通氣性粘附體用粘合劑的製作方法
2023-06-12 14:08:31 3
專利名稱：通氣性粘附體用粘合劑的製作方法
技術領域：
本發明涉及以異氰酸酯化合物為主體，通過加熱及溼氣而硬化的粘合劑。更具體地說就是有關用於粘合由既有通氣性又含有水分的木材、木質纖維素、無機材料等組成的通氣性粘附體的粘合劑。
用於粘合木材或木質纖維素材料的粘附體的粘合劑，一般是由脲醛樹酯，三聚氰胺樹脂，酚醛樹脂粘合劑等的水溶液或是由聚醋酸乙烯樹脂，聚丙烯酸樹脂等的水性乳膠液組成的粘合劑。這些粘合製造簡單、成本低，但粘合性能特別是耐水性差，且有甲醛臭味等問題，因此其應用受到限制異氰酸酯類粘合劑不使用福馬林，與木材等含有的具有羥基的成分反應可顯示優良的粘合性能，因其具有良好的耐水性，耐熱性，耐久性，耐衝擊性等，近年其使用量逐年增加。這種異氰酸酯類粘合劑，是一種以水性乳膠為主成分，具有良好耐水性的粘合劑，在特公昭51-30577號公報，特公昭57-22959號公報，特公昭58-29826號公報中都有記載。
這種粘合劑是將異氰酸酯化合物和含有聚乙烯醇等的水溶液的水性乳膠混合，或預先使之和少量的多元醇反應，形成易在水中乳化的狀態，通常粘合劑是濃度50％以下的水懸濁液。另外這種粘合劑為水性，幾乎不含有有機溶劑，對人體有害的揮發性物質少，著火的危險性也小。
但是，上述的異氰酸酯粘合劑能夠使用的時間(以下稱「可用時間」)比較短，粘合劑中由於含有大量的水分，乾燥性差，有必要充分延長其養護時間。所以在作業效率上還存在問題。
另外，木材、木質纖維素材料、無機材料等粘附體中也含有水分，其含水量高時，向粘合劑浸透，含有的水分在加熱時蒸發，由此產生的空氣層產生壓力，引起爆裂發生粘合不良。特別是木質系的材料，由於水分的存在，引起收縮膨脹，就會產生彎曲或粘附體表面產生裂縫等問題。
為了解決這些問題，(1)在特開平2-179號公報中記載有一液溼氣硬化型的聚氨酯粘合劑，(2)另外在特開平3-244687號公報，特開平4-298593號公報，特開平5-170858號公報等中記載有二液硬化型聚氨酯粘合劑。
上述的(1)和(2)聚氨酯粘合劑，都幾乎不含有水分或有機溶劑，均可以解決上述由於作業環境中存在水分引起的粘合不良的問題。
但是上述(1)的聚氨酯粘合劑，是由異氰酸酯化合物的預聚體形成的溼氣硬化型，因此一般來說硬化速度慢，完全硬化通常需要幾天的時間，在作業效率上存在問題。另外，硬化時間的縮短，使得貯藏穩定性、可用時間下降，所以要使硬化時間、貯藏穩定性、及可用時間都得到滿足是很困難的。
上述(2)的聚氨酯粘合劑，是由異氰酸酯化合物的預聚體形成的二液硬化型，雖然可以低溼硬化或短時間硬化，但因其以吸溼性高的多元醇或高分子量、高粘性的多元醇為原料，其粘合性，特別是耐水性比較低，佔粘合劑大部分的樹脂自身又比較昂貴，所以從成本方面來考慮，其應用也受到限制。加外，這些預聚體很容易向粘附物內部浸透，其結果形成一層薄的粘合層，使得粘合性能不穩定，所以又存在著必需通過高壓使之加壓粘接的問題。
上述(2)的聚氨酯粘合劑，為了顯著降低粘合劑的成本，添加粘土、碳酸鈣、木粉等的充填劑或添加小麥粉等穀物粉為增量劑，這種情況下，充填劑、增量劑中含有的水分和異氰酸酯化合物反應，使貯藏穩定性下降，聚氨酯樹脂的低分子及硬化時產生的氣泡，使粘合強度下降。
為避免由於硬化時產生氣泡而使得粘合強度下降，上述(2)中，在特開平4-298593號公報及特開平5-170858號公報中記載的聚氨酯粘合劑，在充填劑中添加氧化鈣、氧化鎂、氧化鋇，防止硬化時產生氣泡。除此之外防止產生氣泡的方法還有加熱乾燥充填劑的方法，把限定了成分及結構的沸石加入未硬化的組合物中的方法(特公昭48-37331號公報)、限定所使用的異氰酸酯化合物或多元醇化合物(特公昭54-126297號公報)等方法。
