KR20210141500A

KR20210141500A - 리그노셀룰로오스 복합 물품

Info

Publication number: KR20210141500A
Application number: KR1020217029574A
Authority: KR
Inventors: 도널드 찰스 멘트; 구스타보 이 레온; 진 마이클 셰플러
Original assignee: 바스프 에스이
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2021-11-23
Also published as: US20220154002A1; MX2021011133A; CA3133349A1; CN118358014A; CN113574084B; WO2020190611A1; EP3938415A1; CN113574084A; BR112021018115A2

Abstract

본원에는 리그노셀룰로오스 복합 물품 및 이를 형성하는 방법이 제공된다. 일 양태에서, 상기 리그노셀룰로오스 복합 물품은 목재로부터 유래된 복수의 리그노셀룰로오스 단편과; 상기 복수의 리그노셀룰로오스 단편을 결합시키기 위해 복수의 리그노셀룰로오스 단편 상에 배치된 접착제 시스템을 함께 포함한다. 일 양태에서, 상기 접착제 시스템은 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI) 및/또는 중합체 디페닐메탄 디이소시아네이트(pMDI)를 포함하는 결합제 성분, 및 수용액 중의 이미다졸을 포함하는 촉매 성분을 포함한다.

Description

리그노셀룰로오스 복합 물품

본 개시내용은 일반적으로 리그노셀룰로오스 복합 물품, 보다 구체적으로는 복수의 리그노셀룰로오스 단편 및 상기 복수의 리그노셀룰로오스 단편 상에 배치된 접착제 시스템을 포함하는 리그노셀룰로오스 복합 물품, 및 상기 리그노셀룰로오스 복합 물품을 형성하는 방법에 관한 것이다.

리그노셀룰로오스 복합 물품, 예를 들어 배향성 스트랜드 보드(OSB: oriented strand board), 배향성 스트랜드 재목(OSL), 파티클보드(PB: particleboard), 스크림버(scrimber), 아그리파이버 보드(agrifiber board), 합판, 플레이크보드(flakeboard) 및 섬유보드, 예를 들어 중밀도 섬유보드(MDF)는 리그노셀룰로오스 단편이 배합기 또는 유사 장치에서 텀블링(tumble)되거나 교반되는 동안 리그노셀룰로오스 단편을 결합제 조성물, 예를 들어 수지와 배합하거나 이를 분사하는 것에 의해 일반적으로 제조된다. 결합제-리그노셀룰로오스 혼합물을 생성하기 위해 충분히 배합한 후 이제는 결합제 조성물로 코팅된 리그노셀룰로오스 단편은 제품, 구체적으로는 느슨한 매트로 형성되고, 결합제 조성물을 고정하고 리그노셀룰로오스 단편을 조밀한 형태, 예를 들어 보드, 패널 또는 다른 형태로 함께 결합시키기 위해 가열된 가압판(platen)/플레이트 사이에서 압축된다. 느슨한 매트를 압축시키기 위한 통상적인 공정은 일반적으로 느슨한 매트로 의도적으로 주입되거나 느슨한 매트 내 리그노셀룰로오스 단편으로부터 혼입된 수분의 방출로 인해 생성된 가변량의 증기의 존재 하에 약 120℃ 내지 약 225℃의 온도에서 수행된다. 이들 공정은 또한 일반적으로 리그노셀룰로오스 단편을 결합제 조성물과 배합하기 전에 리그노셀룰로오스 단편의 수분 함량이 약 2 중량% 내지 약 20 중량%인 것을 요구한다.

리그노셀룰로오스 단편은 칩, 대팻밥, 스트랜드, 스크림, 웨이퍼, 섬유, 톱밥, 버개스(bagasse), 짚 및 목모의 형태일 수 있다. 리그노셀룰로오스 단편이 예를 들어 1 내지 7인치로 상대적으로 크기가 보다 큰 경우, 상기 공정에 의해 제조된 리그노셀룰로오스 복합 물품은 가공 목재(engineered wood)로 지칭될 수 있다. 이들 가공 목재는 적층 스트랜드 재목, OSB, OSL, 스크림버, 평행 스트랜드 재목 및 적층합성목(laminated veneer lumber)을 포함한다. 리그노셀룰로오스 단편이 상대적으로 보다 작고, 예를 들어 통상적인 톱밥, 정제된 섬유 크기인 경우, 리그노셀룰로오스 복합 물품은 파티클보드(PB) 및 섬유보드, 예를 들어 MDF이다. 다른 가공 목재, 예를 들어 합판은 더 많은 시트의 재목을 사용하여 결합제 조성물에 의해 샌드위치 구조로 함께 유지된다. 또 다른 가공 목재, 예를 들어 스크림버는 약 2 내지 10 nm 범위의 평균 지름 및 길이가 수 피트인 길이들을 갖는 얇고 긴 불규칙적인 목재 단편을 사용한다.

가공 목재는 재목을 절단하기에 적합한 크기의 나무 줄기가 점점 부족함에 따라 개발되었다. 이러한 가공 목재는 강도 및 안정도와 같은 유리한 물리적 특성을 가질 수 있다. 가공 목재의 또 다른 이점은 이들이 다른 목재 및 리그노셀룰로오스 재료의 공정으로부터 생성된 폐기물로부터 제조될 수 있다는 것이다. 이는 재활용 공정의 효율성 및 에너지 절감으로 이어지며 매립지 공간을 절약한다.

이러한 리그노셀룰로오스 복합 물품을 제조하기 위해 사용되었던 결합제 조성물은 페놀, 포름알데히드(PF) 수지, 우레아 포름알데히드(UF) 수지 및 이소시아네이트 수지를 포함한다. 이소시아네이트 화학물질 기반 결합제 조성물은 이들이 낮은 물 흡수, 높은 접착 및 응집 강도, 제형의 유동성, 경화 온도 및 속도에 대한 융통성, 탁월한 구조 특성, 높은 물 함량을 갖는 리그노셀룰로오스 재료와 결합하는 능력 및 중요하게는 0의 포름알데히드 배출량을 갖기 때문에 상업적으로 바람직하다. 이러한 결합제 조성물을 사용하는 리그노셀룰로오스 복합 물품은 대응되는 특성/이득이 부여된다.

리그노셀룰로오스 재료는 복합 물품의 강도를 개선하기 위해 폴리메틸렌 폴리(페닐 이소시아네이트)(중합체 MDI 또는 pMDI로도 알려짐)로 처리될 수 있다. 통상적으로, 이러한 처리는 상기 이소시아네이트를 리그노셀룰로오스 재료에 적용하는 단계 및 열과 압력을 적용하거나 실온에서 상기 이소시아네이트가 경화되도록 하는 단계를 포함한다. 주위 조건에서 pMDI가 경화되도록 할 수 있지만, 잔류 이소시아네이트(NCO)기가 일부 경우에는 수 주일 또는 심지어 수 달 동안 처리된 물품에 남아 있는다. 톨루엔 디이소시아네이트(TDI)가 또한 이러한 목적을 위해 사용될 수 있지만, 일반적으로 환경적 관점에서 덜 허용가능하다. 이소시아네이트 전구중합체(prepolymer)는 다양한 가공 문제를 해결하기 위해, 특히 압착기의 가압판에의 접착을 감소시키고 이소시아네이트의 반응성을 감소시키기 위해 결합제 조성물에 사용되었던 바람직한 이소시아네이트 재료 중 하나이다.

유감스럽게도, PF 및/또는 UF 수지 대신 이소시아네이트를 사용하는 것의 단점은 가압판에의 접착으로 인한 가공 시 어려움, 점착성(tack) 또는 저온-점착성(cold-tack) 부족(즉, 이소시아네이트는 "점착성"이지 않거나 "점질(sticky)"이 아님) 및 특정 상황에서의 특별한 보관 필요성을 포함한다. 또한, 이소시아네이트는 또한 연장된 경화 시간을 가질 수 있어서, 이를 사용하는 복합 물품의 제조 생산량을 감소시킨다. 추가적으로, 일부 이소시아네이트 및 관련 성분은 너무 높은 점도를 가질 수 있어서, 이의 처리를 어렵게 하고 이러한 성분을 사용하는 복합 물품의 제조의 비용을 증가시킨다.

따라서, 리그노셀룰로오스 복합 물품을 형성하기 위한 유용한 개선된 접착제 시스템을 제공할 기회가 존재한다. 또한, 개선된 리그노셀룰로오스 복합 물품 및 이러한 리그노셀룰로오스 복합 물품을 형성하는 개선된 방법을 제공할 기회가 존재한다.

리그노셀룰로오스 복합 물품("본 물품")은 복수의 리그노셀룰로오스 단편 및 상기 복수의 리그노셀룰로오스 단편을 결합시키기 위해 상기 복수의 리그노셀룰로오스 단편 상에 배치된 접착제 시스템을 포함한다. 상기 접착제 시스템은 결합제 성분 및 촉매 성분을 포함한다. 특정 실시형태에서, 상기 결합제 성분은 이소시아네이트 성분을 포함한다. 상기 촉매 성분은 수용액 중의 이미다졸을 포함한다. 본 물품을 형성하는 방법은 상기 결합제 성분 및 상기 촉매 성분을 상기 복수의 리그노셀룰로오스 단편에 적용하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 상기 결합제 성분 및 상기 촉매 성분이 그 위에 적용된 복수의 리그노셀룰로오스 단편을 운반체(carrier) 상에 배치하여 매스(mass)를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 방법은 상기 물품을 형성하기에 충분한 양의 시간 동안 상기 매스에 압력 및/또는 열을 적용하는 단계를 추가로 포함한다.

임의의 특정 이론에 얽매이거나 제한되지 않는 상태에서, 촉매 성분의 존재는 촉매 성분이 본 물품을 형성하기 위해 사용되지 않는 경우에 요구되는 시간의 양 대비 본 물품을 형성하기 위해 필요한 시간의 양을 감소시키는 것으로 생각된다. 특히, 촉매 성분은 본 물품의 제조 동안 접착제 시스템의 경화 시간을 감소시키는 데 유용한 것으로 생각된다. 이에 따라, 본 물품의 생산량은 증가된 제조 속도, 예를 들어 압착 속도(즉, 보다 짧은 압착 시간)를 통해 증가될 수 있다. 복수의 리그노셀룰로오스 단편에의 접착제 시스템 성분의 적용이 통상의 접착제에 비해 개선되는 것과 같은 다른 제조 이득이 또한 획득될 수 있다. 또한, 본 개시내용의 물품은 탁월한 물리적 특성을 포함하는 것으로 여겨진다. 예를 들어 특정 실시형태에서, 본 물품은 하기 중 하나 이상을 가질 수 있다: 각각 통상적인 물품 대비 증가된 결합 강도, 감소된 가장자리 팽윤성, 개선된 이형 특성, 개선된 굴곡 모듈러스 및/또는 감소된 배출물.

본 개시내용의 다른 이점은 첨부된 도면(들)과 관련하여 고려하는 경우 하기 상세한 설명을 참고하여 보다 잘 이해되는 바 용이하게 인지될 것이다.
도 1은 실시예 부분에서 기재된 리그노셀룰로오스 복합 물품의 내부 결합(IB) 강도(psi) 및 압착 시간(초)을 도시하는 도표이다.
도 2는 실시예 부분에서 기재된 리그노셀룰로오스 복합 물품의 120초의 압착 시간에서의 내부 결합(IB) 강도(psi)를 도시하는 그래프이다.
도 3은 실시예 부분에서 기재된 리그노셀룰로오스 복합 물품의 120초의 압착 시간에서의 내부 결합(IB) 강도(psi)를 도시하는 그래프이다.

리그노셀룰로오스 복합 물품("본 물품")이 본원에서 개시된다. 본 물품은 다양한 응용 분야에서 사용될 수 있다. 이러한 응용의 예는 포장재; 가구 및 가구 제작; 지붕 및 바닥 외장재; 지붕, 바닥 및 벽면 패널; 창 및 문 틀; 및 웹스톡(webstock), 예를 들어 가공 I-빔용 웹스톡을 포함하지만, 이로 제한되지는 않는다.

다양한 실시형태에서, 본 물품은 다양한 형태의 가공 리그노셀룰로오스 복합체, 예를 들어 가공 목재 복합체, 예를 들어 배향 스트랜드 보드(OSB); 배향 스트랜드 재목(OSL); 스크림버; 섬유보드, 예를 들어 저밀도 섬유보드(LDF), 중밀도 섬유보드(MDF) 및 고밀도 섬유보드(HDF); 칩보드; 플레이크보드 또는 플레이크 보드; 파티클보드(PB); 합판 등으로 지칭될 수 있다. 일반적으로, 본 물품은 OSB, OSL, PB, 스크림버, 합판, LDF, MDF 또는 HDF 형태, 보다 통상적으로는 PB, MDF, HDF 또는 OSB 형태이지만; 본 물품은 본원에서 기재 및 예시된 것과 같은 다른 가공 목재 형태일 수 있되 이에 제한되지는 않음을 인지해야 한다. 리그노셀룰로오스 복합 물품의 명칭은 보통 당업계에서 상호교환적으로 사용되는 것임을 인지해야 한다. 예를 들어 복합체를 OSB로 지칭할 수 있지만, 동일한 복합체를 플레이크 보드로도 지칭할 수 있다.

본 물품은 복수의 리그노셀룰로오스 단편을 포함한다. 리그노셀룰로오스 단편은 다양한 리그노셀룰로오스 재료로부터 유래될 수 있다. 일반적으로, 리그노셀룰로오스 단편은 목재로부터 유래하지만; 리그노셀룰로오스 단편은 다른 리그노셀룰로오스 재료, 예를 들어 버개스, 짚, 아마 잔류물, 견과 껍질, 곡물 낟알 껍질 등 및 이의 혼합물으로부터 유래할 수 있다. 목재가 리그노셀룰로오스 재료로 사용되는 경우, 리그노셀룰로오스 단편은 다양한 종의 경목재 및/또는 연목재로부터 제조될 수 있다. 플레이크, 섬유상 또는 다른 미립자 형태의 비-리그노셀룰로오스 재료, 예를 들어 유리 섬유, 운모, 석면, 고무, 플라스틱 등이 또한 리그노셀룰로오스 재료와 혼합될 수 있지만; 이러한 재료는 일반적으로 요구되지 않는다.

