NO343530B1

NO343530B1 - Silan inneholdende bindere for komposittmaterialer

Info

Publication number: NO343530B1
Application number: NO20081463A
Authority: NO
Inventors: Roland Edelmann; Jaroslaw Monkiewicz; Burkhard Standke; Alireza Kharazipour; Peter Jenkner; Lars Kloeser
Original assignee: Evonik Degussa Gmbh
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2019-04-01
Also published as: CA2620178C; DE102006006656A1; EP2602295A1; EP2602298A1; PT2602298T; EP2602298B1; US20080206572A1; PL2602298T3; NO20081463L; PL1917320T3; EP2602296A1; CA2620178A1; EP1917320B1; PT1917320T; EP2602297A1; US9012538B2; WO2007023008A1; EP1917320A1

Description

Den foreliggende oppfinnelsen angår et spesielt bindemiddel for kompositt -materialer basert på cellulose- eller lignocelluloseholdige materialer, komposittmaterialer basert på bindemiddelet, en fremgangsmåte for fremstilling av dette foruten anvendelsen av bindemiddelet.

Organosilisiumforbindelser blir brukt i form av forskjellige silaner, deres reaksjons -produkter og tilsvarende formuleringer ved produksjonen av komposittmaterialer, da spesielt de som er basert på naturlige eller nesten naturlige fibre, for eksempel cellulose eller lignocelluloseholdige materialer.

Trebaserte materialer omfatter opp til 20% av et bindemiddel eller andre additiver. Det mest vanlige brukte bindemiddel på verdensbasis for trebaserte materialer er urea-formaldehydresin (UF-resin).

Trebaserte materialer limt med UF-resin har som regel relativt lav varme- og fuktighetsresistens, noe som hindrer bruken av disse for mer spesielle formål, for eksempel for vektbelastende formål og formål hvor det er nødvendig med høy styrke, foruten for utendørsbruk.

I tillegg til UF-resiner, så er også 10% fenol-formaldehydresin (PF-resin) blitt brukt for produksjon av trebaserte materialer.

Organiske isocyanater er blitt brukt i små mengder i den trebaserte material -industrien for fremstilling av materialer med gode mekaniske og vannresistente egenskaper. I alt vesentlig er det difenylmetandiisocyanat (PMDI) som er blitt brukt. I motsetning til de systemer som er beskrevet ovenfor, så danner isocyanatene kjemiske forbindelser med treet, da særlig med ligning og cellulose.

Anvendelsen av PMDI som et bindemiddel har imidlertid en rekke ulemper. Dette gjelder særlig anvendelsesteknologi hvor affiniteten til metall er en årsak til klager, ettersom PMDI-limte fliser og fibre kan feste seg til trykkbeltene under varmepressing. På grunn av dette er det nødvendig i denne sammenheng å arbeide med kostbare, spesielt belagte trykkbelter.

I tillegg må det anvendes meget strenge arbeidssikkerhets forholdsregler når det arbeides med eller når en behandler PMDI.

Bindemidler eller bindemiddelsystemer for naturlige eller nesten naturlige, trebaserte materialer, så som for eksempel potetmasse (EP 0 613 906 A1, DE 43 06 441 A1, DE 4340 517 A1, DE 434 5185 A1), oppfyller ikke alle kravene i visse standardbestemmelser for alle typer formål.

DE 100 37 724 A1 beskriver en fremgangsmåte for fremstilling av komposittmaterialer fra organiske stoffer ved å bruke et bindemiddel, basert på hydrogen-, alkyl-, alkenyl-, fenyl-, glysidyloksyalkyl-, akryloyloksyalkyl- og metakryloyloksyalkyl-funksjonelle siloksaner.

DE 196 47 369 A1 angår komposittmaterialer basert på glassfibere, mineralfibere eller trebaserte materialer, hvor det anvendte bindemiddelet er et såkalt nanokompositt, som er fremstilt ved sol-gel prosessen og blant annet basert på kolloidale uorganiske partikler og et eller flere hydrolyserbare organosilaner. De silaner som brukes kan bære klorid, alkoksy, acetoksy, alkyl, alkenyl, aryl, glysidyloksyalkyl og metakryloyloksyalkyl-grupper som funksjonelle grupper.

WO 98/22536 beskriver videre komposittmaterialer basert på plantematerialer, som i forhold til den ovennevnte anbefalingen fra DE 196 47 369 A1 for polysiloksanet i sol-gel-systemet, hvor alkynyl, alkakryloyl og arylalkylen-gruppene som eventuelt kan ha en eller flere substituenter, så som halogen, alkoksy, hydroksyl, amino eller epoksidgrupper, er nevnt som mulige radikaler som ikke kan fjernes hydrolytisk, i tillegg til alkyl og alkenylgrupper. Ifølge WO 98/22536 så kan rent metyltrietoksysilan eller en blanding av metyltrietoksysilan og tetraetoksysilan brukes som et bindemiddel for produksjon av et komposittmateriale.

En vesentlig ulempe ved de ovennevnte systemer er at det også brukes hydrolyserbare alkoksider. Disse har et damptrykk som ikke er neglisjerbart og som dessuten eliminerer alkohol som et hydrolyseprodukt. I praksis, ved bearbeiding, ved hjelp av den type maskiner som brukes i forbindelse med sponplater, så fører dette til et betydelig luktproblem og en risiko på grunn av eksplosive damper.

EP 0716 127 B1 og EP 0 716 128 B1 beskriver vannbaserte aminoalkyl-/alkyl-/hydroksyl- eller alkoksysiloksan-holdige sammensetninger som blant annet brukes for å gi hydrofobe egenskaper til tekstiler, lær, celluloseprodukter og stivelsesprodukter. Slike aminoalkylorganohydroksysiloksaner som er løselig i vann eller i blandinger av vann og alkohol, er også ofte betegnet som hydrosilsystemer. Fluoralkylfunksjonelle hydrosilsystemer er for eksempel beskrevet i EP 0846 716 B1, EP 0 846 717 B1 og EP 1 101 787 A2.

AU 751731 B2 angår polyisocyanat sammensetninger som omfatter en gruppe IVB metallforbindelse, eventuelt i kombinasjon med en kompatibiliserende forbindelse og/eller vanlige frigivelsesmidler og anvendelse derav i binding av lignocellulose materiale.

US 2005/176913 A1 gjør kjent polyisocyanat baserte bindemiddelsystemer for fremstilling av bindemiddelbundet lignocellulose produkter. Det er også angitt en fremgangsmåte for anvendelse av bindemiddelsystemet og lignocellulosekompositt produkter fremstilt ved denne.

EP 1362 904 A1 angår en vandig vannavstøter som er anvendelig for behandling av substrater slik som papir, fiber, byggestein og materialer som stammer fra lignocellulose slik som tre. Også metoder for fremstilling av kryssfiner eller laminert trefiner og en metode for fremstilling av trefiberplater er angitt.

WO 2004/083273 A1 angår vandige eller vannbaserte silylerte uretan sammensetninger, vannbaserte bindemidler for innpakking og vannbaserte kontakt bindemidler.

EP 0721 001 A1 gjør kjent et to-komponent kryssbindende vandig bindemiddel. Det to-komponent vandige bindemiddelet kan herdes ved kryssbindingsreaksjon av en bindemiddelkomponent av en herde komponent, der bindemiddel komponenten omfatter en vandig væske av en polymer som inneholder minst en av et halogen atom, en karboksylgruppe eller en esterbinding i ryggradskjeden eller sidekjeden av polymermolekylet og herdekomponenten omfatter en aktiv silyl-forbindelse som inneholder minst en av en aminogruppe eller en iminogruppe i molekylet.

I EP 0 671 437 A1 er det angitt en herdbar harpiks sammensetning som inneholder en oksyalkylenpolymer som har en reaktiv silisium-gruppe og en epoksyharpiks.

WO 2004/046218 A1 omhandler pre-polymere som inneholder silylgrupper og sammensetninger som inneholder disse.

US 3,331,885 omhandler lav temperatur herdende flytende varmeherdende harpikssammensetninger av fenol-formaldehydtypen som anvendes som bindemiddel.

Det er en hensikt ved den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe cellulose- eller lignocelluloseholdig komposittmaterialer som er basert på et ytterligere bindemiddel.

Denne hensikten oppnås ifølge den foreliggende oppfinnelse i samsvar med informasjonen angitt i patentkravene.

En har således funnet nye komposittmaterialer med vesentlig forbedrede egenskaper, hvor disse er basert på et cellulose- eller lignocelluloseholdig materiale, og et bindemiddel, og hvor dette bindemiddelet så igjen er basert i det minste på de følgende komponenter

(i) minst et bindemiddel valgt fra gruppen bestående av naturlige eller nesten naturlige bindemidler fra serien som består av vegetabilske proteiner, industrielle ligniner, garvestoffer, potetmasse eller et vandig hveteprotein produkt eller en mekanisk-enzymatisk bearbeidet potetmasse, og

(ii) minst en sammensetning basert på et aminoalkylsilan, der aminoalkylsilanen er valgt fra en vandig løsning som i sin tur inneholder minst ett aminoalkylsilan med formelen (I), eller minst ett samkondensat basert på minst ett aminoalkylsilan med den generelle formel (I) og minst ett ytterligere funksjonelt silan med den generelle formel (II).

