特許 7237076 セルロース含有材料のためのバインダー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-02

(45)【発行日】2023-03-10

(54)【発明の名称】セルロース含有材料のためのバインダー

(51)【国際特許分類】

   B27N 3/00 20060101AFI20230303BHJP

   B27K 3/50 20060101ALI20230303BHJP

   C08L 89/00 20060101ALI20230303BHJP

   C08L 97/02 20060101ALI20230303BHJP

   C08K 5/07 20060101ALI20230303BHJP

【ＦＩ】

B27N3/00 D

B27K3/50 E

C08L89/00

C08L97/02

C08K5/07

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2020537862

(86)(22)【出願日】2018-09-20

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-11-26

(86)【国際出願番号】 EP2018075536

(87)【国際公開番号】W WO2019057853

(87)【国際公開日】2019-03-28

【審査請求日】2021-08-02

(31)【優先権主張番号】17192254.5

(32)【優先日】2017-09-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】520100055

【氏名又は名称】セステック・イノヴェーションズ・エスペ・ゼット・オ・オ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】ハンス－ヨアヒム・エデルマン

【審査官】坂田 誠

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１５／１６２３００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１０－５０１６７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０８６０７４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２７Ｎ １／００ － ９／００

Ｂ２７Ｋ １／００ － ９／００

Ｃ０８Ｋ ５／０７

Ｃ０８Ｌ ８９／００

Ｃ０８Ｌ ９７／０２

Ｃ０９Ｊ １８９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ａ）ヒドロキシアルデヒド、
ｂ）動物由来のタンパク質含有成分、及び
ｃ）フェノール系オリゴマー含有成分
を含み、
前記フェノール系オリゴマー含有成分がクラフトリグニンであり、かつ、前記クラフトリグニンの重量平均モル質量が１０００～５０００ｇ／モルである、
セルロース含有材料用バインダー。

【請求項2】

前記ヒドロキシアルデヒドが、α-ヒドロキシ-アルデヒドである、請求項１に記載のバインダー。

【請求項3】

前記ヒドロキシアルデヒドが、少なくとも２つのＯＨ基を有するポリオールと、酸化剤とから、その場で形成される、請求項１又は２に記載のバインダー。

【請求項4】

前記動物由来のタンパク質含有成分がヘモグロビンを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のバインダー。

【請求項5】

ｄ）植物由来のタンパク質含有成分、をさらに含む、請求項１～４のいずれか一項に記載のバインダー。

【請求項6】

前記の植物由来のタンパク質含有成分が植物残渣である、請求項５に記載のバインダー。

【請求項7】

前記ｂ）動物由来のタンパク質含有成分がカゼインとは異なる場合に、カゼインをさらに含む、請求項１～６のいずれか一項に記載のバインダー。

【請求項8】

アミド、尿素、メラミン、及び／又はジアルデヒドをさらに含む、請求項１～７のいずれか一項に記載のバインダー。

【請求項9】

カルボン酸、カルボン酸塩、及び／又はカルボン酸無水物をさらに含む、請求項１～８のいずれか一項に記載のバインダー。

【請求項10】

７～１２の範囲のｐＨ値を有する、請求項１～９のいずれか一項に記載のバインダー。

【請求項11】

５．０質量％未満のアンモニウム塩しか含まない、請求項１～１０のいずれか一項に記載のバインダー。

【請求項12】

下記の成分：

【表1】

を混合することによって得られ、少なくも１つの成分が表に示す量で使用され、適切な場合には、混合物が乾燥されている、請求項３～１１のいずれか一項に記載のバインダー。

【請求項13】

下記の成分：

【表2】

のうち少なくとも２つを、表に示した質量割合で有する、請求項１～１２のいずれか一項に記載のバインダー。

【請求項14】

セルロース含有材料に基づく複合材料を製造するための、請求項１～１３のいずれか一項に記載のバインダーの使用。

【請求項15】

請求項１～１３のいずれか一項に記載のバインダーを、セルロース含有材料とともに、１００～２５０℃の範囲の温度にて、１～２５０バールの圧力において、加工し加圧する、複合材料の製造方法。

【請求項16】

請求項１５に記載の方法によって得られる複合材料。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は複合材料、例えば、ボードの形態の複合材料の製造に適したセルロース含有材料、特に木材及び紙用のバインダーに関する。