리그노셀룰로오스 단편은 다양한 공정, 예를 들어 작은 통나무, 산업용 목재 잔류물, 나뭇가지, 거친 펄프목 등을 톱밥, 칩, 플레이크, 웨이퍼, 스트랜드, 스크림, 섬유, 시트 등의 형태의 단편으로 분쇄함으로써 제조될 수 있다. 특정 실시형태에서, 리그노셀룰로오스 단편은 OSB, OSL, 스크림버 및 파티클보드(PB)를 형성하기 위해 통상적으로 사용되는 이들의 단편을 포함한다. 다른 실시형태에서, 리그노셀룰로오스 단편은 섬유보드, 예를 들어 LDF, MDF 및 HDF를 형성하기 위해 통상적으로 사용하는 이들의 단편을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 리그노셀룰로오스 단편은 합판을 형성하기 위해 통상적으로 사용되는 이들의 단편을 포함한다. 본 물품은 상기 언급된 재료 및/또는 단편, 예를 들어 스트랜드 및 톱밥의 다양한 조합을 포함할 수 있음을 인지해야 한다. 또한, 본 물품은 패널 및 보드 이외의 형상으로 형성될 수 있다.

리그노셀룰로오스 단편은 다양한 통상적인 기술에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어 펄프목재급 통나무는 통상적인 둥근 목재 플레이커(flaker)를 사용한 단일 공정으로 플레이크로 전환될 수 있다. 대안적으로, 통나무 및 벌목 잔류물은 통상적인 장치를 사용하여 약 0.5 내지 약 3.5 인치 길이 정도의 잔사(fingerling)로 절단될 수 있고, 잔사는 통상적인 고리 유형 플레이커에서 플레이크화된다. 통나무는 통상적으로 플레이크화 전에 박피된다. 본 물품은 리그노셀룰로오스 단편을 형성하는 임의의 특정 방법에 제한되지 않는다.

리그노셀룰로오스 단편의 치수는 특별히 중요하지는 않다. 특정 실시형태에서, OSB를 형성하기 위해 사용되는 것과 같은 리그노셀룰로오스 단편은 통상적으로 약 2.5 내지 약 6 인치의 평균 길이, 약 0.5 내지 약 2 인치의 평균 폭 및 약 0.1 내지 약 0.5 인치의 평균 두께를 갖는 스트랜드를 포함한다. 다른 크기가 또한 당업자가 목적하는 바에 따라 사용될 수 있음을 인지해야 한다. 이들 실시형태 중 일부에서, 본 물품은 스트랜드 이외에 칩과 같은 다른 유형의 리그노셀룰로오스 단편을 포함할 수 있다. 특정 실시형태에서, 통상적으로 약 1.5 인치의 폭 및 약 12 인치의 길이인 스트랜드는 적층 스트랜드 재목을 제조하기 위해 사용될 수 있고, 통상적으로 약 0.12 인치의 폭 및 약 9.8 인치의 길이의 스트랜드는 평행 스트랜드 재목을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 특정 실시형태에서, 플레이크보드를 형성하기 위해 사용되는 것과 같은 리그노셀룰로오스 단편은 약 2 내지 약 6 인치의 평균 길이, 약 0.25 내지 약 3 인치의 평균 폭 및 약 0.005 내지 약 0.05 인치의 평균 두께를 갖는 플레이크를 포함한다. 다른 실시형태에서, 스크림버를 형성하기 위해 사용되는 것과 같은 리그노셀룰로오스 단편은 약 0.25 내지 약 20, 약 0.5 내지 약 15 또는 약 1 내지 약 10 mm 범위의 평균 직경 및 길이가 수 인치 내지 수 피트 범위인 길이를 갖는 얇은 불규칙적인 단편을 포함한다. 리그노셀룰로오스 단편, 예를 들어 스크림의 적합한 크기 및 형태뿐만 아니라 스크림버를 제조하는 방법에 대한 상세한 정보는 Coleman의 미국 특허 제6,344,165호에 기재되어 있고, 이는 그 전체 내용이 본원에 인용되어 포함된다. 또 다른 실시형태에서, 리그노셀룰로오스 단편은 통상적인 PB를 형성하기 위해 통상적으로 사용되는 것일 수 있다. 리그노셀룰로오스 단편은 소기의 물품을 제조하기 위해 보다 적합한 크기로 제조하기를 원하는 경우 사용 전에 추가로 분쇄될 수 있다. 예를 들어 망치, 날개형 고해기(wing beater) 및 톱니 디스크 분쇄기가 다양한 크기 및 형상의 리그노셀룰로오스 단편을 형성하기 위해 사용될 수 있다.

리그노셀룰로오스 단편은 다양한 수분 함량을 가질 수 있고, 만약 존재하는 경우, 물은 이소시아네이트-반응성 성분 역할을 할 수 있으며 이는 하기에서 추가로 기재된다. 통상적으로, 리그노셀룰로오스 단편은 리그노셀룰로오스 단편의 100 중량부를 기준으로 약 1 내지 약 20, 약 2 내지 약 15, 약 3 내지 약 12 또는 약 5 내지 약 10 중량부(물) 또는 이들 사이의 임의의 하위 범위의 수분 함량을 가질 수 있다. 리그노셀룰로오스 단편 내부(및/또는 상부)에 존재하는 경우, 물은 본 물품의 경화 또는 고정을 돕는다. 리그노셀룰로오스 단편은 내재하는 수분 함량을 가질 수 있거나; 대안적으로 본 물품의 형성 이전 및/또는 동안 리그노셀룰로오스 단편의 소기의 수분 함량을 획득하기 위해 예를 들어 리그노셀룰로오스 단편을 각각 습윤 또는 건조시키는 것에 의해 물이 리그노셀룰로오스 단편으로 추가되거나 이로부터 제거될 수 있음을 인지해야 한다.

리그노셀룰로오스 단편은 형성하고자 하는 물품의 유형에 따라 다양한 양으로 본 물품에서 사용될 수 있다. 통상적으로, 예를 들어 OSB, PB, 스크림버 또는 MDF 응용 분야에서 리그노셀룰로오스 단편은 본 물품의 100 중량부를 기준으로 약 75 내지 약 99, 약 85 내지 약 98, 약 90 내지 약 97 또는 약 92 내지 약 95.5 중량부 또는 이들 사이의 임의의 하위 범위의 양으로 사용된다. 상기 양은 리그노셀룰로오스 단편의 수분 함량을 포함하는 다양한 인자에 따라 더 높거나 더 낮을 수 있음을 인지해야 한다. 예를 들어 리그노셀룰로오스 단편의 수분 함량은 지리적 위치, 공급원 등, 예를 들어 분쇄기 간의 격차에 의해 변동될 수 있다.

본 물품은 접착제 시스템을 추가로 포함한다. 특정 실시형태에서, 본 물품은 리그노셀룰로오스 단편 및 접착제 시스템을 포함한다. 추가적인 실시형태에서, 본 물품은 본질적으로 리그노셀룰로오스 단편 및 접착제 시스템으로 구성된다. 또 다른 추가적인 실시형태에서, 본 물품은 리그노셀룰로오스 단편 및 접착제 시스템으로 구성된다. 다른 관련 실시형태에서, 본 물품은 첨가제 성분을 추가로 포함한다.

접착제 시스템은 리그노셀룰로오스 단편을 결합시키기 위해 리그노셀룰로오스 단편 상에 배치된다. "상에 배치된"이란, 접착제 시스템이 리그노셀룰로오스 단편 중 적어도 일부와 접촉하는 것을 의미한다. 접착제 시스템은 결합제 성분 및 촉매 성분을 포함한다. 접착제 시스템은 하기 기재되는 바와 같이 하나 이상의 추가적인 성분을 포함한다. 접착제는 일반적으로 결합제 성분 및 촉매 성분으로부터 생성된다. 다수의 실시형태에서 결합제 성분은 예를 들어 물, 그 자체 및/또는 또 다른 성분과 반응하여 본 물품의 형성 동안 단지 일정 기간 동안만 존재할 수 있음을 인지해야 한다. 예를 들어 결합제 성분의 대부분 내지 전부는 본 물품의 형성 동안 반응될 수 있어서 형성 후 본 물품에는 결합제 성분이 거의 내지 전혀 남아 있지 않는다. 다른 실시형태에서, 결합제 성분의 일부 양은 형성 후 본 물품에 존재할 수 있다.

결합제 성분은 통상적으로 이소시아네이트 성분, 포름알데히드 수지, 단백질-기반 접착제 또는 이의 조합으로부터 선택된다. 사용되는 경우, 이소시아네이트 성분은 통상적으로 중합체 디페닐메탄 디이소시아네이트(pMDI: polymeric diphenylmethane diisocyanate)이지만; 다른 이소시아네이트가 또한 하기 기재되는 바와 같이 사용될 수 있다. 사용되는 경우, 상기 포름알데히드 수지는 통상적으로 우레아 포름알데히드(UF) 수지 또는 멜라민 UF 수지이지만, 다른 포름알데히드, 예를 들어 페놀 포름알데히드(PF) 수지가 또한 사용될 수 있다. 사용되는 경우, 상기 단백질-기반 접착제는 통상적으로 콩-기반 접착제이지만, 다른 단백질-기반 접착제, 예를 들어 카제인-기반 접착제가 또한 사용될 수 있다.

일반적으로, 결합제 성분은 이의 반응 생성물이 최종 경화 상태로 경화되어 접착제 시스템 및 그에 따른 본 물품을 형성하기 전에 단지 일부 시간 동안만 존재한다. 즉, 상기 반응 생성물은 일반적으로 본 물품을 형성하기 위해 사용되는 성분들 사이에서 반응이 일어난 후, 예를 들어 이소시아네이트 성분과 이소시아네이트-반응성 성분(하기에서 기재) 사이의 반응이 일어난 후 접착제 시스템의 최종 경화 상태이다.

접착제 성분은 미리 혼합되거나 결합되어 접착제 시스템을 생성할 수 있고, 이어서 접착제 시스템은 리그노셀룰로오스 단편에 적용될 수 있다. 특정 실시양태에서, 결합제 성분, 촉매 성분 및 선택적으로 하나 이상의 추가적인 성분은 미리 혼합되어 적용되기 보다는 본 물품의 형성 동안 개별적으로 리그노셀룰로오스 단편에 적용되고/되거나 이미 리그노셀룰로오스 단편 상에 존재하며, 모든 경우는 하기에서 추가로 기재된다. 다른 실시양태에서, 2개 이상의 상기 성분들, 예를 들어, 결합제 및 촉매 성분, 촉매 및 이소시아네이트-반응성 성분 등은 미리 혼합되어 적용된다.

결합제 성분은 일반적으로 일단 경화되면 리그노셀룰로오스 단편을 서로 접착시킨다. 예를 들어, 이소시아네이트 성분 및 이소시아네이트-반응성 성분의 반응 생성물은 연결, 예를 들어 우레아 연결을 통해 리그노셀룰로오스 단편을 결합시킬 수 있다. 촉매 성분은 (비록 그 내부에 존재할 수 있지만) 상기 반응 생성물의 일부가 아니도록 일반적으로 불활성이다. 목재 복합체에 대한 일반적인 접착 메카니즘은 문헌[THE POLYURETHANES HANDBOOK (David Randall & Steve Lee eds., John Wiley & Sons, Ltd. 2002)]의 제397면 내지 제399면에 상세히 기재되어 있으며, 이는 그 전체 내용이 본원에 다양한 비-제한적 실시형태에서 인용되어 포함된다.

결합제 성분의 제1 실시형태에서, 접착제 시스템은 이소시아네이트 성분 및 이소시아네이트 성분과 반응성인 이소시아네이트-반응성 성분의 반응 생성물을 포함한다. 이소시아네이트 성분은 통상적으로 2개 이상의 작용기, 예를 들어 2개 이상의 이소시아네이트(NCO)기를 갖는 폴리이소시아네이트이다. 또 다른 방식을 말하자면, 이소시아네이트 성분은 단지 이소시아네이트이거나 이소시아네이트의 조합일 수 있다. 적합한 유기 폴리이소시아네이트는 통상적인 지방족, 지환식, 아르지방족 및 방향족 이소시아네이트를 포함하지만, 이로 제한되지는 않는다. 특정 실시형태에서, 이소시아네이트 성분은 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI), 중합체 디페닐메탄 디이소시아네이트(pMDI) 및 이의 조합으로부터 선택된다. 중합체 디페닐메탄 디이소시아네이트는 또한 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리이소시아네트로 지칭될 수 있다. 다른 실시형태에서, 이소시아네이트 성분은 유화성 MDI(eMDI)이다. 다른 적합한 이소시아네이트의 예는 톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 나프탈렌 디이소시아네이트(NDI) 및 이의 조합을 포함하지만, 이로 제한되지는 않는다. 구체적인 실시형태에서, 이소시아네이트 성분은 MDI이다. 다른 구체적인 실시형태에서, 이소시아네이트 성분은 pMDI이다. 추가의 구체적인 실시형태에서, 이소시아네이트 성분은 MDI와 pMDI의 조합이다.

특정 실시형태에서, 이소시아네이트 성분은 이소시아네이트-종결 전구중합체(isocyanate-terminated prepolymer)이다. 이소시아네이트-종결 전구중합체는 이소시아네이트 및 폴리올 및/또는 폴리아민의 반응 생성물이다. 이소시아네이트는 폴리우레탄 분야의 임의의 유형의 이소시아네이트, 예를 들어 상기 폴리이소시아네이트 중 하나일 수 있다. 이소시아네이트-종결 전구중합체를 제조하기 위해 사용된 경우, 폴리올은 통상적으로 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 부탄 디올, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 트리에탄올아민, 펜타에릴스리톨, 소르비톨 및 이의 조합으로부터 선택된다. 폴리올은 또한 이소시아네이트-반응성 성분의 논의에서 하기에 추가로 기재 및 예시된 바와 같은 폴리올일 수 있다. 이소시아네이드-종결 전구중합체를 제조하기 위해 사용된 경우, 폴리아민은 통상적으로 에틸렌 디아민, 톨루엔 디아민, 디아미노디페닐메탄 및 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리아민, 아미노알코올 및 이의 조합으로부터 선택된다. 적합한 아미노알코올의 예는 에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민 및 이의 조합을 포함한다. 이소시아네이트-종결 전구중합체는 상기 언급된 폴리올 및/또는 폴리아민의 2개 이상의 조합으로부터 생성될 수 있다.

