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CN101945759A - 用于木板的自粘材料和木板 - Google Patents

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CN101945759A
CN101945759A CN2009801055437A CN200980105543A CN101945759A CN 101945759 A CN101945759 A CN 101945759A CN 2009801055437 A CN2009801055437 A CN 2009801055437A CN 200980105543 A CN200980105543 A CN 200980105543A CN 101945759 A CN101945759 A CN 101945759A
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polyolefin film
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CN2009801055437A
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S·基祖伦
M·阿西凯宁
G·蒂乌萨宁
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UPM Plywood Oy
Original Assignee
UPM Kymmene Wood Oy
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Abstract

本发明涉及一种用于木板的自粘材料。根据本发明，自粘材料是由聚烯烃膜形成的，该聚烯烃膜的熔体指数为≤4g/10min(在190℃/2.16kg测量)，并且所述聚烯烃膜含与木材的-OH基团反应的反应基以便形成自粘特性。进一步，本发明涉及其中所述自粘材料用作涂层和/或胶层材料的木板。

Description

用于木板的自粘材料和木板
技术领域
本发明涉及如权利要求1前序部分中定义的用于木板的自粘材料，并涉及如权利要求16的前序部分中定义的木板。
背景技术
从现有技术可知有不同木板。这里，木板是指如胶合板、刨花板和硬纤维板及中等硬度纤维板。这些产品常需要涂覆从而保护基础产品或使其具有一些特定的表面特性。
用于木材产品的涂层通常为某些有机聚合物，更常见的是树脂，如酚醛树脂和三聚氰胺树脂。也使用热塑性涂层，但其问题是如何将它们粘附到木材面板或产品上。用聚合物涂底漆(polymer priming)是一种使用热熔胶水的方法。
为了制备木板，树脂和不同粘胶材料被用来将木板的薄板(veneer)胶粘和结合在一起。从现有技术已知，使用聚氨酯胶或酚醛胶来将薄板层胶粘在一起。
从现有技术还知道，使用马来酸化的聚乙烯(MAPE)或马来酸化的聚丙烯(MAPP)制造木材纤维-聚合物复合材料，其中马来酸化聚合物用作纤维和聚合物之间的偶联剂。已知纤维素纤维可以用聚丙烯-马来酸酐共聚物进行表面改性。
进一步，从专利申请EP 0782917已知，用挤出膜制备涂覆板材。在一个实施方式中，该膜包括马来酸酐接枝的乙基-醋酸乙烯酯共聚物(MA-g-EVA)。在膜制造过程中不进行处理，例如不进行活化。
发明内容
本发明的目的是公开新型自粘材料和该材料与木板的结合。本发明旨在解决以全新的和非常简单的方式涂覆和胶粘木板的薄板问题。
根据本发明用于木板的自粘材料和木板的特征在权利要求中给出。
本发明基于用于木板的自粘材料，如用于胶粘和/或涂覆。根据本发明，自粘材料由聚烯烃膜形成，所述聚烯烃膜的熔体指数(melt index)为≤4g/10min(在190℃/2.16kg测量)，聚烯烃膜含与木材的-OH基团反应的反应基以便形成自粘特性。聚烯烃膜由于反应基而是自粘型粘合剂。
进一步，本发明基于木板，其中形成该木板以便木板的薄板结合到一起。根据本发明，木板由所述的自粘材料制造，因此自粘材料被用作板上的涂层和/或薄板之间的胶层(glue-line)材料。
本发明特别基于自粘膜。自粘膜是通过反应基如马来酐基团接枝的，马来酐基团与其他材料——例如，诸如木材或木材衍生产品的天然产品——中的-OH基团反应并形成共价键。熔体指数为≤4g/10min(在190℃/2.16kg测量)使得反应基能够以膜形式活化。
在本说明书中，木板指任何木材面板产品，胶合板、刨花板、纤维板、复合材料产品、木条(beam)、挤压板(pressed panel)产品等等，其由大量薄板且主要为木基材料形成，其中薄板一层叠一层并被胶粘在一起。进一步，木板指任何木材产品或纤维产品。在本说明书中，薄板指任何材料层，通常为薄的材料层。在优选实施方式中，木板是胶合板。
根据本发明的木板可包括不同厚度的薄板层。薄板层的厚度可改变。薄板层可在期望的位置设置，即以期望的顺序交叉地或纵向地设置。
在本发明一个实施方式中，聚烯烃膜至少部分交联。
在本发明一个实施方式中，聚烯烃膜包括至少两层，分别为第一层和第二层，且至少第一层是自粘层，因此其含有与木材的-OH基团反应的反应基。在一个实施方式中，第二层至少部分交联。在一个实施方式中，第一层至少部分交联。在一个实施方式中，第二层也含有与木材-OH基团反应的反应基。在一个实施方式中，至少一个添加剂层(additive layer)设置在第一和第二层之间。在一个实施方式中，膜可包括一个以上的添加剂层，如2-10个添加剂层。在一个实施方式中，添加剂层可含官能性添加剂。在一个实施方式中，添加剂层可含，例如阻燃剂、UV稳定剂和填料。
在本发明的一个实施方式中，聚烯烃选自：聚乙烯、聚丙烯和它们的组合。聚烯烃膜或每层可包括添加剂和填料。
聚烯烃膜和/或膜层可从石化产品和可再生原料(renewablefeedstock materials)制备。此外，可以使用生物基聚合物。优选，生物基聚合物具有高于180℃或高于190℃的处理温度。在一个实施方式中，所有膜层基本由相同材料形成。在可选的实施方式中，至少一个膜层由与其他膜层不同的材料形成。
相容剂(compatibiliser)可加入膜中以便将不同的聚合物彼此粘附到一起。
在本发明一个实施方式中，在制造自粘材料的过程中，聚烯烃膜的反应基在高于180℃的温度下活化，在一个实施方式中，在高于190℃的温度下活化。在一个实施方式中，足够的活化时间是约0.5-3分钟，在一个实施方式中，为约2-3分钟。然后形成的膜含能够与木材形成最大数目共价键的活化官能团。
在本发明的一个实施方式中，聚烯烃膜含马来酸化的聚烯烃，其含马来酸酐反应基。
在本发明的一个实施方式中，膜层含聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、马来酸酐聚乙烯(MAPE)、马来酸酐聚丙烯(MAPP)或其衍生物或它们的组合。在优选实施方式中，至少一个膜层含马来酸酐聚烯烃。在一个实施方式中，外膜层含马来酸酐聚烯烃。
在一个实施方式中，层压层可加到自粘材料上。层压改善自粘材料的机械特性和抗刮擦性。
当膜至少一侧被马来酸化时，并特别在马来酸化层被处理以便在制造过程中，其温度超过180℃或190℃，因此马来酸转化为马来酸酐时，聚烯烃膜可直接粘附到木材上。马来酸酐与木材的反应性非常强，与纤维素-OH基团形成共价键。没有这种活化的情况下，通常的马来酸化的膜主要形成比共价化学键弱得多的氢键。因此，我们也可直接将聚烯烃膜粘接到木材上，而无需任何底漆层和结合层。
在本发明优选实施方式中，自粘材料和木板是通过马来酸酐聚烯烃结合到一起的。马来酸酐聚烯烃在聚烯烃膜和木板的薄板之间形成化学和机械结合。
在优选实施方式中，包括马来酸化的聚烯烃的膜或膜层也含聚合物，如聚乙烯或聚丙烯。优选地，包括马来酸化的聚烯烃的膜层基本由MAPE+PE或MAPP+PP组成。
在本发明一个实施方式中，马来酸化的聚烯烃包含为马来酸化的聚烯烃的0.3-15wt％的马来酸，在一个实施方式中，为马来酸化的聚烯烃的1-5wt％。优选地，膜层被马来酸化到所需程度以便改善自粘材料的摩擦和润湿特性。
在本发明一个实施方式中，聚烯烃膜含异氰酸盐接枝的聚烯烃，其含有反应基。
在本发明的一个实施方式中，聚烯烃膜或膜层是以烷氧基硅烷接枝的，该烷氧基硅烷含与聚烯烃反应的反应性官能团。在一个实施方式中，聚烯烃膜是以可水解乙烯基-单-、-双-、或-三-烷氧基硅烷接枝的。在一个实施方式中，乙烯基可以用异氰酸酯-或环氧基团取代。烷氧基硅烷类醇基团可以是甲基-、乙基-、丙基-、或异丙基，且硅烷可含1、2或3个烷氧基。聚烯烃与乙烯基或其他反应基的反应在聚烯烃膜挤出过程中已发生，且木材与硅烷基团反应在木板制造的过程中或之后发生。
在本发明一个实施方式中，聚烯烃膜通过选自下面的方法交联：硅烷湿法、电子束(EB)辐射、乙烯基-硅烷水解和它们的结合。交联可在膜被压到木质表面或木板的薄板上之前进行。可选地，交联可在木板制造为最终产品之后进行。
聚烯烃膜的厚度可根据膜材料的特性和木板的应用改变。
木板可用本身已知的设备和方法制造。将薄板铺设在彼此上方，将其结合，并且其他制造木板的典型步骤可以按本领域中本身已知的任何方式进行。
自粘材料可用本身已知的设备和方法制造，例如，通过挤压或通过共挤出。将本发明的自粘材料设置在木板表面上或木板的薄板之间可用如下方法进行，如热压技术、挤出机技术、膜技术、辊应用技术、滚筒应用技术、涂覆和多层涂覆应用技术，所有都是本身已知的，或它们的组合或相应技术。薄板可用例如热压技术结合到一起。
在一个实施方式中，催化剂用在自粘材料的制造中。催化剂增加了偶联剂如马来酸酐和木材之间形成的共价键的频率。已知形成这些键并优选的催化剂是无水锌盐(zinc anhydride)。优选地，催化剂是水合醋酸锌。催化剂不能在与偶联剂如马来酸酐相同的层中挤出，因为其将打开马来酸酐的环。因此，催化剂可在热压过程中挤出和热活化后应用于膜，或直接应用于木材。可选的是，挤出厚度不同的膜(0.05-0.1mm)，以便一个膜外层含催化剂，而另一个为活化的偶联剂，以便膜随后在热压过程中熔化混合并与木材反应。
在一个实施方式中，聚烯烃膜可利用本身已知的催化剂制备。
在本发明实施方式中，自粘材料是在120℃-170℃的温度下通过热压附着到木板的薄板上。自粘材料通过反应基附着到薄板。本发明一个实施方式的益处是仅需要120-140℃的温度将膜固定到薄板表面上。热压条件，如温度、压力和时间取决于木材类型，如云杉或桦树，以及聚烯烃的熔化温度。为了引导塑料熔体流动，热压温度被设定在超过聚合物熔化温度20-50℃的温度是重要的。
根据本发明一个实施方式，表面特性可用表面层中的填料并用不同的马来酸化程度改性。表面上高密度的马来酸化在极性材料润湿的方向改变其特性，这也意味着更高的摩擦系数。这是积极的改进，特别在运输工业。这种马来酸化的表面对于上漆也是优异的表面，特别是用水基的漆上漆。在以H2O2或HClO或屠宰业、肉和鱼运输工具等使用的其他灭菌材料灭菌时极性基团也将润湿表面。
本发明使得能够制备自粘膜。自粘材料在木材上的粘附是优异的。
根据本发明的自粘材料和木板适用于不同应用。木板可用于要求高度抗磨损的应用，如货车、拖车、铁路运马车、厨房和家具的侧壁、运动场设备、体育设备、飞行容器和招牌。
附图说明
下面参考附图1和附图2，通过详细的实施方式实例来说明本发明，其中
图1示出了化学反应的示意图，以及
图2示出了根据本发明的自粘材料的结构。
具体实施方式
图1公开了制造自粘材料和木板如胶合板中化学反应的示意图。为了制造本发明的胶合板，有许多步骤。首先选择原材料。然后将马来酸化的材料从马来酸转化为马来酸酐。形成需要附着到胶合板上的自粘膜，其中活性马来酸酐基团与木材的羟基反应。
图2公开了本发明的自粘材料的结构。
自粘材料由膜形成，其包括三个层：第一层(1)、第二层(2)和添加剂层(3)。第一层是底层(1)、第二层是顶层(2)，而添加剂层(3)设置在第一层和第二层之间。
顶膜层(2)由聚烯烃，如聚乙烯或聚丙烯，和马来酸化的聚烯烃，如马来酸酐聚乙烯(MAPE)或马来酸酐聚丙烯(MAPP)形成，包括添加剂和填料。顶膜层可以是交联的。
底层(1)由MAPE或MAPP形成。
添加剂层(3)夹在顶层(2)和底层(1)之间。添加剂层由聚乙烯或聚丙烯形成，包括添加剂，如阻燃剂和UV稳定剂以及填料。
测试中使用的自粘材料和木板可如下制备。开始阶段，三层自粘膜是由聚烯烃、马来酸化聚烯烃和添加剂以及填料通过共挤出制备的。马来酸化的聚烯烃含马来酸，在膜制造过程中，马来酸在超过190℃的温度时转换为马来酸酐。顶膜层可通过在该阶段进行电子束辐射交联。膜层结合到一起以便形成膜。在第二阶段，形成的膜被切割为一定大小并设置在木板的薄板之间和/或木板上作为涂层。木板的薄板被结合到一起和/或涂层通过热压、冷压和/或高频挤压附着到表面上。热压是在约120-140℃的温度，在约1.2-1.9N/mm2的压力下进行2-8分钟。热压之后可进行冷压。在约1.2-1.7N/mm2的压力下，执行冷压直到温度降低到80-100℃以下，时间为0.5-5分钟。高频挤压的频率为13.10MHz，时间为约2-5分钟。在可选的实施方式中，在该阶段，自粘材料可通过辐射或硅烷湿法交联。
木板可以是胶合板、刨花板、高密度纤维板或中密度纤维板、或某些含木材或其他植物纤维的其他挤压的和胶粘的板。
当不同聚合物共挤出时，自粘材料需要相容剂材料以结合不同材料。
马来酸化的聚烯烃通常包含为聚烯烃量的2-15％的马来酸。在高于180℃的温度下挤出时，马来酸部分或全部转化为马来酸酐。如果聚合物膜在任何情形中都改进产品的使用，则聚合物膜也可以是可交联的。
实施例1
在本实施例中，测试制备的聚乙烯膜。含马来酸的聚乙烯膜被加热并活化，以便马来酸在制备膜的过程中转化为马来酸酐。表1公开了测试结果
表1
Figure BPA00001205500600071
从表1的结果可清楚看出马来酸在180℃以上的温度3分钟大部分转化为马来酸酐，因此可以考虑在挤出时，聚合物熔化约2-3分钟，挤出温度＞180℃是足够的，但优选＞190℃。
实施例2
在本实施例中，制备用于测试的图2中的自粘材料。测试如下进行。
涂层对胶合板的粘附是通过三种不同方法的剥离测试测量的(ISO4578，SFS-EN204)，结果是分离力(separation force)——其为涂层长度(25mm)的函数。第二测试是附着力测试(dolly test)(EN311)，而第三测试是剪切测试。在剪切测试和剥离测试的情况下，除了干样品，测量可在浸泡和煮沸后进行。然而，附着力测试仅对干样品进行。
表2公开了桦木胶合板涂层粘附特性，剥离强度(ISO 4578，SFS-EN204)和抗拉强度(附着力测试，EN311)。聚乙烯的熔体指数为MI-0.3g/10min(190℃/2.16kg)。偶联剂是Fusabond MD-353D(MAPP)和Fusabond MB-226DE(MAPE)。挤压条件为：温度：130-150℃，压力：1.8N/mm2，时间：8分钟。
表2
Figure BPA00001205500600081
表2中明显的是，粘接到胶合板上的粘合剂与用聚氨酯胶粘接的WISA多壁的水平类似。该涂层的粘接是WBP外部粘接到EN314-2/Class 3。
表3示出桦木胶合板涂层粘合特性，测量的干样品以及浸泡和煮沸后的样品的剥离强度。在所有情形中，聚乙烯的熔体指数(MI)为0.3(190℃/2.16kg)，除了使用规定为HDPE或MDPE且因此分别为MI-0.2g/10min(190℃/2.16kg)或MI-0.7g/10min(190℃/2.16kg)以外。热压条件为：温度：135-160℃，压力：1.7N/mm2，和时间：3.5-8分钟。所用的偶联剂为Fusabond MB-226DE，除非另外规定。
表3
Figure BPA00001205500600082
从表3的结果中显然看出，剥离测试受涂层硬度影响，且不完全是木材的粘合强度的度量。也观察到Fusabond 603偶联剂受影响较小。然而，清楚的是，对于干燥和浸泡的条件，中间层中HDPE共挤出的涂层形式与WISA多壁的剥离强度相等。
表4示出了桦木胶合板涂层粘合特性，对于未交联和交联的涂覆(0.27mm)胶合板，不同预处理(干燥、浸泡、煮沸、EN204)后的剥离强度(ISO 4578，SFS-EN204)和垂直于表面的剪切强度(EN319)。热压：7分钟，135℃和1.7N/mm2。所用的偶联剂为FusabondMB-226DE，除非另外指出。
表4
表4中结果表明热压到胶合板后的电子束辐射交联(100-200KGy)不损害木材；但其没有改善粘合特性。此外，也没有改善抗刮擦特性。在表4中交联涂层的情况中，涂层是在粘附到胶合板后交联的；然而，膜也是在粘附到胶合板之前交联的，并且在这些情形中，发现交联使得难于热压涂层到胶合板上，这是因为辐射交联使得整个涂层更耐热。
不含MAPE的单膜仅是LDPE(MI-0.3g/10min，190℃/2.16kg)。仅用聚乙烯涂覆表面的目的是为了表明没有偶联剂的效果。该结果对于干燥条件是可接受的，但在煮沸后，木材失效为9％。因此，失效是在涂层中。这表明形成化学键的重要性。
表5揭示桦木胶合板涂层的粘合特性，对于低粘度膜(在所有层中为MI-4g/10min(190℃/2.16kg))，不同预处理(浸泡、煮沸、EN204)后剥离强度(ISO 4578和SFS-EN204)和垂直于表面的剪切强度(EN319)。膜不能在170℃以上挤出。
表5
Figure BPA00001205500600101
测量MI-4g/10min(190℃/2.16kg)聚乙烯的膜涂层剥离强度是不可能的，因为其已经渗透到木材中，因此，涂层太薄而不能测量。从表5中的结果可清楚看出MI-4g/10min(190℃/2.16kg)对木材的渗透更深；然而，由于偶联剂在挤压过程中没有充分转化为马来酸酐，所以对木材的化学粘附性差(氢键键合)，并且因此，煮沸后的剪切强度特性非常差，几乎没有木质纤维破坏。这些结果表明形成耐久化学键的重要性。
表6揭示涂覆有多层不同自粘涂层的桦木胶合板的特性(耐刮擦性、耐煮沸性和聚丙烯或聚酰胺的分层)。热压条件为：温度：140℃，压力1.7N/mm2和时间：8分钟。
表6
Figure BPA00001205500600111
刮擦测试是用Erichsen测试笔(型号318)进行的。测试由RobertBoch公司开发。制备100×100mm的样品，然后使用该笔，力度为2-20N。使用该笔，简单地对表面进行划痕，刻划力在2步骤中从2增加至20N。裸眼可看到的第一划痕是涂层可采用的力，和因此可采取的耐刮擦水平。
显然可以从表6中看出，在热压过程中聚酰胺或聚丙烯层没有分层，且有足够的耐刮擦性。聚酰胺外层的主要优点是在热压过程中无需任何隔离纸。而且，涂层的成本没有显著增加，因为该层可以是12微米。较厚的聚酰胺层可稍微改善耐刮擦特性(厚度为12-20微米)。
表7揭示了与其他胶合板涂层材料相比，桦木胶合板涂层硬度(DIN 53505)和不同涂层的耐刮擦特性。所用的不同马来酸化的聚合物是Fusabond MD-353D(MAPP)和Fusabond MD-266DE(MAPE)。
表7
Figure BPA00001205500600112