【背景技術】

【0002】

ＮＨ基を含む化合物とホルムアルデヒドとの重縮合によって得られるアミノプラスチックは、木材ベースの複合材料の製造のために、工業的に大規模に使用されている。この目的のために、低分子の、ほとんど架橋されていない予備縮合物がバインダーとして提供されており、これは、複合材料の製造中に、とりわけ熱の影響下で、架橋したデュロプラストへと硬化される。アミノプラスチックに基づく木材バインダーとして、主に尿素ホルムアルデヒド樹脂（ＵＦ樹脂）、メラミンホルムアルデヒド樹脂（ＭＦ樹脂）、及びジシアンジアミドホルムアルデヒド樹脂（ＤＤ樹脂）が使用されている。

【0003】

米国特許第4,172,057号明細書は、ヒドロキシアルデヒド又はヒドロキシケトン、例えばグルコースの導入によって変性されている尿素ホルムアルデヒド樹脂及びメラミンホルムアルデヒド樹脂を記載している。この変性樹脂は繊維に加工され、それらは製紙用接着剤として使用される。

【0004】

アミノプラスチックに基づく公知の木材バインダーの重大な欠点は、それらを用いて製造された複合材がホルムアルデヒドを放出することであり、ホルムアルデヒドは発がん性として分類されている（指令2008/1272/ECの付属書VIによるカテゴリー1B）。アミノプラストに基づく木材バインダーにおいてホルムアルデヒドを他のカルボニル化合物で置き換えるこれまでの試みは、代替材料が高価すぎ、且つ得られたバインダーが必要とされる特性、特に硬化時間、機械的安定性、及び耐水性を有していないという事実によって繰り返し失敗している。

【0005】

国際公開第2015/086035 A1号及び国際公開第2015/086074 A1号は、木材又は天然繊維に基づく複合材料のためのバインダーとしてのホルムアルデヒドフリー樹脂の製造方法を記載しており、その方法では、ヒドロキシモノアルデヒドがアミン、アミド、又は芳香族ヒドロキシ化合物と反応されている。ヒドロキシモノアルデヒド、特にグリコールアルデヒド又はグリセラルアルデヒドは、極性反転反応によって上流の合成工程においてホルムアルデヒドから形成される。このプロセスは複雑かつ高コストであり、上流の合成ステップからの未反応のホルムアルデヒドが樹脂、及びそれから製造された複合材料に混入するリスクもある。

【0006】

ホルムアルデヒドに基づくアミノプラスチックの代替として、ポリメリックジフェニルメタンジイソシアネート（ＰＭＤＩ）などのイソシアネートに基づくバインダーも、木材ベースの複合材料の製造にわずかに使用されている。しかし、これらのバインダーは、昔ながらのアミノプラスチックと比較して何倍も高価である。さらに、イソシアネートに基づくバインダーを使用して製造された複合材料は、火災が起きた時又はサーマルリサイクル中に、かなりの量のシアン化水素酸及びその他の有毒なシアン化合物を放出することが問題である。さらに、ＰＭＤＩなどのイソシアネートに基づく未硬化のバインダー及びその製造に用いられる出発物質、例えば、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）及びメチレンジフェニルアミン（ＭＤＡ）も、かなりの毒性を有する。したがって、イソシアネートに基づくバインダーは、健康と環境の観点から、ホルムアルデヒドに基づくバインダーの安全な代替品と評価することはできない。

【0007】

DE 10 2014 105 879 AIは、セルロース含有基材及び多成分バインダーを含む複合材料の製造方法を記載している。バインダーの第１成分は動物の血液を含み、バインダーの第２成分は、過酸化物、尿素、ミョウバン、硫酸アルミニウム、亜硫酸ナトリウム、グリセロール、ホルムアルデヒド、イソシアネート、ヘキサミン、ラウリル硫酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、アルミニウム塩、リグニンスルホン酸塩、水ガラス、エタノール、クエン酸、水酸化ナトリウム、及び／又はハイドロワックスのグループからの少なくとも１つの添加剤を含む。ホルムアルデヒド又はイソシアネートは、木材チップとバインダーの架橋を改善するために用いられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】米国特許第４１７２０５７号明細書

【文献】国際公開第２０１５／０８６０３５号

【文献】国際公開第２０１５／０８６０７４号

【文献】ドイツ国特許出願公開第１０２０１４１０５８７９号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

木材に基づく複合材料のための公知のバインダーは、したがって、それらに関連する健康及び生態学的リスク、それらの技術的特性、又はそれらの経済効率に関して様々な欠点を有する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

したがって、本発明は、従来技術の欠点を回避し、優れた技術的特性、特に加工時間ならびにそれを用いて製造した複合材料の機械的安定性及び耐水性に関して優れた技術的特性を有し、好ましくは冷蔵なしに一成分システムとして貯蔵可能かつ輸送可能な、木材及び紙などセルロース含有材料用のバインダーを提供するという目的に基づいている。さらには、バインダーは安価であり、特に天然原料から入手可能でなければならない。バインダーは、健康に有害かつ環境に有害である成分、例えば、ホルムアルデヒド及びイソシアネートをほとんど又は全く含まずに得ることができること、及びそれらから製造される複合材料が前述の対応する放出がないことも望ましい。