이소시아네이트 또는 이소시아네이트-종결 전구중합체는 또한 이러한 재료를 유화제의 존재 하에 물과 혼합하는 것에 의해 수성 에멀젼의 형태로 사용될 수 있다. 이소시아네이트 성분은 또한 개질된 이소시아네이트, 예를 들어 카르보이미드, 알로파네이트, 이소시아누레이트 및 뷰렛일 수 있다.

다른 적합한 이소시아네이트는 Gismondi 등의 미국 특허 제4,742,113호; Mente 등의 미국 특허 제5,093,412호; Clarke 등의 미국 특허 제5,425,976호; Hsu의 미국 특허 제6,297,313호; Thompson 등의 미국 특허 제6,352,661호; Mente 등의 미국 특허 제6,451,101호; Mente 등의 미국 특허 제6,458,238호; Mente 등의 미국 특허 제6,464,820호; Mente 등의 미국 특허 제6,638,459호; Mente 등의 미국 특허 제6,649,098호; Capps의 미국 특허 제6,822,042호; Capps의 미국 특허 제6,846,849호; Evers 등의 미국 특허 제7,422,787호; Lu 등의 미국 특허 제7,439,280호; 및 Mente의 미국 특허 제8,486,523호; 및 Savino 등의 미국 특허출원공개 US 2005/0242459호에 기재된 것을 포함하고, 이는 그 전체 내용이 본원에 다양한 비-제한적 실시형태에서 인용되어 포함된다.

적합한 이소시아네이트 성분의 구체적인 예는 상표명 LUPRANATE®, 예를 들어 LUPRANATE® M, LUPRANATE® M20, LUPRANATE® MI, LUPRANATE® M20SB, LUPRANATE® M20HB 및 LUPRANATE® M20FB 이소시아네트로 Florham Park, N.J.의 BASF Corporation으로부터 상업적으로 입수 가능하다. 일 실시형태에서, 이소시아네이트 성분은 LUPRANATE® M20이다. 다른 실시형태에서, 이소시아네이트 성분은 LUPRANATE® M20FB이다. 이소시아네이트 성분은 상기 언급된 이소시아네이트 및/또는 이소시아네이트-종결 전구중합체의 임의의 조합을 포함할 수 있음을 인지해야 한다.

사용되는 경우, 이소시아네이트 성분은 예를 들어 이소시아네이트 성분을 리그노셀룰로오스 단편에 적용하기 위해 이소시아네이트 성분을 분사(spraying), 연무화(fogging) 및/또는 분무(atomizing)하는 것에 의한 이소시아네이트 성분의 상기 리그노셀룰로오스 단편에의 특정한 적용에 적합한 점도를 통상적으로 가질 수 있다. 통상적으로, 이소시아네이트 성분은 ASTM D2196에 따라 25℃에서 약 100 내지 약 5,000, 약 100 내지 약 2,500 또는 약 100 내지 약 1,000 cps 또는 이들 사이의 임의의 하위 범위의 점도를 갖는다. 적용 기술과 상관없이, 이소시아네이트 성분의 점도는 리그노셀룰로오스 단편을 적절하게 코팅하기에 충분해야 한다.

접착제 시스템은 이소시아네이트 성분과 이소시아네이트-반응성 성분의 반응 생성물을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 이소시아네이트-반응성 성분은 물이고, 이는 리그노셀룰로오스 단편에 적용되고/되거나 예를 들어 기존 수분 함량(또는 이의 일부)으로서 리그노셀룰로오스 단편에 이미 존재할 수 있다. 다른 실시형태에서, 이소시아네이트-반응성 성분은 폴리올 및/또는 폴리아민을 포함한다. 특정 실시형태에서, 이소시아네이트-반응성 성분은 그래프트 폴리올로서도 지칭될 수 있는 중합체 폴리올을 포함한다. 이소시아네이트-반응성 성분은 상기 언급된 이소시아네이트-반응성 성분, 예를 들어 물 및 폴리올의 조합을 포함할 수 있다.

통상적으로, 예를 들어 OSB, PB, 스크림버 또는 MDF 응용 분야에서 이소시아네이트-반응성 성분은 리그노셀룰로오스 단편의 100 중량부를 기준으로 약 1 내지 약 20, 약 1 내지 약 15 또는 약 2 내지 약 10 중량부 또는 이들 사이의 임의의 하위 범위의 양으로 사용된다. 본원에 기재된 양은 일반적으로 리그노셀룰로오스 단편의 수분 함량 변동을 처리하기 위해 리그노셀룰로오스 단편이 완전히 건조된다는 가정을 기초로 한다. 보다 구체적인 양은 하기에서 기재된다. 물이 이소시아네이트-반응성 성분에서 사용되는 경우, 이는 상기 양 또는 리그노셀룰로오스 단편의 수분 함량과 관련된 양으로 존재할 수 있다.

사용되는 경우, 폴리올은 통상적인 폴리올, 예를 들어 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 부탄 디올, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 트리에탄올아민, 펜타에리스리톨, 소르비톨 및 이의 조합으로부터 통상적으로 선택된다. 다른 적합한 폴리올은 바이오폴리올, 예를 들어 대두유, 피마자유, 콩-단백질, 유채씨유 등 및 이의 조합을 포함하지만, 이로 제한되지는 않는다. 특정 폴리올은 가소화 및/또는 필름 형성 및 점착성을 부여하며 이는 압력 하에 증가될 수 있는 것으로 여겨진다. 예를 들어, 일부 폴리올은 특히 촉매 성분과 함께 가소제 역할을 할 수 있다.

적합한 폴레에테르 폴리올은 다기능성 개시제의 존재 하에 환형 산화물, 예를 들어 에틸렌 산화물(EO), 프로필렌 산화물(PO), 부틸렌 산화물(BO) 또는 테트라하이드로퓨란의 중합에 의해 수득되는 생성물을 포함하지만, 이로 제한되지는 않는다. 적합한 개시제 화합물은 복수의 활성 수소 원자를 함유하고, 물, 부탄디올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜(PG), 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 톨루엔 디아민, 디에틸 톨루엔 디아민, 페닐 디아민, 디페닐메탄 디아민, 에틸렌 디아민, 사이클로헥산 디아민, 사이클로헥산 디메탄올, 레조르시놀, 비스페놀 A, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 1,2,6-헥산트리올, 펜타에리스리톨 및 이의 조합을 포함한다.

다른 적합한 폴리에테르 폴리올은 폴리에테르 디올 및 트리올, 예를 들어 폴리옥시프로필렌 디올 및 트리올, 및 에틸렌 및 프로필렌 산화물을 2- 또는 3기능성 개시제에 동시에 또는 순차적으로 첨가함으로써 수득되는 폴리(옥시에틸렌-옥시프로필렌) 디올 및 트리올을 포함한다. 폴리올이 블록 공중합체, 랜덤/블록 공중합체 또는 랜덤 공중합체일 수 있는 폴리올 성분의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 90 중량%의 옥시에틸렌 함량을 갖는 공중합체가 또한 사용될 수 있다. 또 다른 적합한 폴리에테르 폴리올은 테트라하이드로퓨란의 중합에 의해 수득되는 폴리테트라메틸렌 글리콜을 포함한다.

적합한 폴리에스테르 폴리올은 다가 알코올, 예를 들어, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 1,4-부탄디올, 네오펜틸글리콜, 1,6-헥산디올, 사이클로헥산 디메탄올, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 펜타에리스리톨 또는 폴리에테르 폴리올 또는 이러한 다가 알코올의 혼합물과 폴리카르복실산, 특히 디카르복실산 또는 이의 에스테르 형성 유도체, 예를 들어 숙신산, 글루타르산 및 아디프산 또는 이의 디메틸 에스테르 세바크산, 프탈산 무수물, 테트라클로로프탈산 무수물 또는 디메틸 테레프탈레이트 또는 이의 혼합물의 하이드록시 종결 반응 생성물을 포함하지만, 이로 제한되지는 않는다. 락톤, 예를 들어 카프로락톤의 폴리올과의 중합 또는 하이드록시 카르복실산, 예를 들어 하이드록시 카프로산의 중합에 의해 수득된 폴리에스테르 폴리올이 또한 사용될 수 있다.

적합한 폴리에스테르아미드 폴리올은 아미노알코올, 예를 들어 에탄올아민을 폴리에스테르화 혼합물에 포함시킴으로써 수득될 수 있다. 적합한 폴리티오에테르 폴리올은 티오디글리콜을 단독으로 또는 다른 글리콜, 알킬렌 산화물, 디카르복실산, 포름알데히드, 아미노알코올 또는 아미노카르복실산과 축합하는 것에 의해 수득된 생성물을 포함한다. 적합한 폴리카르보네이트 폴리올은 디올, 예를 들어 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 디에틸렌 글리콜 또는 테트라에틸렌 글리콜을 디아릴 카르보네이트, 예를 들어 디페닐 카보네이트, 또는 포스겐과 반응시키는 것에 의해 수득된 생성물을 포함한다. 적합한 폴리아세탈 폴리올은 글리콜, 예를 들어 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜 또는 헥산디올을 포름알데히드와 반응시키는 것에 의해 제조된 것을 포함한다. 다른 적합한 폴리아세탈 폴리올은 또한 환형 아세탈을 중합시키는 것에 의해 제조될 수 있다. 적합한 폴리올레핀 폴리올은 하이드록시-종결 부타디엔 동종중합체 및 공중합체를 포함하고, 적합한 폴리실록산 폴리올은 폴리디메틸실록산 디올 및 트리올을 포함한다.

적합한 폴리올의 구체적인 예는 PLURACOL®의 상표명으로 BASF Corporation상용 가능으로부터 상업적으로 입수 가능한다. 이소시아네이트-반응성 성분은 2개 이상의 상기 언급된 폴리올의 임의의 조합을 포함할 수 있음을 인지해야 한다.

중합체 폴리올을 사용하는 특정 실시형태에서, 중합체 폴리올은 그래프트 폴리올이다. 그래프트 폴리올은 또한 그래프트 분산 폴리올 또는 그래프트 중합체 폴리올로 지칭될 수 있다. 그래프트 폴리올은 보통 하나 이상의 비닐 단량체, 예를 들어 스티렌 단량체 및/또는 아크릴로니트릴 단량체와 거대단량체(macromer)를 폴리올, 예를 들어 폴리에테르 폴리올에서 동일계 중합(in-situ polymerization)으로 인해 수득된 생성물, 즉, 중합체 입자를 포함한다. 일 실시형태에서, 이소시아네이트-반응성 성분은 스티렌-아크릴로니트릴(SAN) 그래프트 폴리올이다.

다른 실시형태에서, 중합체 폴리올은 폴리우레아계(PHD: polyharnstoff) 폴리올, 폴리이소시아네이트 다중부가(PIPA) 폴리올 및 이의 조합으로부터 선택된다. 이소시아네이트-반응성 성분은 상기 언급된 중합체 폴리올의 임의의 조합을 포함할 수 있음을 인지해야 한다. PHD 폴리올은 통상적으로 폴리올에서 디이소시아네이트의 디아민과의 동일계 반응으로 인해 생성되어 안정적인 폴리우레아 입자 분산액을 제공한다. PIPA 폴리올은 상기 분산액이 디아민 대신 알카노아민과 디이소시아네이트의 동일계 반응에 의해 생성되어 폴리올 내 폴리우레탄 분산액을 제공하는 것을 제외하고 PHD 폴리올과 유사하다. 본 물품은 중합체 폴리올을 제조하는 임의의 특정 방법에 제한되지 않는다.

사용되는 경우, 중합체 폴리올은 구체적으로는 본 물품이 일단 형성되면 이에 특정한 정도의 발수성을 부여하는 것에 의해 사이징제(sizing agent) 대체물, 예를 들어 사이징 왁스 또는 왁스 사이징제 대체물로서의 역할을 할 수 있다. 예를 들어 파라핀은 OSB 및 OSL 응용 분야에 대한 보편적인 왁스 사이징제이다. 특정 실시형태에서, 본 물품은 실질적으로 왁스 성분, 예를 들어 파라핀이 없다. "실질적으로 없는"이란, 이들 양태에서 왁스 성분이 통상적으로 리그노셀룰로오스 단편의 100 중량부를 기준으로 약 5 이하, 약 2.5 이하, 약 1.5 이하 또는 거의 0 또는 0 중량부, 또는 이들 사이의 임의의 하위 범위의 양으로 존재하는 것을 의미한다. 특정 실시형태에서, 본 물품은 왁스 성분이 전혀 없다.

중합체 폴리올이 발수성을 부여할 수 있는 한 방법은 리그노셀룰로오스 단편의 표면을 적어도 일부 코팅함으로써 상기 표면의 표면 장력을 감소시키는 것이다. 중합체 폴리올이 발수성을 부여하는 다른 방법은 중합체 폴리올을 리그노셀룰로오스 단편 내부 및 이들 사이 모세관에 적어도 일부 충전시킴으로써 물의 모세관 흡수 장벽을 제공하는 것이다. 또한, 중합체 폴리올은 반응 생성물을 형성하기 위한 경화 동안 또는 이후에 본 물품 내부, 예를 들어 접착제 내부에 마이크로- 및/또는 나노-균열 형성이 형성되는 것을 감소시키는 것으로 여겨진다. 또한 추가로, 이러한 균열이 리그노셀룰로오스 단편에 이미 존재하는 경우, 중합체 폴리올은 모세관에 대한 기재에서와 같이 이러한 균열을 적어도 일부 충전시킨다. 물의 차단 및 균열의 충전은 본 물품이 사용 동안 수분에 노출되는 경우 층간 분리 및 팽윤 문제를 감소시키는 것으로 여겨진다. 이러한 "충전"은 대개는 중합체 폴리올의 중합체 입자로 인해 일어나는 것으로 또한 여겨진다.

다양한 실시형태에서, 중합체 폴리올은 연속상 및 불연속상을 포함한다. 중합체 폴리올의 연속상은 이소시아네이트 성분과 일반적으로 혼화성이 아니어서, 반응기, 예를 들어 하이드록시(OH)기를 갖는 중합체 입자의 증가된 피복(coverage)을 제공한다. 이러한 반응기는 반응기가 일단 반응되고 나서 본 물품에 가교를 추가로 부여할 수 있다. 중합체 입자는 하기에서 추가로 기재된다.