Slike sammensetninger inneholder som komponent (ii), minst ett aminoalkylsilan med formelen (I)

R<1>R<2>N(CHR<4>)aSi(R<3>)r(OR)3-r(I),

hvor gruppene R<1>og R<2>kan være identiske eller forskjellige, og i hvert tilfelle kan være H eller en lineær, forgrenet eller syklisk C1- til C20-alkylgruppe, eller en arylgruppe eller en aminokarbylgruppe med formelen H2N-(C=O)- (resulterende ureidogruppe), R<3>er H eller en lineær eller forgrenet C1- til C8-alkylgruppe, og hvor gruppene R<4>er identiske eller forskjellige og R<4>er H eller metyl, a er fra 1 til 10, fortrinnsvis 3, gruppene R er identiske eller forskjellige, og hvor R er H, og r er 0 eller 1 eller 2, og hvor det er mulig at gruppene R<1>og R<2>eventuelt er substituert, og hvor foretrukne substituenter er valgt fra serien F, Cl, Br og I eller silylgruppen med formen –(CHR<4’)>2’Si(R<3’)>r’(OR’)3-r’eller aminoalkylgrupper med formen

-(CHR<4’>)a‘NR<1’>R<2’>, for eksempel

-(CH2)3Si(OCH3)3,

-(CH2)3Si(OC2H5)3,

-(CH2)3Si(CH3)(OCH3)2,

-(CH2)3Si(CH3)(OC2H5)2,

-(CH2)2NH(CH2)3Si(OCH3)3,

-(CH2)2NH(CH2)3Si(OC2H5)3,

-(CH2)2NH(CH2)3Si(CH3)(OCH3)2,

-(CH2)2NH(CH2)3Si(CH3)(OC2H5)2,

-(CH2)2NH(CH2)2NH(CH2)3Si(OCH3)3,

-(CH2)2NH(CH2)2NH(CH2)3Si(OC2H5)3,

-(CH2)2NH(CH2)2NH(CH2)3Si(CH3)(OCH3)2,

-(CH2)2NH(CH2)2NH(CH2)3Si(CH3)(OC2H5)2,

og forgrenede aminoalkylfunksjonelle grupper så som

for å nevne bare noen få eksempler i hvert enkelt tilfelle,

a’ er fra 1 til 10 og r’ er 0 eller 1 eller 2, og R’, R<1’>, R<2’>, R<3’>, R<4’>har samme betydning som de tilsvarende gruppene R, R<1>, R<2>, R<3>og R<4>, slik disse er definert ovenfor,

eller

minst ett samkondensat av minst ett aminoalkylsilan med den generelle formel (I) og minst ett ytterligere funksjonelt silan med den generelle formelen (II)

R<7>(CHR<6>)bSi(R<5>)p(OR)3-p(II),

hvor R<7>er H eller en vinylgruppe eller en aminogruppe eller en glycidyloksygruppe eller en akryloyloksygruppe eller en metakryloyloksygruppe eller en merkaptogruppe eller en sulfangruppe eller en lineær eller forgrenet C1- til C20-alkylgruppe eller en arylgruppe, og hvor gruppen R<7>eventuelt kan være substituert, og hvor gruppene R<6>er identiske eller forskjellige, og hvor R<6>er H eller metyl, b er fra 0 til 18, fortrinnsvis 0, 1, 2, 3, 4, 8, 16 eller 18, R<5>er H eller en lineær eller forgrenet C1- til C8alkylgruppe, gruppene R er identiske eller forskjellige, og R er H, og p er 0 eller 1 eller 2, og hvor aminofunksjonene i samkondensatet eventuelt kan være delvis eller fullstendig nøytralisert med en uorganisk eller organisk syre (i det etterfølgende betegnet som HX eller HnX, hvor n = 1, 2 eller 3), og hvor X fortrinnsvis er F-, Cl-, Br-, I-, NO3-, HSO4-, SO4<2->, H2PO4-, HPO4<2->, PO4<3->, HCOO-eller CH3COO-,. den aminoalkylsilaninneholdende vandige løsningen er vesentlig et alkoholfritt fullstendig hydrolysert produkt av i det minste en aminoalkylsilanforbindelse ifølge formel (I), der alkoholinnholdet er mindre enn 3 vekt% og der vanninnholdet er fra 5 til 99,5 vekt% basert på bindemiddel sammensetningen, der de respektive komponentene av midlet addere opp til 100 vekt%.

Nevnte samkondensater basert på minst ett aminoalkylsilan med formel (I) og minst ett ytterligere funksjonelt silan med formel (II), kan som regel forstås til å være de forbindelser som i overensstemmelse med vanlig, generell kjemisk praksis kan være representert ved den følgende generelle formel (III)

[(OH)u(OR)v(O)wSi(R<3>)r(CHR<4>)aN(R<1>)(R<2>)]x[(OH)d(OR)e(O)fSi(R<5>)p(CHR<6>)bR<7>]y

(III)

hvor gruppene R, R<1>, R<2>, R<3>, R<4>, R<5>, R<6>og R<7>og a og b har samme betydning som angitt i forbindelse med formlene (I) og (II), og u kan være fra 0 til 3, v kan være fra 0 til 3, w kan være fra 0 til 1,5, d kan være fra 0 til 3, e kan være fra 0 til 3, f kan være fra 0 til 1,5, x kan være fra 1 til 1000, y kan være fra 0 til 1000, r kan være 0 eller 1 eller 2 og p kan være 0 eller 1 eller 2, under forutsetning at (u v 2w) = (3-r) og (d e 2f) = (3 – p) og (x y) er fra 1 til 2000, fortrinnsvis fra 2 til 1000, spesielt foretrukket fra 3 til 500, og aller mest foretrukket fra 4 til 100, spesielt er (x y) fra 5 til 50.

Ett eller flere av de forskjellige aminosilanene kan således være underkastet en samkondensering med ett eller flere forskjellige funksjonelle silaner. Videre kan nevnte samkondensater også være blokk sampolymerer og tilsvarende med en vilkårlig fordeling.

I tillegg kan komposittmaterialer ifølge oppfinnelsen fremstilles på en enkel og økonomisk måte ved

- behandle tørket eller fuktig cellulose- eller lignocelluloseholdig materiale med

- et bindemiddel som er basert i det minste på komponentene (i) og (ii), og

- bringe det således behandlede cellulose- eller lignocellulosematerialet i en forønsket form og så varmepresse den.

I tillegg kan bindemidler ifølge den foreliggende oppfinnelsen med fordel inneholde ytterligere komponenter, så som for eksempel parafin- eller voksbaserte vannavstøtende midler, flammehemmende midler, for eksempel polyfosfater og biocidstoffer og duftstoffer, for å nevne et par eksempler.

Ifølge oppfinnelsen er det også mulig å bruke vandige bindemidler som er gjort sure, noe som gjør at det ikke er nødvendig å bruke en herdende løsning som et ytterligere additiv.

Komposittmaterialer ifølge foreliggende oppfinnelse er fordelaktig karakterisert ved at de som regel har en i alt vesentlig forbedret transvers strekkfasthet, bøyestyrke og betydelig bedret svelleegenskaper sammenlignet med mange av dagens kjente komposittmaterialer.

De mekaniske-teknologiske egenskapene til de fremstilte trebaserte materialene kan således forbedres ved å bruke bindemiddelet ifølge oppfinnelsen.

Ved å bruke de nye bindemiddelsystemene, så gir dette dessuten en mulighet for å utelate vanlige bindemidler samtidig som en oppnår identiske eller bedrede mekaniske-teknologiske egenskaper, ettersom en på grunn av de fordelaktige reologiske egenskapene til bindemidlene ifølge den foreliggende oppfinnelsen, med fordel kan redusere mengden av bindemiddelet, og følgelig i vesentlig grad øke innholdet av faste stoffer, spesielt i forbindelse med formaldehydholdige bindemiddelsystemer. I tillegg vil reduksjonen av bindemiddelinnholdet i pressmaterialet med fordel føre til en forkortelse av pressetiden og følgelig til en ytterligere vesentlig økonomisk fordel.

Ved å bruke et nytt bindemiddelsystem basert på et naturlig eller nesten naturlig bindemiddel som komponent (i) og en komponent (ii) gjør det videre for første gang å få fremstilt komposittmaterialer basert på cellulose eller lignocellulose, som oppfyller kravene i europeisk standard (EN 622-5).

Den foreliggende oppfinnelsen angår derfor et bindemiddel for komposittmaterialer som omfatter cellulose- eller lignocelluloseholdige materialer, og som er basert på i det minste de følgende komponenter

(i) minst ett bindemiddel valgt fra gruppen bestående av naturlige eller nesten naturlige bindemidler fra serien som består av vegetabilske proteiner, garvestoffer, potetmasse eller et vandig hveteprotein produkt eller en mekanisk-enzymatisk bearbeidet potetmasse,

og

(ii) minst én sammensetning basert på et aminoalkylsilan ifølge et av kravene 1 til 4.