【0011】

本発明によれば、上記の目的は、請求項１～１６によるセルロース含有材料のためのバインダーによって解決される。本発明の主題は、請求項１７によるバインダーの使用、請求項１８による複合材料の製造方法、及び請求項１９に記載の複合材料でもある。

【0012】

本発明によるセルロース含有材料のためのバインダーは、それが以下のものを含有するという事実によって特徴付けられる。
（ａ）ヒドロキシアルデヒド、
（ｂ）動物由来のタンパク質成分、及び
（ｃ）フェノール系オリゴマーを含む成分。

【0013】

「結合剤」という用語は、複合材料中の同一又は異なる材料及び基材を一緒に結合し又は接着することができる薬剤を指す。特に、バインダーは、塊状の材料又は広い基材（extended substrate）を、接着により、凝集により、及び／又は反応により、結合又は接着することができる。したがって、バインダーは、接着剤ともいうことができる。

【0014】

「セルロース含有材料」という用語は、特に、セルロース、ヘミセルロース、ホロセルロース、又はリグノセルロースを含む材料をいう。セルロース含有材料の例は、木材、パルプ、ストロー（わら）、バガス、ケナフ、竹、サイザル麻、麻、ココナツ繊維、及び紙、特に木材及び紙である。セルロース含有材料は、チップなどの塊状材料及び繊維の形で、又はストランド、ベニア、厚紙、及び集成材などの広い基材の形で提供されうる。特に、セルロース含有材料は、無垢材、木材チップ、おがくず、砕木パルプ、木粉、ウッドダスト、機械パルプの形で、並びに廃木材や古紙などのリサイクル材料の形で使用することができる。

【0015】

本発明によれば、バインダーはヒドロキシアルデヒドを含む。ヒドロキシアルデヒドは、α-ヒドロキシ-アルデヒド、特にα-ヒドロキシ-Ｃ_２～Ｃ_１０-アルデヒド、好ましくはα-ヒドロキシ-Ｃ_３～Ｃ_１０-アルデヒド、特に好ましくはα-ヒドロキシ-Ｃ_３～Ｃ_５-アルデヒド、特に好ましくはα,β-ジヒドロキシ-Ｃ_３～Ｃ_５-アルデヒド、そして最も好ましくはグリセルアルデヒドであることが好ましい。

【0016】

好ましい実施態様によれば、ヒドロキシアルデヒドは、ポリオール及び酸化剤からその場で形成される。使用されるポリオールは、特に、少なくとも２つのＯＨ基を有するポリオール、特に少なくとも２つの隣接（ビシナル）ＯＨ基を有するポリオール、好ましくは少なくとも２つの隣接（ビシナル）ＯＨ基を有するＣ_２～Ｃ_１０-ポリオール、特に好ましくは少なくとも２つの隣接（ビシナル）ＯＨ基を有するＣ_３～Ｃ_１０-ポリオール、さらに好ましくは少なくとも２つの隣接（ビシナル）ＯＨ基を有するＣ_３～Ｃ_５-ポリオール、特に好ましくは少なくとも３つの隣接（ビシナル）ＯＨ基を有するＣ_３～Ｃ_５-ポリオール、最も好ましくはグリセロールである。過酸化物が酸化剤として好ましく使用され、過酸化水素が特に好ましい。特に好ましい実施形態では、ヒドロキシアルデヒドは、グリセロール及び過酸化水素から形成される。ポリオールは、バインダーの総質量を基準にして、好ましくは１～３０質量％、特に４～１５質量％、好ましくは６～１０質量％、特に好ましくは７～８質量％の量で使用される。酸化剤は、バインダーの総質量を基準にして、好ましくは０．５～１０質量％、特に１～５質量％、好ましくは１．５～４質量％、特に好ましくは２～３質量％の量で使用される。過酸化水素が酸化剤として使用される場合、それは、水溶液の形態で、特に約３５質量％の濃度をもつ水溶液の形態で、好ましくは使用される。

