通过大豆类甲基氨基酯的光气化作用来产生混合二异氰酸酯

摘要

本发明涉及一种改良型组合物，其包含式(II)的二异氰酸酯的掺合物，所述式(II)的二异氰酸酯衍生自从大豆蛋白源获得的其对应的二氨基烷基酯，其中R是烷基且n是1-4，以及制造所述组合物和使用所述组合物作为建筑材料树脂粘合剂、特别是木材树脂粘合剂和/或粘着剂的方法。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年8月27日提交的美国临时专利申请61/377,727的权利，所 述专利申请以引用的方式并入本文中。

引用并入

任何之前的申请，和它们引用的或在它们审查(prosecution)期间引用的 所有文献(“申请引用的文献”)，和在申请引用的文献中所引用或参考的所有文 献，和在本文中所引用或参考的所有文献(“本文中引用的文献”)，和在本文中 引用的文献中所引用或参考的所有文献，连同本文中或以引用方式并入本文的 任何文献中所提到的任何产品的任何制造商的说明书、描述、产品规格说明和 产品单都以引用的方式并入本文中，并且可用于本发明的实践中。

本申请中任何文献的引用或确定并不承认所述文献可作为本发明的背景技 术。

技术领域

本发明涉及组合物，其包含从对应的二氨基烷基酯衍生的二异氰酸酯，以 及其制造和使用方法。在一个实施方案中，本发明涉及组合物，其包含从大豆 蛋白制备的二异氰酸酯的混合物，所述组合物用作木材粘合剂。

背景技术

许多年来，已经使用热固性粘合剂从木材或农业基质制造了纤维板。在这 段时间里，甲醛系粘合剂(例如尿素甲醛和三聚氰胺甲醛)已经在传统上主导 了纤维板工业。用含有甲醛系树脂的粘着性粘合剂制造的木材复合物一般只限 于用于不需要室外持久性的应用。令人遗憾的，使用甲醛系树脂作为木材复合 物粘着性粘合剂的组分的一个缺陷是所述树脂会释放少量的甲醛。

然而，异氰酸酯系粘合剂、特别是二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)粘合剂 提供一些优于甲醛系粘合剂的显著优点，包括优良的物理和防潮性质以及避免 了甲醛释放危险。虽然用于纤维板制造的异氰酸酯粘合剂技术已经出现了很多 年，但是异氰酸酯在商业上没有获得广泛接受，主要是成本原因。MDI系异氰 酸酯每磅的成本要高于甲醛系粘合剂，但其使用的剂量率较低，这部分地弥补 了成本缺点。

因此，对于鉴别适合于制造木材和其它复合物的新颖粘着性粘合剂组合物 存在持续的需求，所述组合物具有改良的物理性质且可以安全使用。

发明内容

本发明涉及一种改良型组合物，其包含式(II)的二异氰酸酯的掺合物，所述 式(II)的二异氰酸酯衍生自从大豆蛋白源获得的其对应的式(I)的二氨基烷基酯， 其中R是烷基且n是1-4，以及制造所述组合物和使用所述组合物作为建筑材料 树脂粘合剂的方法。

R＝烷基                     R＝烷基

n＝1-4                      n＝1-4

在一个实施方案中，本发明涉及一种组合物，其包含二异氰酸酯的混合物。

本发明的另一个实施方案是针对一种通过用光气处理大豆类二氨基烷基酯 来制造二异氰酸酯的方法。

在另一个实施方案中，本发明涉及包含从大豆类材料制备的二异氰酸酯的 组合物作为木材树脂粘合剂的用途。

另外应注意本发明并不意图在本发明的范围内涵盖任何先前公开的产品、 所述产品的制造方法或所述产品的使用方法，这符合USPTO(35U.S.C.112， 第一段)或EPO(EPC的条款83)的书面描述和可实施性要求，由此申请人保 留权利并且据此放弃任何先前描述的产品、所述产品的制造方法或所述产品的 使用方法。

应注意，在本公开书中且尤其在权利要求书和/或段落中，例如“包含”等术 语可以具有美国专利法赋予其的意义，例如它们可以意味“包括”等；并且例如“基 本上由...组成”等术语具有美国专利法赋予其的意义，例如它们涵盖未明确叙述 的要素，但排除在背景技术中存在的或影响本发明的基础或新颖特征的要素。

这些和其它实施方案已被公开，或者根据以下具体实施方式是显而易见的 并且被以下具体实施方式所涵盖。

具体实施方式

本发明涉及一种新颖的二异氰酸酯系组合物，尤其是衍生自氨基酸的二异 氰酸酯系组合物，其中通过如以下反应流程I中所示，对从大豆蛋白获得的式(I) 的二氨基烷基酯进行光气化作用来制备式(II)的衍生自氨基酸的二异氰酸酯。所 述组合物可以用于粘合建筑、汽车和其它工业上所用的各种材料，例如木材、 泡沫、塑料等。