Bindemidler ifølge komponent (i) er detaljert beskrevet, for eksempel i ”Enzymes of white-rot fungi as a basis for the preparation of binders for wood-based materials” av A. R. Kharazipour, Vol. 121, JD. Sauerländers Verlag, Frankfurt am Main, ISBM 3-7939-5124-3. I tillegg så er typen og fremstillingen av potetmasse som utgangsmateriale for komponent (i) i bindemiddelet, for eksempel beskrevet i patentsøknadene EP 0 613 906 A1, DE 43 06 441 A1, DE 4340 517 A1 eller DE 43 45 418 A1.

Overraskende har det vist seg at komponentene (i) og (ii) i bindemiddelet ifølge den foreliggende oppfinnelsen er helt forenelig med hverandre og blandbare i ethvert forhold.

I den foreliggende oppfinnelsen kan derfor komponentene (i) og (ii) med fordel brukes som en blanding i ethvert blandeforhold.

Det er foretrukket å bruke en blanding hvor komponent (ii) utgjør fra 0,01 til 100 vekt-% av det totale bindemiddelsystemet, mer spesielt 0,1 til 99,9 vekt-%, fortrinnsvis de systemer som omfatter fra 0,2 til 50 vekt-% av komponent (ii), mer spesielt fra 0,3 til 8 vekt-% og aller mest foretrukket fra 0,5 til 3 vekt-% av komponent (ii), basert i hvert tilfelle på den totale bindemiddelsammensetningen.

I et bindemiddel ifølge den foreliggende oppfinnelsen er komponent (i) egnet tilstede i en mengde fra 0,1 til 99,9 vekt-%, fortrinnsvis fra 0,5 til 50 vekt-%, mer spesielt foretrukket fra 2 til 20 vekt-%, mer spesielt foretrukket fra 3 til 15 vekt-% og aller mest foretrukket fra 5 til 10 vekt-%, i hvert tilfelle basert på den totale bindemiddelsammensetningen.

Videre kan det foreliggende bindemiddelet ytterligere inneholde et løsemiddel eller dispergeringsmiddel, så som vann eller alkohol, for å nevne et par eksempler.

Summen av de respektive komponentene i den foreliggende bindemiddelsammensetningen er således 100 vekt-%.

Bindemidlene ifølge oppfinnelsen kan således med fordel fremstilles på en enkel og økonomisk måte ved å kombinere komponentene og deretter utføre en grundig blanding. Som regel vil en således få fremstilt en klar, fargeløs eller brunlig lettflytende, dvs. lavviskøs til viskøs sammensetning, og hvor en slik sammensetning generelt vil være lagringsstabil i et tidsrom på 6 måneder eller lengre. Ytterligere komponenter kan også tilsettes et slikt system.

Et bindemiddel ifølge oppfinnelsen kan med fordel således inneholde minst én ytterligere komponent valgt fra gruppen bestående av parafin- eller voksbaserte, vannavstøtende midler, flammehemmende midler, fargestoffer eller pigmenter, biocidstoffer og duftstoffer, i tillegg til komponentene (i) og (ii), foruten et løsemiddel eller dispergeringsmiddel. Det kan således med fordel tilveiebringes allerede fargede bindemidler for fremstillingen av fargede komposittmaterialer.

Den foreliggende oppfinnelsen angår videre et komposittmateriale som omfatter minst ett cellulose- eller lignocelluloseholdig materiale og et bindemiddel, hvor nevnte bindemiddel er basert i det minste på komponentene (i) og (ii), og hvor

(i) er valgt fra gruppen bestående av naturlige eller nesten naturlige bindemidler, fra serien bestående av vegetabilske proteiner, industrielle ligninger, garvestoffer, potetmasse eller et vandig hveteprotein produkt eller en mekaniskenzymatisk bearbeidet potetmasse, og

(ii) er en sammensetning som er basert på minst én aminoalkylsilanforbindelse ifølge et av kravene 1 til 4, med formel (i), eller minst ett samkondensat som er et resultat av en reaksjon mellom minst ett aminoalkylsilan med den generelle formel (I) og minst ett ytterligere funksjonelt silan med den generelle formel (II).

Et komposittmateriale ifølge oppfinnelsen er med fordel karakterisert ved minst ett naturlig eller nesten-naturlig cellulose- eller lignocelluloseholdig materiale fra gruppen bestående av industrielt trevirke, skogsindustri trevirke, brukt eller resirkulert trevirke, trepartikler, trefliser, trefibrer, treull, trestøv, sagmugg, høvelspon, kutteflis, avskjær, avfall fra finerindustrien, vanlige fliser, partikkelmateriale fra ettårige planter, for eksempel fra hamp eller bomull, eller en blanding av minst to av de ovennevnte materialer, og hvor det cellulose- eller det lignocelluloseholdige fibermaterialet fortrinnsvis har sin opprinnelse fra ved fra myke tresorter, ved fra harde tresorter, palmefibere, for eksempel kokosnøtt fibere, foruten ettårige planter, så som vanlig halm, rishalm, bomull, jute eller hamp, for å nevne et par eksempler.

Et komposittmateriale ifølge oppfinnelsen er videre basert på et bindemiddel, hvor komponent (ii) er basert på minst ett aminoalkylsilan, der aminoalkylsilanen er valgt fra en aminoalkylsilan, vandig løsning som inneholder minst ett aminoalkylsilan med formel (I)

R<1>R<2>N(CHR<4>)aSi(R<3>)r(OR)3-r(I),

hvor gruppene R<1>og R<2>kan være identiske eller forskjellige, og i hvert tilfelle kan være H eller en lineær, forgrenet eller syklisk C1- til C20-alkylgruppe, eller en arylgruppe eller en aminokarbylgruppe med formelen H2N-(C=O)- (resulterende ureidogruppe), R<3>er H eller en lineær eller forgrenet C1- til C8-alkylgruppe, og hvor gruppene R<4>er identiske eller forskjellige og R<4>er H eller metyl, a er fra 1 til 10, fortrinnsvis 3, gruppene R er identiske eller forskjellige, og hvor R er H, og r er 0 eller 1 eller 2,

eller

på minst ett samkondensat av minst ett aminoalkylsilan med den generelle formel (I) og minst ett ytterligere funksjonelt silan med den generelle formelen (II)

R<7>(CHR<6>)bSi(R<5>)p(OR)3-p(II),

hvor R<7>er H eller en vinylgruppe eller en aminogruppe eller en glycidyloksygruppe eller en akryloyloksygruppe eller en metakryloyloksygruppe eller en merkaptogruppe eller en sulfangruppe eller en lineær eller forgrenet C1- til C20-alkylgruppe eller en arylgruppe, og hvor gruppen R<7>eventuelt kan være substituert, og hvor gruppene R<6>er identiske eller forskjellige, og hvor R<6>er H eller metyl, b er fra 0 til 18, fortrinnsvis 0, 1, 2, 3, 4, 8, 16 eller 19, R<5>er H eller en lineær eller forgrenet C1- til C8alkylgruppe, gruppene R er identiske eller forskjellige, og R er H, og p er 0 eller 1 eller 2,

hvor aminofunksjonene i samkondensatet eventuelt er helt eller delvis nøytralisert med en uorganisk eller organisk syre,

der den aminoalkylsilaninneholdende vandige løsningen er vesentlig et alkoholfritt fullstendig hydrolysert produkt av i det minste en aminoalkylsilanforbindelse ifølge formel (I), der alkoholinnholdet er mindre enn 3 vekt% og der vanninnholdet er fra 5 til 99,5 vekt% basert på bindemiddelsammensetningen , der de respektive komponentene av midlet addere opp til 100 vekt%.

Slike bindemidler brukt ifølge oppfinnelsen for eksisterende komposittmaterialer, kan som komponent (ii) med fordel være basert på et vandig, i alt vesentlig alkoholfritt hydrolyseprodukt av minst én aminoalkylsilanforbindelse med formel (I), eller på minst ett samkondensat med den generelle formel (III), dvs. tilsvarende samkondensater av minst ett aminoalkylsilan med den generelle formel (I) og minst ett ytterligere funksjonelt silan med den generelle formel (II).

Et slikt alkoholfritt hydrolyseprodukt kan ha en pH fra 1 til 14, fortrinnsvis fra 3 til 12, mer spesielt foretrukket fra 4 til 10, og en viskositet fra 1 til 10 000 mPa.s, fortrinnsvis fra 1 til 1000 mPa.s, et innhold av aktivt stoff fra 0,1 til 80 vekt -%, fortrinnsvis fra 1 til 80 vekt-%, mer spesielt foretrukket fra 10 til 60 vekt-% basert på sammensetningen av middelet. pH-verdien kan for eksempel bestemmes ifølge DIN 38404-5, mens viskositeten kan for eksempel bestemmes ifølge DIN 53015.

