CN101831256A - 生物质木材胶粘剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生物质木材胶粘剂及其制备方法。本胶粘剂有200～300重量份的氧化淀粉、16～30重量份的聚乙烯醇、5～7重量份的过硫酸钾、450～550重量份的溶剂，所述氧化淀粉含有羧基或醛基基团，溶剂为自来水或去离子水；改进的本胶粘剂还有100～200重量份的水性氨基树脂，所述水性氨基树脂含有亚胺基、羟甲基、甲氧基三种活性基团。制备方法为传统的混合、加温搅拌方法。本胶粘剂的胶合强度高、耐水性好，且组方经济；本胶粘剂的制备方法，其工艺简单，使用设备少。
Description
技术领域
本发明涉及一种胶粘剂，更具体地说，本发明涉及一种生物质木材胶粘剂，同时，本发明还涉及一种所述生物质木材胶粘剂的制备方法。
技术背景
据推测，2010年，我国胶粘剂产量将达到730万吨，销售额达到570亿元人民币，产量将居世界第一位。木材胶粘剂占胶粘剂总产量的68％以上，且随着木材加工业的持续发展，木材胶粘剂的用量日益增大，品种也不断增多。
胶粘剂工业的发展，对刨花板和纤维板等人造板产业的发展产生了积极的影响，使得小径级材、枝梗材、间伐材以及木材加工剩余物等能够得到充分利用，提高了木材的综合利用率，改善了木材的性能。
胶粘剂已成为决定刨花板和纤维板生产发展水平的一个关键环节，生产中新工艺的实施、生产效率的提高、劳动条件的改善，均与胶粘剂与胶接技术密切相关。
截止到2006年底，世界人造板的产量达到2.73×108m3，耗用376万吨胶粘剂(以固体含量100％计)，其中脲醛树脂胶的用量超过270万吨，成为主导品种。脲醛树脂胶、酚醛树脂胶、三聚氰胺—甲醛树脂胶并称为人造板工业用三大胶。此外，常用的木材粘合剂还有聚氨酯胶、聚醋酸乙烯酯乳液、丙烯酸酯乳液、天然淀粉胶粘剂等。
脲醛树脂胶以其价廉、生产工艺简单、使用方便、色浅不污染制品、胶接性能优良、用途范围广而著称。但用该胶制得的人造板，普遍存在两大问题：一是板材释放的甲醛气体污染环境；二是耐水性，尤其是耐沸水性差。
酚醛树脂胶的原料易得，具有良好的耐候性，但存在着热压温度高、固化时间长和对单板含水率要求高等缺点。
三聚氰胺—甲醛树脂胶的耐水性好、耐候性好、胶接强度高、硬度高，且固化速度比酚醛树脂胶快，该胶在高温下具有保持颜色和光泽的能力。但该胶的成本较高、性脆易裂、柔韧性差、贮存稳定性差。
聚氨酯胶分为多异氰酸酯、聚氨酯两大类别，是胶接性能十分优良的反应型胶粘剂，虽然该胶的性能优异，但由于价格太高，影响了其广泛使用。
聚醋酸乙烯酯乳液俗称白乳胶，具有使用方便、性能优异、无毒安全、无环境污染等一系列优点，是木材胶粘剂工业中的一个大宗产品。该胶广泛应用于多孔性材料特别是木制品的粘接，但其耐水、耐热、抗冻性较差，在湿热条件下，其粘接强度会有较大程度的下降，从而使该胶的应用受到一定的限制。
丙烯酸酯乳液具有来源广泛、无污染、易合成的特点，但普遍耐水性较差。
天然淀粉是一种可再生的生物质高分子化合物，原料来源丰富且价格低廉，是一种可生物降解的再生资源。淀粉的分子式为(C6H10O5)n，它是由许多脱水葡萄糖单元经化学键连接而成，在每个葡萄糖单位的C2、C3和C5上各有一个羟基，这样，在一个淀粉链状高聚物分子上就有成千上万个活性羟基，而每个淀粉颗粒又是由数不清的直链淀粉和支链淀粉分子链以结晶区和不定形区的形式交织组成，因此，淀粉中存在为数众多的羟基。
以天然淀粉为原料的淀粉胶粘剂，其粘接力正是来源于淀粉中为数众多的羟基产生的氢键结合力。由于羟基易与水以氢键形式结合，它对被胶接材料的吸附可轻易地被水所解吸，这样，淀粉胶粘剂的湿胶合强度就受到了严重的破坏。
据申请人了解，目前尚无综合性能优良(如胶合强度高、耐水性好)的生物质木材胶粘剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种胶合强度高、耐水性好的生物质木材胶粘剂；同时提供一种该木材胶粘剂的制备方法，该方法工艺简单，使用设备少。
