Плита на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты и способ ее получения - RU2594515C2

Описание

Область техники

Настоящее изобретение относится к плите на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты и способу ее получения. В частности, настоящее изобретение относится к плите, содержащей поперечно-сшитую полимолочную кислоту и древесное волокно, при этом указанная плита обладает превосходными технологическими свойствами в процессе получения и превосходной водостойкостью после получения, и способу ее получения.

Уровень техники

Плиты на основе нефтяных смол, таких как поливинилхлорид (ПВХ) и т.д., широко используются в различных строительных сооружениях, таких как дома, особняки, квартиры, офисные помещения, магазины и т.д.

Указанные плиты получают путем экструзии или каландрования смолы, такой как поливинилхлорид (ПВХ) и т.д. Однако поскольку сырьевые материалы для указанных плит получают из невозобновляемых ресурсов, таких как неочищенная нефть, можно ожидать, что истощение нефтяных ресурсов приведет к различным проблемам, связанным с источником сырьевых материалов.

Более того, принимая во внимание повышающийся в последние годы интерес к вопросам экологии, существует проблема, связанная с тем, что плиты на основе поливинилхлорида (ПВХ) могут выделять токсичные вещества и загрязняют окружающую среду при их выбрасывании.

Примеры существующих плит включают ламинированное напольное покрытие, полученное на основе древесноволокнистой плиты высокой плотности (ДВП). Указанное ламинированное напольное покрытие представляет собой деревянную плиту, полученную путем нанесения связующего на древесное волокно, полученную в результате разделения на волокна при высокой температуре, с последующими формовкой и горячим прессованием. Поскольку ламинированное напольное покрытие можно подвергать сложной механической обработке и т.д., указанное ламинированное напольное покрытие широко применяется для внутренней отделки или изготовления целых мебельных изделий.

Однако, несмотря на то, что связующее главным образом состоит из карбамидоформальдегидной смолы или меламин-карбамидоформальдегидной смолы и проявляет превосходные адгезионные свойства, а также имеет низкую стоимость, оно может вызывать раздражение глаз, носа и кожи, а также вызывать атопические заболевания и бронхиальную астму даже после его затвердевания, и постепенно выделяет формальдегид, который при продолжительном вдыхании может вызывать рак. Также избыточное потребление меламина может приводить к образованию у людей камней в почках. Кроме того, меламин, мочевина, формальдегид и т.д., для получения которых используют сырьевые материалы, получаемые из ископаемых ресурсов, приводят к непрерывному повышению стоимости в связи с истощением указанных ископаемых ресурсов, а также выделяют большое количество газов, вызывающих парниковый эффект, потребляют большое количество энергии в процессе их получения и выделяют различные токсичные вещества при сжигании, такие как вещества, нарушающие работу эндокринной системы, токсичные газы и т.п.

Для решения описанных проблем в последние годы в качестве материала, способного заменить нефтяные смолы, рассматривают смолу на основе полимолочной кислоты (или полилактида), которую выделяют и синтезируют на основе растительных ресурсов. Полимолочную кислоту получают путем полимеризации молочной кислоты, которая может быть получена в результате ферментации крахмала, выделенного из возобновляемых растительных ресурсов (кукурузы, картофеля, батата и т.д.) и является экологически безопасной смолой, обеспечивающей возможность снижения выброса CO₂ и сохранения невозобновляемых энергетических ресурсов. В ряде источников, включая публикацию корейского патента №10-2008-0067424, описаны плиты на основе смолы на основе полимолочной кислоты.

Однако, поскольку полимолочная кислота легко гидролизуется при определенной влажности и температуре, она имеет недостатки, связанные с тем, что плита, полученная из смолы на основе полимолочной кислоты, прилипает к производственному инструменту при термическом ламинировании или плохо компонуется в многослойную структуру из-за недостаточной вязкоэластичности при высокотемпературной обработке по сравнению с существующими плитами, полученными из смол на основе ПВХ. Таким образом, важной задачей является улучшение водостойкости и технологических свойств плиты, полученной из смолы на основе полимолочной кислоты.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая задача

В одном аспекте настоящего изобретения обеспечена плита, содержащая поперечно-сшитую полимолочную кислоту и древесное волокно, и способ ее получения, при этом указанная плита обладает превосходными технологическими свойствами в процессе получения и превосходной водостойкостью после получения.