Et bindemiddel ifølge oppfinnelsen og et komposittmateriale ifølge oppfinnelsen, er videre karakterisert ved en aminoalkylsilanforbindelse med formel (I) eller minst ett samkondensat basert på minst et aminoalkylsilan med den generelle formel (I) og minst ett ytterligere funksjonelt silan med den generelle formel (II) ifølge komponent (ii) som et bindende aktivt stoff, og hvor dette bindende aktive stoffet fortrinnsvis har minst en aminoalkylgruppe valgt fra gruppen bestående av 3-aminopropyl, 3-amino-2-metylpropyl, N-(2-aminoetyl)-3-aminopropyl, N-(2-aminoalkyl)-3-amino-2-metylpropyl, N-[N’-(2-aminoetyl)-2-aminoetyl]-3-aminopropyl, N-[N’-(2-aminoetyl)-2-aminoetyl]-3-amino-2-metylpropyl, N,N-[di(2-aminoetyl)]-3-aminopropyl, N,N-[di(2-aminoetyl)]-3-amino-2-metylpropyl, N-(nbutyl)-3-aminopropyl, N-(n-butyl)-3-amino-2-metylpropyl, for å nevne et par eksempler.

For en gruppe med formelen R<1>R<2>N(CHR<4>)a-, i formlene (I) eller (III), så er denne fortrinnsvis valgt fra gruppen bestående av

H2N(CH2)3-,

H2N(CH2)2NH(CH2)3-,

H2N(CH2)2NH(CH2)2NH(CH2)3- og

er spesielt foretrukket.

En foretrukket gruppe R<7>(CHR<6>)b- ifølge formel (II) eller (III), er videre valgt fra gruppen bestående av CH3-, (n)C3H7-, (i)C3H7-, (n)C4H9-, (i)C4H9-, (n)C8H17-, (i)C8H17-, (n)C16H32-, (i)C16H32-, (n)C18H36-, (i)C18H36-, H2N(CH2)3-, H2N(CH2)2NH(CH2)3-, H2N(CH2)NH(CH2)2NH(CH2)3-, [H2N(CH2)2]2N(CH2)3-, HS(CH2)3-, (H3CO)3Si(CH2)3-Sx-(CH2)3-, hvor x = fra 1 til 10, fortrinnsvis 2, 3, 4 eller 5, C6H5-, H2C=C(CH3)COO(CH2)3- og

Den foreliggende oppfinnelsen angår videre et komposittmateriale som kan fremstilles ved

- et bindemiddel ifølge oppfinnelsen,

- bringe det således behandlede cellulose- eller lignocellulosematerialet i en forønsket form å så varmepresse den.

Den såkalte “absolutt tørre tremassen” bestemmes som regel ved å behandle det cellulose- eller lignocelluloseholdige materialet ved 103<o>C til konstant vekt, se i denne sammenheng DIN 53 183 og EN 322.

Fuktig cellulose- eller lignocelluloseholdig materiale, for eksempel i form av trefibere, kan ha et trefuktighetsinnhold (i det etterfølgende betegnet som fuktighetsinnhold av hensiktsmessighetsgrunner) på mer enn 100%, basert på absolutt tørr tremasse, etter den industrielle defibreringsprosessen i den såkalte raffinøren. Således vil for eksempel nylig felte trestokker ha et fuktighetsinnhold fra 120 til 160% avhengig av treslaget.

Ved produksjon av MDF ved den såkalte” blåselinje”-prosessen ble det anvendte fibermaterialet vanligvis ikke tørket før det blir limt, men ført fra en oppstrøms defibreringsprosess i en fuktig tilstand direkte inn i blåselinjen, hvor bindemiddelet tilsettes fibrene. Fibrene blir så tørket i limt tilstand. Fuktighetsinnholdet blir fortrinnsvis senket til mellom 10 og 14%, hvoretter materialet blir ytterligere bearbeidet til MDF.

Det er imidlertid også mulig å bruke allerede tørket cellulose- eller lignocelluloseholdig materiale for produksjon av komposittmaterialer.

Ved produksjon av MDF ved hjelp av blandepumpeprosessen, så blir det således for eksempel brukt tørre fiber som fortrinnsvis har et fuktighetsinnhold på fra 10-12%. Dette materialet blir som regel limt i en blander og så videre bearbeidet til MDF. Her kan imidlertid også limingstrinnet følges av et ytterligere tørketrinn, for eksempel i en rørformet tørker.

Bruken av allerede tørket fliser, da spesielt de med et fuktighetsinnhold fra ca.2 -5%, er videre foretrukket ved fremstillingen av sponplater. Tørkingen av dette materialet blir fortrinnsvis utført i en rør-bunttørker eller roterende tørker.

Den foreliggende oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte for fremstillingen av et komposittmateriale ifølge oppfinnelsen, ved å

- et bindemiddel ifølge oppfinnelsen,

- deretter bringe det således behandlede materialer i en forønsket form og deretter varmepresse den.

For dette formål er det mulig å anvende apparater eller anlegg som i seg selv er kjent for fremstillingen av komposittmaterialer, da spesielt trebaserte materialer, og som eksempler kan nevnes kontinuerlig opererende Contiroll-anlegg fra Siempelkamp, Binos, Diffenbacher eller Metso – for å nevne et par eksempler.

Egnede fremgangsmåter for behandling av cellulose- eller lignocelluloseholdig materiale som omfatter et bindemiddel, er for eksempel børsting, valsebelegning, spraying, dypping, nedsenkning, blåseliming eller liming i en blander (blandeprosesser ved å bruke apparater for eksempel fra Lödige, Drais eller Binos).

Det cellulose- eller lignocelluloseholdige materialet kan så spesielt fordelaktig sprayes med et bindemiddel i en roterende trommel (sirkulasjonsprosess, hvor fremgangsmåten fortrinnsvis skjer ved romtemperatur eller med avkjøling, for eksempel fra 4 til 12<o>C, spesielt ved 10<o>C), ved hjelp av et limapparat som drives med komprimert luft, for eksempel en såkalt limkanon, som egnet kan ha et driftstrykk på fra 0 til 4 bar absolutt. Som en regel vil man i alt vesentlig oppnå et ensartet limt materiale på denne måten.

I tillegg, i fremgangsmåte ifølge foreliggende oppfinnelse, kan liming med fordel utføres i en industriell skala, men også i en traublander, plogskjærblander, blandepumpe eller ved hjelp av den såkalte blåselinjeprosessen.

Videre i fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelsen, kan det således behandlede cellulose- eller lignocellulosematerialet ved romtemperatur med fordel spres ut over til en kake, for eksempel spesielt en partikkelkake eller matte, som så kan kjemmes og presses ved en temperatur opp til 250<o>C, fortrinnsvis fra 150 til 210<o>C, ved et trykk opp til 9 N/mm<2>, fortrinnsvis fra 4 til 7 N/mm<2>, og i et tidsrom på opptil 300 s per mm tykkelse etter behov, fortrinnsvis fra 5 til 60 s/mm, mer spesielt foretrukket fra 8 til 40 s/mm.

Andre formede artikler, for eksempel ekstrudater eller kubiske deler eller spesielt formede artikler kan imidlertid også fremstilles fra en kake som beskrevet ovenfor, eller fra et cellulose- eller lignocellulosemateriale limt ifølge den foreliggende oppfinnelsen.

Imidlertid, en eksisterende kake eller et limt materiale kan først prepresses eller gjøres mer kompakt på forhånd, for eksempel ved et preliminært trykk på 0,2 til 0,6 N/mm<2>. Videre kan det limte materialet, da spesielt en kake, forvarmes før eller etter prepressing, for eksempel før den virkelige pressingen, for eksempel til mellom 60 og 80<o>C. En slik varme og/eller mekanisk forbehandling av kaken eller det limte materialet før det virkelige trykketrinnet, med fordel bidra til en vesentlig forbedring av kvaliteten på det etterfølgende produktet.

I tillegg kan formede artikler fremstilt ved formings- eller pressetrinnet med fordel underkastes en etterkondensering eller elding. For eksempel kan platene lagres i en stabel. Frekvensoppvarming, for eksempel ved hjelp av mikrobølgeteknologi, kan dessuten utføres.

Det er imidlertid også mulig å anvende avkjøling, spesielt i forbindelse med komposittmaterialer basert på UF-resin, for eksempel i fra 20 til 30 minutter i en såkalt stjerneavkjølingstrommel.

Etterbehandlingen vil kunne ytterligere bidra til en forenkling eller en ensartethet når det gjelder komposittmaterialene.

Etter avkjøling har en således fått fremstilt komposittmaterialer ifølge oppfinnelsen, da spesielt sponplater, fiberplater, ultralette fiberplater (ULF), lette fiberplater (LDF), middels tette sponplater (MDF), høytetthets fiberplater (HDF), ”OSB”-plater (OSB = orienterte fiberplater), huntonitt plater, fiberplater, trepellets, trebriketter og industrielle konstruksjonsmaterialer som omfatter trevirke, såkalt ”bearbeidet tre”, så som laminert fibertømmer (LSL), parallellfibertømmer (PSL) og laminert finertømmer (LVL). Ovennevnte komposittmaterialer har egnet en volumtetthet på fra 150 til 1200 g/m<3>. Volumtettheten kan for eksempel bestemmes ifølge EN 323.