특정 실시형태에서, 중합체 폴리올의 폴리올은 소수성 폴리올이다. 구체적인 실시형태에서, 상기 폴리올은 소수성 폴리에테르 폴리올이다. 다른 구체적인 실시형태에서, 상기 폴리올은 소수성 폴리에스테르 폴리올이다. 소수성 폴리올은 알킬렌 산화물을 포함한다. 이들 실시형태에서, 소수성 폴리올은 통상적으로 소수성 폴리올의 알킬렌 산화물의 100 중량부를 기준으로 약 0 내지 약 50, 약 2 내지 약 20 또는 약 5 내지 약 15 중량부 또는 이들 사이의 임의의 하위 범위의 에틸렌 산화물(EO)을 갖는다. 다른 실시형태에서, 소수성 폴리올은 통상적으로 상기 알킬렌 산화물의 100 중량부를 기준으로 적어도 60, 적어도 70 또는 적어도 80 중량부 또는 이들 사이의 임의의 하위 범위의 프로필렌 산화물(PO)를 갖는다. 따라서, 이들 실시형태에서, 소수성 폴리올은 프로필렌 산화물이 풍부한 폴리올이며 상기 소수성 폴리올에 소수성을 부여함으로써 본 물품에 소수성을 추가로 부여한다.

특정 실시형태에서, 소수성 폴리올의 알킬렌 산화물은 EO와 PO의 혼합물을 포함한다. 다른 실시형태에서, 소수성 폴리올의 알킬렌 산화물은 오직 PO이고, 즉, 소수성 폴리올은 EO와 같은 다른 알킬렌 산화물을 포함하지 않는다. 특정 실시형태에서, 소수성 폴리올은 당업계에서 알려진 다른 유형의 알킬렌 산화물, 예를 들어 부틸렌 산화물(BO)을 PO와 조합하여 그리고 선택적으로 EO와 조합하여 포함한다. 소수성 폴리올의 알킬렌 산화물은 다양한 배열, 예를 들어 랜덤(이종(heteric)) 배열, 블록 배열, 캡핑된 배열(capped configuration) 또는 이의 조합으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 소수성 폴리올은 EO와 PO의 이종 혼합물을 포함한다.

특정 실시형태에서, 소수성 폴리올은 EO로 말단이 캡핑된다. 소수성 폴리올은 통상적으로 소수성 폴리올의 100 중량부를 기준으로 약 5 내지 약 25, 약 5 내지 약 20 또는 약 10 내지 약 15 중량부 또는 이들 사이의 임의의 하위 범위의 EO를 갖는다. 특정 실시형태에서, EO는 오직 말단 에틸렌 산화물 캡에서만 존재할 수 있지만, 다른 실시형태에서, EO는 또한 PO 및 선택적으로 다른 알킬렌 산화물, 예를 들어 BO와 함께 소수성 폴리올의 알킬렌 산화물에 존재할 수 있다. 일반적으로, 소수성 폴리올의 PO 함량이 증가하는 것이 본 물품에 증가된 소수성을 부여하기 위해 바람직한 것으로 생각된다.

적합한 소수성 폴리올은 글리세린-개시, 트리메틸올프로판-개시, 프로필렌 글리콜-개시 및 수크로오스-개시 폴리에테르 폴리올 및 이의 조합을 포함하지만, 이로 제한되지는 않는다. 일 실시형태에서, 소수성 폴리올은 글리세린-개시 폴리에테르 폴리올이다. 소수성 폴리올의 알킬렌 산화물은 일반적으로 소수성 폴리올의 각각의 개시제 부분으로부터 연장된다.

그래프트 폴리올의 불연속상은 중합체 입자를 포함한다. 마이크로- 및/또는 나노-균열이 리그노셀룰로오스 단편에 존재하는 경우, 중합체 폴리올의 불연속상의 중합체 입자는 이들 균열을 적어도 일부 충전시키는 것으로 여겨진다. 중합체 입자는 일반적으로 이의 거대단량체 성분으로 인해 크기가 크고, 즉, 중합체 입자는 마이크로미터 또는 더 큰 치수, 예를 들어, 마이크로미터 또는 더 큰 직경을 갖는다. 특정 실시형태에서, 중합체 입자는 약 0.1 내지 약 10 μm, 대안적으로 약 0.1 내지 약 1.5 μm 또는 이들 사이의 임의의 하위 범위 범위의 평균 직경을 갖는다. 다른 실시형태에서, 중합체 입자는 0.1 μm 미만의 평균 직경을 가져서 나노-중합체 입자를 갖는 중합체 폴리올을 제공한다. 물의 차단 및 균열의 충전은 본 물품이 보관 또는 사용 동안 수분에 노출되는 경우 층간 분리 및 팽윤 문제를 감소시킨다. 균열을 충전하는 것 외에, 특정 실시형태에서, 중합체 입자는 이소시아네이트 성분과 반응성이어서 본 물품의 내부 결합(IB) 강도를 증가시킬 수 있다. 중합체 입자는 통상적으로 스티렌, 예를 들어 알파-메틸 스티렌, 아크릴로니트릴, 아크릴산 및 메타크릴산의 에스테르, 에틸렌계 알릴 불포화 니트릴, 아민, 아미드 및 이의 조합으로부터 선택된 단량체의 반응 생성물을 포함한다. 특정 실시형태에서, 중합체 입자는 중합체 입자의 화학적 혼입을 허용하는 거대단량체, 예를 들어 불포화를 갖는 폴리올의 추가적인 반응을 포함한다. 이들 실시형태에서, 중합체 입자는 이소시아네이트 성분과 반응할 수 있는 중합체 입자에 부착된 반응기, 예를 들어 OH기로 인해 본 물품에 가교를 부여할 수 있는 것으로 여겨진다. 중합체 입자, 예를 들어 스티렌 및 아크릴로니트릴 단량체로부터 생성된 중합체 입자는 이들의 특정 화학적 구성에 따라 "핫 멜트(hot melt)" 접착제로서 역할을 할 수 있는 것으로 여겨진다.

일 실시형태에서, 중합체 입자는 스티렌 단량체와 아크릴로니트릴 단량체의 반응 생성물인 스티렌 아크릴로니트릴(SAN) 공중합체를 포함한다. 통상적으로, 상기 SAN 공중합체는 약 30:70 내지 약 70:30, 약 40:60 내지 약 60:40, 약 45:55 내지 약 60:40, 약 50:50 내지 약 60:40 또는 약 55:45 내지 약 60:40 또는 이들 사이의 임의의 하위 범위의 스티렌 대 아크릴로니트릴의 중량비를 갖는다. 일 실시형태에서, 상기 SAN 공중합체는 약 66.7:33.3의 스티렌 대 아크릴로니트릴의 중량비를 갖는다. 다른 실시형태에서, 중합체 입자는 아민 단량체와 이소시아네이트(NCO)기, 예를 들어 디이소시아네이트의 NCO기의 반응 생성물인 우레아이다. 또 다른 실시형태에서, 중합체 입자는 알코올 단량체와 이소시아네이트(NCO)기, 예를 들어 디이소시아네이트의 NCO기의 반응 생성물인 우레탄이다.

통상적으로, 중합체 입자는 중합체 폴리올의 100 중량부를 기준으로 약 5 내지 약 70, 약 15 내지 약 55 또는 약 25 내지 약 50 중량부 또는 이들의 임의의 하위 범위의 양으로 중합체 폴리올에 존재한다. 일 실시형태에서, 중합체 입자는 그래프트 폴리올의 100 중량부를 기준으로 약 65 중량부의 양으로 중합체 폴리올에 존재한다. 일반적으로, 중합체 입자의 양이 증가함에 따라 본 물품의 발수성이 증가된다.

중합체 폴리올은 통상적으로 약 400 내지 약 20,000, 약 500 내지 약 10,000, 약 600 내지 약 5,000 또는 약 700 내지 약 3,000 또는 이들의 임의의 하위 범위의 분자량을 갖는다. 일 실시형태에서, 중합체 폴리올은 약 730의 분자량을 갖는다. 다른 실시형태에서, 중합체 폴리올은 약 3,000의 분자량을 갖는다.

다른 적합한 중합체 폴리올 및 이를 제조하는 방법은 Grace 등의 미국 특허 제4,522,976호; Mente 등의 미국 특허 제5,093,412호; Wujcik 등의 미국 특허 제5,179,131호; Huang 등의 미국 특허 제5,223,570호; Heinemann 등의 미국 특허 제5,594,066호; Kratz 등의 미국 특허 제5,814,699호; Falke 등의 미국 특허 제6,034,146호; Falke 등의 미국 특허 제6,103,140호; Chang 등의 미국 특허 제6,352,658호; Harrison 등의 미국 특허 제6,432,543호; Lorenz 등의 미국 특허 제6,472,447호; Harrison 등의 미국 특허 제6,649,107호; 및 Adkins 등의 미국 특허 제7,179,882호에 기재된 것을 포함하고, 이는 본원에 다양한 비-제한적 실시형태에서 인용되어 포함된다.

적합한 중합체 폴리올의 구체적인 예는 상표명 PLURACOL®, 예를 들어 PLURACOL® 1365, PLURACOL® 4600, PLURACOL® 4650, PLURACOL® 4800, PLURACOL® 4815, PLURACOL® 4830 및 PLURACOL® 4850 그래프트 폴리올로 BASF Corporation으로부터 상업적으로 입수 가능하다. 특정 실시형태에서, 이소시아네이트-반응성 성분은 PLURACOL® 4650을 포함한다. 다른 실시형태에서, 이소시아네이트-반응성 성분은 PLURACOL® 2086 및/또는 PLURACOL® 593이다. 이소시아네이트-반응성 성분은 상기 언급된 중합체 폴리올의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 중합체 폴리올에 대한 상세한 정보는 문헌[THE POLYURETHANES HANDBOOK (David Randall & Steve Lee eds., John Wiley & Sons, Ltd. 2002)]의 제104면 내지 제105면에 기재되어 있고, 이는 그 전체 내용이 본원에 다양한 비-제한적 실시형태에서 포함된다.

사용되는 경우, 중합체 폴리올은 통상적으로 예를 들어 중합체 폴리올을 리그노셀룰로오스 단편에 적용하기 위해 중합체 폴리올을 분사, 연무화 및/또는 분무하는 것에 의한 중합체 폴리올의 리그노셀룰로오스 단편에의 특정한 적용에 적합한 점도를 갖는다. 통상적으로, 중합체 폴리올은 ASTM D2196에 따라 25℃에서 약 100 내지 약 10,000, 약 500 내지 약 5,000 또는 약 500 내지 약 3,000 cps 또는 이들 사이의 임의의 하위 범위의 점도를 갖는다. 적용 기술과 상관없이, 중합체 폴리올의 점도는 리그노셀룰로오스 단편을 적절하게 코팅하기에 충분해야 한다.

사용되는 경우, 중합체 폴리올은 통상적으로 접착제 시스템의 100 중량부를 기준으로 약 5 내지 약 40, 약 10 내지 약 30 또는 약 15 내지 약 25 중량부 또는 이들 사이의 임의의 하위 범위의 양으로 사용된다. 이소시아네이트-반응성 성분은 상기 언급된 폴리올, 중합체 입자 및/또는 중합체 폴리올 유형의 임의의 조합을 포함할 수 있다.

이소시아네이트 성분이 결합제 성분으로 사용되는 경우, 접착제 시스템은 중합체 폴리올의 폴리올과는 상이한 보조 폴리올을 추가로 포함할 수 있다. 보조 폴리올로 사용하기에 적합한 폴리올은 이소시아네이트-종결 전구중합체에서 기재된 바와 같다. 보조 폴리올은 다양한 목적을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, (중합체 폴리올의 폴리올 대비) 보다 높은 기능성을 갖는 보조 폴리올은 이소시아네이트 성분과의 반응을 위한 추가적인 반응기를 제공하기 위해 사용될 수 있거나, 보조 폴리올은 접착제 시스템의 점도를 증가 또는 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 보조 폴리올은 다양한 양으로 사용될 수 있다.

결합제 성분의 제2 실시형태에서, 접착제 시스템의 결합제 성분은 UF 수지, 페놀 포름알데히드(PF) 수지 또는 멜라민 UF(MUF) 수지 또는 이의 조합을 포함한다. PF 수지는 당업계의 임의의 유형일 수 있다. 마찬가지로, UF 수지는 당업계의 임의의 유형의 UF 수지 또는 멜라민 UF 수지일 수 있다. UF 수지 및 멜라민 UF 수지의 적합한 등급은 다수의 공급업체, 예를 들어 오리건주 스프링필드 소재의 Hexion Specialty Chemicals Inc.로부터 상업적으로 입수 가능하다. 적합한 UF 수지의 구체적인 예는 Hexion으로부터의 Casco-Resin F09RFP이다.

결합제 성분의 제3 실시형태에서, 접착제 시스템의 결합제 성분은 콩-기반 접착제이다. 콩-기반 접착제는 통상적으로 개질될 수 있거나 개질될 수 없는 콩가루를 포함한다. 콩-기반 접착제는 분산액의 형태일 수 있다. 콩은 다양한 기능기, 예를 들어 라이신, 히스티딘, 아르기닌, 티로신, 트립토판, 세린 및/또는 시스테인을 가질 수 있다. 존재하는 경우, 각각의 기는 콩 자체를 기준으로 약 1 중량% 내지 약 8 중량%의 범위일 수 있다. 특정 실시형태에서, 콩가루는 예를 들어 PF, UF, pMDI 등과 공중합될 수 있다. 적합한 콩-기반 접착제는 문헌[Wood adhesives 2005: Nov. 2-4, 2005 . . . San Diego, Calif., USA. Madison, Wis.: Forest Products Society, 2005: ISBN: 1892529459: pages 263-269]에 기재되어 있고, 이는 그 전체 내용이 다양한 비-제한적 실시형태에서 인용되어 포함된다.