Техническое решение

Согласно одному аспекту настоящего изобретения плита содержит смолу на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты и древесное волокно, при этом количество указанного древесного волокна составляет от 50 до 150 массовых частей на 100 массовых частей смолы на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты; и указанную смолу на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты получают путем поперечного сшивания, инициируемого нагреванием или облучением.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения способ получения плиты включает: получение смеси смолы на основе полимолочной кислоты путем смешивания смолы на основе полимолочной кислоты, сшивающего агента и сшивающей добавки; поперечное сшивание смеси смолы на основе полимолочной кислоты путем инициируемого нагреванием поперечного сшивания; получение композиции для получения плиты, которая содержит смолу на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты и от 50 до 150 массовых частей древесного волокна на 100 массовых частей смолы на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты; и получение плиты путем высокотемпературного формования указанной композиции с последующей постобработкой.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения способ получения плиты включает: получение смеси смолы на основе полимолочной кислоты путем смешивания смолы на основе полимолочной кислоты и сшивающей добавки; поперечное сшивание смеси смолы на основе полимолочной кислоты путем поперечного сшивания, вызванного облучением электронным пучком; получение композиции для получения плиты, которая содержит смолу на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты и от 50 до 150 массовых частей древесного волокна на 100 массовых частей смолы на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты; и получение плиты путем высокотемпературного формования указанной композиции с последующей постобработкой.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения многослойный настилочный материал содержит плиту согласно изобретению.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения способ получения многослойного настилочного материала включает способ получения плиты согласно изобретению.

Полезный эффект

Согласно настоящему изобретению, поскольку в плите используют смолу на основе полимолочной кислоты, модифицированную путем поперечного сшивания, то указанная плита легко поддается термической обработке благодаря повышенной прочности расплава и проявляет улучшенные физические свойства с точки зрения водостойкости, прочности на разрыв, удлинения и т.д.

Согласно настоящему изобретению, поскольку плиту из смолы на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты получают на основе смолы на основе полимолочной кислоты, полученной из растительных ресурсов, а не из ПВХ, полученного из нефтяных ресурсов, который обычно используют в качестве связующего, то указанная плита позволяет решать проблему снабжения сырьевыми материалами, связанную с истощением нефтяных ресурсов.

Согласно настоящему изобретению плита на основе смолы на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты в процессе ее получения выделяет небольшое количество токсичных для окружающей среды веществ, таких как HCl и т.д., и является экологически безопасной для окружающей среды благодаря ее легкой утилизации.

Лучший вариант

Приведенные выше и другие аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения очевидны из подробного описания следующих вариантов реализации изобретения вместе с прилагаемыми графическими материалами. Однако необходимо понимать, что настоящее изобретение не ограничено следующими вариантами реализации и его можно осуществлять различными способами и что указанные варианты реализации изобретения предложены для полного описания и ясного понимания изобретения специалистами в данной области техники. Следует понимать, что объем настоящего изобретения определяется исключительно прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами. Подобные компоненты обозначены с помощью подобных номеров позиций на всем протяжении заявки.

Далее следует подробное описание композиции для получения плиты на основе смолы на основе полимолочной кислоты, плиты, полученной на основе указанной композиции, и способа получения указанной плиты согласно настоящему изобретению.

Плита

Согласно одному варианту реализации изобретения плита содержит смолу на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты и древесное волокно, где количество указанной древесного волокна составляет от 50 до 150 массовых частей на 100 массовых частей смолы на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты; и указанную смолу на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты получают путем инициируемого нагреванием или облучением поперечного сшивания.

Смола на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты представляет собой основной компонент плиты согласно настоящему изобретению, ее получают путем поперечного сшивания термопластичного сложного полиэфира лактида или молочной кислоты. Например, смолу на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты можно получать путем полимеризации молочной кислоты, полученной в результате ферментации крахмала, выделенного из кукурузы, картофеля и т.д. Поскольку кукуруза, картофель и т.д. представляют собой возобновляемые растительные ресурсы, смола на основе полимолочной кислоты может эффективно решать проблемы, связанные с истощением нефтяных ресурсов.

Кроме того, смола на основе полимолочной кислоты в процессе ее использования или утилизации выделяет намного меньше токсичных для окружающей среды веществ, таких как HCl и т.д., по сравнению с материалами на основе нефти, такими как поливинилхлорид (ПВХ) и т.д., и экологически безопасна, поскольку легко разрушается в природных условиях, когда выбрасывается.