【0017】

動物由来のタンパク質含有成分は、好ましくは、ヘモグロビン、特に動物の血液由来のヘモグロビン、又はタンパク質濃縮物、特に動物の血液由来のタンパク質濃縮物である。好ましくは、タンパク質含有成分は、粉末、例えば、動物の全血粉末、特に動物の血液カテゴリー３の粉末、血漿粉末、又はヘモグロビン粉末の形態で使用される。別の実施形態では、骨及び皮などの動物性廃棄物の分解によって得られるタンパク質濃縮物が、動物由来のタンパク質性成分として使用される。そのようなタンパク質濃縮物は、例えばSaval社から入手可能である。タンパク質濃縮物は、特に、粉末又は濃縮物、例えば約３５質量％の固形分を有する濃縮物の形態で使用することができる。好ましくは、動物由来のタンパク質含有成分は、バインダーの総質量に基づき、乾燥物質に基づいて１～２０質量％、特に３～１０質量％、好ましくは４～１０質量％の量で使用される。

【0018】

バインダーはまた、フェノール系オリゴマー含有成分を含む。フェノール系オリゴマーを含有する成分は、好ましくは、リグニンから誘導される。好ましくは、フェノール系オリゴマー（phenolic oligomers）は、１０００～５０００ｇ／モル、特に２０００～３０００ｇ／モルの範囲の重量平均モル質量を有する。フェノール系オリゴマーを含む適切な成分は、特に、オルガノソルブプロセス（Organosolv process）（ソーダプロセスともいわれる）、ミロックスプロセス（Milox process）、フォルマセルプロセス（Formacell process）、オルガノセルプロセス（Organocell process）、及び好ましくは硫酸塩プロセス（クラフトプロセス（Kraft process）としても知られる）によるリグノセルロースの分解によって得られる。硫酸塩プロセスによって得られるフェノール系オリゴマーを含む成分は、「クラフトリグニン」ともいわれる。フェノール系オリゴマーを含む成分、好ましくはクラフトリグニンは、特に、スプレー乾燥された粉末の形態で使用することができる。さらに、フェノール系オリゴマーを含有する成分、特にクラフトリグニンは、バインダーの全質量を基準にして、乾燥物質に基づいて１～２０質量％、特に２～１５質量％、好ましくは２～１２質量％、特に好ましくは６～１０質量％の量で使用されることが好ましい。

【0019】

好ましい実施形態では、本発明によるバインダーはまた、
（ｄ）植物由来のタンパク質含有成分、を含む。

【0020】

植物由来のタンパク質含有成分は植物残渣であることが特に好ましい。「植物残渣」という用語は、植物材料に由来するプロセス残留物、例えば、特に、蒸留残渣、例えばバイオエタノールの製造における蒸留残渣、パルプ、例えば、ジャガイモデンプンの製造におけるパルプ、又はプレスケーキ、例えば、種子油の生産におけるプレスケーキをいう。プロセス残渣の液体部分をろ過又は沈殿によって分離して、植物残渣を形成することができる。 適切な植物材料の例は、ホップ、大麦、小麦、米、及びトウモロコシである。 穀類、特に小麦に基づく植物残渣が特に好ましい。さらに、植物由来のタンパク質含有成分は、１０～５０質量％、特に２０～４０質量％、最も好ましくは約３０質量％のタンパク質含量を有することが好ましい。

【0021】

植物由来のタンパク質含有成分は、好ましくは、バインダーの総質量に基づき、乾燥物質に基づいて０～２０質量％、特に１～１５質量％、好ましくは３～７質量％、特に好ましくは４～６質量％の量で使用される。さらに、バインダーは、フェノール系オリゴマー含有成分、特にクラフトリグニン、及び植物由来のタンパク質含有成分、特に植物残渣を、それぞれ乾燥物質に基づいて、３：１～１：３、特に２：１～１：２、好ましくは１．５：１～１：１．５、特に好ましくは約１：１の質量比で含むことが好ましい。

【0022】

好ましくは、バインダーは、動物由来のその他のタンパク質含有成分、特にカゼインも含む。動物由来のそのさらなるタンパク質含有成分は、好ましくは、バインダーの全質量を基準として、乾燥物質に基づいて０～２０質量％、特に１～１５質量％、好ましくは２．５～１５質量％、特に好ましくは２．５～５質量％の量で使用される。バインダーは、特に好ましくは酸化カルシウムまたは水酸化カルシウムを含み、特に、動物由来のそのさらなるタンパク質含有成分の乾燥物質に基づいて、０．５～５質量％、特に１～４質量％、特に好ましくは２～３質量％の量で酸化カルシウムまたは水酸化カルシウムを含む。