특정 실시형태에서, 콩-기반 접착제는 폴리아미도아민-에피-클로로하이드린(PAE) 수지 및 콩 접착제의 조합을 포함한다. PAE 수지 및 콩 접착제는 통상적으로 콩 접착제가 PAE 수지의 양 대비 더 많은 양으로 존재하는 다양한 비율로 사용될 수 있다. 적합한 등급의 PAE 및 콩 접착제는 예를 들어 Hercules® PTV D-41080 수지(PAE) 및 PTV D-40999 콩 접착제로 Hercules Incorporated of Wilmington, Del.로부터 상업적으로 입수 가능하다. 일 실시형태에서, 결합제 성분은 상기 언급된 PAE 수지 및 콩 접착제의 조합을 포함한다.

통상적으로, 예를 들어 OSB, PB, 스크림버 또는 MDF 응용 분야에서 결합제 성분은 리그노셀룰로오스 단편의 100 중량부를 기준으로 약 1 내지 약 25, 약 1 내지 약 20, 약 1 내지 약 15, 약 2 내지 약 10, 약 5 내지 약 15, 약 5 내지 10 또는 약 5 내지 12 중량부 또는 이들 사이의 임의의 하위 범위의 양으로 사용된다.

특정 실시형태에서, 이소시아네이트 성분은 리그노셀룰로오스 단편의 100 중량부를 기준으로 약 1.4 내지 약 10.5, 2 내지 약 3, 약 2.25 내지 약 2.75 또는 약 2.5 중량부 또는 이들 사이의 임의의 하위 범위의 양으로 사용된다. 다른 실시형태에서, UF, PF 및/또는 MUF 수지는 리그셀룰로오스 단편의 100 중량부를 기준으로 약 5 내지 약 10, 약 5 내지 약 12 또는 약 5 내지 약 15 중량부 또는 이들 사이의 임의의 하위 범위의 양으로 사용된다. 다른 실시형태에서, 콩-기반 접착제는 리그노셀룰로오스 단편의 100 중량부를 기준으로 약 7 내지 약 8 중량부 또는 이들 사이의 임의의 하위 범위의 양으로 사용된다. 일반적으로, 결합제 성분이 너무 적게 사용되는 경우, 수득된 물품은 상업적으로 성공하기 위해 필요한 물리적 특성을 갖지 않는다. 마찬가지로, 결합제 성분이 너무 많이 사용되는 경우, 물품을 제조하는 비용이 일반적으로 이러한 양의 결합제 성분을 사용하는 것으로 인해 부여된 임의의 이익을 초과하여 증가한다.

접착제 시스템은 또한 촉매 성분을 포함하여 본 물품이 복수의 리그노셀룰로오스 단편 상에 배치된 촉매 성분을 추가로 포함하도록 한다. "상에 배치된"이란, 촉매 성분이 적어도 일부의 리그노셀룰로오스 단편과 접촉하는 것을 의미한다. 본 물품의 다양한 형태, 예를 들어 습윤/비경화 상태 내지 건조/경화 상태가 제조 동안 존재할 수 있음을 인지해야 한다. "습윤" 형태의 본 물품는 또한 매스, 퍼니시(furnish) 또는 매트로 지칭될 수 있는 반면; "건조" 형태는 일반적으로 본 물품의 최종 형태, 예를 들어 PB, OSB 등이다. 본 물품의 최종 형태는 일부 잔류하는 수분 함량을 가질 수 있음을 인지해야 한다. 촉매 성분은 일반적으로 반응 생성물의 생성 동안 존재한다. 촉매 성분은 리그노셀룰로오스 단편 상에 적용(예를 들어 분무에 의해) 될 수 있거나, 리그노셀룰로오스 단편과 결합(예를 들어 혼합기에서)될 수 있거나 둘 모두일 수 있다. 대안적으로, 촉매는 리그노셀룰로오스 단편과 함께, 또는 이의 적용 또는 이와의 혼합물로부터 별도로 컨베이어 밸트 또는 다른 가공 장치 상에서 직접 분무될 수 있다.

촉매 성분은 이미다졸을 포함하거나 이미다졸이다. 이미다졸은 화학식 C₃N₂H₄의 유기 화합물이다. 촉매는 이미다졸 이외에 담체 또는 용매, 예를 들어 물을 추가로 포함한다. 이러한 촉매는 다양한 양으로 사용될 수 있다. 특정 실시형태에서, 촉매는 수용액 중의 이미다졸을 포함한다.

촉매는 이소시아네이트(예를 들어, MDI, pMDI 등)의 양성자 공여 물질, 예를 들어 물, 폴리올 및/또는 폴리아민과의 반응을 보다 빠른 속도로 일어나도록 하는 것으로 여겨진다. 예로서 물과 MDI/pMDI 사이의 반응은 폴리우레아 연결을 생성한다. 또 다른 예는 예를 들어 하나 이상의 폴리올이 사용되는 경우 폴리우레탄 연결의 생성이다. 이러한 반응(들)은 본 물품의 형성을 위한 속도 결정 단계일 수 있다. 하기에서 추가로 기재되는 바, 접착제 시스템 내 이미다졸의 포함은 또한 접착제 시스템의 성분들의 반응을 촉진함으로써 본 물품의 제조를 위한 보다 짧은 압착 시간이 가능하도록 한다. 이미다졸은 본 물품을 형성하기 위해 필요한 촉매 성분의 총량을 낮추는 데 유용할 수 있는 것으로 또한 생각된다.

통상적으로, 결합제 성분 및 촉매 성분은 리그노셀룰로오스 단편의 100 중량부를 기준으로 약 1 내지 약 25, 약 1 내지 약 15, 약 1 내지 약 10 또는 약 3 내지 약 10 중량부 또는 이들 사이의 임의의 하위 범위의 조합된 양으로 본 물품에 사용된다. "조합된 양"이란, 결합제 성분 및 촉매 성분 각각이 양수의 양, 즉, 리그노셀룰로오스 단편의 100 중량부를 기준으로 영(0) 중량부 초과의 양으로 본 물품에 개별적으로 사용되는 것을 의미한다. 결합제 성분 및 촉매 성분은 다양한 중량비로 본 물품에 사용될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 이 비율은 0.1:1 내지 1:0.1이다. 다른 실시형태에서, 이 비율은 약 1:1이다. 다른 선택적인 성분, 예를 들어 첨가제 성분이 또한 본 물품을 형성하기 위해 사용될 수 있음을 인지해야 한다. 관련 실시형태에서, 접착제 시스템은 상기 물품의 100 중량부를 기준으로 약 1 내지 약 15 중량부 또는 약 1 내지 약 25 중량부 또는 이들 사이의 임의의 하위 범위의 양으로 사용된다.

특정 실시형태에서, 접착제 시스템은 MDI 및 수용액 중의 이미다졸을 포함한다. 추가적인 실시형태에서, 접착제 시스템은 본질적으로 MDI 및 수용액 중의 이미다졸로 구성된다. 또 다른 추가적인 실시형태에서, 접착제 시스템은 MDI 및 수용액 중의 이미다졸로 구성된다. 다른 관련 실시형태에서, MDI는 전체 또는 일부가 pMDI로 대체된다. 이들 실시형태에서, 물은 MDI/pMDI와 반응하여 반응 생성물을 생성한다. 물은 결합제 및 촉매 성분 이외에 예비-경화 접착제 시스템의 일부(즉, 물은 의도적으로 첨가/사용됨)일 수 있고/있거나 리그노셀룰로오스 단편과 함께 이미 존재할 수 있다(예를 들어 수분으로서, 그 상에 미리 분사되었음 등). 다른 관련 실시형태에서, 접착제 시스템은 TAP 및 MDI/pMDI 이외에 폴리올, 예를 들어 중합체 폴리올을 추가로 포함한다. 다른 성분, 예를 들어 첨가제 성분이 또한 존재할 수 있다. 수용액 중의 이미다졸 및 MDI/pMDI는 임의의 중량비로 사용될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 이 비율은 0.1:1 내지 1:0.1이다. 다른 실시형태에서, 이 비율은 약 1:1이다.

특정 실시형태에서, 촉매 성분은 수용액 중의 이미다졸을 포함한다. 다양한 실시형태에서, 상기 용액 내 고체의 중량%(또는 이미다졸의 중량%)는 0% 초과 내지 약 40%이다. 다른 실시형태에서, 상기 용액 내 고체의 중량%(또는 이미다졸의 중량%)는 0% 초과 내지 약 20%이다. 바람직하게는, 상기 용액 내 고체의 중량%(또는 이미다졸의 중량%)는 약 10% 내지 약 20%이다.

특정 실시형태에서, 리그노셀룰로오스 단편 대비 이미다졸의 총 중량은 0% 초과 내지 약 0.50%이다. 다른 실시형태에서, 리그노셀룰로오스 단편 대비 이미다졸의 총 중량은 0% 초과 내지 약 0.25%이다. 바람직하게는, 리그노셀룰로오스 단편 대비 이미다졸의 총 중량은 약 0.12% 내지 약 0.25%이다.

결합제 성분 및 촉매 성분은 다양한 수단, 예를 들어, 철도 차량, 대형 선박, 대형 드럼 및 컨테이너 또는 소형 드럼, 토트(tote) 및 키트로 사용을 위해 소비자에게 공급될 수 있다. 예를 들어 하나의 드럼은 결합제 성분을 함유할 수 있고 또 다른 드럼은 촉매 성분을 함유할 수 있다. 일반적으로, 상기 성분들을 개별적으로 소비자에게 제공하는 것이 상기 성분들의 조기의 잠재적인 반응을 감소시키고, 접착제를 생성하기 위한 제형의 유동성 증가를 제공한다. 예를 들어, 소비자는 특정 결합제 성분 및 특정 촉매 성분 및 이의 양을 선택하여 이로부터 형성된 물품을 제조할 수 있다. 첨가제 성분과 같은 다른 성분, 예를 들어 촉매 성분이 사용되는 경우, 이러한 성분은 하나 이상의 결합제 성분 또는 촉매 성분과 별도로 또는 미리 혼합되어 제공될 수 있다.

접착제 시스템은 첨가제 성분을 추가로 포함할 수 있다. 사용되는 경우, 첨가제 성분은 통상적으로 이형제, 사이징제, 촉매, 충전제, 난연제, 가소제, 안정화제, 가교제, 쇄-연장제, 쇄-종결제, 공기 방출제, 습윤제, 표면 개질제, 발포 안정화제, 수분 스캐빈저(moisture scavenger), 건조제, 점도 감소제, 강화제, 염료, 안료, 착색제, 산화 방지제, 상용화제, 자외선 안정화제, 요변화제, 노화 방지제, 윤활제, 커플링제, 용매, 유동 촉진제(rheology promoter), 접착 촉진제, 증점제, 발연 억제제, 대전 방지제, 항균제, 살진균제, 살곤충제 및 이의 조합으로부터 선택된다. 첨가제 성분은 다양한 양으로 사용될 수 있다.

다른 적합한 첨가제는 Kruesemann 등의 미국 특허출원공개 US 2006/0065996호에 기재된 것을 포함하고, 이는 그 전체 내용이 본원에 다양한 비-제한적 실시형태에서 인용되어 포함된다. 첨가제 성분은 상기 언급된 첨가제 중 임의의 조합을 포함할 수 있다.

일 실시형태에서, 첨가제 성분은 주석 촉매를 포함한다. 적합한 주석 촉매는 유기 카르복실산의 주석(II) 염, 예를 들어 주석(II) 아세테이트, 주석(II) 옥토에이트, 주석(II) 에틸헥사노에이트 및 주석(II) 라우레이트를 포함한다. 일 실시형태에서, 유기금속계 촉매는 유기 카르복실산의 디알킬주석(IV) 염인 디부틸주석 디라우레이트를 포함한다. 적합한 유기금속계 촉매, 예를 들어 티부틸주석 디라우레이트의 구체적인 예는 상표명 DABCO®로 펜실베니아주 앨런타운 소재 Air Products and Chemicals, Inc.로부터 상업적으로 입수 가능하다. 유기금속계 촉매는 또한 유기 카르복실산의 다른 디알킬주석(IV) 염, 예를 들어 디부틸주석 디아세테이트, 디부틸주석 말레에이트 및 디옥틸주석 디아세테이트를 포함한다.

다른 적합한 첨가제의 예는 염화철(II); 염화아연; 납 옥토에이트; 트리스(N,N-디메틸아미노프로필)-s-헥사하이드로트리아진을 포함하는 트리스(디알킬아미노알킬)-s-헥사하이드로트리아진; 테트라메틸암모늄 하이드록사이드를 포함하는 테트라알킬암모늄 하이드록사이드; 나트륨 하이드록사이드 및 칼륨 하이드록사이드를 포함하는 알칼리 금속 하이드록사이드; 나트륨 메톡사이드 및 칼륨 이소프로폭사이드를 포함하는 알칼리 금속 알콕사이드; 및 10 내지 20개의 탄소 원자 및/또는 측면의 OH 기를 갖는 장쇄 지방산의 알칼리 금속염을 포함한다.

다른 적합한 첨가제, 구체적으로는 삼량체화 촉매의 추가적인 예는 N,N,N-디메틸아미노프로필헥사하이드로트리아진, 칼륨, 칼륨 아세테이트, N,N,N-트리메틸 이소프로필 아민/포름에이트 및 이의 조합을 포함한다. 적합한 삼량체화 촉매의 구체적인 예는 상표명 POLYCAT®으로 Air Products and Chemicals, Inc.로부터 상업적으로 입수 가능한다.

다른 적합한 첨가제, 구체적으로는 3차 아민 촉매의 또 다른 추가적인 예는 디메틸아미노에탄올, 디메틸아미노에톡시에탄올, 트리에틸아민, N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민, N,N-디메틸아미노프로필아민, N,N,N',N',N"-펜타메틸디프로필렌트리아민, 트리스(디메틸아미노프로필)아민, N,N-디메틸피페라진, 테트라메틸이미노-비스(프로필아민), 디메틸벤질아민, 트리메틸아민, 트리에탄올아민, N,N-디에틸 에탄올아민, N-메틸피롤리돈, N-메틸모르폴린, N-에틸모르폴린, 비스(2-디메틸아미노-에틸)에테르, N,N-디메틸사이클로헥실아민(DMCHA), N,N,N',N',N"-펜타메틸디에틸렌트리아민, 1,2-디메틸이미다졸, 3-(디메틸아미노) 프로필이미다졸 및 이의 조합을 포함한다. 적합한 3차 아민 촉매의 구체적인 예는 상표명 POLYCAT®으로 Air Products and Chemicals, Inc.로부터 상업적으로 입수 가능한다. 첨가제 성분은 다양한 양으로 사용될 수 있다. 첨가제 성분은 상기 언급된 것의 임의의 조합을 포함할 수 있다.