Смолы на основе полимолочной кислоты можно разделить на смолу на основе кристаллической полимолочной кислоты (κ-полимолочной кислоты) и смолу на основе аморфной полимолочной кислоты (a-полимолочной кислоты). В данном контексте плита на основе смолы на основе кристаллической полимолочной кислоты может «подтекать», то есть может происходить вытекание пластификатора за пределы поверхности плиты. С другой стороны, несмотря на то, что плита на основе смолы на основе аморфной полимолочной кислоты не «подтекает», использование смолы на основе аморфной полимолочной кислоты может приводить к низким пространственной стабильности и термоустойчивости. Таким образом, смолы на основе кристаллической и аморфной полимолочной кислоты можно смешивать для применения в плите.

В данном случае смола на основе полимолочной кислоты может содержать по меньшей мере один из поли-L-лактида, поли-D-лактида и поли-L,D-лактида.

Кажущийся удельный вес древесного волокна, которое содержит плита согласно настоящему изобретению, может составлять от 100 кг/м³ до 500 кг/м³, но не ограничивается указанными значениями, и содержание в ней воды может составлять менее 3,0%. Если предполагаемый удельный вес древесного волокна составляет менее 100 кг/м³, то возникают трудности с добавлением древесного волокна, и, если предполагаемый удельный вес составляет более 500 кг/м³, то возникают трудности со смешиванием указанного древесного волокна. Если содержание воды в древесном волокне составляет 3,0% или более, то возникают трудности из-за образования водяного пара во время обработки и существует высокая вероятность гидролиза ПЛА (полимолочной кислоты).

Настоящее изобретение также обеспечивает многослойный настилочный материал, содержащий плиту, описанную выше. Так как указанная плита содержит смолу на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты и древесное волокно, указанная плита легко подвергается термической обработке благодаря повышенной прочности расплава и проявляет улучшенные физические свойства с точки зрения водостойкости, прочности на разрыв, удлинения и т.д.

Способ получения плиты

Согласно одному варианту реализации настоящего изобретения способ получения плиты включает: получение смеси смолы на основе полимолочной кислоты путем смешивания смолы на основе полимолочной кислоты, сшивающего агента и сшивающей добавки; поперечное сшивание смеси смолы на основе полимолочной кислоты путем инициируемого нагреванием поперечного сшивания; получение композиции для образования плиты, которая содержит смолу на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты и от 50 до 150 массовых частей древесного волокна на 100 массовых частей смолы на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты; и получение плиты путем высокотемпературного формования композиции для получения плиты с последующей постобработкой.

Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения способ получения плиты включает: получение смеси смолы на основе полимолочной кислоты путем смешивания смолы на основе полимолочной кислоты и сшивающей добавки; поперечную сшивку смеси смолы на основе полимолочной кислоты путем поперечного сшивания, вызванного облучением электронным пучком; получение композиции для образования плиты, которая содержит смолу на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты и от 50 до 150 массовых частей древесного волокна на 100 массовых частей смолы на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты; и получение плиты путем высокотемпературного формования композиции для получения плиты с последующей постобработкой.

При получении смолы на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты может присутствовать сшивающий агент или сшивающая добавка в количестве от 0,01 до 10,0 массовых частей на 100 массовых частей смолы на основе полимолочной кислоты. Если количество сшивающего агента или сшивающей добавки составляет менее 0,01 массовой доли, то поперечное сшивание не начинается, и если количество агента для поперечного сшивания составляет более 10,0 массовых частей, то возникает проблема с обработкой из-за термоотверждаемости, вызванной крайне высокой степенью поперечного сшивания.

Сшивающий агент для инициируемого нагреванием поперечного сшивания может представлять собой органический пероскид. В частности, сшивающий агент для инициируемого нагреванием поперечного сшивания может включать m-амилперокси-2-этилгексаноат, 1,1-ди(т-бутилперокси)-3,3,5-триметилциклогексан, пероксид дикумила (DCP), 2,5-диметил-2,5-ди(m-бутилперокси)гексан, m-бутил-(2-этилгексил)монопероксикарбонат и т.д., но не ограничивается указанными. Кроме того, сшивающий агент также может включать сшивающие добавки, такие как триарилизоцианурат (TAIC) и т.д.

Сшивающая добавка, применяемая для поперечного сшивания, вызванного облучением электронным пучком, может включать триаллилизоцианурат (TAIC) и т.д., но не ограничивается указанным.

Кроме того, количество древесного волокна, которое является основным компонентом композиции для образования плиты согласно настоящему изобретению, может составлять от 50 до 150 массовых частей в композиции на 100 массовых частей смолы на основе полимолочной кислоты. Если количество древесного волокна составляет менее 50 массовых частей, то возникает проблема, связанная с трудностями с обработкой указанной плиты, такой как нарезка и т.д., и коммерческая реализация указанной плиты оказывается затруднена из-за повышения стоимости. Кроме того, если количество древесного волокна составляет более 150 массовых частей, то возникают проблемы, связанные с трудностями с высокотемпературным формованием плиты, и применение указанной плиты оказывается затруднено из-за низкой прочности на изгиб и т.д.