【0023】

好ましい実施形態によれば、バインダーはまた、アミド及び／又はジアルデヒドを含む。適切なアミドの例は、カプロラクタム、尿素、特にメラミンである。好ましくは、アミドは、バインダーの総質量に基づいて、０～４０質量％、特に１～３０質量％、好ましくは２～１０質量％、特に好ましくは４～６質量％の量で使用される。特に好ましい実施形態では、アミドは、バインダーの総質量に基づいて、０～１０質量％、特に１～８質量％、好ましくは２～６質量％、特に好ましくは４～５質量％の量で使用される。別の特に好ましい実施形態では、アミドは、バインダーの総質量に基づいて、１～４０質量％、特に１０～３５質量％、好ましくは２０～３０質量％の量で使用される。適切なジアルデヒドの例は、グルタルアルデヒド、特にグリオキサールである。ジアルデヒドは、バインダーの総質量を基準として、０～１０質量％、特に１～８質量％、好ましくは２～６質量％、特に好ましくは３～４質量％の量で好ましくは使用される。特に好ましくは、バインダーは、アミドとジアルデヒドの組み合わせ、特にメラミンとグリオキサールの組み合わせを含む。アミドとジアルデヒドは、好ましくは１：１～１：１０、特に１：２～１：７．５、好ましくは１：２．５～１：５のモル比で使用される。

【0024】

別の好ましい実施形態によれば、バインダーはまた、カルボン酸、カルボン酸塩、及び／又はカルボン酸無水物、特に酢酸又は酢酸塩、マレイン酸又はマレイン酸塩及び／又は無水マレイン酸を含む。カルボン酸、カルボン酸塩、及び／又はカルボン酸無水物は、バインダーの総質量に基づいて、０～２０質量％、特に１～１５質量％、好ましくは２．５～１０質量％、特に好ましくは２．５～２０質量％の量で好ましくは使用される。カルボン酸、カルボン酸塩、及び／又はカルボン酸無水物を含むバインダーは、木材を含まないセルロース含有材料、例えば、わら、紙、ボール紙、厚紙に特に適している。

【0025】

さらに、バインダーは添加剤を含んでもよい。適切な添加剤の例は、基材をよりよく濡らすための湿潤剤（wetting agent）、消泡剤、増粘剤、平滑剤、難燃剤、染料、及び防腐剤、例えば防カビ剤である。通常、添加剤は、バインダーの総質量を基準にして、高々１５質量％まで、特に高々１０質量％まで、好ましくは高々５質量％までの量で使用される。特に長い貯蔵寿命を達成するために、防腐剤、特にベータナフトール又はチモールなどの殺カビ剤は、バインダーの総質量に基づいて、好ましくは０．１～１０質量％、特に０．５～５質量％、特に好ましくは１～３質量％の量で使用される。

【0026】

また、バインダーは通常、水を含む。好ましくは、バインダーは、０～８０質量％、特に４０～７５質量％の含水量を有する。

【0027】

さらに、本発明によるバインダーは、好ましくは８～１１の範囲のｐＨ値、好ましくは８．５～１０の範囲のｐＨ値、好ましくは９～１０の範囲のｐＨ値、最も好ましくは約９のｐＨ値を有する。

【0028】

バインダーが５．０質量％未満、特に２．０質量％未満、好ましくは１．０質量％未満、最も好ましくは０．５質量％未満のアンモニウム塩、例えば、硫酸アンモニウム、アンモニウム明ばん、リグニンスルホン酸アンモニウム、及びリン酸水素アンモニウムしか含まないことがさらに好ましく、バインダーは最も好ましくはアンモニウム塩を実質的に含まない。

【0029】

さらに、バインダーは２．０質量％未満、特に１質量％未満～０質量％、好ましくは０．５質量％未満、特に好ましくは０．１質量％未満のホルムアルデヒドしか含有しないことが好ましく、最も好ましくは、バインダーはホルムアルデヒドを実質的に含まない。

【0030】

本発明によれば、以下の成分を混合することによって得られるバインダーが特に好ましく、混合物の総質量に基づいて、成分の少なくとも１つ、好ましくは全てが示された量で使用される。

【0031】

【表1】

適切な場合には、得られた混合物は乾燥される。

【0032】

バインダーの総質量に対する個々の成分の量について上で定義した範囲は、混合物の総質量に対して使用される成分の量についてのさらに好ましい範囲を表している。

【0033】

さらに、以下の成分のうち少なくとも２つ、好ましくは全てをその特定した質量割合で含むバインダーが特に好ましい。

【0034】

【表2】

【0035】

驚くべきことに、本発明によるバインダーは、複合材料の製造に特に有利ないくつかの特性を有することが判明した。特に、バインダーは、チップボードなどの複合材料の製造のために通常の条件下で制御され且つ迅速なやり方で硬化し、したがって、複合材料の連続製造プロセスにおいて特に有利なやり方で使用することができる。このようにして製造された複合材料は、優れた機械的安定性及び耐水性を有している。特に、この複合材料は、DIN EN 312-1に準拠した少なくともクラスP3の耐水性を有する。このバインダーはまた、安価に入手可能な天然原料から得ることができ、健康及び環境に有害なホルムアルデヒド及びイソシアネートなどの成分無しに形成することができる。さらに、バインダーは冷蔵なしに、１成分システムとして何か月ものあいだ保管及び輸送することができる。