反应流程I

R＝烷基

n＝1-4

本文中提到的烷基是直链或支链饱和烃，其具有1到6个碳，优选1到3 个碳，并且其可以另外被取代。

式(I)中的两个氨基之间的碳链具有1到4个碳(n＝1-4)，所述碳链可以在 链的任何位置另外被取代。

本发明的一个实施方案是针对一种组合物，其包含至少两种、至少三种或 至少四种二异氰酸酯。

本发明的另一个实施方案是针对一种组合物，其包含至少两种二异氰酸酯， 所述二异氰酸酯选自由如下所示的2，3-二异氰酰基丙酸烷基酯(式II-1)、2，4- 二异氰酰基丁酸烷基酯(式II-2)、5-(3-甲酰胍基)-2-异氰酰基戊酸烷基酯(式II-3) 和2，6-二异氰酰基己酸烷基酯(式II-4)组成的群组：

本发明的另一个实施方案是针对一种组合物，其包含至少两种二异氰酸酯， 所述二异氰酸酯选自由如下所示的2，3-二异氰酰基丙酸甲酯(II-5)、2，4-二异氰 酰基丁酸甲酯(II-6)、5-(3-甲酰胍基)-2-异氰酰基戊酸甲酯(II-7)和2，6-二异氰 酰基己酸甲酯(II-8)组成的群组：

本发明的二异氰酸酯包括(但不限于)赖氨酸、天冬酰胺、精氨酸和谷氨 酰胺的衍生物。

如果用作粘着性粘合剂组合物，那么本发明的组合物还可含有各种其它已 知的添加剂，例如用于增强耐火性的硅石、用于增强耐水性的蜡、消泡剂、润 滑剂、塑化剂、软化剂、颜料、生物杀灭剂、填充剂等。

根据本发明，可以通过如反应流程I中所示，将对应氨基酸衍生物的二氨基 烷基酯和双光气或三光气反应来制备二异氰酸酯的混合物。烷基酯可以从大豆 蛋白或其它天然存在的蛋白质源(例如玉米、米糠、油籽等)获得。二氨基烷 基酯也可以从其它廉价的蛋白质源获得，例如藻类、各种谷类和油籽、玉米、 高粱等。

适合于所述修饰的氨基甲酯的混合物例如可以从美国专利申请12/243,933 中所述的生物柴油制造方法获得，所述专利申请以全文引用的方式并入本文中。 用生物燃料制造的水/甘油部分也含有二氨基烷基酯。分离到大约50％的这些烷 基酯，因为它们只形成单官能异氰酸酯，这些单官能异氰酸酯在转化为对应的 氨基酸或氨基醇之后可以被进一步利用。用于本发明的单官能化和双官能化烷 基酯(或甲酯)的分离可以通过离子交换或色谱分离来实现。该工艺可以典型 地在环境温度和压力下以分批或连续模式进行。包含赖氨酸、天冬酰胺、精氨 酸和谷氨酰胺残基的目标二氨基烷基酯以质量计占大豆蛋白的大约50％。

在与单官能化异氰酸酯分离之后，用过量的光气(双光气或三光气)处理 式(I)的二氨基烷基酯的各种混合物以生成式(II)的二异氰酸酯衍生物和4摩尔 HCl，如反应流程I举例说明。该工艺可以在约50到约200°F的温度和约1到约 10巴范围内的压力下进行。

不希望受任何理论束缚，本发明的改良型二异氰酸酯系粘着性组合物的二 异氰酸酯可以与木质纤维和含有“活性”氢的其它材料中的分子发生聚合，以产生 对应的聚氨基甲酸酯系分子，所述分子对木材复合物或其它材料提供改良的韧 性、耐久性和安全性特征。

本发明的一个实施方案涉及在木制品中用作树脂粘合剂的包含至少两种二 异氰酸酯的混合物的组合物，所述木制品包括(但不限于)刨花板，例如定向 结构板(OSB)和中密度纤维板(MDF)。

本发明的二异氰酸酯树脂粘合剂还可以用于制造其它材料和产品，包括(但 不限于)软质泡沫阀座材料、硬质泡沫绝缘板、微孔泡沫密封物、微孔泡沫垫 圈、耐用型弹性体车轮、耐用型弹性体轮胎、汽车悬架衬套、电灌封化合物、 粘着剂、密封剂、合成纤维、密封物、垫圈、地毯衬垫和硬塑料零件。

本发明的另一个实施方案是针对一种制造的材料或产品，其包含从至少两 种聚合的二异氰酸酯衍生的聚氨基甲酸酯，其中所述材料或产品是木质复合板、 定向结构板(OSB)、中密度纤维板(MDF)、胶合板板条、软质泡沫阀座材料、 硬质泡沫绝缘板、微孔泡沫密封物、微孔泡沫垫圈、耐用型弹性体车轮、耐用 型弹性体轮胎、汽车悬架衬套、电灌封化合物、粘着剂、密封剂、纤维、密封 物、垫圈、地毯衬垫或硬塑料零件。本发明的特定木质复合物包括定向结构板 (OSB)、中密度纤维板(MDF)和胶合板板条。

如此已经详细地描述了本发明的各个实施方案，应理解以上段落所定义的 本发明不受以上描述中阐述的具体细节限制，因为在不偏离本发明的精神或范 围的情况下本发明的许多明显变化都是可能的。