例１、３、５、および７におけるバインダーは、６−炭素糖であるデキストロースを含む例２、４、６、および８におけるバインダーよりもかなり早く硬化し；本発明の実施例１、３、５、および７の全ては、比較例よりも実質的に低い温度特にＴ _{ｆｉｎａｌ}において硬化した。 使用されたアミンにかかわらず、同じ比較の結果が得られた。

例９〜１２：水性バインダー組成物における他の５−炭素糖 ５０重量％の水性試薬混合物が使用されたことを除いて、上記例１〜８におけるようにＤＭＡ分析が繰り返された。 他に示された点を除いて、全ての試薬は例１〜６において同じであった。

試薬：９９％Ｄ−リボース、アクロス；９９％Ｄ−アラビノース、フィッシャーバイオリージェンツ（フェアローン、ニュージャージー州）。

上記表２に示されるように、実施例１０、１１および１２において、それぞれ、５−炭素糖であるキシロース、アラビノースおよびリボースを含むバインダーは全て、例９における６−炭素糖であるデキストロースを含むバインダーよりもかなり早く硬化した。 全ての５−炭素バインダーは実質的により低い温度、特にＴ _{ｆｉｎａｌ}で硬化した。

例１３〜１５：パーティクルボード膨潤 木材に適用するためのバインダーの製造：

例１３：デキストロース／ｂｉｓ−（ａｍｃｙｃｌ）
５０％デキストロース水溶液１４０グラムが１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサンの５０％水溶液６０グラムと混合された。 次いで、この樹脂混合物１３２グラムが１４グラムの脱イオン水に添加された。 得られた溶液は、次いで、「エクストラリーチ」拡張を伴うワグナーコントロールスプレー（Ｗａｇｎｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｐｒａｙ ^商標 ）ＨＶＬＰパワー噴霧器（ワグナースプレーテック、ミネアポリス、ミネソタ州）を用いてタンブリング小型セメントミキサー内に噴霧され、このミキサーはオーブン乾燥された微粒子サイズの木材（１０５℃で約２時間乾燥し、約１〜２％の水分含量すなわち９８〜９９％の木材固形分）８３５グラムを収容していた。

実施例１４：（１／２キシロース ／ １／２デキストロース）とｂｉｓ−（ａｍｃｙｃｌ）
５０％キシロース水溶液７０グラムおよび５０％デキストロース水溶液７０グラムが１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサンの５０％水溶液６０グラムと混合された。 次いで、この樹脂混合物１３２グラムが１４グラムの脱イオン水に添加された。 得られた溶液は、次いで、「エクストラリーチ」拡張を伴うワグナーコントロールスプレーＨＶＬＰパワー噴霧器を用いてタンブリング小型セメントミキサー内に噴霧され、このミキサーはオーブン乾燥された微粒子サイズの木材（１０５℃で約２時間乾燥し、約１〜２％の水分含量すなわち９８〜９９％の木材固形分）８３５グラムを収容していた。

実施例１５：キシロース／ｂｉｓ−（ａｍｃｙｃｌ）
５０％キシロース水溶液１４０グラムが１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサンの５０％水溶液６０グラムと混合された。 次いで、この樹脂混合物１３２グラムが１４グラムの脱イオン水に添加された。 得られた溶液は、次いで、「エクストラリーチ」拡張を伴うワグナーコントロールスプレーＨＶＬＰパワー噴霧器を用いてタンブリング小型セメントミキサー内に噴霧され、このミキサーはオーブン乾燥された微粒子サイズの木材（１０５℃で約２時間乾燥し、約１〜２％の水分含量すなわち９８〜９９％の木材固形分）８３５グラムを収容していた。

パーティクルボード形成：
２つの面上に１２．７ｍｍのストップを含むアルミニウムシート上に配置された２７９．４ｍｍ×２７９．４ｍｍ×７６．２ｍｍの深型枠箱を用いて３層の予備加圧パーティクルボードサンプルが形成され、薄いマイラープラスチックシートで覆われた。

例１３Ａ：デキストロース／ｂｉｓ−（ａｍｃｙｃｌ）
上記例からの木材約８１７グラムが箱の中で均一に広げられた。 この「予備板」は、次いで、平坦なプランジャーで圧縮され、型枠箱が除かれた。 追加のマイラープラスチックシートおよびアルミニウムシートがその板の上面に配置された。 次いで、この板はカーバー（Ｃａｒｖｅｒ；モデル４５３３、３８１ｍｍ×３８１ｍｍプラテン、ワバッシュ、インディアナ州）ホットプレスに入れられ、３００秒間、１６５℃で５０，０００ポンドの圧力で加圧された。 この板は、次いで、プレスから取り出され室温まで冷却された。 次いで、この板は帯のこを用いて５０．８ｍｍ×５０．８ｍｍの１６片に切り出され、一定の温度（７７°Ｆ、２５℃）および湿度（５０％）の部屋で一晩貯蔵された。

実施例１４Ａ：１／２キシロース ／ １／２デキストロースとｂｉｓ−（ａｍｃｙｃｌ）
上記実施例１４からのデキストロース／キシロースバインダーの５０／５０ブレンドを用いて、上記例１３Ａにおけるパーティクルボード形成が繰り返された。

実施例１５Ａ：キシロース／ｂｉｓ−（ａｍｃｙｃｌ）
上記実施例１５からのキシロースバインダーを用いて、上記例１３Ａにおけるパーティクルボード形成が繰り返された。

膨潤測定は、一晩コンディショニングされたサンプルについて、ＡＳＴＭ Ｄ１０３７−０６ａセクション２３（２００６）で行われた。 各板（板の様々な領域から採取された）からの８つの試験片が試験され、８つの試験片からの平均値および標準偏差が報告された。 結果は膨潤厚さ（最終厚さ−当初厚さ）を当初厚さで割ったパーセントで報告される。

上記表３に示されるように、実施例１４および１５における、５−炭素還元糖バインダー、５−炭素および６−炭素糖のブレンドを用いてそれぞれ製造された板におけるパーティクルボード膨潤は、例１３において６−炭素糖であるデキストロースを用いて製造された板における膨潤よりも実質的に小さかった。