【0036】

通常、バインダーは希釈していない形態で使用される。あるいは、バインダーは、例えばプライマーとして、希釈して使用することもできる。最後に、バインダーは乾燥した形態で使用することもできる。

【0037】

本発明によるバインダーは、公知のバインダーと組み合わせて使用することもできる。 適切な公知のバインダーの例は、ポリメリックジイソシアネート（ＰＭＤＩ）、乳化ポリメリックイソシアネート（ＥＰＩ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡＣ）、フルフラール及びフルフリルアルコールに基づく樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂、並びに飽和及び不飽和アクリレートに基づく架橋ポリマーである。本発明によるバインダーは、すべての混合比で、公知のバインダー、特に市販の分散液の形態の公知のバインダーと適合性がある。

【0038】

本発明によるバインダーは、複合材料の製造に特に適している。したがって、本発明の主題は、複合材料、特にセルロース含有材料に基づく複合材料を製造するための、本発明によるバインダーの使用でもある。適切なセルロース含有材料の例は、木材、セルロース、わら（ストロー）、バガス、ケナフ、竹、サイザル麻、麻、ココナツ繊維、紙、ボール紙（cardboard）、及び板紙（paperboard）、特に、木材及び紙である。特に、セルロース含有材料は、無垢材、木材チップ、おがくず、砕木、木粉、ウッドダスト、及び機械パルプの形態で、並びにリサイクル材料、例えば、廃木材又は古紙の形態で使用することができる。

【0039】

本発明の主題はまた、セルロース含有材料が本発明によるバインダーで処理される複合材料の製造方法である。本発明によるバインダーはセルロース含有材料と、特に加熱下、好ましくは加熱及び加圧下で固化する。好ましくは、この方法は、バインダーをセルロース含有材料とともにプレスする工程を含む。典型的には、この処理は１００～２５０℃の温度において、特に１～２５０バール、好ましくは１０～１８０バールの圧力で行われる。

【0040】

バインダーは、特別な改造なしに、自動化された生産ラインなどのすべての一般的な加工機においてだけでなく、手動プレスでも使用できる。全ての公知かつ一般的な手順を本発明によるバインダーを用いて実施することもできる。

【0041】

温度及び圧力を制御することにより、本発明によるバインダーの処理時間及び硬化挙動を容易に調節することができる。複合ボードのためのプレス時間は、通常、セルロース含有材料のタイプ、プレス温度、プレス圧力、及びボードの厚さに左右される。本発明によるバインダーを用いて、１０秒／ｍｍ板厚より短いプレス時間を通常の処理条件下で実施することができる。

【0042】

最後に、本発明の主題は、本発明による方法によって得られる複合材料でもある。適切な複合材料の例は平面及び３次元成形製品及び成形体、特に家具及び建設業向けのもの、例えばボード、特に家具ボード、建築材料ボード及び断熱ボード、レンガ、パレットブロック、コンクリート型枠部材、押し出し成形部材、及び３Ｄ成形部材、並びにダスト結合リサイクル製品及び再生板紙などの平面及び３次元成形製品及び成形体である。

【0043】

以下において、本発明を実施形態によってより詳細に説明する。

【0044】

実施形態
以下の表にしたがって本発明による１０のバインダーを形成し、様々な複合材料の製造に使用した。

【0045】

【表3】

【0046】

【表4】

【0047】

例１（チップボード）
上の表による組成１を有する一成分形バインダーを、示された出発成分を混合することによって形成した。チップボードの製造のために、松の木のチップ（スクリーン画分＞０．６ｍｍ×４ｍｍ、４質量％の含水率）を、ドラムミキサー中でスプレーすることによってバインダーと混合して、チップを均一に濡らすことを達成した。バインダーの質量分率は８質量％だった。

【0048】

バインダーで濡らしたチップを、市販の離型剤で濡らしたプレス板上に均一に散布し、チップケーキを形成した。そのチップケーキを手で予めプレスし、次に実験用プレートプレス中、２００℃の温度にて１２０秒間、１５０バールの圧力でプレスした。プレス時間は、圧力が完全に高まった時点から測定した。１２ｍｍの厚さのチップボードが得られ、すなわち、プレス時間は１０秒／ｍｍボード厚だった。

