EA 025892B1 20170228

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea000025892b*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Адгезивная композиция, содержащая: (а) соевый белок и (b) оксид магния или смесь оксида магния и гидроксида магния, а также воду, где компоненты (а) и (b) вместе составляют по меньшей мере 75 вес.% от композиции без учета веса воды, и весовое соотношение соевого белка к оксиду магния в смеси составляет от 10:1 до 1:5 в пересчете на сухой вес.

2. Композиция по п.1, где компоненты (а) и (b) вместе составляют по меньшей мере 90 вес.% от композиции без учета веса воды.

3. Композиция по любому из пп.1, 2, где соевый белок выбран из соевой муки, соевого белкового концентрата, соевого белкового изолята или их смеси.

4. Композиция по любому из пп.1-3, где композиция имеет содержание твердой фазы 25-50 вес.%.

5. Композиция по любому из пп.1-4, где композиция затвердевает при нагревании ввиду образования ковалентных связей между отдельными молекулами адгезивной композиции.

6. Композиция по любому из пп.1-5, где весовое соотношение соевого белка к оксиду магния в смеси составляет 8:1-4:1 в пересчете на сухой вес.

7. Порошковая смесь для приготовления композиции по п.1, содержащая: (а) порошок соевого белка, (b) порошок оксида магния и, необязательно, другие добавки, где компоненты (а) и (b) вместе составляют по меньшей мере 75 вес.% от смеси и весовое соотношение соевого белка к оксиду магния в смеси составляет от 10:1 до 1:5 в пересчете на сухой вес.

8. Смесь по п.7, где компоненты (а) и (b) вместе составляют по меньшей мере 95 вес.% от смеси.

9. Смесь по п.7 или 8, где соевый белок выбран из соевой муки, соевого белкового концентрата, соевого белкового изолята или их смеси.

10. Смесь по любому из пп.7-9, где оксид магния представлен в форме продукта на основе оксида магния, включающего по меньшей мере 50 вес.% оксида магния от общего веса продукта на основе оксида магния.

11. Смесь по любому из пп.7-10, где оксид магния имеет средний размер частиц менее 20 меш.

12. Лигноцеллюлозный композит, содержащий по меньшей мере одну первую лигноцеллюлозную подложку, приклеенную по меньшей мере к одной второй лигноцеллюлозной подложке с помощью адгезивной композиции, где адгезивная композиция является композицией по п.1.

13. Композит по п.12, где соевый белок выбран из соевой муки, соевого белкового концентрата, соевого белкового изолята или их смеси.

14. Композит по п.12 или 13, где компоненты (а) и (b) вместе составляют по меньшей мере 95 вес.% от адгезивной композиции.

15. Композит по п.12 или 13, где компоненты (а) и (b) вместе составляют по меньшей мере 98 вес.% адгезивной композиции.

16. Композит по любому из пп.12-15, где лигноцеллюлозный композит включает древесно-стружечную плиту, ориентированно-стружечную плиту, вафельную плиту, древесно-волокнистую плиту, клеенный брус из параллельных волокон древесины, ламинированный брус из ориентированных волокон, многослойную фанеру или брус из клееного шпона.

17. Способ получения лигноцеллюлозного композита, включающий этапы, на которых приводят в контакт по меньшей мере одну лигноцеллюлозную подложку с адгезивной композицией по п.1 и связывают лигноцеллюлозную подложку, приведенную в контакт с адгезивом по меньшей мере с одной другой лигноцеллюлозной подложкой.

18. Способ по п.17, где этап связывания включает нагревание и приложение давления к пакету, состоящему из лигноцеллюлозных подложек, связанных друг с другом адгезивом.

19. Способ по любому из пп.17-18, где способ дополнительно включает этап, на котором смешивают первую часть адгезивной композиции, содержащую соевый белок и оксид магния, и вторую часть адгезивной композиции, содержащую воду, между собой не более чем за 48 ч перед приведением в контакт адгезивной композиции с лигноцеллюлозной подложкой.

20. Способ по любому из пп.17-19, где лигноцеллюлозные подложки включают измельченные лигноцеллюлозные частицы и способ включает этапы, на которых перемешивают от приблизительно 1 до приблизительно 12 вес.% от получаемого композита адгезивной композиции со смесью измельченных лигноцеллюлозных частиц; формируют смесь адгезива/лигноцеллюлозных частиц в предопределенную конфигурацию и нагревают и прилагают давление к сформированной смеси.

21. Способ по любому из пп.17-19, где лигноцеллюлозные подложки включают подложку древесного шпона и способ включает этапы, на которых наносят адгезивную композицию по меньшей мере на одну поверхность подложки древесного шпона; формируют пакет подложек древесного шпона с нанесенным адгезивом и нагревают и прилагают давление к пакету.

22. Способ по любому из пп.19-21, где первая часть содержит порошковую смесь, которая включает порошок соевого белка и порошок оксида магния.

23. Способ по п.22, где порошок соевого белка и порошок оксида магния вместе составляют по меньшей мере 95 вес.% от первой части, остальное составляет вода.

24. Способ по любому из пп.19-23, где весовое соотношение соевого белка и оксида магния в смеси составляет 8:1-4:1 в пересчете на сухой вес.

25. Способ по любому из пп.22-24, где оксид магния имеет средний размер частиц менее 20 меш.

26. Способ по любому из пп.17-25, где соевый белок выбирают из соевой муки, соевого белкового концентрата, соевого белкового изолята или их смеси.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

4. Композиция по любому из пп.1-3, где композиция имеет содержание твердой фазы 25-50 вес.%.

8. Смесь по п.7, где компоненты (а) и (b) вместе составляют по меньшей мере 95 вес.% от смеси.

11. Смесь по любому из пп.7-10, где оксид магния имеет средний размер частиц менее 20 меш.

15. Композит по п.12 или 13, где компоненты (а) и (b) вместе составляют по меньшей мере 98 вес.% адгезивной композиции.

25. Способ по любому из пп.22-24, где оксид магния имеет средний размер частиц менее 20 меш.

Евразийское 025892 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.02.28
(21) Номер заявки 201370074
(22) Дата подачи заявки 2011.09.15
(51) Int. Cl.
C09J189/00 (2006.01) B27N3/00 (2006.01) B27D 1/00 (2006.01) D21J1/00 (2006.01)
(54) СОЕВЫЕ АДГЕЗИВЫ И КОМПОЗИТЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ ИЗ АДГЕЗИВОВ
(31) 61/384,603
(32) 2010.09.20
(33) US
(43) 2013.07.30
(86) PCT/US2011/051819
(87) WO 2012/040037 2012.03.29
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ОРЕГОН СТЕЙТ ЮНИВЕРСИТИ
(US)
(72) Изобретатель:
Ли Кейчанг (US)
(74) Представитель:
Носырева Е.Л. (RU)
(56) US-A-1871329 US-A-1703133 US-A-1751339 US-A-1835689 US-A-1854703 WO-A1-2010039489 US-A-1829259 US-A1-20100227040 WO-A1-2010003054 US-A1-20070240823
(57) Водная адгезивная композиция, не содержащая формальдегида, содержащая: (а) соевый белок и (b) оксид магния или смесь оксида магния и гидроксида магния, а также воду, где компоненты (а) и (b) вместе составляют по меньшей мере 75 вес.% композиции без учета веса воды и весовое соотношение соевого белка к оксиду магния в смеси составляет от 10:1 до 1:5 в пересчете на сухой вес.
Настоящая заявка заявляет преимущество и приоритет по предварительной заявке на патент США № 61/384603, поданной 20 сентября 2010 г., которая включена в настоящий документ ссылкой во всей своей полноте.
Область изобретения
Настоящее раскрытие относится к соевым адгезивам для получения лигноцеллюлозных композитов.
Предпосылки
Композиты на основе лигноцеллюлозы образованы из малых по размеру частей целлюлозного материала, которые связаны с помощью адгезива (т.е. связующего вещества). Обычно цельную древесину измельчают на более мелкие части, такие как нити, волокна и щепы. Затем к древесному компоненту добавляют адгезивную композицию. Полученную смесь подвергают нагреванию и действию давления, в результате чего образуется композит. Адгезивная смесь, как правило, является единственным нелигно-целлюлозным компонентом.
Наиболее часто применяемыми адгезивами для древесины являются феноло-формальдегидные смолы (PF) и мочевино-формальдегидные смолы (UF). Существует по меньшей мере две проблемы, связанные с PF и UF смолами. Первая - при получении и применении композитов на основе лигноцеллюзы образуются летучие органические соединения (VOC). Например, по оценке Калифорнийского совета воздушных ресурсов (California Air Resources Board (CARB)) каждый год в Калифорнии выделяется до 400 т формальдегида из композитных продуктов из древесины, связанных с помощью UF смол. Возрастающая проблема, касающаяся влияния выделяющихся VOC, особенно формальдегида, на здоровье человека привела к необходимости использования адгезивов, более приемлемых для окружающей среды. Вторая -PF и UF смолы получают из продуктов нефтяного происхождения. Запасы нефти в природе ограничены. Промышленость композитов из древесины извлечет огромную выгоду от разработки адгезивов, не содержащих формальдегид и получаемых из возобновляемых природных ресурсов.
Соевый белок применялся в качестве адгезива для древесины для производства многослойной фанеры с 1930-х по 1960-е годы. Так, например, в патенте США US 1871329 А от 9 августа 1932 г. описан способ получения адгезива, включающий сухое смешивание соевой муки с гидроокисью щёлочноземельного металла и последующее добавление гидроксида щелочного металла и воды. В частности, данный способ включает сухое смешивание соевой муки с известняком с последующим добавлением раствора каустической соды. Однако известное техническое решение не обеспечивает достаточное связывание между лигноцеллюлозными субстратами, что приводит к их низкой механической прочности и быстрому разрушению при использовании в наружном покрытии.
Адгезивы нефтяного происхождения заменили адгезивы из соевого белка вследствие относительно низкой силы связывания и водостойкости адгезивов из соевого белка. Однако соевый белок является дешевым, распространенным возобновляемым материалом, приемлемым для окружающей среды.
Краткое описание
Один вариант осуществления, раскрытый в настоящем документе, относится к водной адгезивной композиции, содержащей (а) соевый белок и (b) оксид магния или смесь оксида магния и гидроксида магния, а также воду, где компоненты (а) и (b) вместе составляют по меньшей мере 75 вес.% композиции без учета веса воды, а весовое соотношение соевого белка к оксиду магния в смеси составляет от 10:1 до 1:5 в пересчете на сухой вес. Адгезив в соответствии с настоящим изобретением обладает превосходными свойствами для применения в лигноцеллюлозных композитных панелях, пригодных как для наружного, так и для внутреннего покрытия.
Также в настоящем документе раскрывается водная адгезивная композиция, содержащая (а) соевый белок и (b) оксид магния или смесь оксида магния и гидроксида магния, где компоненты (а) и (b) являются единственными активными компонентами в композиции.
Другой вариант осуществления, раскрытый в настоящем документе, относится к водной адгезивной композиции, содержащей продукт реакции (а) соевого белка и (b) оксида магния или смеси оксида магния и гидроксида магния, где компоненты (а) и (b) вместе составляют по меньшей мере 50 весовых процентов композиции без учета веса воды.
Также в настоящем документе раскрывается водная адгезивная композиция, содержащая продукт реакции (а) соевого белка и (b) оксида магния или смеси оксида магния и гидроксида магния, где компоненты (а) и (b) являются единственными активными компонентами в композиции.
Дополнительный вариант осуществления относится к адгезивной композиции, не содержащей формальдегид, где композиция получена из следующих активных ингредиентов:
(a) соевый белок и
(b) оксид магния, где компоненты (а) и (b) вместе составляют по меньшей мере 50 вес.% :активных ингредиентов.
В настоящем документе также раскрывается порошковая смесь, содержащая: (а) порошок соевого белка и (b) порошок оксида магния, где компоненты (а) и (b) вместе составляют по меньшей мере 75 вес.% смеси и весовое соотношение соевого белка к оксиду магния в смеси составляет от 10:1 до 1:5 в пересчете на сухой вес.