특정 실시형태에서, 본 물품은 UF 수지 및/또는 PF 수지가 실질적으로 없다. "실질적으로 없는"이란, 이들 실시형태에서, UF 수지 및/또는 PF 수지가 본 물품의 100 중량부를 기준으로 약 15 이하, 약 10 이하, 약 5 이하 또는 거의 0 또는 0 중량부 또는 이들 사이의 임의의 하위 범위의 양으로 존재하는 것을 의미한다. 다른 실시형태에서, 본 물폼은 UF 수지 및/또는 PF 수지가 전혀 없다.

특정 실시형태에서, 본 물품은 중합체 입자를 추가로 포함한다. 이들 실시형태에서, 중합체 입자는 일반적으로 리그노셀룰로오스 단편과 함께 섞여 있다. 중합체 입자는 본 물품의 중량을 줄이는 데 유용할 수 있다. 이들 실시형태에서, 접착제 시스템은 일반적으로 리그노셀룰로오스 단편 및 중합체 입자를 결합시키기 위해 리그노셀룰로오스 단편 및 중합체 입자 상에 배치된다.

사용되는 경우, 중합체 입자는 다양한 크기, 분포, 형상 및 형태일 수 있다. 통상적으로, 중합체 입자는 구슬 형태이다. 특정 실시형태에서, 중합체 입자는 팽창된 폴리스티렌 구슬이지만; 중합체 입자는 다양한 열가소성 수지 및/또는 열경화성 수지로부터 생성될 수도 있다. 적합한 중합체 입자의 구체적인 예는 상표명 STYROPOR®로 BASF Corporation으로부터 상업적으로 입수 가능하다. 적합한 중합체 입자의 다른 예는 Schmidt 등의 미국 특허 제8,304,069호에 기재되어 있고, 이는 그 전체 내용이 본원에 다양한 비-제한적 실시형태에서 인용되어 포함된다.

사용되는 경우, 중합체 입자는 리그노셀룰로오스 단편의 100 중량부를 기준으로 약 1 내지 약 30, 약 1 내지 약 20 또는 약 1 내지 약 10 중량부 또는 이들 사이의 임의의 하위 범위의 양으로 사용될 수 있다.

본 물품은 다양한 크기, 형상 및 두께일 수 있다. 예를 들어, 본 물품은 통상적인 복합 물품, 예를 들어 OSB, PB, 스크림버, MDF 빔, 보드 또는 패널을 모방하도록 구성될 수 있다. 본 물품은 또한 다양한 복합 형상, 예를 들어 몰딩, 패시아(fascia), 가구 등일 수 있다. 특정 실시형태에서, 본 물품은 섬유보드, 예를 들어 MDF이다. 다른 실시형태에서, 본 물품은 OSB, 스크림버 또는 OSL이다. 또 다른 실시형태서, 본 물품은 PB이다. 본 물품은 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 물품이 OSB인 경우, 본 물품은 하나의 층, 예를 들어, 코어 층, 2개의 층, 예를 들어 코어 층 및 표면/패시아 층 또는 3개 이상의 층, 예를 들어 코어 층 및 2개의 패시아 층을 포함할 수 있다.

OSB 응용 분야와 같은 특정 실시형태에서, 본 물품은 함께 압축되고 실질적으로 제1 방향으로 배향된 복수의 리그노셀룰로오스 단편의 제1 부분을 포함하는 제1 패시아 층을 갖는다. 본 물품은 제1 패시아 층과 이격되고 평행하며, 함께 압축되고 실질적으로 제1 방향으로 배향된 복수의 리그노셀룰로오스 단편의 제2 부분을 포함하는 제2 패시아 층을 추가로 갖는다. 본 물품은 또한 제1 및 제2 패시아 층 사이에 배치되며, 함께 압축되고 실질적으로 제1 방향과는 상이한 제2 방향으로 배향된 복수의 리그노셀룰로오스 단편의 나머지 부분을 포함하는 코어 층을 추가로 갖는다. 이들 실시형태에서, 복수의 리그노셀룰로오스 단편의 적어도 하나의 부분은 접착제 시스템과 함께 압축된다. 패시아 층은 또한 코어 층과 함께 또는 교대로 접착제 시스템을 포함할 수 있다. 특정 실시형태에서, 코어 층은 리그노셀룰로오스 단편과 함께 중합체 입자를 포함한다. 상기 층들은 상기 층들의 각각의 접착제 시스템에서 사용된 특정한 성분에 따라 상이한 접착제 시스템을 각각 포함할 수 있다. 특정 실시형태에서, 상기 층들, 예를 들어 하나 또는 둘 모두의 패시아 층 중 적어도 하나는 PF 수지를 포함할 수 있다. 상기 층들의 각각은 통상적인 OSB 층에서 접하는 것과 같은 다양한 두께일 수 있다. OSL은 통상적으로 실질적으로 오직 한 방향으로 배향된 리그노셀룰로오스 단편을 갖는다. 예를 들어 접착제 시스템을 사용하는 것에 의해 형성될 수 있는 복합 물품의 다른 유형, 예를 들어 목재 복합체 및 이의 제조 방법은 문헌[THE POLYURETHANES HANDBOOK (David Randall & Steve Lee eds., John Wiley & Sons, Ltd. 2002)]의 제395면 내지 제408면에 기재되어 있고, 이는 그 전체 내용이 본원에 다양한 비-제한적 실시형태에서 인용되어 포함된다.

본 물품은 최초의 두께, 즉, 제조 후 두께, 예를 들어 최종, 즉, 경화된 물품을 형성하기 위해 매트로 압착한 후 두께를 갖는다. 통상적으로, 접착제 시스템으로 인해 본 물품은 ASTM D1037에 따른 24시간의 저온-침지 시험(cold-soak test)을 기준으로 약 10% 미만, 약 5% 미만 또는 약 3% 미만의 팽윤을 나타낸다. 두께는 변동될 수 있지만, 통상적으로 약 0.25 내지 약 10, 약 0.25 내지 약 5 또는 약 0.25 내지 약 1.5 인치 또는 이들 사이의 임의의 하위 범위이다. 보드 또는 패널 외의 복잡한 형상을 설명하는 경우 두께를 설명하는 것은 적합하지 않을 수 있음을 인지해야 한다. 이와 같이, 본 물품은 물품의 최종 형상을 기준으로 다양한 치수일 수 있다.

본 물품은 내부 결합(IB) 강도를 갖는다. 통상적으로, IB 강도는 ASTM D1037에 따라 약 20 초과, 약 30 초과, 약 40 초과, 약 50 초과, 약 60 초과, 약 70 초과, 약 80 초과, 약 90 초과 또는 약 100 초과의 인치제곱당파운드(psi)이다. 특정 실시형태에서, 본 물품은 ASTM D1037에 따라 약 50 내지 약 500, 약 100 내지 약 300 또는 약 150 내지 약 250 psi 또는 이들 사이의 임의의 하위 범위의 IB 강도를 갖는다.

IB 강도는 인장 특성이다. 통상적으로, 통상적인 물품에서 IB 강도가 증가함에 따라 굴곡 특성, 예를 들어 탄성 모듈러스(MOE) 및 파괴 모듈러스(MOR) 변화, 특히 MOE는 일반적으로 IB 강도의 증가에 따라 감소한다.

통상적으로, 본 물품은 ASTM D1037에 따라 75,000 초과, 95,000 초과, 100,000 초과 또는 110,000 psi 초과의 MOE를 갖는다. 통상적으로, 본 물품은 ASTM D1037에 따라 3,000 초과, 3,250 초과, 3,300 초과 또는 3,500 psi 초과의 MOR를 갖는다.

본 물품을 형성하는 방법이 또한 개시된다. 본 물품을 형성하기 위해, 리그노셀룰로오스 단편이 일반적으로 제공된다. 리그노셀룰로오스 단편은 다양한 리그노셀룰로오스 공급원으로부터 유래될 수 있고, 다양한 공정으로부터 형성될 수 있다.

결합제 성분 및 촉매 성분 및 통상적으로 다른 성분, 예를 들어 이소시아네이트-반응성 및/또는 첨가제 성분(들)(이들 모두는 이하에서 간단하게 "본 성분들"로 지칭됨)은 복수의 리그노셀룰로오스 단편에 적용되어 매스를 형성한다. 본 성분들은 리그노셀룰로오스 단편에 동시에 적용될 수 있거나 상이한 시점에서 리그노셀룰로오스 단편에 적용될 수 있다. 일 실시형태에서, 결합제 성분은 촉매 성분 이전에 리그노셀룰로오스 단편에 적용된다. 다른 실시형태에서, 결합제 성분은 촉매 성분 이후에 리그노셀룰로오스 단편에 적용된다. 또 다른 실시형태에서, 결합제 성분 및 촉매 성분은 동시에 리그노셀룰로오스 단편에 적용된다. 예를 들어, 결합제 성분이 리그노셀룰로오스 단편에 적용될 수 있고, 이후에 촉매 성분이 약간의 시간 후에 리그노셀룰로오스 단편에 적용될 수 있거나 반대의 경우일 수 있다. 바람직하게는, 결합제 성분이 적용되기 전에 촉매 성분이 리그노셀룰로오스 단편에 적용된다.

대안적으로, 본 성분들은 동시에, 별도로 및/또는 미리 혼합되어 적용될 수 있다. 일 실시형태에서, 본 성분들은 배합되어 접착제 시스템을 생성하여 접착제 시스템이 리그노셀룰로오스 단편에 적용되도록 한다. 본 성분들은 다양한 방법, 예를 들어 혼합, 텀블링(tumbling), 롤링, 분사, 시트화, 블로우-라인 수지화(blow-line resination), 배합(예를 들어 블로우-라인 배합) 등에 의해 리그노셀룰로오스 단편에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 성분들 및 리그노셀룰로오스 단편은 매스 형성 동안 함께 혼합되거나 분쇄될 수 있고, 하기에서 추가로 기재되는 바와 같이 결합제-리그노셀룰로오스 혼합물 또는 "퍼니시"로도 지칭될 수 있다.

통상적으로, 본 성분들은 분사, 분무 또는 연무화 공정에 의해 리그노셀룰로오스 단편에 적용된다. 결합제 성분 및 촉매 성분이 그 위에 적용된 복수의 리그노셀룰로오스 단편은 이후에 운반체 상에 배치되어 일반적으로 매스를 형성(정의)한다. 매스는 이후 예를 들어 매스를 운반체, 예를 들어 컨베이어 밸트 상에 적하시키는 것에 의해 매트로 형성될 수 있거나, 대안적으로 매트는 운반체 상에서 직접 형성될 수 있고, 즉, 결합제-리그노셀룰로오스 혼합물은 운반체 상에서 직접 형성된다. 즉, 결합제 성분 및 촉매 성분이 그 위에 적용된 복수의 리그노셀룰로오스 단편은 운반체 상에 배열되어 다양한 방식으로 매스를 형성할 수 있다. 매스는 이후 성형기로 공급될 수 있고, 일반적으로 매스를 복수의 리그노셀룰로오스가 운반체 상에 느슨하게 배향된 소정의 폭 및 소정의 두께를 갖는 매트로 형성한다. 매트의 소정의 폭 및 두께는 하기에서 추가로 기재된 바와 같은 본 물품에 대한 소기의 최종 폭 및 두께에 따라 결정된다. 매트는 이후 다양한 형상, 예를 들어 보드 또는 패널로 형성될 수 있거나, 예를 들어 매트를 몰딩 또는 압출하여 본 물품을 형성하는 것에 의해 보다 복잡한 형상으로 형성될 수 있다.

특정 실시형태에서, 본 성분들은 리그노셀룰로오스 단편이 적합한 장비에서 교반되고 있는 동안 리그노셀룰로오스 단편 상에 분사, 분무 및/또는 연무화된다. 분사, 분무 및 연무화는 노즐, 예를 들어 이에 적용되는 각각의 개별 성분에 대한 하나의 노즐 또는 미리 혼합되어 이에 적용되는 2개 이상의 성분을 갖는 노즐의 사용을 통해 수행할 수 있다. 일반적으로 적어도 하나의 노즐이 결합제 성분을 적용하고 적어도 하나의 노즐이 촉매 성분을 적용한다. 리그노셀룰로오스 단편의 피복을 최대화하기 위해, 본 성분들은 일반적으로 리그노셀룰로오스 단편이 회전식 배합기 또는 유사 장치에서 텀블링하고 있는 동안 리그노셀룰로오스 단편 상에 본 성분들의 액적을 분사하거나 본 성분들의 입자를 분무 또는 연무화하는 것에 의해 적용된다. 또 다른 예로서, 리그노셀룰로오스 단편은 적어도 하나, 통상적으로 적어도 2개 또는 3개의 방사 디스크 분무기가 장착된 회전식 드럼 배합기에서 본 성분들로 코팅될 수 있다. 방해판(baffle)을 포함하는 텀블러, 드럼 또는 롤러가 또한 사용될 수 있다. 전단기를 본 성분들에 적용하는 것은 특히 이러한 성분들이 고점도를 갖는 경우 중요하다. 전단력은 리그노셀룰로오스 단편에 대한 본 성분들의 적절한 분포를 수득하기 위해 유용할 수 있고, 본 성분들의 적절한 분무화를 수득하기 위한 특정 노즐 설계에 의해 획득될 수 있다. 리그노셀룰로오스 단편의 본 성분들로의 완벽한 피복은 적절한 결합을 보장하기 위해 당연히 바람직하다. 분무화는 부분적으로 본 성분들의 액적 크기 분포를 기준으로 본 성분들의 리그노셀룰로오스 단편 상에의 분포를 최대화하는 데 유용하다. 통상적으로, 본 성분들은 조기 반응을 방지하기 위해 적용 전에 미리 혼합되지 않는다. 이에 따라, 본 성분들은 조기 반응 및/또는 오염을 방지하기 위해 각각 개별적으로 하나 이상의 노즐을 통해, 통상적으로 성분 당 하나의 노즐에 의해 리그노셀룰로오스 단편 상에 적용된다.