但該防止產生氣泡的方法並不充分，且粘合劑的成分受到限定，成為粘合劑成本升高的主要原因。
本發明的目的在於提供一種用於通氣性粘附體的粘合劑，可用於粘合由具有通氣性且含有水分的木材、木質纖維素材料、無機材料等組成的粘附體，具有良好的貯存、可用時間長、硬化性好、粘合強度高等優點。
本發明的另一目的為提供一種不需要進行脫水處理，且硬化時是產生的氣泡不會降低粘合強度的粘合劑。
本發明人發現了雖然異氰酸酯化合物和水分反應時產生氣泡，但具有通氣性且含有水分的粘附體可以將其吸收，從而不會使粘合強度不降，從而完成了，有了本發明。
即，本發明用於粘合具有通氣性且含有水分的粘附體的一液硬化型粘合劑其特徵為含有分子內至少含有二個異氰酸酯基的室溫下呈液態的化合物及，相對於該化合物100重量份的50-200重量份的充填劑。
下面，對本發明進行詳細說明。
(a)粘附體本發明的通氣性粘附體用粘合劑所粘合的粘附體，是由具有通氣性且含有水分的木材、木質纖維素材料、無機材料等組成。粘附體的粘合表面及內部如含有2-20％左右的水分則可以有效地促進粘合劑的硬化。
能夠滿足這些條件的較好的粘附體有高梁莖、玉米莖、甘蔗莖、竹子等植物莖或它們的粉碎物及木屑等。高梁莖由於其表皮的石蠟成份，一般的粘合劑很難粘合，但做為本發明的粘附體，由於滿足了前述所有的條件，所以最優選使用。
在使用二種粘附物的情況下，只要一種粘附體滿足了上述條件，另一種粘附物可以選擇無通氣性、無水分的鋁板等金屬或三聚氰胺、聚酯等合成樹脂薄膜。
另外，本說明書中，粘附體是指處於具有通氣性且含有水分，在塗抹粘合劑之前的狀態，而不是指粘合劑已經硬化後的粘附體的狀態，具有通氣性的狀態是指粘合劑塗布後，加壓粘接後粘附體的粘合面之間不殘存粘合劑的產生的氣泡，粘附體具有氣孔的狀態。
(b)分子內至少含有2個異氰酸酯基的室溫下為液態的化合物。
本發明中使用的具有異氰酸酯基的室溫下為液態的化合物有二苯基甲烷·二異氰酸酯(以下稱為「MDI」)、二甲苯二異氰酸酯、甲代苯撐·二異氰酸酯、六甲撐·二異氰酸酯、萘·二異氰酸酯等分子內至少有兩個同種的異氰酸酯基的常溫下為液態的化合物(含圾單苯六酸及多聚苯六酸的各種異構體)，或是含有從這些化合物中選出的1種或2種以下化合物的混合物。
這些化合物或混合物的粘度最好在0.5-20泊範圍內，粘度如果小於0.5泊則粘合劑劇烈地向粘附物浸透，使粘合性能不穩定。如果粘度超過20泊則充填劑、增量劑很難加到所必須的量，從而粘合劑的可用時間顯著縮短。
上述化合物中，由各種MDI異構體及其多種的聚合物的多核體混合物組成的多聚苯六酸MDI由於其特有的粘度特性和粘合強度故特別優先使用。使這些異氰酸酯化合物和各種多元醇等反應得到的異氰酸酯化合物的預聚體，一般來講粘度較高，在添加溶劑時必須要進行粘度調整，且貯存穩定性下降，故不優選使用。
(C)充填劑本發明所使用的充填劑有a)粘土、皂土、鈣、鎂等的碳酸鹽、b)硫酸鈣矽酸鈣等鈣化合物、c)鋁、鋅、鎂、鐵等的金屬氧化物或氫氧化物、d)碳、玻璃、雲母等無機物粉末或纖維狀物、e)木粉、椰子殼粉、稻皮、f)玉米、高梁等的莖的粉末、g)核桃、桃等的種子殼粉、h)小麥粉、米粉、薯澱粉、脫脂大豆粉、血粉酷朊等的蛋白質或澱粉等。
另外，必要時還可添加阻燃劑、著色顏料、增粘劑、潤滑劑等。
本發明中使用的充填劑，如果是自然含水，則不必預先進行加熱乾燥、脫水處理。其配伍量為，在可能使用的粘度圍內，對應異氰酸酯液狀化合物100重量份，填加50-200重量份是比較合適的。充填劑的配伍量如小於50重量份，則異氰酸酯化合物易向粘附體內部浸透，粘著性能不穩定。如大於200重量份，則配合物的流動性差，不在粘附體表面均勻塗布，粘合性能也不穩定。