Det er for tiden tre typer av råmaterialer som brukes i forskjellige mengdeforhold for fremstilling av partikler. Ca. 57% av det nødvendige tre-råmaterialet kommer fra industrielt treavfall. Treavfall fra trebehandling og prosessindustrien betegnes som industrielle trerester. Dette inkluderer sagmugg, høvelspon, treavskjær og forskalingsbord, men inkluderer også ruller fra finerindustrien. Ca. ytterligere 23% av tre-råmaterialet kommer fra selve skogbruksindustrien. Dette var tidligere det klassiske råmaterialet i form av trestammer som ble bearbeidet i forskjellige anlegg til trefliser eller direkte ved hjelp av forskjellige typer fliskuttere til partikler. Den tredje gruppen råmaterialer omfatter brukt eller resirkulert trevirke, noe som utgjør ca. 20%. Dette er brukte produkter som omfatter fast ved, trebaserte materialer eller sammensatte produkter som har et masseinnhold av i alt vesentlig ved på mer enn 50%. I de forskjellige anleggene blir det produsert partikler med definerte dimensjoner fra de forskjellige råmaterialene ved hjelp av knivkuttere, fliskuttere eller hammermøller. Etter at partikkelmaterialet er fremstilt blir det tørket i rørtørkere eller roterende rørtørkere, som regel til et fuktighetsinnhold fra 1,5 til 3%. Dette følges av en sikting eller sortering og klassifisering, hvor partikkelmaterialet blir skilt i et topplag, et mindre partikkellag og eventuelt grove partikler som blir utskilt. Partiklene i topplaget og det midlere laget kan så brukes for liming, og for eksempel støpes til sponplater.

Ved industriell fiberproduksjon blir generelt industrielt treavfall også brukt som råmateriale i tillegg til vanlig tømmer. Det tidligere avbarkede tømmeret blir finfordelt sammen med industrielt treavfall i en flisekutter til flis. Disse flisene blir bearbeidet ved hjelp av” Asplund-prosessen” i damp ved 160 til 180<o>C ved et trykk på 8-12 bar. Etter denne operasjonen, den såkalte mykgjøringen, går materialet inn i en raffinør. Denne består av motsatt roterende slipeskiver hvor materialet blir defibrert. I raffinøren er det et konstant trykk på ca. 11 bar. På grunn av de ovennevnte bearbeidingsbetingelsene, er veden blitt underkastet noen få kjemiske forandringer. Dette gir en høy produksjon av fibere med lys farge.

Lignocellulose betegner generelt matrisekomponenten som er dannet av de tre viktigste, kjemiske tre bestanddelene, dvs. cellulose, hemicellulose og lignin.

Inkorporeringen av ligning (inkrustasjon med lignin) fører som en regel til lignifisering av celleveggen og følgelig til bedret mekanisk stabilitet og bedret bæreevne for platene. Lignocellulose som brukes i den trebaserte industrien fremstilles i alt vesentlig i form av fibere eller partikler. For eksempel kan lignocellulosefibere fremstilles både fra ved fra mykere tresorter og ved fra harde tresorter. Videre vil enkelte ettårige planter, så som lin eller hamp, også være en egnet kilde for lignocellulosefibere.

Fibrene kan fremstilles blant annet ved Asplund-prosessen. I denne blir veden først finfordelt til trefliser og så kokt ved høy temperatur og trykk, og endrelig defibrert i en raffinør (som består av to motsatt roterende slipeskiver).

For fremstilling av flis, blir som regel ved i form av flis ført til en såkalt knivfliskutter og der oppdelt til partikler med definerte dimensjoner.

I fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse blir minst et naturlig eller nesten-naturlig cellulose- eller lignocelluloseholdig materiale fra en gruppe bestående av industrielt trevirke, skogsindustri tømmer, brukt eller resirkulert ved, trespon, trefliser, trefibere, for eksempel fra furuved, treull, sagmugg, partikler, så som høvelspon eller kutteflis, forskalingsbord, avfall fra finerindustrien, spon, partikkelmateriale fra ettårige planter, så som hampavfall eller sagmugg, eller en blanding av minst to av de ovennevnte materialer, kan med fordel brukes.

I fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse blir fortrinnsvis et cellulose- eller lignocelluloseholdig materiale fra planter valgt fra gruppen bestående av mykere tresorter, hardere tresorter, kokosnøtt, da spesielt kokosnøttfibere, bomull, avfall fra lin og hampindustrien, bargass, jute, sisal, siv, risstrå eller halm spesielt foretrukket.

Videre i fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelsen blir en aminoalkylsilanforbindelse med formel (I) fra gruppen bestående av 3-aminopropyltrimetoksysilan, 3-aminopropyltrietoksysilan, 3-aminopropylmetyldimetoksysilan, 3-aminopropylmetyldietoksysilan, 3-aminopropylsilantriol, N-(2-aminoetyl)-3-aminopropyltrimetoksysilan, N-(2-aminoetyl)-3-aminopropyltrietoksysilan, N-(2-aminoetyl)-3-aminopropylsilantriol, N-[N’-(2-aminoetyl)-2-aminoetyl]-3-aminopropyltrimetoksysilan, N-[N’-(2-aminoetyl)-2-aminoetyl]-3-aminopropyltrietoksysilan, N-[N’-(2-aminoetyl)-2-aminoetyl]-3-aminopropylsilantriol, N,N-[di(2-aminoetyl)]-2-aminopropyltrimetoksysilan, N,N-[di(2-aminoetyl)]-2-aminopropyltrietoksysilan, N,N-[di(2-aminoetyl)]-2-aminopropylsilantriol, N-(n-butyl)-3-aminopropyltrimetoksysilan, N-(n-butyl)-3-aminopropyltrietoksysilan, N-(n-butyl)-3-aminopropylsilantriol, (H3CO)3Si(CH2)3NH(CH2)3Si(OCH3)3(bis-AMMO), (H5C2O)3Si(CH2)3NH(CH2)3Si(OC2H5)3(bis-AMEO), (H3CO)3Si(CH2)3NH(CH2)2NH(CH2)2NH(CH2)3Si(OCH3)3(bis-DAMO), (H3CO)3Si(CH2)3NH(CH2)2NH(CH2)2NH(CH2)2NH(CH2)2NH(CH2)3Si(OCH3)3(bis-TRIAMO) eller en blanding av minst to av de ovennevnte aminoalkylsilaner eller en vandig løsning av minst en av de ovennevnte aminoalkylsilanforbindelser.

For fremstilling av en aminoalkylsilanholdig oppløsning, så vil en som regel anvende en fremgangsmåte hvor vann, fortrinnsvis demineralisert vann, blir blandet med det hydrolyserbare aminoalkylsilanet, og når det måtte passe, reagert under svak oppvarming og røring. Egnet blir fra 0,001 til 999 vektdeler av minst en aminoalkylsilanforbindelse med formel (I) brukt per en vektdel vann. Fortrinnsvis blir fra 0,1 til 90 vektdeler av et aminoalkylsilan med formel I, spesielt foretrukket fra 1 til 30 vektdeler, spesielt foretrukket fra 5 til 15 vektdeler, og aller mest foretrukket fra 7 til 10 vektdeler av et aminoalkylsilan med formel I brukt per 1 vektdel vann. I reaksjonen blir det også dannet oligomere silaner i det minste proporsjonalt. Videre kan en organisk eller uorganisk syre, for eksempel maursyre, eddiksyre, saltsyre, salpetersyre, svovelsyre eller fosforsyre, for å nevne et par eksempler, tilsatt blandingen eller løsningen, og pH kan fortrinnsvis justeres til mellom 2 og 10. I tillegg kan alkoholhydrolyseproduktet avdestilleres fra sammensetningen etter hydrolysen hvis dette er passende, under redusert trykk. Vandig, i alt vesentlig alkoholfrie løsninger som i alt vesentlig omfatter fullstendig hydrolyserte aminoalkylsilaner er produktet etter denne prosessen, hvor alkoholinnholdet fortrinnsvis er mindre enn 3 vekt%, spesielt foretrukket mindre enn 1 vekt-%, og enda mer foretrukket mindre enn 0,5 vekt-%, og aller mest foretrukket mindre enn 0,1 vekt-%, dvs. under påvisningsgrensen for slike systemer. Generelt vil en med fordel få fremstilt en klar og alkoholfri, vandig aminoalkylsilanholdig løsning, for eksempel DYNASYLAN® 1151 eller 1154, som kan brukes som et bindemiddel for komposittmaterialer, da spesielt for trebaserte materialer.