【0049】

得られたチップボードについて、DIN EN 312-1（2010）に準拠して、以下の技術値を測定した。
膨潤厚さ：１４％
曲げ強度：１５．２Ｎ／ｍｍ^２
曲げ弾性率：２９５４Ｎ／ｍｍ^２
横引張強さ：０．６２Ｎ／ｍｍ^２

【0050】

これは、DIN EN 312-1（2010）に準拠したクラスP3チップボードの技術値が達成されたことを意味する。

【0051】

得られたチップボードのホルムアルデヒド放出は、DIN EN 717-1（2006）に準拠したチャンバー法を使用して測定した。これは、１２時間後に０．０２４ｍｇ／ｍ^３、２４時間後に０．０１９ｍｇ／ｍ^３、２４０時間後に０．００５ｍｇ／ｍ^３だった。驚くべきことに、未処理の松の木材チップの天然のホルムアルデヒド放出は６分の１でさえあった。

【0052】

例２（配向されたストランドボードプレート）
上記の表による組成２を有する一成分形バインダーを、示された出発成分を混合することによって形成した。１２ｍｍ厚さのＯＳＢ（Oriented Strand Board）ボードを製造するために、ドラムプロセスを使用して、木材フレーク（質量で２～４％の水分含有量）をバインダーで濡らした。バインダーの質量部分は８質量％だった。

【0053】

バインダーで濡らしたフレークを分散させてケーキを形成し、プレス用のボードプレスに置いた。次に、このようにして調製したケーキを、２００℃の温度及び１６５ｂａｒの圧力で１２０秒間プレスして、ＯＳＢボードを形成した。

【0054】

DIN EN 312-1（2010）に準拠したクラスP3のＯＳＢボードの技術値が達成された。

【0055】

例３（薄いチップボード）
上の表による組成３を有する一成分形バインダーを、示された出発成分を混合することによって形成した。カレンダー（AUMA 30）上で、メンデ（Mende）プロセスに従って、８２０ｋｇ／ｍ^３の比重をもつ薄いチップボード（３．０ｍｍ）を製造するために、松の木のチップ（スクリーン画分＞０．６ｍｍ×４ｍｍ）を、ドラムミキサー（Loedige）中で１１５ｋｇのバインダー（バインダー含有量１４質量％に相当）で濡らした。

【0056】

３．０ｍｍの厚さボードは、１４０ｂａｒの圧力及び１７５℃の温度にて、３０秒かけて形成した。カレンダープラントのフィード速度は２２ｍ／分だった。

【0057】

DIN EN 312-1（2010）に準拠したクラスP3の薄いチップボードの技術値が達成された。

【0058】

例４（チップボード）
上の表による組成４を有する一成分形バインダーを、示された出発成分を混合することによって形成した。チップボード（２２ｍｍの厚さ）を製造するために、松の木チップ（０．６ｍｍ×４ｍｍより大きなふるい分率、２．５質量％の含水量）をスプレーによってバインダーと混合し、チップケーキを形成した。バインダーの質量分率は８質量％だった。

【0059】

チップケーキは、シングルオープニングプレス（single-opening press）中で、２００℃の温度、１５５ｂａｒの圧力、及び１２秒／ｍｍボード厚さでプレスした。

【0060】

DIN EN 312-1（2010）に準拠したクラスP3チップボードの技術値が達成された。

【0061】

例５（中密度ファイバーボード）
上の表による組成５を有する一成分形バインダーを、示された出発成分を混合することによって形成した。中密度ファイバーボード（ＭＤＦボード）を製造するために、リファイナーによって解繊された松の木チップを、約１質量％の含水率まで乾燥させた。バインダーはスプレー工程においてドラムによる糊付けによって適用した。 バインダーの質量比率は８質量％だった。

【0062】

上で湿らせた木質繊維を１８５℃において１４０ｂａｒの圧力でプレスした。連続プレス中でのプレス時間は、８秒／ｍｍボード厚（ボード厚１ｍｍ当たり８秒）だった。６ｍｍのボードを４８秒で製造した。

【0063】

DIN EN 312-1（2010）に準拠したクラスP3のＭＤＦボードの技術値が達成された。

【0064】

例６（合板パネル）
上の表による組成６の２成分形バインダーを、示された出発成分を混合することによって形成した。バインダー成分Ａは、グリセロール、過酸化水素、Saval社のタンパク質濃縮物、植物残渣、及び小麦粉を含み、バインダー成分Ｂは、クラフトリグニン、フルオロカーボネート、メラミン、グリオキサール、及びレゾルシノールを含んでいた。