대안적으로, 리그노셀룰로오스 단편은 운반체에 직접 제공될 수 있고, 본 성분들은 예를 들어 분사 또는 시트화에 의해 리그노셀룰로오스 단편에 적용되어 매스를 형성할 수 있다. 예를 들어, 리그노셀룰로오스 단편은 컨베이어 밸트 또는 플레이트 상에 배치될 수 있고, 이후 본 성분들로 분사되어 매스를 형성한다. 또한, 본 성분들의 적어도 하나, 예를 들어 촉매 성분은 미리 리그노셀룰로오스 단편 상에 존재할 수 있고, 접착제 시스템의 나머지 성분(들), 예를 들어 결합제 성분은 이후에 리그노셀룰로오스 단편 및 촉매 성분에 적용되어 매스를 형성할 수 있도록 한다.

리그노셀룰로오스 단편에 적용되어 혼합되는 본 성분들의 양은 사용된 특정 성분, 사용된 리그노셀룰로오스 단편의 크기, 수분 함량 및 유형, 물품의 의도된 용도 및 물품의 소기의 특성을 포함하는 다수의 변수에 따라 결정된다. 수득된 매스는 통상적으로 예를 들어, OSB, PB, 스크림버, MDF 또는 소기의 형상 및 치수의 또 다른 물품으로 압축되는 단일 또는 다층 매트로 형성된다. 매스는 또한 예를 들어 매스를 몰딩 또는 압출하는 것에 의해 보다 복잡한 형상으로 형성될 수 있다.

매트는 임의의 적합한 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 매스는 순환 벨트 또는 컨베이어 상에서 움직이는 플레이트형 운반대(carriage) 상에 상기 벨트 상부에 이격된 하나 이상의 호퍼로부터 침적될 수 있다. 다층 매트가 형성되는 경우, 운반대가 성형 헤드들 사이에서 움직이면서 매스/퍼니시의 개별 층을 성공적으로 침적시키기 위해 운반대의 폭으로부터 연장된 분배 또는 성형 헤드를 각각 갖는 복수의 호퍼가 사용된다. 매트 두께는 리그노셀룰로오스 단편의 크기 및 형상, 매트를 형성하는 데 사용된 특정 기술, 최종 물품의 소기의 두께 및 밀도, 및 압착 주기 동안 사용된 압력과 같은 이러한 인자에 따라 달라질 수 있을 것이다. 매트의 두께는 일반적으로 본 물품의 최종 두께의 약 5 배 내지 약 20 배이다. 예를 들어 0.5 인치 두께 및 약 35 lbs/ft³의 최종 밀도의 플레이크보드 또는 파티클보드의 경우, 매트는 일반적으로 처음에는 약 3 인치 내지 약 6 인치 두께일 것이다. 매트의 폭은 일반적으로 본 물품의 최종 폭과 실질적으로 동일하지만; 본 물품의 형상에 따라 최종 폭은 두께에 대한 기재와 유사하게 상기 두께의 일부일 수 있다.

통상적으로, 리그노셀룰로오스 단편은 매스 및 매트에 느슨하게 배향된다. 운반체, 예를 들어 컨베이어 밸트 또는 플레이트가 제공되고, 매스 및 수득된 매트는 운반체 상에 배치된다. 매스는 운반체 상에서 직접 형성될 수 있고/있거나 예를 들어 텀블러에서 형성 후 운반체로 이송될 수 있다. 접착제 시스템은 운반체 상에 있는 동안 매스 내 복수의 리그노셀룰로오스 단편의 배향을 실질적으로 유지시키는 것으로 생각된다. 리그노셀룰로오스 단편의 배향을 유지시키는 접착제 시스템의 경우, 배향이 완벽하게 유지될 필요는 없다. 예를 들어, 약간의 변형은 발생할 수 있다. 일반적으로, 접착제 시스템은 "점착 부여제" 또는 "점질" 접착풀(glue)로서의 역할을 하고, UF 수지 및/또는 PF 수지뿐만 아니라 다른 통상적인 접착제에 대한 대체물 또는 보충 접착제로서 사용될 수 있다. 이에 따라, 접착제 시스템은 점착성 또는 저온-점착성을 갖는다. 저온-점착성은 다양한 방식으로 결정될 수 있다. 예를 들어, "슬럼프(slump)" 시험을 사용할 수 있고, 이는 매스가 가득 충전된 깔때기를 사용하여 깔때기를 이후 표면 상으로 기울여서 제거함으로써 매스(깔때기 형상)가 표면 상에 남도록 한다. 깔때기 형상 매스는 이후 시간이 지남에 따라 형상의 변화, 예를 들어 깔때기 형상 매스의 슬럼핑/붕괴로 인한 각도의 변화가 관찰될 수 있다. 또 다른 예는 "스노우볼(snowball)" 시험으로 지칭되고, 이는 매스를 한 움큼 잡아서 손에서 매스 볼을 제조하여 볼을 위와 아래로 던져서 볼이 부서지는지 측정할 수 있다. 다른 적합한 시험은 ASTM D1037에 기재되어 있다.

매스가 매트로 형성되는 경우, 접착제 시스템은 또한 매트가 운반체 상에 있는 동안 매트의 폭 및 두께를 실질적으로 유지시킨다. 인지될 수 있는 바, 운반체가 예를 들어 운반되는 것에 의해 움직이는 경우, 접착제 시스템은 매트가 진동으로 인해 부서지는 것으로부터 보호한다. 진동은 또한 예를 들어 운반체가 플레이트이고 플레이트가 압착기로 이동되고 있는 경우 발생할 수 있다. 이러한 진동은 리그노셀룰로오스 단편에 배향 문제를 일으킬 수 있어서 감소된 내부 결합(IB) 강도를 초래할 수 있으며 다른 유사한 문제를 발생시킬 수 있다.

본 물품은 통상적으로 승온 및 압력 하에서 매스로부터 형성된 매트를 압축하는 것에 의해 매트로부터 형성된다. 통상적으로, 적어도 압력은 본 물품을 형성하기에 적합한 시간의 양 동안 매트에 적용된다. 열이 또한 통상적으로 적용된다. 이러한 조건은 접착제 시스템의 반응, 특히 적어도 결합제 성분의 반응을 촉진하여 반응 생성물을 생성한다. 점착성을 부여함으로써, 접착제 시스템은 예를 들어 압력이 매트에 적용되는 경우 리그노셀룰로오스 단편이 날아갈 가능성을 감소시킴으로써 매트 내 리그노셀룰로오스 단편의 움직임을 감소시킬 수 있다. 특히, 본 물품을 형성하기 위해 매트에 압력이 가해지는 속도는 통상적인 복합 물품을 형성하기 위해 사용되는 압착 속도 및/또는 압력에 비해 증가될 수 있어서 본 물품의 제조자에게 경제적 이익, 예를 들어 증가된 생산량을 제공한다. 접착제 시스템으로부터 부여된 동일한 점착성은 운반되고 있는 경우와 같이 매트의 이동 동안 유용하다.

통상적으로, 열은 접착제 시스템의 경화를 촉진하기 위해 매트에 적용된다. 압착 온도, 압력 및 시간은 본 물품의 형상, 두께 및 소기의 밀도, 리그노셀룰로오스 단편, 예를 들어 목재 플레이크 또는 톱밥의 크기 및 유형, 리그노셀룰로오스 단편의 수분 함량 및 사용되는 특정 성분에 따라 광범위하게 달라진다. 예를 들어 압착 온도는 약 100℃ 내지 약 300℃의 범위일 수 있다. 최종 복합 물품의 내부 증기의 발생 및 수분 함량의 감소를 소기의 수준 미만으로 최소화하기 위해서, 압착 온도는 통상적으로 약 250℃ 미만 및 가장 통상적으로는 약 180℃ 내지 약 240℃ 또는 이들 사이의 임의의 하위 범위이다. 사용되는 압력은 일반적으로 약 300 내지 약 800 인치제곱당파운드(psi) 또는 이들 사이의 임의의 하위 범위이다. 통상적으로, 압착 시간은 120 내지 900 초 또는 이들 사이의 임의의 하위 범위이다. 사용되는 압착 시간은 접착제가 (실질적으로 반응 생성물을 형성하기 위해서) 적어도 실질적으로 경화되고 소기의 형상, 치수 및 강도의 복합 물품을 제공하기에 충분한 지속 시간이어야 한다. 예를 들어 플레이크보드 또는 PB 패널의 제조의 경우, 압착 시간은 본질적으로 제조되는 복합 물품의 패널 두께에 따라 달라진다. 예를 들어, 압착 시간은 약 0.5 인치 두께의 복합 물품의 경우 일반적으로 약 200초 내지 약 300초이다. 압력은 상기 언급된 임의의 단계에서 추가된 임의의 외부 열없이 사용될 수 있는 것으로 여겨진다. 대안적으로, 외부 열은 상기 언급된 임의의 단계에서 사용된 임의의 외부 압력 없이 사용될 수 있다. 또한, 외부 열 및 압력 모두는 상기 언급된 임의의 단계에서 적용될 수 있다.

본 물품을 형성하기 위한 다른 적합한 방법은 Mente 등의 미국 특허 제6,451,101호; Mente 등의 미국 특허 제6,458,238호; Mente 등의 미국 특허 제6,464,820호; Mente 등의 미국 특허 제6,638,459호; Mente 등의 미국 특허 제6,649,098호; Coleman의 미국 특허 제6,344,165호; Lu 등의 미국 특허 제7,439,280호; 및 Mente의 미국 특허 제8,486,523호; 및 Savino 등의 미국 특허출원공개 US 2005/0242459호에 기재되어 있고, 각각은 본원에 다양한 비-제한적 실시형태에서 명시적으로 포함된다.

임의의 특정 이론에 얽매이거나 제한되지 않는 상태에서, 촉매 성분의 존재는 촉매 성분이 본 물품을 형성하기 위해 사용되지 않는 경우에 요구되는 시간의 양 대비 본 물품을 형성하기 위해 필요한 시간의 양을 감소시키는 것으로 생각된다. 특히, 촉매 성분은 본 물품의 제조 동안 접착제 시스템의 경화 시간을 감소시키는 데 유용한 것으로 생각된다. 이에 따라, 본 물품의 생산량은 증가된 제조 속도, 예를 들어 압착 속도(즉, 보다 짧은 압착 시간)를 통해 증가될 수 있다. 통상의 접착제에 비해, 접착제 시스템 성분의 복수의 리그노셀룰로오스 단편에의 적용의 개선과 같은 다른 제조 이득이 또한 획득될 수 있다.

다양한 실시형태에서, 촉매 성분의 사용은 가공 속도를 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20% 이상으로 증가시킬 수 있다. 가공 속도의 증가는 형성 동안 개발 물품에 가해지는 파괴적 힘의 증가가 만약 존재하는 경우 이의 최소량과 함께 달성될 수 있다. 대안적으로, 촉매 성분의 사용은 개발 물품에 가해지는 파괴적 힘을 감소시킬 수 있다.

본 물품을 예시하는 하기 실시예는 예시를 위한 것이며 본 개시내용을 제한하려는 의도가 아니다.

실시예

비교 물품 및 예시 물품을 제조한다. 상기 물품들은 파티클보드이다. 상기 물품들은 파티클보드(PB)를 제조하는 통상적인 제조 방법을 사용하여 제조하고 제조 방법은 두 물품 사이에 차이를 부여하지 않도록 한다. 상기 물품들에 사용되는 각각의 성분의 양 및 유형은 하기 표 I에 제시되어 있다.

리그노셀룰로오스 단편은 PB를 형성하기 위해 통상적으로 사용되는 형상 및 크기이다. 결합제는 pMDI를 포함하는 이소시아네이트이다. 상기 이소시아네이트는 BASF Corporation으로부터 상업적으로 입수 가능하다. 실시예 1에 사용된 촉매는 수용액 중의 이미다졸이다. 실시예 1은 단지 촉매가 첨가된 점만이 비교예 1과 상이하다. 이들 양은 상기 표 I에서 총량으로 기재되어 있다.

각각의 퍼니시는 배합기에서 성분들을 분사하여 배합함으로써 형성한다. 배합기로의 첨가 순서는 하기와 같다: 리그노셀룰로오스 단편, 결합제 및 촉매(필요한 경우). 각각의 퍼니시는 주위 온도에서 제조한다.

매트를 당업계에서 사용되는 통상적인 온도 및 압력 조건 하에서 표준 PB 형성 장치를 사용하여 압축함으로써 각각의 개별적인 물품을 형성한다. 상이한 압착 시간을 사용하여 하기 표 II에 제시된 바와 같이 각각의 물품을 형성한다. 물품을 형성한 후, 각각의 물품은 층간 분리 또는 다른 결함에 대해 육안으로 검사한다. 물품의 내부 결합(IB) 강도는 ASTM D1037에 따라 결정한다.

IB 강도를 분석하여 결정하기 위해, 파티클 보드를 반으로 절단한다. 이어서, 2" 스트립을 상기 반 중 하나로부터 절단한다. 그 스트립을 이후 8개의 2" 스트립으로 절단하여 IB를 시험한다. 실험실 규모의 보드 크기로부터 수득된 가장자리 효과(예를 들어 밀려남(squeeze out))는 스트립의 궁극적인 IB 수치의 인자로서 작용하는 것으로 생각된다. 예를 들어, 8개의 스트립 중 2개 또는 3개는 8개의 스트립의 나머지보다 더 낮은 수치를 가질 수 있다. 이는 보통 가장자리에서 밀려나는 것에 의해 야기되는 것으로 여겨진다.

전반적으로, 본 개시내용의 물품은 도 1에서 도시되는 바와 같이 비교 물품 보다 적은 압착 시간을 필요로 한다. 특히 140초의 압착 시간에서, 본 개시내용 물품(실시예 1)은 89.356 psi의 IB 강도를 나타냈던 반면, 비교 물품(비교예 1)은 단지 50.12 psi의 IB 강도를 나타냈다.

추가 실시예의 제1 설정

비교 물품 및 예시 물품은 이전에 기재된 바와 같이 제조한다. 상기 물품들에 사용된 각각의 성분의 양 및 유형은 하기 표 II에 제시되어 있다.

결합제는 pMDI를 포함하는 이소시아네이트이다. 상기 이소시아네이트는 BASF Corporation으로부터 상업적으로 입수 가능하다. 실시예 2 내지 4에서 사용된 촉매는 수용액 중의 이미다졸이다. 실시예 2 내지 4는 리그노셀룰로오스 단편에 적용된 촉매의 양이 다르지만, 이미다졸 양은 실시예 2 내지 4에서 일정하게 유지하였다. 이들 양은 상기 표 II에 총량으로서 기재되어 있다.

각각의 퍼니시는 이전에 기재된 바와 같이 배합기에서 성분들을 분사하여 배합함으로써 형성한다. 형성 후, 각각의 퍼니시는 각각 약 3,620 g의 무게의 매스(또는 매트)로 균일하게 분할한다. 매트는 이전에 기재된 바와 같이 압축함으로써 각각의 개별적인 물품을 형성한다. 상이한 압축 시간을 사용하여 하기 표 IV에 제시된 바와 같이 각각의 물품을 형성한다. 물품을 형성한 후, 각각의 물품은 층간 분리 또는 다른 결함에 대해 육안으로 검사한다. 물품의 내부 결합(IB) 강도는 ASTM D1037에 따라 결정한다.

전반적으로, 실시예 2 내지 3(각각 10% 내지 20%의 촉매 고체 함유)은 도 2에 도시되는 바와 같은 120초의 압착 시간에서 비교예 2보다 훨씬 더 높은 IB 강도를 나타냈다. 특히, 비교예 2의 평균 내부 결합(IB) 강도는 25.73 psi였다. 실시예 2 내지 3(각각10% 내지 20%의 촉매 고체 함유)은 120초의 압착 시간에서 각각 55.29 psi 및 96.97 psi의 평균 내부 결합(IB) 강도를 나타냈다. 실시예 4(40%의 촉매 고체 함유)는 0 psi의 평균 내부 결합(IB) 강도를 가졌다. 임의의 이론에 얽매이지 않는 상태에서, 촉매 성분 내 이미다졸의 고농도(예를 들어 40%)는 pMDI와의 더 빠른 반응을 일으켜서 배합 동안 예비 경화 과정을 가속화하고 비교예 2와 비교하여 더 낮은 IB를 획득하는 보드를 형성한다.

추가 실시예의 제2 설정

비교 물품(비교예 3 및 4) 및 예시 물품(실시예 5, 6, 7)을 상기 논의된 바와 같이 제조한다. 상기 물품들에 사용된 각각의 성분의 양 및 유형은 하기 표 III에 제시되어 있다.

결합제는 pMDI를 포함하는 이소시아네이트이다. 상기 이소시아네이트는 BASF Corporation으로부터 상업적으로 입수 가능하다. 실시예 5 내지 7에서 사용된 촉매는 수용액 중의 이미다졸이다. 실시예 5 내지 7은 리그노셀룰로오스 단편에 적용된 이미다졸의 양이 다르지만, 촉매 성분의 고체%는 실시예 5 내지 7에서 일정하게 유지하였다. 비교예 3은 임의의 촉매 성분을 포함하지 않는다. 비교예 4는 촉매로서 트리에틸 포스페이트를 포함한다. 이들은 양은 상기 표 III에서 총량으로 기재되어 있다.

각각의 퍼니시는 이전에 기재된 바와 같이 배합기에서 성분들을 분사하여 배합함으로써 형성한다. 각각의 퍼니시는 각각 약 3,620 g의 무게의 매스(또는 매트)로 균일하게 분할한다. 매트는 이전에 기재된 바와 같이 압축하여 각각의 개별적인 물품을 형성한다. 상이한 압착 시간을 사용하여 하기 표 VI에 제시된 바와 같이 각각의 물품을 형성한다. 물품을 형성한 후, 각각의 물품은 층간 분리 또는 다른 결함에 대해 육안으로 검사한다. 물품의 내부 결합(IB) 강도는 ASTM D1037에 따라 결정한다.

전반적으로, 도 3에 도시된 바와 같이 본 개시내용의 물품(실시예 5 내지 7)은 특히 0.12% 및 0.25%의 이미다졸 투여량에서 120초의 압착 시간 시 비교예 3보다 더 높은 IB 강도를 나타냈다. 특히, 실시예 5 내지 7(각각 0.12%, 0.25% 및 0.50%의 이미다졸 투여량 함유)은 120초의 압착 시간에서 각각 48.89 psi, 96.97 psi 및 52.64 psi의 평균 내부(IB) 강도를 나타냈다. 반면에, 비교예 3은 단지 25.73 psi의 평균 내부 결합(IB) 강도를 나타냈다. 비교예 4(촉매로서 트리에틸 포스페이트 함유)는 120초의 압착 시간에서 35.91 psi의 평균 내부 결합(IB) 강도를 나타냄으로써 실시예 5 내지 7은 또한 비교예 4보다 더 높은 IB 강도를 입증했다. 임의의 이론에 얽매이지 않은 상태에서, 촉매 성분 내 이미다졸의 높은 투여량(예를 들어 0.50% 이상)은 고체 함량을 낮게 유지(20%)하는 경우에도 pMDI와의 더 빠른 반응을 일으켜서 배합 동안 예비 경화 과정을 가속화하고 실시예 7 보다 더 낮은 IB를 획득하는 보드를 형성한다.

첨부된 청구항은 첨부된 청구항의 범주 내에 포함되는 특정 실시형태 사이에서 변동될 수 있는 상세한 설명에 기재된 특정 화합물, 조성물 또는 방법 및 이를 기술하는 것으로 제한되지 않음을 이해해야 한다. 다양한 실시형태의 특정한 특징 또는 양태를 기재하기 위해 본원에서 사용한 임의의 마쿠시 군과 관련하여, 상이한, 특별한 및/또는 예상치 않은 결과가 모든 다른 마쿠시 구성과 독립적인 개별적인 마쿠시 군의 각각의 구성으로부터 수득될 수 있음을 인지해야 한다. 마쿠시 군의 각각의 구성은 개별적으로 또는 조합하여 사용될 수 있고, 청부된 청구항의 범주 내의 특정 실시형태에 대한 적절한 지원을 제공한다.

본 개시내용의 다양한 실시형태를 독립적으로 및 집합적으로 기재하기 위해 사용된 임의의 범위 및 하위 범위는 첨부된 청구항의 범주 내에 포함되는 것으로 또한 이해해야 하고, 이러한 수치가 본원에서 명시적으로 기재되지 않는 경우에도 모든 범위는 그 안에 전체 및/또는 부분 수치를 포함하는 것으로 기재하고 간주하는 것으로 이해해야 한다. 당업자는 열거된 범위 및 하위 범위가 본 개시내용의 다양한 실시형태를 충분하게 설명하고 가능하도록 하며, 이러한 범위 및 하위 범위는 관련 1/2, 1/3, 1/4, 1/5 등으로 추가로 기술될 수 있음을 용이하게 인지한다. 단지 한 예로서, 범위 "0.1 내지 0.9의"는 하부 1/3, 즉, 0.1 내지 0.3, 중간 1/3, 즉, 0.4 내지 0.6 및 상부 1/3, 즉, 0.7 내지 0.9로 추가로 기술될 수 있고, 개별적으로 및 집합적으로 첨부된 청구항의 범주 내에 존재하며, 개별적으로 및/또는 집합적으로 사용되어 청구된 청구항의 범주 내의 특정 실시형태에 대한 적절한 지원을 제공할 수 있다. 또한, 범위를 정의 또는 수식하는 용어, 예를 들어 "적어도", "초과", "미만", "이하" 등과 관련하여, 이러한 용어는 하위 범위 및/또는 상한 또는 하한을 포함하는 것으로 이해해야 한다. 또 다른 예로서, "적어도 10"의 범위는 본질적으로 적어도 10 내지 35의 하위 범위, 적어도 10 내지 25의 하위 범위, 25 내지 35의 하위 범위 등을 포함하고, 각각의 하위 범위는 개별적으로 및/또는 집합적으로 사용되어 첨부된 청구항의 범주 내의 특정 실시형태에 대한 적절한 지원을 제공할 수 있다. 마지막으로, 개시된 범위 내의 개별적인 수가 사용되어 첨부된 청구항의 범주 내의 특정 실시형태에 대한 적절한 지원을 제공할 수 있다. 예를 들어, "1 내지 9의" 범위는 3과 같은 다양한 개별적인 정수뿐만 아니라 4.1과 같은 소수점(또는 분수)를 포함하는 개별적인 수를 포함하며, 이는 사용되어 첨부된 청구항의 범주 내의 특정 실시형태에 대한 적절한 지원을 제공할 수 있다.

본 개시내용은 예시적인 방식으로 본원에 기재되었고, 사용된 전문 용어는 제한을 위한 것이기보다는 설명을 위한 용어의 성질이도록 의도된 것임을 이해해야 한다. 상기 교시내용을 고려하여, 본 개시내용의 다수의 변형 및 변경이 가능하다. 본 개시내용은 첨부된 청구항의 범주 내에 구체적으로 기재된 것과 달리 수행될 수 있다. 독립항 및 종속항, 단일 인용 및 다중 인용 모두의 모든 조합의 기술 요지는 본원에서 명백하게 고려된다.

Claims

리그노셀룰로오스 복합 물품(lignocellulosic composite article)으로서,
목재로부터 유래된 복수의 리그노셀룰로오스 단편; 및
상기 복수의 리그노셀룰로오스 단편을 결합시키기 위해 상기 복수의 리그노셀룰로오스 단편 상에 배치된 접착제 시스템을 포함하되,
상기 접착제 시스템은
디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI) 및/또는 중합체 디페닐메탄 디이소시아네이트(pMDI)를 포함하는 결합제 성분, 및
수용액 중의 이미다졸을 포함하는 촉매 성분
을 포함하는, 물품.
제1항에 있어서, 상기 이미다졸은 상기 리그노셀룰로오스 단편의 중량 대비 0% 초과 내지 약 0.50 중량%의 양으로 사용되는, 물품.
제1항에 있어서, 상기 촉매 성분의 고체 함량은 0% 초과 내지 약 40%인, 물품.
제1항에 있어서, 상기 접착제 시스템은 상기 결합제 성분 및 상기 촉매 성분으로 구성되는, 물품.
제1항에 있어서, 상기 결합제 성분은 본질적으로 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI) 및/또는 중합체 디페닐메탄 디이소시아네이트(pMDI)로 구성되는, 물품.
제1항에 있어서, 상기 결합제 성분은 중합체 디페닐메탄 디이소시아네이트(pMDI)로 구성되는, 물품.
제1항에 있어서, 상기 촉매 성분은 본질적으로 수용액 중의 이미다졸로 구성되는, 물품.
제1항에 있어서, 상기 촉매 성분은 수용액 중의 이미다졸로 구성되는, 물품.
제1항에 있어서, 상기 이미다졸은 상기 리그노셀룰로오스 단편의 중량 대비 0% 초과 내지 약 0.25 중량%의 양으로 사용되는, 물품.
제1항에 있어서, 상기 촉매 성분의 고체 함량은 0% 초과 내지 약 20%인, 물품.
제1항에 있어서, 상기 복수의 리그노셀룰로오스 단편은 상기 물품의 100 중량부를 기준으로 약 75 중량부 내지 약 99 중량부의 양으로 사용되는, 물품.
제1항에 있어서, 상기 접착제 시스템은 상기 물품의 100 중량부를 기준으로 약 1 중량부 내지 약 25 중량부의 양으로 사용되는, 물품.
제1항에 있어서, 상기 물품은
i) 배향성 스트랜드 보드(OSB: oriented strand board);
ii) 파티클보드(PB: particleboard); 또는
iii) 섬유보드인, 물품.
제1항의 물품을 형성하는 방법으로서,
상기 결합제 성분 및 상기 촉매 성분을 상기 복수의 리그노셀룰로오스 단편에 적용하는 단계;
상기 결합제 성분 및 상기 촉매 성분이 그 위에 적용된 복수의 리그노셀룰로오스 단편을 운반체(carrier) 상에 배치하여 매스(mass)를 형성하는 단계; 및
상기 매스에 압력 및/또는 열을 일정 시간 동안 적용하여 상기 물품을 형성하는 단계
를 포함하되,
상기 촉매 성분은 상기 물품 형성 동안 상기 촉매 성분이 존재하지 않는 경우에 요구되는 시간의 양 대비 상기 물품을 형성하기 위해 필요한 시간의 양을 감소시키는, 방법.
리그노셀룰로오스 복합 물품을 형성하는 방법으로서,
접착제 시스템을 목재로부터 유래된 복수의 리그노셀룰로오스 단편에 적용하는 단계이되, 상기 접착제 시스템은 (i) 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI) 및/또는 중합체 디페닐메탄 디이소시아네이트(pMDI)를 포함하는 결합제 성분 및 (ii) 수용액 중의 이미다졸을 포함하는 촉매 성분을 포함하는, 단계;
상기 결합제 성분 및 상기 촉매 성분이 그 위에 적용된 복수의 리그노셀룰로오스 단편을 운반체 상에 배치하여 매스를 형성하는 단계; 및
상기 매스에 압력 및/또는 열을 일정 시간 동안 적용하여 상기 물품을 형성하는 단계
를 포함하되,
상기 촉매 성분은 상기 물품 형성 동안 상기 촉매 성분이 존재하지 않는 경우에 요구되는 시간의 양 대비 상기 물품을 형성하기 위해 필요한 시간의 양을 감소시키는, 방법.
제15항에 있어서, 상기 접착제 시스템은 상기 결합제 성분 및 상기 촉매 성분으로 구성되는, 방법.
제15항에 있어서, 상기 결합제 성분은 중합체 디페닐메탄 디이소시아네이트(pMDI)로 구성되는, 방법.
제15항에 있어서, 상기 촉매 성분은 수용액 중의 이미다졸로 구성되는, 방법.
제15항에 있어서, 상기 이미다졸은 상기 리그노셀룰로오스 단편의 중량 대비 0% 초과 내지 약 0.50 중량%의 양으로 사용되는, 방법.
제15항에 있어서, 상기 촉매 성분의 고체 함량은 0% 초과 내지 약 40%인, 방법.