Дополнительный вариант осуществления относится к порошковой смеси, содержащей: (а) порошок соевого белка и (b) порошок оксида магния, где компоненты (а) и (b) являются единственными активными компонентами в композиции.
Дополнительным вариантом осуществления, который раскрывается в настоящем документе, является лигноцеллюлозный композит, содержащий по меньшей мере один первый лигноцеллюлозный субстрат, приклеенный по меньшей мере к одному второму лигноцеллюлозному субстрату посредством адгезивной композиции, где адгезивная композиция содержит продукт реакции (а) соевого белка и (b) оксида магния.
Дополнительный вариант осуществления относится к композиции, содержащей смесь, которая включает: (а) измельченные лигноцеллюлозные частицы, (b) соевый белок и (с) оксид магния или смесь оксида магния и гидроксида магния.
Также в настоящем документе раскрыт способ получения лигноцеллюлозного композита, который включает этапы, на которых:
приводят в контакт по меньшей мере один лигноцеллюлозный субстрат с адгезивом, содержащим (а) соевый белок и (b) оксид магния или смесь оксида магния и гидроксида магния; и
связывают лигноцеллюлозный субстрат, приведенный в контакт с адгезивом, по меньшей мере с одним другим лигноцеллюлозным субстратом.
Другим вариантом осуществления, раскрытым в настоящем документе, является способ получения водной адгезивной композиции, который включает этапы, на которых:
смешивают друг с другом (а) порошок соевого белка и (b) порошок оксида магния с образованием порошковой смеси и
смешивают полученную порошковую смесь с водой.
Дополнительный вариант осуществления, раскрытый в настоящем документе, относится к водной адгезивной композиции, содержащей: (а) люпиновый белок и (b) оксид магния или смесь оксида магния и гидроксида магния, где компоненты (а) и (b) вместе составляют по меньшей мере 50 вес.% композиции без учета веса воды.
Дополнительным вариантом осуществления, раскрытым в настоящем документе, является лигно-целлюлозный композит, содержащий по меньшей мере один первый лигноцеллюлозный субстрат, приклеенный по меньшей мере к одному второму лигноцеллюлозному субстрату посредством адгезивной композиции, где адгезивная композиция содержит продукт реакции (а) люпинового белка и (b) оксида магния.
Дополнительный вариант осуществления относится к композиции, содержащей смесь, которая включает (а) измельченные лигноцеллюлозные частицы, (b) люпиновый белок и (с) оксид магния или смесь оксида магния и гидроксида магния.
Также в настоящем документе раскрыт способ получения лигноцеллюлозного композита, который включает этапы, на которых
приводят в контакт по меньшей мере один лигноцеллюлозный субстрат с адгезивом, содержащим (а) люпиновый белок и (b) оксид магния или смесь оксида магния и гидроксида магния; и
связывают лигноцеллюлозный субстрат, приведенный в контакт с адгезивом, по меньшей мере с одним другим лигноцеллюлозным субстратом.
Вышеизложенное станет более понятным из следующего подробного описания.
Подробное описание
Варианты осуществления адгезивной композиции могут быть получены в результате проведения реакции или смешивания соевого белка с оксидом магния. И соевый белок, и оксид магния по сути не содержат формальдегид и не будут образовывать летучие органические соединения при производстве и применении адгезива из соевого белка-оксида магния для получения лигноцеллюлозных композитов. Таким образом, в определенных вариантах осуществления адгезивная композиция не содержит формальдегид. Адгезивная композиция может быть предоставлена в качестве системы, состоящей из двух частей, в которой белок формирует одну часть или упаковку, и оксид магния формирует вторую часть или упаковку. Более предпочтительно, порошок соевого белка и порошок оксида магния тщательно смешаны друг с другом с образованием гомогенной порошковой смеси, иначе говоря, первой части адгезивной системы, состоящей из двух частей. Твердую порошковую смесь соевого белка-оксида магния поставляют конечным потребителям, таким образом экономя на стоимости транспортировки. Для получения лиг-ноцеллюлозных композитов порошковую смесь соевого белка-оксида магния перед применением смешивают с водой (вода является второй частью адгезивной системы, состоящей из двух частей). В соответствии с определенными вариантами осуществления продукты нефтехимического происхождения не применяются в этой новой адгезивной системе, и при получении и применении этого адгезива не образуются формальдегид или другие летучие органические соединения.
Соевый белок является иллюстративным белком для применения в описанных в настоящее время адгезивах. Соевые бобы содержат приблизительно 38 вес.% белка, при этом остальная часть включает углеводы, масла, золу и влагу. Соевые бобы обрабатывают для увеличения количества соевого белка в обработанном продукте. В раскрываемых адгезивных композициях продукты на основе соевого белка
могут быть использованы в любой форме. Тремя наиболее распространенными продуктами на основе соевого белка являются соевая мука, соевый белковый концентрат и соевый белковый изолят (SPI). Единственной разницей между этими продуктами является количество соевого белка. Например, в определенных вариантах осуществления соевая мука может обычно включать примерно 45-55 вес.% белка, соевый белковый концентрат включает по меньшей мере приблизительно 65 вес.% белка (сухой вес) и SPI включает по меньшей мере приблизительно 85 вес.% белка (сухой вес). В соответствии с определенными вариантами осуществления адгезивной композиции соевый белок является соевой мукой.
Другим белком для применения в адгезивах, описанных в настоящее время, является люпиновый белок. В определенных вариантах осуществления люпиновая мука является источником люпинового белка. Таким образом, люпиновую муку можно применять в качестве ингредиента при получении адгезивной композиции.
Оксид магния представляет собой белый твердый минерал, не имеющий запаха, встречающийся в природе. Оксид магния также часто называют магнезией. Оксид магния является гигроскопичным по своему характеру и вступает в реакцию с водой с образованием гидроксида магния, но является очень слаборастворимым в чистой воде. Оксид магния может легко поглощать диоксид углерода из воздуха с образованием карбоната магния. Оксид магния в промышленных масштабах получают из магнезитовых руд или из морской воды.
С 1930-х по 1960-е годы адгезивы на основе сои широко применялись для производства многослойной фанеры. Оксид кальция или гидроксид кальция традиционно включали в адгезивы на основе сои в качестве основания для регулирования рН. Применение оксида кальция обычно составляло менее 10% в пересчете на сухое вещество. Однако, панели из многослойной фанеры, связанные с помощью адгезивов на основе сои, имели недостаточную водостойкость и часто расслаивались при вымачивании в воде. Было проверено, что панели из многослойной фанеры, связанной с помощью сочетаний соевой муки и оксида кальция, не смогут пройти трехцикличный тест на вымачивание, который требуется для внутреннего применения панелей из многослойной фанеры. Для получения панелей из многослойной фанеры толщиной 11/16", в случае использования для получения многослойной фанеры адгезивов на основе сои, содержащих оксид кальция, часто требовалось длительное время горячего прессования, а именно время горячего прессования 30 мин, которое делало такие адгезивы на основе сои бесполезными в современном производстве многослойной фанеры и других лигноцеллюлозных композитных панелей, где время горячего прессования должно быть очень коротким (время горячего прессования приблизительно 6 мин. для получения панелей из многослойной фанеры толщиной 11/16"). Было обнаружено, что сочетание соевой муки и оксида кальция превращалось в комковатые агрегаты и поэтому его нельзя было эффективно наносить на древесину с тем, чтобы оно служило в качестве адгезива, в случае, когда применение оксида кальция составляло свыше 10%, а именно 11% в пересчете на сухое вещество.
К удивлению было обнаружено, что сочетание соевого белка и оксида магния является превосходным адгезивом для древесины, который можно применять в современном высокоскоростном производстве лигноцеллюлозных композитных панелей. Лигноцеллюлозные композитные панели, а именно панели из многослойной фанеры, связанной с помощью адгезива из соевого белка-оксида магния, могут не только пройти трехцикличный тест на вымачивание, требуемый для внутреннего применения, но также проходят двухцикличный тест на кипячение, требуемый для наружного применения.
Ингредиенты (например, соевый белок, оксид магния и вода) адгезивной композиции можно смешивать друг с другом в любом порядке и при стандартной температуре и давлении (т.е. приблизительно 25°С и приблизительно 1 атмосфера). Предпочтительно, порошок соевого белка и оксида магния предварительно тщательно перемешивают перед смешиванием с водой. Порошковую смесь соевого белка-оксида магния можно легко поставлять потребителям, что приводит к сниженным транспортным расходам. Гомогенное перемешивание соевого белка и оксида магния может быть важным для превосходных характеристик адгезивов. В определенных вариантах осуществления смесь соевого белка и оксида магния является достаточно гомогенной так, чтобы содержание оксида магния не изменялось более чем на 1% по всему объему смеси. Содержание твердой фазы в полученной конечной адгезивной смеси может составлять 5-65 вес.%, более конкретно 25-50 вес.%. Каждая (или только одна) часть адгезивной системы может быть доставлена конечному потребителю в форме порошка, который разводится конечным потребителем до соответствующих соотношений смеси и содержаний твердых фаз.
В определенных вариантах осуществления весовое соотношение соевого белка к оксиду магния в смеси составляет 1000:1-1:10, более конкретно 100:1-1:5, наиболее конкретно 10:1-3:1, а именно 8:1-4:1 или 6:1-3:1 в пересчете на сухой вес.
Значение рН адгезива может быть выше 7. Например, рН адгезивной композиции может быть увеличено до 11 при добавлении определенных ингредиентов, таких как гидроксид натрия, оксид кальция и/или борат. Вязкость адгезива должна быть достаточно низкой для того, чтобы адгезив можно было легко нанести или распылить на лигноцеллюлозные субстраты. Применение адгезива обусловлено типом древесных композитных панелей. Например, применение адгезива для многослойной фанеры находится в диапазоне от 4 до 15 мг/см2 в пересчете на сухие вещества в зависимости от древесных пород и неровности поверхностей шпона.
В определенных вариантах осуществления оксид магния и соевый белок являются основными ингредиентами композиции в том смысле, что оксид магния и соевый белок вместе составляют по меньшей мере 50 вес.%, более конкретно по меньшей мере 75 вес.% композиции, наиболее конкретно по меньшей мере 90 вес.%, а именно по меньшей мере 95 вес.% композиции без учета веса воды. Другими словами, в определенных вариантах осуществления оксид магния, соевый белок и вода являются единственными тремя ингредиентами композиции. В других вариантах осуществления адгезивная композиция может включать оксид магния, соевый белок, воду и менее 50 вес.% других добавок в пересчете на общий вес адгезивной композиции. Например, адгезивная композиция также может включать добавки и наполнители, которые встречаются в адгезивах, такие как бактерициды, инсектициды, диоксид кремния, воск, пшеничная мука, мука из древесной коры, мука из ореховой скорлупы, борат, пеногаситель, модификатор вязкости (например, метабисульфит натрия) и т.п. В определенных вариантах осуществления адгезивная композиция может включать 0,5 вес.% или менее по меньшей мере одной добавки, выбранной из бората, оксида кальция и гидроксида натрия в пересчете на сухой вес. В отдельных вариантах осуществления адгезивная композиция может включать 0,5% от сухого веса или менее бората и оксида кальция в пересчете на общий вес бората и оксида кальция.
В определенных вариантах осуществления оксид магния и соевый белок являются единственными адгезивно-активными компонентами в композиции. Употребляемый в настоящем документе "адгезивно-активный" означает то, что компонент напрямую способствует адгезивному связыванию субстрата. Однако, в других вариантах осуществления адгезивная композиция может включать другие адгезивно-активные ингредиенты, такие как фенолоформальдегидная смола.
Оксид магния можно предоставлять в форме продукта на основе оксида магния, включающего другие компоненты наряду с оксидом магния. Содержание по весу MgO в продуктах на основе оксида магния должно быть выше 50%, более конкретно выше 90%, еще более конкретно более 98%. Продукты на основе оксида магния могут содержать гидроксид магния, карбонат магния, оксид кальция, карбонат кальция, оксид кремния, силикат натрия и другие минералы. Размер частиц продуктов на основе оксида магния может быть важным для превосходных характеристик адгезивов из соевого белка-оксида магния. Например, средний размер частиц может составлять менее 20 меш, более конкретно менее 100 меш и даже более конкретно менее 300 меш.
В соответствии с одним подходом компонент на основе соевого белка, компонент на основе оксида магния, воду и добавки/наполнители смешивают друг с другом за небольшое время перед применением. Композиция может иметь открытое время до приблизительно одного дня, более конкретно до приблизительно 5 дней. Употребляемое в настоящем документе "открытое время" обозначает время от смешивания двух частей до времени, за которое смешанная композиция затвердевает до точки, в которой она больше не является пригодной для обработки. В другом подходе все ингредиенты адгезивной композиции, за исключением воды, предварительно смешивают вместе в цельную систему, которую затем поставляют конечному потребителю. В случае цельной системы адгезивную композицию можно смешать с водой и затем нанести на субстрат.
Адгезивные композиции затвердевают при нагревании. Другими словами, нагревание адгезивной смеси приводит к образованию ковалентных связей между отдельными молекулами адгезивной композиции и ковалентных и/или водородных связей между молекулами адгезивной смеси и лигноцеллюлоз-ными частицами. Такое затвердевание обычно происходит во время этапа горячего прессования при образовании композита. Таким образом, температуру затвердевания адгезивной композиции подбирают так, чтобы она совпадала с температурами нагревания, которые применяют при образовании композита. Такие температуры затвердевания могут варьировать в диапазоне, например, от приблизительно 80 до приблизительно 220°С, более конкретно от приблизительно 100 до приблизительно 160°С. Адгезивную смесь обычно нагревают после того, как ее нанесли на лигноцеллюлозные субстраты.
Лигноцеллюлозные композиты, которые могут быть получены с помощью адгезивов, описанных в настоящем документе, включают древесно-стружечную плиту, многослойную фанеру, ориентированно-стружечную плиту (OSB), вафельную плиту, древесноволокнистую плиту (включая древесноволокнистую плиту средней и высокой плотности), клееный брус из параллельных волокон древесины (PSL), ламинированный брус из ориентированных волокон (LSL), брус из клееного шпона (LVL) и подобные продукты. В основном, эти композиты получают путем первоначального перемешивания измельченных лигноцеллюлозных материалов с адгезивом, который выступает в роли связующего вещества для склеивания измельченных лигноцеллюлозных материалов в единую уплотненную массу. Примеры подходящих лигноцеллюлозных материалов включают древесину, солому (включая рис, пшеницу и ячмень), лен, коноплю и жом. Измельченные лигноцеллюлозные материалы могут быть переработаны в любую подходящую форму и размер субстрата, такую как щепы, чешуйки, волокна, нити, пластинки, обрубки, обрезки, опилки, солома, стебли, лучины и их смеси.
В определенных вариантах осуществления содержание влаги лигноцеллюлозных субстратов может быть в пределах 2-10%, 3-9%, 4-8% или 6-8%. Для лигноцеллюлозных субстратов с низким содержанием влаги (например, менее 5 или менее 3%) рН адгезивной композиции может быть выше (например, 8-11
или 10-11).
Лигноцеллюлозные материалы смешивают вместе с адгезивной композицией, выступающей в роли связующего вещества, и формуют необходимую конфигурацию с получением предварительно связанного пакета. Предварительно связанный пакет затем подвергают нагреванию и повышенному давлению с получением лигноцеллюлозного композитного продукта. Например, предварительно связанный пакет можно подвергать действию температур от приблизительно 120 до 225°С в присутствии различных количеств пара, образующегося при высвобождении унесенной влаги из лигноцеллюлозных материалов.
Количество адгезива, смешанного с лигноцеллюлозными частицами, может изменяться в зависимости от, например, необходимого типа композита, типа и количества лигноцеллюлозного материала и конкретной адгезивной композиции. В основном, от приблизительно 1 до приблизительно 15, более конкретно от приблизительно 3 до приблизительно 10 вес.% адгезива можно смешать с лигноцеллюлозным материалом в пересчете на общий объединенный вес адгезива и лигноцеллюлозного материала. Смешанная адгезивная композиция может быть добавлена к измельченным лигноцеллюлозным частицам посредством распыления или подобными способами при вращении или встряхивании лигноцеллюлозных частиц в мешалке или в подобном смесителе. Например, поток измельченных лигноцеллюлозных частиц может быть смешан с потоком смешанной адгезивной композиции и затем подвержен механическому встряхиванию.
В определенных вариантах осуществления лигноцеллюлозная композитная композиция может быть получена путем смешивания друг с другом соевого белка, оксида магния и измельченных лигноцеллю-лозных материалов. Компоненты могут быть смешаны в любом порядке. Например, соевый белок и оксид магния могут быть предварительно смешаны перед смешиванием с измельченными лигноцеллюлоз-ными материалами. Альтернативно, предварительно могут быть смешаны соевый белок и измельченные лигноцеллюлозные материалы, или предварительно могут быть смешаны оксид магния и измельченные лигноцеллюлозные материалы.