【0065】

合板（ラミネートウッド）の製造のために、バインダー成分Ａを、２ｍｍの厚さのカバノキベニヤの片側にロールで塗布し、これは固形分を増やし且つバインダーの「穴あき」を防ぐために４０５タイプの小麦粉で伸ばした。バインダー成分Ａの塗布量は８０ｇ／ｍ^２だった。バインダー成分Ｂを２番目のカバノキベニヤの片側にロールで塗布した。バインダー成分Ｂの塗布量は４０ｇ／ｍ^２だった。次に、バインダー成分が塗布された２枚のベニアの上側の面を互いに重ね合わせ、１４０℃のプレス温度及び６５ｂａｒの圧力で１２０秒間、一緒にプレスした。

【0066】

例７（化粧貼り面）
上の表による組成７を有する一成分形バインダーを、示された出発成分を混合することによって形成した。化粧貼り表面を作成するために、両面接着剤塗布ローラーを使用して、キャリアボードとして８０ｇ／ｍ^２でチップボードの両面にバインダーをロール塗布した。 接着剤を塗布したキャリアボードを、０．８ｍｍの厚さのオーク材のベニヤの上に置いた。 上側もオーク材のベニヤで覆い、短サイクルプレスへ送った。プレス圧力は７０Ｎ／ｍｍ^２であり、プレス時間は１１０℃で９０秒だった。

【0067】

例８（チップボード）
上の表による組成８を有する一成分形バインダーを、示された出発成分を混合することによって形成した。チップボード（１６ｍｍの厚さ）を製造するために、松の木のチップ（スクリーン画分＞０．６ｍｍ×４ｍｍ、２～４質量％の水分含有量）を、スプレーによってバインダーと混合し、チップケーキを形成した。バインダーの質量分率は７質量％だった。

【0068】

そのチップケーキを、２１０℃の温度及び１５０ｂａｒの圧力にて、シングルオープニングプレス上で１３０秒のプレス時間でプレスした。

【0069】

DIN EN 312-1（2010）に準拠したクラスP3チップボードの技術値が達成された。

【0070】

例９（ストローボード）
上の表による組成９を有する一成分形バインダーを、示された出発成分を混合することによって形成した。バインダーは、２つの供給ノズルを備えたバッチミキサー（Loedige）を使用して、長さが高々２０ｍｍの未処理のストローファイバー（約６質量％水分含有量の）に適用した。バインダーの質量分率は１０質量％だった。

【0071】

その濡らしたストローファイバー（藁繊維）を、１８０℃及び１４０ｂａｒの圧力でプレスした。シングルオープニングプレス中でのプレス時間は１２秒／ｍｍボード厚だった。スペーサープレートを使用して、５５０ｋｇ／ｍ^３の比重をもちボード厚さ２０ｍｍのボードを製造した。

【0072】

以下の値は、DIN EN 622に準拠して決定した。
かさ密度：５５０ｋｇ／ｍ^３
横引張強度：０．５８Ｎ／ｍｍ^２
厚みの膨潤（２４時間）：１４．３％
曲げ強度：２８．２Ｎ／ｍｍ^２

【0073】

これにより、DIN EN 622に準拠したクラスP3ファイバーボードの技術値が達成されている。

【0074】

したがって、本発明によるバインダーはまた、その表面がケイ酸塩又はワックス層を有する藁などのセルロース含有天然物に基づく複合材料の製造を可能にする。これは特に驚くべきことであり、なぜなら、従来のバインダー、例えばアミノプラスチックに基づく従来のバインダーは、そのような天然物を処理するのに適していないからである。

【0075】

藁の代わりに、その他のセルロース含有繊維を使用することができ、それは好ましくは若い植物又は一年生植物又はトウモロコシの穂軸、ピーナッツの殻などの細断されたもの、及びリサイクル紙に基づくものであってもよい。

【0076】

例１０（ファイバーボード）
上の表による組成１０を有する一成分形バインダーを、示された出発成分を混合することによって形成した。ファイバーボードの製造のために、リファイナーによって解繊された木材チップを、約４質量％の含水率にまで乾燥させた。プラウシェアミキサー及びエアレススプレーを使用してその木質繊維上にバインダーをスプレーした。バインダーの質量分率は８質量％だった。その濡らした木質繊維を、スペーサープレートを使用して２００℃でプレスして、１２０ｋｇ／ｍ^３の比重をもつ２０ｍｍの厚さのボードを形成した。プレス時間は１６０秒であり、したがって８秒／ｍｍボード厚だった。

【0077】

DIN EN 622-4に準拠して得られたファイバーボードの曲げ強度は１．３Ｎ／ｍｍ^２だった。このように、DIN EN 622-4に準拠した屋外用多孔質木材繊維ボードの技術値が達成された。

【0078】

得られたファイバーボードからの５時間、２４時間、及び４８時間後の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の放出量を次の表に示す。

【0079】

【表5】