充填劑可以使用一種物質，也可以數種物質混合使用。粒徑不同的充填劑混合時，可以有效地防止充填劑的沉降。
在上述充填劑中，碳酸鈣的價格低且容易得到，含有適度水分、和異氰酸酯的反應性良好，適合作為本發明的充填劑。
(D)粘合時存在的水分本發明的粘合劑，在只有粘附體含有水分的條件下雖然可以充分硬化，但在水分含量很少或為了使其高效率地硬化，在塗布粘合劑之前，可向其中添加少量的水，以調節其粘度。
通常，在向異氰酸酯化合物中添加水時，因為異氰酸酯化合物與水分離，所以與添加量的多少無關，但很難使水均勻分散。但本發明的粘合劑，由於含有充填劑，所以能夠比較容易地在異氰酸酯化合物中分散水。
雖然由於水分的添加，使可用時間縮短，但根據塗布方法及粘附體的種類，通過將其調節到最適當的粘度，可提高其作業效率及與粘附體的密著性。另外，通過添加少量的水，還可促進粘合劑的硬化。水的添加量，通常為對應於100重量份的異氰酸酯化合物，加20重量份以下，優選10重量份以下，最優選在1-5重量份以下。水的添加量如超過20重量份，則粘度急劇上升，使可用時間顯著縮短。
在本發明中，異氰酸酯化合物和充填劑進行混合調製時，因為一部分異氰酸酯化合物和充填劑中所含的水分反應，可使粘度略有上升。但因和空氣中的溼氣的反應速度很緩慢，在密閉關態下可長期保存。
本發明的粘合劑，基中的異氰酸酯化合物和水分反應，稍微會引起發泡，發泡後的粘合劑充填入粘附體的通氣孔後硬化，粘合劑硬化物滯留在粘附體的內部，要以產生極強的粘合強度。粘附體的通氣孔可將粘合劑硬化時產生的氣體排出到外部，也可使空氣中的溼氣到達粘合劑層。如果利用本發明的粘合劑粘合含有水分的粘附體，或是在水分較少的情況下，在能水存在的條件下進行粘合時，可以促進粘合劑的硬化。
在使用本發明的粘合劑粘合粘附體時，塗布粘合劑後，可使用熱壓力機進行加熱壓合。此時為了保留一定程度的粘 附體的空隙，有必要調節壓力機的壓力。在使用熱壓力機時，在熱板間插入調距板可以更有效地達到上述目的。
在粘附體為植物莖、木材屑時，理想的壓力機壓力是可以調節製品比重在0.5以下。一般來說，伴隨壓力機壓力的下降，粘合強度也隨之下降，達到某種壓力以下時，粘合強度極度下降，成為粘合不良的原因。在應用於這些粘附體的情況下，其界限為製品的比重通常為0.2。壓合時間由熱板溫度太材料的熱傳導率決定，通常在粘合劑層的溫度達到100℃以上時，壓合數分鐘後即可解除壓力。在進行熱壓粘合時，壓合的同時，吹入加壓水蒸汽，促進異氰酸酯化合物的硬化，所以可以在更短的時間內完成加壓粘合。
如上所述，本發明的粘合劑，其穩定性及可用時間極長，粘合劑塗布後，即使在常溫下放置1-3天，也不會發現其通過乾燥粘合的粘合性能有所下降。所以可以預先在粘附體上塗布粘合劑，明顯降低不合格率，提高粘合操作效率。
另外，本發明的通氣性粘附體用粘合劑中含有的充填劑的水分及粘附體的水分，都能有效地發揮作用，和以前的聚氨酯樹脂粘合劑不同，沒有必要對充填劑或粘附體進行預先脫水處理。
另外，對於高含水量的粘附體的粘合可以利用蒸汽噴射方法使其在短時間內加壓粘合。
下面對本發明的實施例及比較例同時進行說明。
實施例1
對應MDI(日本聚氨酯(株)制、商品名MR-400)100重量份，配伍充填劑碳酸鈣粉末60重量份、玉米澱粉40重量份及水5重量份，調成粘合劑的糊液，然後在24℃室溫下在滾壓塗膠機上使輥子旋轉滾壓，置3小時，糊液狀態完全沒有變化。
接著在含水量18％的radiata pine單板的兩面按每粘合層1.8mm，180g/m2的比例塗布，然後再加入同厚度的radiata pine單板，做成了3層的合板。這時的粘合條件為以10kg/cm2的壓力壓合30分鐘，然後在130℃下，以8kg/cm2的壓力進行3分鐘熱壓粘合。
比較例1
對應市售的三聚氰胺·脲醛共縮合樹脂粘合劑((株)ホ一ネン一ボレミヨン制，商品名ML—044)100重量份，配伍充填劑小麥粉20重量份，水5重量份及氯化銨粉末0.5重量份，調成粘合劑湖液。將此糊液在24℃室溫下，在滾壓塗漿機上使輥子旋轉滾壓，放置3小時。然後測定糊液粘度，結果上升至初期粘度的2.6倍。接著與實施例相同，將粘合劑在同樣的radiata Pine單板的兩面按每粘合層180g/m2的比例塗布，然後加上同樣厚度的radiata Pine單板，在和實施例相同的條件下粘合，製成3層合板。對製得的實施例1及比較例1的合板，按JAS普通合板一類規格的規定進行粘合強度試驗，其結果如表1所示。表1
從表1可以看出，實施例1的粘合強度是比較例1的約2.5倍。從木質破壞率來看，比較例1的粘合劑塗布面被破壞，而實施例中，92％是單板部分被破壞，可說明其堅固的粘合性。
實施例2
將MDI(日本聚氨酯(株)制、商品名MR-400)700重量份與木糖醇二異氰酸酯(武田藥品工業(株)制、商品名タクネ一卜500)300重量份混合均勻，向此混合物中加入作為充填劑的碳酸鈣粉末50重量份、小麥粉50重量份、水5重量份，混合均勻，調成粘合劑糊液。將此粘合劑放在18℃室溫下，在滾壓塗膠機上使輥子旋轉滾壓，放置3小時，糊液狀態完全沒有變化。
將預先用固形成分佔約20％的苯酚樹脂含浸過的長約45cm的高梁莖平行排列、用線拴成簾狀，在此簾狀薄片的兩面按150g/m2的比例塗布該粘合劑，然後在其上再加一層莖互相垂直的按同樣方法塗布有粘合劑的高梁莖的簾狀薄片，然後在其表面加上一層厚約1.8mm，含水率5％的radiata Pine單板。此狀態下，插入到溫度保持在150℃的熱壓機中，在8kg/cm2的壓力下熱壓粘合20分鐘，製得厚度為25mm的厚板。
實施例3
將MDI(日本聚氨酯(株)制、商品名MR-400)100重量份和作為充填劑的粘土粉末100重量份均勻混合，調成粘合劑糊液，將此粘合劑均勻地噴塗在含水率5～6％的乾燥的合板廢材屑上，使其固形分重量佔7％。然後使合板廢材屑形成均一厚度，插入溫度保持在180℃的熱壓機中，在20kg/cm2的壓力下加壓粘合3分鐘，再在10kg/cm2的壓力下加壓粘合3分鐘，製成厚度為20mm的厚板。
實施例4
將MDI(住友バイエルウレタン(株)制、商品名スミジエ一ル44V)100重量份及充填劑粘土粉末140重量份、水5重量份均勻混合，調製成粘合劑糊液，將此粘合劑在21℃室溫下在滾壓塗膠壓上使輥子旋轉滾壓，放置3小時，糊液狀態完全沒有變化。
將長45cm的高梁莖平行排列，用線結成簾狀薄片，在它的兩面按150g/m2的比例塗布此粘合劑，室溫下放置2天。然後將塗有粘合劑的莖互相垂直，重疊放置5層簾狀薄片，再在其表裡面放上厚度為1.8mm含水率15％的radiata Pine單板。此狀態下插入到保持在150℃的蒸汽噴射式熱壓機中，以8kg/cm2的壓力壓合後立即用5kg/cm2的加壓過的水蒸汽噴射30秒鐘。接著在同樣溫度下繼續壓合2.5分鐘，然後減壓3分鐘，除去水分後，用壓力機取出，形成厚度為40mm的厚板。
實施例5
將MDI(光洋產業(株)制、商品名AP)100重量份、充填劑粘土粉末140重量份均勻混合，調製成粘合劑糊液。特此粘合劑在21℃室溫下在滾壓塗膠機上使輥子旋轉滾壓，放置3小時，糊液狀態完全沒有變化。
將長45cm的高梁莖平行排列，用線結成簾狀，在其兩面按150g/m2的比例塗布此粘合劑，然後將用同樣方法塗有粘合劑的簾狀薄片互相垂直重疊放置5層，再在其表裡面放置厚1.8mm、含水率15％的radiata Pine單板。此狀態下，插入到溫度保持在150℃的蒸汽噴射式熱壓機中，以8kg/cm2的壓力壓合後，立即用5kg/cm2的加壓過的水蒸汽噴射，接著在同溫度下繼續壓合3分鐘，然後減壓4分鐘除去水分，用壓力機取出，形成厚度為30mm的厚板。
實施例6
將長45cm的高梁莖平行排列，用線結成簾狀薄片，在其兩面按150g/m2的比例塗布與實施例4相同的粘合劑，室溫放置2天。然後按與實施例4相同的方法，重疊放置5層，再在其表裡面放置厚1.8mm、含水率15％的radiata Pine單板。用與實施例4同樣的壓合機同樣壓合，形成厚度為40mm的厚板。
比較例2
將MDI(住友バイエルウレタン(株)制、商品名スミジユ一ル44V)50重量份、聚丙撐二醇(分子量4000)50重量份、充填劑粘土粉末140重量份、水5重量份均勻混合調製成粘合劑糊液。將此粘合劑在21℃下在滾壓塗膠機上使輥子旋轉滾壓，放置3小時，糊液狀態完全無變化。
在用長45cm平行排列的用線結成簾狀的高梁莖簾狀薄片的兩面，按150g/m2的比例塗布此粘合劑，然後在室溫下放置2天。用與實施例4同樣的方法重疊放置5層，再在其表裡面放置厚1.8mm、含水率15％的radiata Pine單板。用與實施例4同樣的壓力機同樣壓合，形成厚度為40mm的厚板。
比較例3
在長45cm平行排列的用線結成簾狀的高梁莖簾狀薄片的兩面，按150g/m2的比例塗布市售的溼硬化型聚氨酯粘合劑(日本聚氨酯制、商品名ウツドロツク)後，室溫下放置2天。
之後，用與實施例4相同的方法，將基薄片重疊放置5層，再在其表裡面放置厚1.8mm、含水率15％的radiata Pine單板，用與實施例4同樣的壓力機同樣壓合，形成厚度為40mm的板。但是此板的粘合不充分，各層之間很容易用手剝離。
對實施例2～6及比較例2的各厚板按JIS A5908(パ一ライクルボ一ド)規定的試驗方法，分別測定其比重、平均常態彎曲強度及在沸水中浸泡2小時後的厚度膨脹率。其結果如表2所示。表2
由表2可以看出，比較例2的厚板的彎曲強度低於100kgf/cm2，且厚度膨脹率超過8％，而實施例2～6的各厚板的彎曲強度超過120kgf/cm2且厚度膨脹率低於6.5％，因此其作為厚板的性能優良。
權利要求
1.一種通氣性粘附體用粘合劑，其特徵在於該粘合劑可粘合具有通氣性的且含有水分的粘附體，該粘合劑由分子內至少含有2個異氰酸酯基的室溫下為液態的化合物100重量份及與此相對應的50-200重量份的充填劑組成。
2.權利要求1記載的通氣性粘附體用粘合劑，該粘附體含有2-20％的水分。
3.權利要求1或2中記載的通氣性粘附體用粘合劑，可在水存在的條件下粘合，和分子內至少含有2個異氰酸酯基的室溫下為液態的化合物100重量份相對應，存在的水量為20重量份以下
4.權利要求1-3中的任一項中記載的通氣性粘附體用粘合劑，其主要成分為分子內至少含有2個異氰酸酯基的室溫下為液態的化合物二苯基甲烷二異氰酸酯。
5.權利要求1-4中的任一項中記載的通氣性粘附體用粘合劑，其中的充填劑為碳酸鈣或碳酸鈣與其他充填劑的的混合物。
6.權利要求1-5中的任一項中記載的通氣性粘附體用粘合劑，其中的充填劑的含水率為1％以下。
全文摘要
本發明的目的在於提供一種通氣性粘附體用粘合劑，該粘合劑可用於粘合具有通氣性且含有水分的木材、木質纖維素材料、無機材料等組成的粘附體，其貯存穩定性好、可用時間長、硬化性好且粘合強度高。特別是不需脫水處理，硬化時的發泡作用不影響粘合強度。其特徵為由分子內至少含有2個異氰酸酯基的室溫下為液態的化合物100重量份及與此相對應的50-200重量份的充填劑組成。
文檔編號C09J175/04GK1138613SQ95116809
公開日1996年12月25日 申請日期1995年8月31日 優先權日1995年6月21日
發明者桑子延照, 世川勝利, 木村光一, 村上典之 申請人:光洋產業株式會社