I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir samkondensatene som fortrinnsvis er basert på minst et silan med den generelle formel (II), valgt fra gruppen bestående av tetraetoksysilan, metyltrimetoksysilan, metyltrietoksysilan, npropyltrimetoksysilan, n-propyltrietoksysilan, n-butyl- og isobutyltrimetoksysilan, n-butyl- og isobutyltrietoksysilan, n-oktyl- og isooktyltrimetoksysilan, n-oktyl- og isooktyltrietoksysilan, fenyltrimetoksysilan, fenyltrietoksysilan, vinyltrimetoksysilan, vinyltrietoksysilan, tridekafluor-1,1,2,2-tetrahydrooktyltrimetoksysilan, tridekafluor-1,1,2,2-tetrahydrooktyltrietoksysilan, 3-glysidyloksypropyltrimetoksysilan, 3-glysidyloksypropyltrietoksysilan, 3-metakryloksypropyltrimetoksysilan, 3-metakryloksypropyltrietoksysilan, 3-merkaptopropyltrimetoksysilan, 3-merkaptopropyltrietoksysilan og de aminosilaner som er angitt med formel (I) kan også med fordel brukes som komponent (ii) i bindemidler ifølge oppfinnelsen.

Nevnte samkondensater som komponent (ii) i bindemiddelet ifølge oppfinnelsen, for eksempel i denne sammenhengen også med formel (III) eller som en vandig løsning av dette, kan på lignende måte fordelaktig brukes i bindemiddelet ifølge oppfinnelsen, og kan som regel fremstilles ved hydrolyse og kondensering eller samkondensering eller blokk-samkondensering av de tilsvarende monomere alkoksysilanene eller klorsilanene med formel (I) så vel som formel (II), ved å tilsette en vannmengde som er nødvendig for å oppnå den forønskede graden av oligomerisering, for eksempel DYNASYLAN® 2907, 2909 eller F 8815.

Fremgangsmåten kan gjennomføres i nærvær av en hydrolyse eller kondenseringskatalysator. Hydrolysen og kondenseringen eller samkondenseringen eller blokk samkondenseringen kan også utføres i nærvær av et fortynningsmiddel eller løsemiddel, fortrinnsvis metanol, etanol og/eller isopropanol. Vanligvis blir alkoholen eller løsemiddelet fjernet, i det minste proporsjonalt fra systemet etter eller under reaksjonen, og systemet blir deretter fortynnet etter behov med vann. Videre kan sammensetningen tilsettes andre ytterligere komponenter, for eksempel ytterligere syre, alkohol, monomere organosilaner eller monomere kationiske aminosilaner. Fremstillingen av tilsvarende systemer og utgangsmaterialer som er egnet for dette formål, er imidlertid også beskrevet i EP 0716 127, EP 0 716 128, EP 0846 717, EP 0846 716, EP 1031 593 og EP 1101 787. Forbindelser med formel (III) kan være tilstede i vandige systemer i delvis eller i så å si fullstendig hydrolysert form. Videre er lineære eller sykliske silanoligomerer med formel (III) fortrinnsvis til stede, dvs. vanligvis som relativt kortkjedede organosiloksaner som i alt vesentlig er sammensatt av M- og D-strukturer som angitt her. Grenede strukturer eller tredimensjonale strukturer, dvs. organosiloksaner med formel (III) med en T- eller Q-struktur, kan imidlertid også opptre fra tid til annen.

Bindemidler brukt ifølge oppfinnelsen har fortrinnsvis som komponent (ii) et innhold av aktivt stoff fra 0,5 til 95 vekt-%, spesielt foretrukket fra 2 til 40 vekt-%, mer spesielt foretrukket fra 5 til 30 vekt-%, og aller mest foretrukket fra 5 til 20 vekt-% basert på sammensetningen av komponent (ii).

Videre spesielt foretrukket ifølge oppfinnelsen er et bindemiddel som inneholder fra 0,9 til 3,6 mol HCOOH eller H3CCOOH per mol aminogrupper i silan samoligomerene, fortrinnsvis fra 1 til 1,1 mol syre per mol nitrogen i aminofunksjonene.

Forbindelser med formel (III), dvs. samkondensater basert på minst et aminoalkylsilan med den generelle formel (I), og minst et ytterligere funksjonelt silan med den generelle formel (II) og tilsvarende forbindelser, vanligvis som klare og lett bevegelige løsninger, for eksempel DYNASYLAN® HS 2907, HS 2909 eller F 8815, kan således med fordel blandes i det forønskede forholdet med vann. Det er således også mulig først å blande de ovennevnte produkter eller midler, og så etter behov fortynne blandingen med vann og/eller alkohol. For eksempel kan en triaminoalkyl/tridekafluor-1,1,2,2-tetrahydrooktyl/hydroksy- eller alkoksysiloksanblanding alt vesentlig nøytraliseres med eddiksyre eller maursyre, eller en 3-aminopropyl/isobutyl/hydroksy- eller alkoksysiloksanblanding i alt vesentlig nøytraliseres med eddiksyre, og kan så blandes med vann i et volumforhold på fra ca. 1:0,5 til 0,5:5, fortrinnsvis fra ca.1:1 til 0,5:2 og mer spesielt ca. 1:2.

Ifølge oppfinnelsen blir det fortrinnsvis brukt et bindemiddel med et vanninnhold fra 5-99,5 vekt-%, og spesielt foretrukket er det å anvende et som omfatter fra 50-98 vekt-% vann, mer spesielt foretrukket fra 60-95 vekt-% vann, mer spesielt fra 80-95 vekt-% basert på bindemiddelsammensetningen, og hvor de respektive komponentene i middelet utgjør til sammen 100 vekt-%.

Komponent (ii) i bindemiddelet ifølge den foreliggende oppfinnelsen kan også ha et innhold av fri syre som er <10 vekt-%, fortrinnsvis fra 0 til 7 vekt-%, mer spesielt fra 0,001 til 5 vekt-% basert på sammensetningen. Med andre ord de syreandeler som er til stede som amino- eller ammoniumsalter er således utelukket, når det er angitt såkalte frie syreandeler.

Videre kan komponent (ii) inneholde en alkohol, da spesielt metanol, etanol, n -propanol, isopropanol, 2-metoksyetanol eller blandinger av disse. Det er imidlertid foretrukket å anvende bindemidler som er alkoholfrie, dvs. at den frie alkoholen kan påvises opp til en grense som ikke overskrider 3 vekt-% ved hjelp av vanlig kjente fremgangsmåter, for eksempel ved hjelp av gasskromatografi som har en påvisningsgrense som er <0,1%.

I fremgangsmåtene ifølge oppfinnelsen blir det cellulose- eller lignocelluloseholdige materialet vanligvis sprayet med bindemiddelet i et pneumatisk eller hydraulisk drevet limapparat.

Bindemidler eller bindemiddelsystemer ifølge oppfinnelsen er med fordel basert på de følgende mengdeforhold av komponentene. De angitte data (per vekt -%) er basert på sammensetningen av det respektive bindemiddelsystemet.

I fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelsen blir det således opp til 70 vekt-%, fortrinnsvis fra 0,1 til 30 vekt-%, mer spesielt foretrukket fra 1 til 15 vekt-%, enda mer spesielt foretrukket fra 3 til 12 vekt-%, og aller mest foretrukket fra 5 til 10 vekt-% av bindemidlene ifølge oppfinnelsen, basert på absolutt tørt cellu loseeller lignocellulosemateriale.

I tillegg i fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse, kan en herdningsakselerator i en mengde på opp til 8 vekt-%, fortrinnsvis fra 0,01 til 7 vekt-%, for eksempel vandige løsninger av kaliumkarbonat eller ammoniumsulfat, basert på” absolutt tørt bindemiddel”, dvs. ”fast bindemiddel”, brukes i tillegg til bindemiddelet. ” Fast bindemiddel”, slik det brukes her, angir mengden, hvis bindemiddelet ifølge oppfinnelsen behandles ifølge EN 322, hvoretter den gjenværende resten veies (dvs. det faste innhold av bindemiddelet).

Videre i den foreliggende oppfinnelsen kan det således behandlede cellulose- eller lignocellulosematerialet spres utover til en kake, for eksempel til en partikkelkake eller en matte, kjemmes eller jevnes ut, og presses ved en temperatur opp til 250<o>C, fortrinnsvis fra 150 til 210<o>C, og et trykk opp til 9 N/mm<2>, fortrinnsvis fra 4 til 7 N/mm<2>, og i et tidsrom på opp til 300 s per mm platetykkelse, fortrinnsvis fra 5 til 60 s/mm, spesielt foretrukket fra 8 til 40 s/mm.

Generelt kan den foreliggende oppfinnelsen utføres som følger:

Cellulose- eller lignocelluloseholdig materiale behandles med et bindemiddel ifølge oppfinnelsen. Hvis det er ønskelig kan ytterligere komponenter tilsettes det således fremstilte materialet, hvoretter dette føres inn i en form på kjent måte og herdes. Det fremstilte materialet kan for eksempel spres utover overflaten av en varm presse, kjemmes eller jevnes utover og så varmpresses. Under denne fremgangsmåten vil det cellulose- eller lignocelluloseholdige materialet reagere med det tilstedeværende bindemiddelet, hvoretter vannet vil fordampe.

Komposittmaterialer ifølge den foreliggende oppfinnelsen, da spesielt trebaserte materialer, kan således fordelaktig fremstilles ved å bruke et bindemiddel ifølge oppfinnelsen.

Spesielt kan bindemidler ifølge oppfinnelsen brukes for fremstilling av sponplater, fiberplater, ultralette fiberplater, lette fiberplater, fiberplater med midlere tetthet, høytette fiberplater, OSB-plater, finerplater, limte plater, trepellets, trebriketter, ”bearbeidet trevirke”, isolasjonsmaterialer, plantepotter, for eksempel fra forskjellige typer av granved, støpte produkter, for eksempel, men ikke utelukkende begrenset til støpte produkter for bilinteriører, dvs. som et eksempel på teknisk trekonstruksjonsmaterialer.

Det spesielle bindemiddelet ifølge oppfinnelsen er således med fordel godt egnet for fremstillingen av trebaserte materialer med gode mekaniske-teknologiske egenskaper. Bruken av det nye bindemiddelet ved produksjonen av komposittmaterialer basert på cellulose- eller lignocellulose, har for første gang åpnet for en mulighet for å produsere trebaserte materialer med mekanisketeknologiske egenskaper som oppfyller de kravene som er angitt i relevante europeiske standarder (EN 622-5).

Eksempler

Eksempel 1

Hveteprotein-bundne middelstette fiberplater

Det ble fremstilt 10 mm tykke MDF med en påkrevd volumtetthet på 800 kg/m<3>. Platene ble presset ved 190<o>C i 24 s/mm. Det anvendte bindemiddelet var et vandig hveteproteinprodukt (WP) med et innhold av 41,5% faste stoffer.

Limvæskene i de etterfølgende testserier bestod av:

1. WP-referanse: 15% fast resin basert på absolutt tørr fiber og 1% av et vannavstøtende middel av varemerket ”Hydrowax 730®” fra SASOL WAX GmbH, basert på absolutt tørr fiber.

2. WP+1154 (0,6%): 15% fast resin basert på absolutt tørr fiber og 0,6% DYNASYLAN® 1154 fra DEGUSSA AG, basert på absolutt tørr fiber.

3. WP+1154 (1,2%): 15% fast resin basert på absolutt tørr fiber og 1,2% DYNASYLAN® 1154 fra DEGUSSA AG, basert på absolutt tørr fiber.

4. WP+1151 (1%): 15% fast resin basert på absolutt tørr fiber og 1% DYNASYLAN® 1151 fra DEGUSSA AG, basert på absolutt tørr fiber.

5. WP+1151 (1%) Hydrowax: 15% fast resin basert på absolutt tørr fiber og 1% DYNASYLAN® 1151 fra DEGUSSA AG, basert på absolutt tørr fiber, og 1% vannavstøtningsmiddel av varemerket ”Hydrowax 730®” fra SASOL WAX GmbH, basert på absolutt tørr fiber.

6. WP+2909 (1,3%): 15% fast resin basert på absolutt tørr fiber og 1% DYNASYLAN® HS 2909 fra DEGUSSA AG, basert på absolutt tørr fiber.

Resultatene fra testene på transvers strekkfasthet er vist i Tabell 1.

Tabell 1

Mekaniske-teknologiske egenskaper for hveteprotein-bundne MDF

Resultatene viser at en tilsetning av DYNASYLAN® fører i alle testseriene til en økende transvers strekkfasthet og en reduksjon av tykkelsessvellingen etter lagring i vann i 24 timer. Fiberplatene fra testseriene WP+1154 (1,2%) og WP+1151 (1%)+Hydrowax oppfyller også EN 622-5 (MDF) med hensyn til parameteren transvers strekkfasthet, som er angitt som 0,60 N/mm<2>i standarden. Fiberplatene i testserien WO+1151 (1%) Hydrowax gir også resultater som ligger under parameteren tykkelsessvelling i EN 622-5 (MDF), som er angitt som ikke mer enn 15% i standarden. På grunn av dette er det klart at anvendelsen av DYNASYLAN® gir en mulighet for å fremstille hveteprotein-bundet middelstette fiberplater som lar seg sammenligne med vanlig bundne MDF med hensyn til sine mekanisketeknologiske egenskaper. Dette ville ikke være mulig uten en tilsetning av organofunksjonelle silaner.

Eksempel 2

Potetmasse-bundet middelstette fiberplater

Det ble fremstilt 10 mm tykke MDF med en påkrevd volumtetthet på 800 kg/m<3>. Platene ble presset ved 190<o>C i 30 s/mm. Det anvendte bindemiddelet var en mekanisk-enzymatisk bearbeidet potetmasse (KP) med et innhold av faste stoffer på ca. 17% (cf. EP 0613 906 A1). Limvæskene eller testseriene bestod av:

1. KP-referanse: 15% fast resin basert på absolutt tørr fiber og 1% vannavstøtningsmiddel av varemerket ”Hydrowax 730®” fra SASOL WAX GmbH, basert på absolutt tørr fiber.

2. KP+1154 (0,6%) Hydrowax (1%): 15% fast resin basert på absolutt tørr fiber, 0,6% DYNASYLAN® 1154 fra DEGUSSA AG, basert på absolutt tørr fiber, og 1% vannavstøtningsmiddel av varemerket ”Hydrowax 730®” fra SASOL WAX GmbH, basert på absolutt tørr fiber.

3. FP+1154 (1,2%) Hydrowas (2%): 15% fast resin basert på absolutt tørr fiber, 1,2% DYNASYLAN® 1154 fra DEGUSSA AG, basert på absolutt tørr fiber, og 2% vannavstøtningsmiddel av varemerket ”Hydrowax 730®” fra SASOL WAX GmbH, basert på absolutt tørr fiber.

Resultatene av materialtestingen er vist i Tabell 2.

Tabell 2

Mekaniske-teknologiske egenskaper for potetmasse-bundet MDF

Det fremgår således at en tilsetning av DYNASYLAN® i vesentlig grad øker den transverse strekkfastheten og i vesentlig grad reduserer tykkelsessvellingen.

Fiberplatene fra testserien KP+1154 (1,2%) Hydrowax (1%) oppfyller kravene i EN 622-5 (MDF) med hensyn til ovennevnte parametrene.

Eksempel 3

Viskositetsundersøkelser

Bestemmelsen av viskositeten kan utføres ved å bruke et bærbart roterende rheometer fra PHYSICA av typen ”PHYSICA-RHEOLAP® MCI”. Det ble brukt et standard sylindermålesystem ifølge Din 53019 av typen Z3.

DYNASYLAN® ble tilsatt forskjellige vanlige og nesten naturlige bindemidler. Et hveteprotein med et innhold av faste stoffer på 41,5% ble brukt som et nestennaturlig bindemiddel. Videre ble et garvesyrebindemiddel med en styrke på 39%, som var fremstilt fra et garvesyre-GTM-pulver.

For utføring av testen ble i hvert tilfelle 200 g bindemiddel utveid i et beger på 2000 ml. Deretter ble den beregnede mengden av DYNASYLAN® tilsatt under en rørehastighet på 1,5 ved å bruke en vanlig laboratorierører. Etter røring i 5 minutter ble ca. 20 g av prøven tilsatt standard sylindermålesystemet opp til merket, hvoretter viskositetsmålingen begynte etter en ventetid på 1 minutt. Under målingen ble temperaturen på det roterende rheometeret holdt konstant på 23<o>C (+ 0,2<o>C) ved hjelp av en tilknyttet termostat.

Silantilsetningen ble utført på basis av det faste innholdet i bindemiddelet (DYNASYLAN® faststoff, basert på fast bindemiddel).

Den angitte viskositeten ble bestemt ved en skjærhastighet på 500 s<-1>og er angitt i tabellene 3 til 7.

DYNASYLAN®-produktene av typene 1151 og 1154 viste seg å ha en spesielt sterk viskositetsreduserende effekt. I forbindelse med DYNASYLAN® 1154, så var en silantilsetning på 3% tilstrekkelig til å halvere viskositeten.

Tabell 3

Løselig hveteproteinkonsentrat med tilsetning av DYNASYLAN® 1151

Tabell 4

Løselig hveteproteinkonsentrat med tilsetning av DYNASYLAN® 1154

Tabell 5

Løselig hveteproteinkonsentrat med tilsetning av DYNASYLAN® HS 2907

Tabell 6

Løselig hveteproteinkonsentrat med tilsetning av DYNASYLAN® HS 2909

En tilsetning av DYNASYLAN® til et hveteproteinbindemiddel førte også til en vesentlig reduksjon av viskositeten. I disse undersøkelsene ble det påvist at DYNASYLAN® 1151 hadde en spesielt sterk viskositetsreduserende effekt. Det ble observert en viskositetsreduksjon på ca. 20% ved en tilsetning på fra 1 til 2% av det organofunksjonelle silanet (jf. Tabell 3).

Tabell 7

Garvestoffbindende middel GTM med tilsetning av DYNASYLAN® 1151

Garvestoffene er meget likt de syntetisk fremstilte fenolresinene med hensyn til deres kjemiske sammensetning. Det er derfor ikke overraskende at et garvestoffbindemiddel også i sterk grad blir positivt påvirket med hensyn til sine flyteegenskaper ved en tilsetning av en liten mengde DYNASYLAN® 1151, noe som fremgår av en sterkt redusert viskositet innenfor det skjærhastighetsområdet som ble undersøkt.

Undersøkelsen med hensyn til viskositetsforandringen ved å blande inn de eksisterende DYNASYLAN®-systemer har vist at det ikke bare er mulig å forandre et bindemiddel med hensyn til dets flyteegenskaper ved hjelp av de aminofunksjonelle silansystemene, slik at nevnte bindemiddel er lettere bearbeidbar når det gjelder påføringsteknologi, men det er også mulig å øke innholdet av faste stoffer, da spesielt i PF-resinene og nesten naturlige bindemidler. I praksis vil et forhøyet innhold av faste stoffer kunne gi positive egenskaper med hensyn til en reduksjon av pressetiden i kombinasjon med energibesparelser. Videre vil transporten av bindemidler være bedre utnyttet ettersom mengden av løsemiddelet i bindemiddelet kan være lavere.

Claims

PATENTKRAV

1. Bindemiddel for komposittmaterialer,

k a r a k t e r i s e r t v e d å omfatte cellulose- eller lignocelluloseholdig materiale, som er basert på komponentene

(i) minst ett bindemiddel fra gruppen bestående av minst ett naturlige eller nesten naturlig bindemiddel fra serien som består av vegetabilske proteiner, garvestoffer, potetmasse eller et vandig hveteprotein produkt eller en mekaniskenzymatisk bearbeidet potetmasse, og

(ii) minst én sammensetning basert på et aminoalkylsilan, der aminoalkylsilanen er valgt fra en vandig løsning som inneholder minst ett aminoalkylsilan med formelen (I)

R<1>R<2>N(CHR<4>)aSi(R<3>)r(OR)3-r(I),

hvor gruppene R<1>og R<2>kan være identiske eller forskjellige, og kan i hvert tilfelle være H eller en lineær, forgrenet eller syklisk C1- til C20-alkylgruppe, eller en arylgruppe eller en aminokarbylgruppe, der gruppene R<1>og R<2>eventuelt er substituerte, R<3>er H eller en lineær eller forgrenet C1- til C8-alkylgruppe, og hvor gruppene R<4>er identiske eller forskjellige og R<4>er H eller metyl, a er fra 1 til 10, gruppene R er identiske eller forskjellige, og hvor R er H, og r er 0 eller 1 eller 2,

eller

R<7>(CHR<6>)bSi(R<5>)p(OR)3-p(II),

hvor R<7>er H eller en vinylgruppe eller en aminogruppe eller en glycidyloksygruppe eller en akryloyloksygruppe eller en metakryloyloksygruppe eller en merkaptogruppe eller en sulfangruppe eller en lineær eller forgrenet C1- til C20-alkylgruppe eller en arylgruppe, og hvor gruppen R<7>eventuelt kan være substituert, og hvor gruppene R<6>er identiske eller forskjellige, og hvor R<6>er H eller metyl, b er fra 0 til 18, R<5>er H eller en lineær eller forgrenet C1- til C8alkylgruppe, gruppene R er identiske eller forskjellige, og R er H, og p er 0 eller 1 eller 2,

hvor aminofunksjonene i samkondensatet eventuelt er helt eller delvis nøytralisert med en uorganisk eller organisk syre, der den aminoalkylsilaninneholdende vandige løsningen er vesentlig et alkoholfritt fullstendig hydrolysert produkt av i det minste en aminoalkylsilanforbindelse ifølge formel (I), der alkoholinnholdet er mindre enn 3 vekt% og der vanninnholdet er fra 5 til 99,5 vekt% basert på bindemiddel sammensetningen, der de respektive komponentene av midlet addere opp til 100 vekt%.

2. Bindemiddel ifølge krav 1, karakterisert ved at det vegetabilske proteinet er valgt fra soyabønne proteiner, maisproteiner, hveteproteiner.

3. Bindemiddel ifølge krav 1, karakterisert ved at den mekanisk-enzymatisk bearbeidede potetmasse (KP) har et faststoff innhold på 17%.

4. Bindemiddel ifølge ethvert av kravene 1 til 3,

k a r a k t e r i s e r t v e d at det inneholder minst én ytterligere komponent valgt fra gruppen bestående av parafin- eller voksbaserte, vannavstøtende midler, flammehemmende midler, biocidstoffer og duftstoffer.

5. Komposittmateriale,

k a r a k t e r i s e r t v e d å omfatte minst ett cellulose- eller lignocelluloseholdig materiale og et bindemiddel, hvor bindemiddelet er basert i det minste på komponentene (i) og (ii), hvor

(i) er valgt fra gruppen bestående av minst ett naturlige eller nesten naturlig bindemiddel fra gruppen som består av vegetabilske proteiner, garvestoffer, potetmasse eller et vandig hveteprotein produkt eller en mekanisk-enzymatisk bearbeidet potetmasse, og

(ii) er en sammensetning som inneholder minst et aminoalkylsilan, der aminoalkylsilanet er valgt fra en vandig løsning som inneholder minst ett aminoalkylsilan med formel (I)

R<1>R<2>N(CHR<4>)aSi(R<3>)r(OR)3-r(I),

eller

R<7>(CHR<6>)bSi(R<5>)p(OR)3-p(II),

hvor R<7>er H eller en vinylgruppe eller en aminogruppe eller en glycidyloksygruppe eller en akryloyloksygruppe eller en metakryloyloksygruppe eller en merkaptogruppe eller en sulfangruppe eller en lineær eller forgrenet C1- til C20alkylgruppe eller en arylgruppe, og hvor gruppen R<7>eventuelt kan være substituert, og hvor gruppene R<6>er identiske eller forskjellige, og hvor R<6>er H eller metyl, b er fra 0 til 18, R<5>er H eller en lineær eller forgrenet C1- til C8alkylgruppe, gruppene R er identiske eller forskjellige, og R er H, og p er 0 eller 1 eller 2,

hvor aminofunksjonene i samkondensatet eventuelt er helt eller delvis nøytralisert

med en uorganisk eller organisk syre, der den aminoalkylsilaninneholdende vandige løsningen er vesentlig et alkoholfritt fullstendig hydrolysert produkt av i det minste en aminoalkylsilanforbindelse ifølge formel (I), der alkoholinnholdet er mindre enn 3 vekt% og der vanninnholdet er fra 5 til 99,5 vekt% basert på bindemiddel sammensetningen, der de respektive komponentene av midlet addere opp til 100 vekt%.

6. Komposittmateriale ifølge krav 5,

k a r a k t e r i s e r t v e d å omfatte minst ett naturlig eller nesten naturlig cellulose- eller lignocelluloseholdig materiale valgt fra gruppen bestående av industrielt trevirke, skogsindustri trevirke, brukt eller resirkulert trevirke, trepartikler, trefliser, trefibere, treull, trestøv, sagmugg, høvelspon, kutteflis, trestykker, fineravfall, trefliser, partikkelmateriale fra ettårige planter eller en blanding av minst to av de ovennevnte materialer.

7. Komposittmateriale ifølge krav 5 eller 6,

k a r a k t e r i s e r t v e d at det cellulose- eller lignocelluloseholdige fibermaterialet har sin opprinnelse fra ved fra mykere tresorter, ved fra harde tresorter, palmefibere, ettårige planter, kokosnøttfibre, vanlig halm, rishalm, bomull, jute og hamp.

8. Fremgangsmåte for fremstilling av et komposittmateriale ifølge ethvert av kravene 5 til 7,

k a r a k t e r i s e r t v e d å

- et bindemiddel ifølge ethvert av kravene 1 til 4,

- å deretter bringe således behandlet materiale i en ønsket form og deretter varmepresse den.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t at det cellulose- eller lignocelluloseholdige materialet sprayes i et pneumatisk eller hydraulisk drevet limapparat.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8 eller 9,

k a r a k t e r i s e r t v e d at det blir brukt opp til 15 vekt-% av et bindemiddel basert på absolutt tørt cellulosemateriale eller lignocellulosemateriale.

11. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 8 til 9,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t det i tillegg til et bindemiddel brukes en herdningsakselerator i en mengde å opp til 8 vekt-% basert på absolutt tørt bindemiddel.

12. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 8 og 9,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t cellulosen eller lignocellulosematerialet behandlet på denne måten ved romtemperatur spres utover til en kake, kjemmes og så presses ved en temperatur på opp til 250<o>C og et trykk på opp til 9 N/mm<2>og i et tidsrom på opp til 300 s/mm.

13. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 8 til 12,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t cellulosen eller det lignocelluloseholdige materialet behandlet eller limt på denne måten, blir varmemessig og/eller mekanisk forbehandlet før pressetrinnet.

14. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 8 til 13,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t de formgitte artiklene fremstilt i formings- eller pressetrinnet blir etterbehandlet.

15. Komposittmateriale,

k a r a k t e r i s e r t v e d å være fremstilt ifølge ethvert av kravene 8 til 14.

16. Anvendelse av et bindemiddel ifølge ethvert av kravene 1 til 4 for fremstillingen av trebaserte materialer.