В данном случае кажущийся удельный вес древесного волокна может составлять от 100 кг/м³ до 500 кг/м³, но не ограничивается указанными, и содержание воды может составлять менее 3,0%. Если кажущийся удельный вес составляет менее 100 кг/м³, то возникают трудности с добавлением древесного волокна, и если предполагаемый удельный вес составляет более 500 кг/м³, то возникают трудности со смешиванием древесного волокна. Если количество воды составляет 3,0% или более, то возникают трудности из-за образования водяного пара в процессе обработки, и существует высокая вероятность гидролиза ПЛА.

Согласно настоящему изобретению композиция для получения плиты также может содержать технологическую добавку.

Акриловый сополимер, который используется в качестве технологической добавки, повышает прочность расплава смолы на основе ПЛА и, таким образом, дает возможность каландрования и обработки прессованием. Согласно настоящему изобретению коммерчески доступные примеры акриловых полимеров могут включать РА828 (LG Chemical Co., Ltd.), Biostrength™ 700 (Arkema Co., Ltd.), BPMS-255, 265 (Rohm и Haas Co., Ltd.), Biomax(R) Strong 100, 120 (DuPont Co., Ltd.) и т.д.

Количество технологической добавки может составлять от 0,1 до 50 массовых частей на 100 массовых частей смолы на основе полимолочной кислоты. Если количество технологической добавки составляет менее 0,1 массовых частей, то повышение прочности расплава смолы на основе ПЛА является недостаточным, и если количество технологической добавки составляет более 50 массовых частей, то возникает проблема, связанная с недостаточным повышением прочности расплава и повышением производственных расходов.

Для поперечного сшивания смолы на основе полимолочной кислоты добавляют от 0,01 до 10,0 массовых частей сшивающего агента или сшивающей добавки к 100 массовым долям смолы на основе полимолочной кислоты в смеситель Бенбери, книдер или экструдер с последующим инициируемым нагреванием поперечным сшиванием при температуре от 120°C до 200°C или поперечным сшиванием путем облучения электронным пучком при интенсивности от 10 кГр до 100 кГр.

Согласно настоящему изобретению сырьевые материалы композиции для получения плиты, включая смолу на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты и древесное волокно, смешивают и месят с получением, таким образом, композиции для получения плиты. В данном случае смешивание и замес сырьевых материалов, например, можно осуществлять путем смешивания и замеса жидких или порошкообразных сырьевых материалов с использованием ультрамиксера, экструдера, книдера, 2-роликовой или 3-роликовой машины и т.п. Кроме того, для более эффективного перемешивания в процессе смешивания и замеса сырьевых материалов указанное смешивание и замес можно осуществлять в несколько этапов, например путем замеса сырьевых материалов при температуре от примерно 120°C до примерно 200°C с использованием смесителя Бенбери с последующим первичным и вторичным смешиванием полученных замешенных сырьевых материалов при температуре от примерно 120°C до примерно 200°C с использованием 2-роликовой машины или т.п. В данном контексте подробное описание каждого из сырьевых материалов опущено, так как указанное описание приведено выше.

Затем композицию для получения плиты подвергают высокотемпературному формованию в виде плиты при температуре от 120°C до 200°C. В данном случае высокотемпературное формование можно осуществлять при температуре от 120°C до 200°C. Если температура высокотемпературного формования составляет менее 120°C, то возникает проблема, связанная со сложностью высокотемпературного формования, и если температура высокотемпературного формования составляет более 200°C, то возникает проблема, связанная с карбонизацией смолы.

Высокотемпературное формование можно осуществлять с помощью общего способа, известного в данной области техники, но не ограничиваясь указанным. Например, высокотемпературное формование можно осуществлять с использованием стандартного прибора, такого как каландр с 4 реверсивными валиками L-типа и т.д.

Настоящее изобретение также обеспечивает способ получения многослойного настилочного материала, включающий способ получения плиты, описанный выше. Способ получения многослойного настилочного материала включает: высокотемпературное формование композиции, содержащей от 50 до 150 массовых частей древесного волокна на 100 массовых частей смолы на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты, в виде плиты; и осуществление шлифовки, обработки поверхности, выдержки и нарезки.