从表7中可以看到，自粘涂层的耐刮擦性高于WISA多壁的耐刮擦性。从使用涂覆的胶合板的观点看，这是重要的。如果在易于或频繁触摸的情形中使用，或有尖锐物体的情形中使用，则胶合板上涂层不易刮擦是重要的。如果涂层将被用在混凝土应用的模板中，则CaOH2煮沸测试结果也非常重要。
根据本发明的自粘材料和木板适于不同类型应用的不同实施方式中。
本发明的实施方式不限于所给出的实例，而在所附的权利要求范围内的许多变化都是可能的。

Claims (20)

1.一种用于木板的自粘材料，其特征在于所述自粘材料由聚烯烃膜形成，该聚烯烃膜的熔体指数为≤4g/10min(在190℃/2.16kg测量)，所述聚烯烃膜含与木材的-OH基团反应的反应基以便形成自粘特性。
2.根据权利要求1所述的自粘材料，其特征在于所述聚烯烃膜至少部分交联。
3.根据权利要求1或2所述的自粘材料，其特征在于在制造所述自粘材料的过程中，所述聚烯烃膜的反应基在超过180℃的温度下活化。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的自粘材料，其特征在于所述聚烯烃膜包括至少两层，为第一层(1)和第二层(2)，且至少所述第一层(1)是自粘层，因此其含与木材的-OH基团反应的反应基。
5.根据权利要求4所述的自粘材料，其特征在于所述第二层(2)至少部分交联。
6.根据权利要求4或5所述的自粘材料，其特征在于所述第一层(1)至少部分交联。
7.根据权利要求4到6中任一项所述的自粘材料，其特征在于所述第二层(2)含与木材的-OH基团反应的反应基。
8.根据权利要求4到7中任一项所述的自粘材料，其特征在于至少一个添加剂层(3)设置在所述第一层(1)和第二层(2)之间。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的自粘材料，其特征在于聚烯烃选自：聚乙烯、聚丙烯及其组合。
10.根据权利要求1到9中任一项所述的自粘材料，其特征在于所述聚烯烃膜含有含马来酸酐反应基的马来酸化聚烯烃。
11.根据权利要求1到10中任一项所述的自粘材料，其特征在于所述聚烯烃膜含有含反应基的异氰酸酯接枝的聚烯烃。
12.根据权利要求1到11中任一项所述的自粘材料，其特征在于所述聚烯烃膜或膜层是以烷氧基硅烷接枝的，该烷氧基硅烷含与所述聚烯烃反应的反应性官能团。
13.根据权利要求1到12中任一项所述的自粘材料，其特征在于所述马来酸化聚烯烃包含为所述马来酸化聚烯烃的0.3-15wt％的马来酸。
14.根据权利要求1到13中任一项所述的自粘材料，其特征在于所述聚烯烃膜通过选自下述的方法交联：硅烷湿法、电子束(EB)辐射、乙烯基-硅烷水解和它们的结合。
15.根据权利要求4到8中任一项所述的自粘材料，其特征在于所述聚烯烃膜的层含聚乙烯、聚丙烯、马来酸酐聚乙烯或马来酸酐聚丙烯或它们的组合。
16.一种木板，所述木板被形成以便所述木板的薄板结合到一起，其特征在于所述木板由根据权利要求1到15中任一项所述的自粘材料制造，以便所述自粘材料用作板上涂层和/或用作薄板之间的胶层材料。
17.根据权利要求16所述的木板，其特征在于所述涂层通过涂层和木板的-OH基团之间的共价键附着到所述木板上。
18.根据权利要求16或17所述的木板，其特征在于所述胶层材料附着在所述木板的薄板之间以便将所述薄板胶粘到一起，且所述胶层材料在所述胶层材料和所述薄板的-OH基团之间形成共价键。
19.根据权利要求16到18中任一项所述的木板，其特征在于所述自粘材料在120-170℃的温度下通过热压附着到所述木板的薄板上。
20.根据权利要求16到19中任一项所述的木板，其特征在于所述木板选自：胶合板、刨花板、纤维板和纸板。
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