本发明提供了一种生物质木材胶粘剂，它包括如下组分：
氧化淀粉 200～300重量份
聚乙烯醇 16～30重量份
过硫酸钾 5～7重量份
溶剂 450～550重量份
所述氧化淀粉含有羧基或醛基基团，溶剂为自来水或去离子水。
该胶粘剂的制备方法为：在450～550重量份的溶剂中加入16～30重量份的聚乙烯醇，搅拌均匀，待聚乙烯醇全部溶解后，再加入5～7重量份的过硫酸钾，得溶液，然后，将200～300重量份的氧化淀粉边搅拌边加入所述溶液中，搅拌均匀，溶剂为自来水或去离子水，溶剂的温度为75～80℃，氧化淀粉含有羧基或醛基基团，即可制得所述的生物质木材胶粘剂。
为能简洁说明问题起见，以下对本发明所述生物质木材胶粘剂均简称为本胶粘剂。
针对天然淀粉的羟基进行氧化改性而得到的氧化淀粉是构成本胶粘剂的网状结构的重要组分之一(天然淀粉的羟基可被氧化为羧基或醛基)。因氧化淀粉内的葡萄糖苷键部分断裂而降解，使得其聚合度降低、分子质量减小、水溶性增加。这样，可使本胶粘剂体系中的羟基数目降到恰当的程度，并保持有足够的活性基团数目，确保本胶粘剂固化过程中，这些活性基团相互间发生交联缩聚反应，形成牢固的网状结构，既保证了胶合强度，又提高了本胶粘剂的耐水性。
聚乙烯醇简称PVA，为白色粉末，分子式为(C2H4O)n，是一种用途相当广泛的水溶性高分子聚合物，其分子结构与天然淀粉具有一定的相似性，含有大量的羟基。聚乙烯醇的重要特性是其完全溶于水，具有优良的成膜性能，对纤维和填料有良好粘接力。另，聚乙烯醇还具有以下性能：独特的皮膜柔韧性、平滑性、耐油性、耐溶剂性、保护胶体性、气体阻绝性、耐磨性及经特殊处理具有的耐水性。在本胶粘剂中，聚乙烯醇为构成网状结构的又一重要组分。
过硫酸钾在本胶粘剂中作为氧化剂。它可使聚乙烯醇的分子链断链并在其末端引入羧基或醛基，并在分子链中引入酮基。
由于氧化淀粉和聚乙烯醇都是具有多羟基的大分子化合物，在一定条件下，它们可互相脱水以形成网络结构，这样，氧化淀粉与聚乙烯醇间的接枝交联作用增强，使得粘合强度及耐水性明显提高。因此，本胶粘剂具有胶合强度高、耐水性好的优点。
作为本发明的改进，所述本胶粘剂的组分还包括：
水性氨基树脂 100～200重量份
所述水性氨基树脂含有亚胺基、羟甲基、甲氧基三种活性基团。
该胶粘剂的制备方法为：还包括在制得的所述本胶粘剂中加入100～200重量份的水性氨基树脂，并搅拌均匀，在65～70℃的条件下保温1小时，水性氨基树脂含有亚胺基、羟甲基、甲氧基三种活性基团。
本胶粘剂的物理化学性质为：
溶液外观 白色乳状液
运力粘度 500～3500mPa·s
贮存温度 25℃ 180天
使用温度 120℃
固化温度 120℃ 15分钟
挥发性 无挥发
可燃性 不可燃
pH 7～7.5
水性氨基树脂所含有的亚胺基、羟甲基、甲氧基三种活性基团，在本胶粘剂中为提高胶合强度和耐水性的组分。三种活性基团的活性大小依次为：亚胺基＞羟甲基＞甲氧基。三种活性基团可与氧化淀粉和聚乙烯醇进一步进行交联反应，强化聚合物的立体网状结构，从而进一步提升本胶粘剂的性能。在交联过程中，亚胺基是自交联基团，羟甲基是自交联基团、也是互交联基团，甲氧基是互交联基团。在通常条件下，120℃以下以自交联为主，120℃以上以互交联为主。
综上所述，本胶粘剂的组方经济，综合性能较高(如：胶合强度高、耐水性好)；本胶粘剂的制备方法，其工艺简单，使用设备少。
本胶粘剂中的氧化淀粉、聚乙烯醇、过硫酸钾、水性氨基树脂均为市售品。
具体实施方式
以下通过下面给出的实施例可以进一步清楚地了解本发明。但它们不是对本发明的限定。
实施例1：
在450克的溶剂中加入16克的聚乙烯醇，搅拌均匀(连续搅拌3min)，待聚乙烯醇全部溶解后，再加入5克的过硫酸钾，得溶液，然后，将200克的氧化淀粉边搅拌边加入所述溶液中，搅拌均匀(连续搅拌3min)，最后，加入100克的水性氨基树脂，并搅拌均匀(连续搅拌3min)，在65℃的条件下保温1小时，溶剂为自来水，溶剂的温度为75℃，氧化淀粉含有羧基基团，水性氨基树脂含有亚胺基、羟甲基、甲氧基三种活性基团，即可制得本胶粘剂。