Кроме того, способ получения многослойного настилочного материала может включать: получение прозрачного слоя, печатного слоя и заднего слоя плиты на основе композиции, содержащей смолу на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты; получение основного слоя на основе композиции, полученной путем смешивания от 50 до 150 массовых частей древесного волокна со 100 массовыми долями смолы на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты; осуществление термического ламинирования печатного слоя и заднего слоя на верхнюю и нижнюю поверхность основного слоя соответственно; печатание печатного слоя; ламинирование прозрачного слоя на напечатанный печатный слой; покрытие прозрачного слоя агентом для обработки поверхности и осуществление выдержки, нарезки и упаковки.

Способ получения плиты согласно изобретению обеспечивает возможность крайне легкой обработки плиты из-за ее превосходных технологических свойств, кроме того, плита, полученная с помощью указанного способа, проявляет превосходную водостойкость.

Получение плит согласно примеру и примеру для сравнения

Далее следует более подробное описание настоящего изобретения со ссылкой на некоторые примеры. Однако необходимо понимать, что указанные примеры предложены исключительно для иллюстрации и никоим образом не ограничивают настоящее изобретение.

Описание подробностей, очевидных специалистам в данной области техники, опущено для упрощения.

Пример

1,0 массовую долю 2,5-диметил-2,5-ди(т-бутилперокси)гексана, соответствующего сшивающему агенту для инициируемой высокой температурой поперечной сшивки, и 0,5 массовых частей TAIC, соответствующего сшивающей добавке, добавляли к 100 массовым долям смолы на основе полимолочной кислоты с последующим поперечным сшиванием с использованием двухшнекового экструдера при температуре от 160°C до 200°C с получением, таким образом, смолы на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты.

1,0 массовую долю TAIC, соответствующего сшивающей добавке, добавляли к 100 массовым долям смолы на основе полимолочной кислоты с последующим достаточно эффективным распределением сшивающей добавки в смоле на основе полимолочной кислоты с использованием двухшнекового экструдера при температуре от 160°C до 200°C. Смолу на основе полимолочной кислоты, содержащую добавку, подвергали поперечному сшиванию путем облучения электронным пучком при интенсивности от 10 кГр до 100 кГр с получением, таким образом, смолы на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты.

Композицию для высокотемпературного формования, содержащую смолу на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты, полученную путем инициируемого нагреванием или облучением электронным пучком поперечного сшивания, подвергали экструзии или каландрованию при температуре от 120°C до 200°C с получением, таким образом, прозрачного слоя, печатного слоя и заднего слоя многослойной плиты. Кроме того, композицию, содержащую 80 массовых частей древесного волокна, смешанных со 100 массовыми долями смолы на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты, подвергали каландрованию при температуре от 120°C до 200°C с получением, таким образом, основного слоя или стружечной плиты многослойной плиты.

Пример для сравнения

Плиту получали таким же образом, как в примере, за исключением того, что вместо смолы на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты использовали смолу на основе не поперечно-сшитой полимолочной кислоты.

Оценка

Проводили оценку плит, полученных в примере и примере для сравнения, в отношении их пригодности для осуществления ламинирования и свойств (прочности на разрыв). Результаты показаны в Таблице 1.

*Оценка водостойкости: Коэффициент уменьшения прочности на разрыв после хранения при температуре 60°C и влажности 90% в течение 96 часов по сравнению с прочностью на разрыв до хранения.

Результаты оценки показывают, что, поскольку плита согласно настоящему изобретению проявляла улучшенную прочность расплава благодаря содержанию смолы на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты, указанная плита поддавалась обработке при относительно высокой температуре и при этом указанная плита проявляла превосходную водостойкость.

Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано со ссылкой на некоторые варианты реализации изобретения, необходимо понимать, что вышеизложенные варианты реализации изобретения предложены исключительно в качестве иллюстрации и что специалисты в данной области техники могут осуществлять различные модификации, изменения, вариации и эквивалентные варианты реализации изобретения в пределах сущности и объема настоящего изобретения. Таким образом, объем изобретения ограничивается исключительно прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.

Реферат

Группа изобретений относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к производству плит из древесного волокна. Плита содержит смолу на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты и древесное волокно. Древесное волокно присутствует в количестве от 50 до 150 массовых частей на 100 массовых частей смолы на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты. Смола на основе поперечно-сшитой полимолочной кислоты получена посредством инициируемого нагреванием или облучением поперечного сшивания. Плиту получают путем высокотемпературного формования композиции с последующей обработкой. Из полученной плиты образуют многослойный настилочный материал. Повышается водостойкость плиты. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула