CN101824286A - 一种木材胶粘剂及其制备方法 - Google Patents

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顾蓉
商晋
张佳
王英
李家宁
漆楚生
杨庆
张远群
张保健
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Abstract

本发明公开了一种木材胶粘剂，以魔芋葡甘聚糖、壳聚糖为主要原料，以冰醋酸为催化剂，以聚乙烯醇为改性剂，以纯水为溶剂，在25℃～90℃下共混反应制备而成。本发明的优点是：三者原料来源广泛、粘接强度高、成本较低、无污染的优点。本发明所制备的天然高分子基木材胶粘剂，应用于杨木单板的粘接，其干状胶合强度平均值为4.01MPa，湿状胶合强度平均值为2.88MPa，干、湿强度均达到了国家标准要求的数值。

Description

一种木材胶粘剂及其制备方法
技术领域
本发明属于林产化工领域，涉及木材加工及人造板制备用的胶粘剂，具体涉及一种人造板胶粘剂及其制备方法。
技术背景
我国森林资源极其匮乏，再加上长期的滥砍乱伐，进入90年代后，天然优质大径级木材越来越少。为满足对木材制品不断增长的需求，人工速生材及小径级材种必将成为木材加工工业的主要原料，因此，发展木材高效综合利用，充分利用采伐剩余物、加工剩余物和低劣木材，发展人造板和木材胶接制品，是解决木材供需矛盾的有效措施。而胶粘剂起着举足轻重的作用。
木材胶粘剂可分为天然高分子胶和合成高分子胶两大类。天然高分子胶是从天然产物中提取的原料加工而成的胶粘剂。由于这种胶粘剂是以天然物质为原料，多数是水溶性的，一般说来粘接强度、耐水性、耐热性、耐化学药剂侵蚀等性能不高，其胶接制品使用寿命短，在木材胶粘剂中的用量越来越少。
上世纪出现了甲醛系胶粘剂，脲醛树脂胶、酚醛树脂胶和三聚氰胺-甲醛树脂胶是木材工业的主要胶粘剂，其中脲醛树脂胶用量最大，占甲醛系胶粘剂用量的80％左右，占木材胶粘剂总消耗量的60％多。这类胶粘剂以其分子量小、湿润性好、胶合强度高等优势而得到迅速发展，并很快取代了天然胶粘剂而占领木材胶粘剂市场。除甲醛系胶粘剂外，木材胶粘剂中使用较多的还包括其他水基胶粘剂，如聚醋酸乙烯酯乳液、丙烯酸乳液、聚氨酯等，其中醋酸乙烯酯乳液及丙烯酸乳液的用量在逐年递增。
然而，甲醛系胶粘剂具有一个致命的缺陷，不可避免地会释放出游离甲醛等有害气体，从而危害产品生产者和产品消费者的身体健康，长期接触低剂量甲醛可引起慢性呼吸道疾病、鼻咽癌、结肠癌、脑瘤、白血病，以及青少年记忆力和智力下降等。
随着人民生活质量的普遍提高，对居住环境也越来越讲究，甲醛释放量则受到极大关注；开发质量好、无污染、与国际标准接轨的环保型胶粘剂正在逐渐成为合成胶粘剂的主流产品。最近的权威性调查表明，现代人正陷身于以“室内空气污染”为标志的污染时期，而造成室内空气污染最严重的依次是胶粘剂、人造板、涂料。
近年来，石油价格持续上扬，因此，石油单体如醋酸乙烯酯、聚乙烯醇等的价格普遍偏高，造成合成高分子胶的成本居高不下，如何在保证产品质量的前提下降低成本已成为了一个急需解决的问题；其次，合成高分子胶是由石油单体聚合而成的高分子所组成，大部分单体的聚合物具有生物不可降解性，这些胶粘剂会对环境产生一定的污染。因而开发新型天然高分子基胶粘剂是木材工业的当务之急。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供的木材胶粘剂，以魔芋葡甘聚糖、壳聚糖为主要原料，以冰醋酸为催化剂，以聚乙烯醇为改性剂，以纯水为溶剂，在25℃～90℃下共混反应制备而成，其特征是各组分的质量分数为：
魔芋葡甘聚糖(K)：2.5～5Wt％
壳聚糖(C)：2.5～5Wt％
10％聚乙烯醇(P或PVA)溶液：6～12Wt％
冰醋酸：1～3Wt％
本发明提供的木材胶粘剂制备方法，其特征在于按照如下步骤制备而成：
第一步配制质量分数为10％聚乙烯醇(PVA)溶液：将聚乙烯醇和纯水按1∶9比例在常温下溶胀5～10分钟，然后将溶胀后的溶液升温至90℃恒温保持20～30分钟，使之完全溶解后，再降温至25℃进行密封，即制成质量分数为10％的PVA溶液；
第二步葡甘聚糖溶液的制备：在25～30℃的环境下，以葡甘聚糖为原料，溶入质量19～39倍纯水中，配制成质量分数为2.5～5％的葡甘聚糖溶液，并充分搅拌5～10分钟；
第三步壳聚糖/葡甘聚糖共混溶液的制备：在葡甘聚糖溶液中，加入与第二步溶入葡甘聚糖等量的壳聚糖单体作为交联剂，充分搅拌并反应0.5～1小时后，配制成质量分数为5～10％的壳聚糖/葡甘聚糖共混溶液；
第四步壳聚糖/葡甘聚糖共混聚合物的制备：在壳聚糖/葡甘聚糖共混溶液中，缓慢滴加质量分数为1～3％的冰醋酸作为催化剂，通过冰醋酸的加入，调整Ph值在3～5的范围内，同时充分搅拌，进行聚合反应，反应0.5～1小时后，得到壳聚糖/葡甘聚糖共混聚合物；
第五步壳聚糖-聚乙烯醇/葡甘聚糖(CA-PVA/KGM)复合聚合物的制备：在壳聚糖/葡甘聚糖共混聚合物中，加入质量分数为6～12％、浓度为10％的聚乙烯醇(PVA)作为改性剂，同时进行搅拌，改性反应0.5～1小时后，即得到混合反应产物为壳聚糖-聚乙烯醇/葡甘聚糖(CA-PVA/KGM)复合聚合物；
第六步壳聚糖-聚乙烯醇/葡甘聚糖(CA-PVA/KGM)复合体系胶粘剂的制备：壳聚糖-聚乙烯醇/葡甘聚糖复合聚合物中，加入质量分数为1～2％的甘油作为增塑剂，同时进行搅拌，搅拌1～2小时后停止，静置脱泡，即得到混合反应产物为壳聚糖-聚乙烯醇/葡甘聚糖(CA-PVA/KGM)复合体系木材胶粘剂。
本发明的有益效果：
三者原料来源广泛、粘接强度高、成本较低、无污染的优点。本发明所制备的天然高分子基胶粘剂，应用于杨木单板的粘接，其干、湿强度上均达到了国家标准。
具体实施方式
第一步配制质量分数为10％聚乙烯醇(PVA)溶液：将250g聚乙烯醇和纯水按1∶9比例在常温下溶胀8分钟，然后将溶胀后的溶液升温至90℃恒温保持25分钟，使之完全溶解后，再降温至25℃进行密封，即制成质量分数为10％的PVA溶液；
第二步葡甘聚糖溶液的制备：在25℃的环境下，以1000g葡甘聚糖为原料，溶入质量19倍纯水中，配制成质量分数为5％的葡甘聚糖溶液，并充分搅拌10分钟；
第三步壳聚糖/葡甘聚糖共混溶液的制备：在葡甘聚糖溶液中，加入1000g壳聚糖单体作为交联剂，充分搅拌并反应1小时后，配制成质量分数为10％的壳聚糖/葡甘聚糖共混溶液；
第四步壳聚糖/葡甘聚糖共混聚合物的制备：在壳聚糖/葡甘聚糖共混溶液中，缓慢滴加质量分数为3％的冰醋酸作为催化剂，通过冰醋酸的加入，调整Ph值为3，同时充分搅拌，进行聚合反应，反应1小时后，得到壳聚糖/葡甘聚糖共混聚合物；
第五步壳聚糖-聚乙烯醇/葡甘聚糖(CA-PVA/KGM)复合聚合物的制备：在壳聚糖/葡甘聚糖共混聚合物中，加入质量分数为12％、浓度为10％的聚乙烯醇(PVA)作为改性剂，同时进行搅拌，改性反应1小时后，即得到混合反应产物为壳聚糖-聚乙烯醇/葡甘聚糖(CA-PVA/KGM)复合聚合物；
第六步壳聚糖-聚乙烯醇/葡甘聚糖(CA-PVA/KGM)复合体系胶粘剂的制备：壳聚糖-聚乙烯醇/葡甘聚糖复合聚合物中，加入质量分数为1％的甘油作为增塑剂，同时进行搅拌，搅拌2小时后停止，静置脱泡，即得到混合反应产物为壳聚糖-聚乙烯醇/葡甘聚糖(CA-PVA/KGM)复合体系木材胶粘剂。
本发明制备的木材胶粘剂在热压工艺参数：热压温度130℃，压力4MPa，热压时间15min条件下，参照GB/T 9846.7-2004《胶合板》压制的试件及参照GB/T 9846.12-1988进行胶合强度测定，其干状胶合强度平均值为4.01MPa，湿状胶合强度平均值为2.88MPa。

Claims (2)

1.一种木材胶粘剂，以魔芋葡甘聚糖、壳聚糖为主要原料，以冰醋酸为催化剂，以聚乙烯醇为改性剂，以纯水为溶剂，在25℃～90℃下共混反应制备而成，其特征是各组分的质量分数为：
魔芋葡甘聚糖(K)：2.5～5Wt％
壳聚糖(C)：2.5～5Wt％
10％聚乙烯醇(P或PVA)溶液：6～12Wt％
冰醋酸：1～3Wt％
2.一种木材胶粘剂的制备方法，其特征在于按照如下步骤制备而成：
第一步配制质量分数为10％聚乙烯醇(PVA)溶液：将聚乙烯醇和纯水按1∶9比例在常温下溶胀5～10分钟，然后将溶胀后的溶液升温至90℃恒温保持20～30分钟，使之完全溶解后，再降温至25℃进行密封，即制成质量分数为10％的PVA溶液；
第二步葡甘聚糖溶液的制备：在25～30℃的环境下，以葡甘聚糖为原料，溶入质量19～39倍纯水中，配制成质量分数为2.5～5％的葡甘聚糖溶液，并充分搅拌5～10分钟；
第三步壳聚糖/葡甘聚糖共混溶液的制备：在葡甘聚糖溶液中，加入与第二步溶入葡甘聚糖等量的壳聚糖单体作为交联剂，充分搅拌并反应0.5～1小时后，配制成质量分数为5～10％的壳聚糖/葡甘聚糖共混溶液；
第四步壳聚糖/葡甘聚糖共混聚合物的制备：在壳聚糖/葡甘聚糖共混溶液中，缓慢滴加质量分数为1～3％的冰醋酸作为催化剂，通过冰醋酸的加入，调整Ph值在3～5的范围内，同时充分搅拌，进行聚合反应，反应0.5～1小时后，得到壳聚糖/葡甘聚糖共混聚合物；
第五步壳聚糖-聚乙烯醇/葡甘聚糖(CA-PVA/KGM)复合聚合物的制备：在壳聚糖/葡甘聚糖共混聚合物中，加入质量分数为6～12％、浓度为10％的聚乙烯醇(PVA)作为改性剂，同时进行搅拌，改性反应0.5～1小时后，即得到混合反应产物为壳聚糖-聚乙烯醇/葡甘聚糖(CA-PVA/KGM)复合聚合物；
第六步壳聚糖-聚乙烯醇/葡甘聚糖(CA-PVA/KGM)复合体系胶粘剂的制备：壳聚糖-聚乙烯醇/葡甘聚糖复合聚合物中，加入质量分数为1～2％的甘油作为增塑剂，同时进行搅拌，搅拌1～2小时后停止，静置脱泡，即得到混合反应产物为壳聚糖-聚乙烯醇/葡甘聚糖(CA-PVA/KGM)复合体系木材胶粘剂。
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