实施例2：
在500克的溶剂中加入23克的聚乙烯醇，搅拌均匀(连续搅拌3min)，待聚乙烯醇全部溶解后，再加入6克的过硫酸钾，得溶液，然后，将250克的氧化淀粉边搅拌边加入所述溶液中，搅拌均匀(连续搅拌3min)，最后，加入150克的水性氨基树脂，并搅拌均匀(连续搅拌3min)，在68℃的条件下保温1小时，溶剂为去离子水，溶剂的温度为78℃，氧化淀粉含有醛基基团，水性氨基树脂含有亚胺基、羟甲基、甲氧基三种活性基团，即可制得本胶粘剂。
实施例3：
在550克的溶剂中加入30克的聚乙烯醇，搅拌均匀(连续搅拌3min)，待聚乙烯醇全部溶解后，再加入7克的过硫酸钾，得溶液，然后，将300克的氧化淀粉边搅拌边加入所述溶液中，搅拌均匀(连续搅拌3min)，最后，加入200克的水性氨基树脂，并搅拌均匀(连续搅拌3min)，在70℃的条件下保温1小时，溶剂为自来水，溶剂的温度为80℃，氧化淀粉含有羧基基团，水性氨基树脂含有亚胺基、羟甲基、甲氧基三种活性基团，即可制得本胶粘剂。
根据GB/T17657-1999《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》，进行本胶粘剂的胶合强度实验和耐水性实验。
胶合强度实验结果表明，本胶粘剂的胶合强度为5.3-5.5Mpa；耐水性实验的试件处理方法如下：将试件放在沸水中煮4小时，然后在63±3℃的空气对流干燥箱中干燥20小时，再在沸水中煮4小时，取出后在室温下冷却10分钟。煮试件时应将试件全部浸入沸水中并加盖煮。耐水性实验结果表明，试件的胶合面未出现开裂现象。
实施例4：
在450克的溶剂中加入16克的聚乙烯醇，搅拌均匀(连续搅拌3min)，待聚乙烯醇全部溶解后，再加入5克的过硫酸钾，得溶液，然后，将200克的氧化淀粉边搅拌边加入所述溶液中，搅拌均匀(连续搅拌3min)，溶剂为自来水，溶剂的温度为75℃，氧化淀粉含有羧基基团，即可制得本胶粘剂。
实施例5：
在500克的溶剂中加入23克的聚乙烯醇，搅拌均匀(连续搅拌3min)，待聚乙烯醇全部溶解后，再加入6克的过硫酸钾，得溶液，然后，将250克的氧化淀粉边搅拌边加入所述溶液中，搅拌均匀(连续搅拌3min)，溶剂为去离子水，溶剂的温度为78℃，氧化淀粉含有醛基基团，即可制得本胶粘剂。
实施例6：
在550克的溶剂中加入30克的聚乙烯醇，搅拌均匀(连续搅拌3min)，待聚乙烯醇全部溶解后，再加入7克的过硫酸钾，得溶液，然后，将300克的氧化淀粉边搅拌边加入所述溶液中，搅拌均匀(连续搅拌3min)，溶剂为自来水，溶剂的温度为80℃，氧化淀粉含有羧基基团，即可制得本胶粘剂。
Claims (4)
1.生物质木材胶粘剂，它包括如下组分：
氧化淀粉 200～300 重量份
聚乙烯醇 16～30 重量份
过硫酸钾 5～7 重量份
溶剂 450～550 重量份
所述氧化淀粉含有羧基或醛基基团，溶剂为自来水或去离子水。
2.根据权利要求1所述的生物质木材胶粘剂，其特征在于：它的组分还包括：
水性氨基树脂 100～200 重量份
所述水性氨基树脂含有亚胺基、羟甲基、甲氧基三种活性基团。
3.权利要求1所述的生物质木材胶粘剂的制备方法，其特征在于：在450～550重量份的溶剂中加入16～30重量份的聚乙烯醇，搅拌均匀，待聚乙烯醇全部溶解后，再加入5～7重量份的过硫酸钾，得溶液，然后，将200～300重量份的氧化淀粉边搅拌边加入所述溶液中，搅拌均匀，溶剂为自来水或去离子水，溶剂的温度为75～80℃，氧化淀粉含有羧基或醛基基团，即可制得所述的生物质木材胶粘剂。
4.根据权利要求3所述的生物质木材胶粘剂的制备方法，其特征在于：还包括在制得的所述生物质木材胶粘剂中加入100～200重量份的水性氨基树脂，并搅拌均匀，在65～70℃的条件下保温1小时，水性氨基树脂含有亚胺基、羟甲基、甲氧基三种活性基团。
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