Адгезивные композиции также можно применять для производства слоистых лигноцеллюлозных композитов. Соевый белок и оксид магния можно нанести по меньшей мере на один лигноцеллюлозный субстрат, который затем связывают по меньшей мере с одним другим лигноцеллюлозным субстратом. Соевый белок, оксид магния и воду можно смешать друг с другом и затем нанести на лигноцеллюлозный композит. Например, адгезивную композицию можно применять для производства многослойной фанеры или бруса из клееного шпона (LVL). Адгезивная композиция может быть нанесена на поверхности шпона путем нанесения покрытия с помощью валика, нанесения покрытия с помощью ножевого устройства, нанесения покрытия наливом или распылением. Несколько шпонов затем складывают в пакет с образованием листов требуемой толщины. Плиты или листы затем помещают в нагреваемый пресс (например, тигель) и подвергают сжатию для осуществления объединения и затвердевания материалов в плиту. Древесно-волокнистую плиту можно получить посредством способа влажного валяния/влажного прессования, способа сухого валяния/полусухого прессования или способа влажного валяния/полусухого прессования.
Раскрываемые в настоящем документе адгезивы обеспечивают сильное связывание между лигно-целлюлозными субстратами. Адгезивы также обеспечивают структурные композиты с высокой механической прочностью. К тому же продукты на основе соевого белка, оксид магния и адгезивные композиции по существу не содержат формальдегид (включая любые соединения, которые могут разлагаться с образованием формальдегида). Например, продукт на основе соевого белка и адгезивные композиции вообще не содержат формальдегид (и соединения, образующие формальдегид), которые обнаруживаются с помощью общепринятых способов, или, альтернативно, количество формальдегида (и соединений, образующих формальдегид) является незначительным с точки зрения регуляторных нормативов для окружающей среды и рабочего места.
Конкретные примеры, описанные ниже, приведены в наглядных целях и не должны рассматриваться как ограничивающие объем прилагаемой формулы изобретения.
Пример 1. Материалы
Соевая мука (SF) (содержание влаги 7%) была предоставлена Cargill Incorporated (Миннеаполис, Миннесота). Оксид магния (98% MgO и 320 меш) был закуплен у Contechem (Портленд, Орегон). Оксид магния (98% MgO и 200 меш), гидроксид магния, магния карбоната гидроксид пентагидрат ((MgCO3)4-Mg(OH)5-5H2O) и оксид кальция были закуплены у Sigma-Aldrich (Милуоки, Висконсин). Шпоны из американской липы, клена, пихты одноцветной и сосны были предоставлены Columbia Forest Products (Портленд, Орегон).
Пример 2. Получение SF-MgO адгезивов добавлением SF к смеси оксида магния и воды
Далее приведена иллюстративная процедура получения SF-MgO адгезивов путем добавления SF к
смеси MgO и воды. MgO (84,7 г) и воду (1656 мл) смешивали в смесителе KitchenAid в течение пяти мин.
SF (влажный вес 920 г, сухой вес 847 г) добавляли к смеси и дополнительно перемешивали в течение 10
мин. Общее содержание сухих веществ полученного адгезива составило 36%.
Пример 3. Получение SF-MgO адгезивов смешиванием SF и MgO перед смешиванием с водой Далее следует иллюстративная процедура получения SF-MgO адгезивов смешиванием SF и MgO
перед смешиванием с водой. MgO (84,7 г) SF (влажный вес 920 г, сухой вес 847 г) смешивали в пласти
ковом мешке. Полученную смесь добавляли к воде (1656 мл) в смесителе KitchenAid при встряхивании и смешивали в течение 10 мин. Общее содержание сухих веществ полученного адгезива составило 36%. Пример 4. Получение SF-Mg(OH)2 адгезивов
SF-Mg(OH)2 адгезивы получали, следуя процедурам из примеров 2 и 3, за исключением того, что MgO заменили на Mg(OH)2, и соотношение сухого веса между соевой мукой и Mg(OH)2 составляло 8:1. Общее содержание сухих веществ полученного адгезива составило 36%.
Пример 5. Получение SF-MgCO3-Mg(OH)2 адгезивов
SF-MgCO3-Mg(OH)2 адгезивы получали, следуя процедурам из примеров 2 и 3, за исключением того, что MgO заменили на магния карбоната гидроксид пентагидрат, и соотношение сухого веса между соевой мукой и MgCO3-Mg(OH)2 составляло 8:1. Общее содержание сухих веществ полученного адгезива составило 36%.
Пример 6. Получение SF-CaO адгезивов
SF-CaO адгезивы получали, следуя процедурам из примеров 2 и 3, за исключением того, что MgO заменили на СаО, и соотношение сухого веса между соевой мукой и СаО составляло 8:1. Общее содержание сухих веществ полученного адгезива составило 36%.
Пример 7. Получение SF-MgSO4 адгезивов
SF-MgSO4 адгезивы получали посредством следующей процедуры из примера 3, за исключением того, что MgO заменили на MgSO4 и соотношение сухого веса между соевой мукой и MgSO4 составляло 8:1. Общее содержание сухих веществ полученного адгезива составило 36%.
Пример 8. Получение SF-TiO2 адгезивов
SF-TiO2 адгезивы получали, следуя процедурам из примера 3, за исключением того, что MgO заменили на TiO2 и соотношение сухого веса между соевой мукой и TiO2 составляло 8:1. Общее содержание сухих веществ полученного адгезива составило 36%.
Пример 9. Получение многослойной фанеры
Один из адгезивов на основе сои, а именно SF-MgO адгезив, наносили на две стороны шпона из пихты одноцветной или американской липы (2 фут. х2 фут.; содержание влаги 12%) путем нанесения покрытия с помощью валика со степенью распределения адгезива приблизительно 8 мг/см2. Для получения 7-слойной многослойной фанеры три шпона из пихты одноцветной, покрытые адгезивом, штабелировали между двумя непокрытыми шпонами по следующей схеме расположения: клен/пихта одноцветная/сосна/пихта одноцветная/сосна/пихта одноцветная/клен с направлениями волокон древесины двух соседних шпонов перпендикулярно друг к другу. Для получения 5-слойной многослойной фанеры два шпона из американской липы, покрытые адгезивом, штабелировали между двумя непокрытыми шпонами из американской липы по следующей схеме расположения: американская липа/американская липа/американская липа/американская липа/американская липа с направлениями волокон древесины двух соседних шпонов перпендикулярно друг к другу. Штабелированные 7-слойные шпоны и 5-слойные шпоны поместили на стол на 5 мин, подвергли холодному прессованию при 100 фунт-сила на квадратный дюйм на протяжении 5 мин, поместили на стол снова на 5 мин и подвергли горячему прессованию при 150 фунт-сила на квадратный дюйм и 120°С на протяжении 6,5 мин. После горячего прессования панели хранили в условиях окружающей среды на протяжении по меньшей мере 24 ч перед тем, как их оценили на прочность на сдвиг и водостойкость.
Пример 10. Трехцикличный тест на вымачивание
Водостойкость панелей из многослойной фанеры определяли с помощью трехцикличного теста на вымачивание в соответствии с American National Standard for Hardwood and Decorative Plywood (Американским национальным стандартом для фанеры из лиственных пород деревьев и декоративной фанеры); Hardwood Plywood & Veneer Association; 2004 (ANSI/HPVA HP-1). Трехцикличный тест на вымачивание является общепринятым стандартом для оценки водостойкости внутренней многослойной фанеры (многослойной фанеры II типа). Далее следует подробная процедура испытания, определенная стандартом. Двадцать образцов многослойной фанеры (2 дюймах 5 дюймов), отрезанные от каждой панели из многослойной фанеры, вымачивали в воде при 24±3°С в течение 4 ч и затем сушили при 49°С-52°С на протяжении 19 ч. Все образцы осматривали для того, чтобы увидеть, расслоились ли они. Этот цикл вымачивания/сушки повторяли до тех пор, пока три цикла не были завершены. В соответствии со стандартом панель из многослойной фанеры удовлетворяет требованию водостойкости для внутренних покрытий, если 95% образцов, т.е. 19 из 20 образцов, не расслаиваются после первого цикла вымачивания/сушки и 85% образцов, т.е. 17 из 20 образцов, не расслаиваются после третьего цикла вымачивания/сушки. В частности, ANSI/HPVA HP-1 дает следующее определение расслоения: любая сплошная щель между слоями не должна быть длиннее двух дюймов, и глубже 0,25 дюйма, и шире 0,003 дюйма.
Пример 11. Двухцикличный тест на кипячение
Двухцикличный тест на кипячение проводили в соответствии с American National Standard for Hardwood and Decorative Plywood; Hardwood Plywood & Veneer Association; 2004 (ANSI/HPVA HP-1). Двухцикличный тест на кипячение является одним из общепринятых способов оценки водостойкости внешней многослойной фанеры (многослойной фанеры I типа). Далее следует подробная процедура ис
пытания, определенная стандартом. Четыре образца 76 мм на 76 мм из каждой панели следует погрузить в кипящую воду на 4 ч и затем высушить при температуре 63±3°С в течение 20 ч с достаточной циркуляцией воздуха для снижения содержания влаги образцов до максимум 12% от абсолютно сухого веса. Их следует снова прокипятить в течение нескольких часов, высушить в течение трех часов при температуре 63±3°С и затем проверить на расслаивание. Любое наблюдающееся расслаивание больше 25,4 мм непрерывной длины свидетельствует о провале образцов. В пределах любой данной партии тестовых образцов должно пройти 90% отдельных образцов.
Краткое описание результатов
При весовом соотношении SF/MgO 10:1 как 5-слойные, так и 7-слойные панели, связанные с помощью SF-MgO адгезива, полученного согласно процедуре, показанной в примере 2, не прошли трехцик-личный тест на вымачивание (табл. 1). Однако, при таком же весовом соотношении SF/MgO 10/1 ни один из образцов из 5-слойных и 7-слойных панелей, связанных с помощью SF-MgO адгезива, полученного согласно процедуре, показанной в примере 3, не расслоился, т.е. как 5-слойные, так и 7-слойные панели прошли трехцикличный тест на вымачивание (табл. 1). У каждой как из 5-слойных, так и из 7-слойных панелей была одна панель, прошедшая двухцикличный тест на кипячение, т.е. ни один из образцов не расслоился после двухцикличного теста на кипячение. При весовом соотношении SF/MgO 8/1 у 5-слойных или 7-слойных панелей, связанных с помощью SF-MgO адгезивов, полученных согласно процедурам, показанным либо в примере 2, либо в примере 3, не было образца, расслоившегося после трех-цикличного теста на вымачивание, т.е. как 5-слойные, так и 7-слойные панели прошли трехцикличный тест на вымачивание. Все 5-слойные и 7-слойные панели, связанные с помощью SF-MgO адгезивов, полученных согласно процедуре, показанной в примере 3, прошли двухцикличный тест на кипячение, исходя из того, что у каждой из 5-слойных и 7-слойных панелей, связанных с помощью SF-MgO адгезивов, полученных согласно процедуре, показанной в примере 2, была только одна панель, провалившая двух-цикличный тест на кипячение. Все эти результаты показали, что процедура получения, показанная в примере 3, превосходила по качеству процедуру, показанную в примере 2. При весовом соотношении SF/MgO 6/1 или 4/1 все 5-слойные и 7-слойные панели прошли как трехцикличный тест на вымачивание, так и двухцикличный тест на кипячение.
При весовом соотношении SF/Mg(OH)2 8:1, как 5-слойные, так и 7-слойные панели, связанные с помощью SF-Mg(OH)2 адгезива, полученного согласно процедуре, показанной в примере 4, не прошли трехцикличный тест на вымачивание. Все образцы полностью расслоились после первого цикла вымачивания. При весовом соотношении SF/MgCO3-Mg(OH) 8:1 как 5-слойные, так и 7-слойные панели, связанные с помощью SF-MgCO3-Mg(OH)2 адгезива, полученного согласно процедуре, показанной в примере 5, не прошли трехцикличный тест на вымачивание. Все образцы полностью расслоились после первого цикла вымачивания. При весовом соотношении SF/CaO 8:1 SF-CaO адгезив, полученный согласно процедуре, показанной в примере 6, становился материалами, содержавшими большие комковатые продукты, и не мог быть нанесен на шпон в качестве покрытия, даже вручную. В весовом соотношении SF/MgSO4 8:1, как 5-слойные, так и 7-слойные панели, связанные с помощью SF-MgSO4 адгезива, полученного согласно процедуре, показанной в примере 7, не прошли трехцикличный тест на вымачивание. Все образцы полностью расслоились после первого цикла вымачивания. При весовом соотношении SF/TiO2 8:1 как 5-слойные, так и 7-слойные панели, связанные с помощью адгезива SF-TiO2 адгезива, полученного согласно процедуре, показанной в примере 8, не прошли трехцикличный тест на вымачивание. Все образцы полностью расслоились после первого цикла вымачивания.
Принимая во внимание множество возможных вариантов осуществления, к которым могут быть применены принципы раскрытого изобретения, следует понимать, что проиллюстрированные варианты осуществления являются лишь предпочтительными примерами настоящего изобретения и не должны приниматься как ограничивающие объем настоящего изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Адгезивная композиция, содержащая: (а) соевый белок и (b) оксид магния или смесь оксида магния и гидроксида магния, а также воду, где компоненты (а) и (b) вместе составляют по меньшей мере 75 вес.% от композиции без учета веса воды, и весовое соотношение соевого белка к оксиду магния в смеси составляет от 10:1 до 1:5 в пересчете на сухой вес.
2. Композиция по п.1, где компоненты (а) и (b) вместе составляют по меньшей мере 90 вес.% от композиции без учета веса воды.
3. Композиция по любому из пп.1, 2, где соевый белок выбран из соевой муки, соевого белкового концентрата, соевого белкового изолята или их смеси.
4. Композиция по любому из пп.1-3, где композиция имеет содержание твердой фазы 25-50 вес.%.
5. Композиция по любому из пп.1-4, где композиция затвердевает при нагревании ввиду образования ковалентных связей между отдельными молекулами адгезивной композиции.
6. Композиция по любому из пп.1-5, где весовое соотношение соевого белка к оксиду магния в смеси составляет 8:1-4:1 в пересчете на сухой вес.
7. Порошковая смесь для приготовления композиции по п.1, содержащая: (а) порошок соевого белка, (b) порошок оксида магния и, необязательно, другие добавки, где компоненты (а) и (b) вместе составляют по меньшей мере 75 вес.% от смеси и весовое соотношение соевого белка к оксиду магния в смеси составляет от 10:1 до 1:5 в пересчете на сухой вес.
8. Смесь по п.7, где компоненты (а) и (b) вместе составляют по меньшей мере 95 вес.% от смеси.
9. Смесь по п.7 или 8, где соевый белок выбран из соевой муки, соевого белкового концентрата, соевого белкового изолята или их смеси.
10. Смесь по любому из пп.7-9, где оксид магния представлен в форме продукта на основе оксида магния, включающего по меньшей мере 50 вес.% оксида магния от общего веса продукта на основе оксида магния.
11. Смесь по любому из пп.7-10, где оксид магния имеет средний размер частиц менее 20 меш.
12. Лигноцеллюлозный композит, содержащий по меньшей мере одну первую лигноцеллюлозную подложку, приклеенную по меньшей мере к одной второй лигноцеллюлозной подложке с помощью адгезивной композиции, где адгезивная композиция является композицией по п.1.
13. Композит по п.12, где соевый белок выбран из соевой муки, соевого белкового концентрата, соевого белкового изолята или их смеси.
14. Композит по п.12 или 13, где компоненты (а) и (b) вместе составляют по меньшей мере 95 вес.% от адгезивной композиции.
15. Композит по п.12 или 13, где компоненты (а) и (b) вместе составляют по меньшей мере 98 вес.% адгезивной композиции.
16. Композит по любому из пп.12-15, где лигноцеллюлозный композит включает древесностружечную плиту, ориентированно-стружечную плиту, вафельную плиту, древесно-волокнистую плиту, клеенный брус из параллельных волокон древесины, ламинированный брус из ориентированных волокон, многослойную фанеру или брус из клееного шпона.
17. Способ получения лигноцеллюлозного композита, включающий этапы, на которых
приводят в контакт по меньшей мере одну лигноцеллюлозную подложку с адгезивной композицией
по п.1 и
связывают лигноцеллюлозную подложку, приведенную в контакт с адгезивом по меньшей мере с одной другой лигноцеллюлозной подложкой.
18. Способ по п.17, где этап связывания включает нагревание и приложение давления к пакету, состоящему из лигноцеллюлозных подложек, связанных друг с другом адгезивом.
19. Способ по любому из пп.17-18, где способ дополнительно включает этап, на котором смешивают первую часть адгезивной композиции, содержащую соевый белок и оксид магния, и вторую часть адгезивной композиции, содержащую воду, между собой не более чем за 48 ч перед приведением в контакт адгезивной композиции с лигноцеллюлозной подложкой.
20. Способ по любому из пп.17-19, где лигноцеллюлозные подложки включают измельченные лиг-ноцеллюлозные частицы и способ включает этапы, на которых
перемешивают от приблизительно 1 до приблизительно 12 вес.% от получаемого композита адгезивной композиции со смесью измельченных лигноцеллюлозных частиц;
формируют смесь адгезива/лигноцеллюлозных частиц в предопределенную конфигурацию и нагревают и прилагают давление к сформированной смеси.
21. Способ по любому из пп.17-19, где лигноцеллюлозные подложки включают подложку древес
21.
ного шпона и способ включает этапы, на которых
наносят адгезивную композицию по меньшей мере на одну поверхность подложки древесного шпона;
формируют пакет подложек древесного шпона с нанесенным адгезивом и нагревают и прилагают давление к пакету.
22. Способ по любому из пп.19-21, где первая часть содержит порошковую смесь, которая включает порошок соевого белка и порошок оксида магния.
23. Способ по п.22, где порошок соевого белка и порошок оксида магния вместе составляют по меньшей мере 95 вес.% от первой части, остальное составляет вода.
24. Способ по любому из пп.19-23, где весовое соотношение соевого белка и оксида магния в смеси составляет 8:1-4:1 в пересчете на сухой вес.
25. Способ по любому из пп.22-24, где оксид магния имеет средний размер частиц менее 20 меш.
26. Способ по любому из пп.17-25, где соевый белок выбирают из соевой муки, соевого белкового концентрата, соевого белкового изолята или их смеси.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
025892
- 1 -
(19)
025892
- 1 -
(19)
025892
- 1 -
(19)
025892
- 4 -
(19)