CN102086360A - 一种改性淀粉基木材胶粘剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

一种改性淀粉基木材胶粘剂及其制备方法和应用，属于胶粘剂及其制备领域。本发明是以淀粉为主要原料，酸解糊化前处理后，采用醋酸乙烯酯单体在种子乳液聚合工艺下对淀粉进行接枝共聚，降温后加入纳米二氧化硅溶胶以及其他助剂，最终得到一种性能优良的木材用淀粉胶。利用本发明技术所制备的胶粘剂其主要技术指标均优于现有淀粉基木材胶粘剂，具有无毒无污染，粘结强度高，耐水性好，颜色乳白有光泽，干燥速度快，储藏时间长等优点，可以广泛应用于装饰用木材，人造板的粘接。

Description

一种改性淀粉基木材胶粘剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种改性淀粉基木材胶粘剂及其制备方法和应用，属于胶粘剂及其制备领域。

背景技术

淀粉具有可再生、无污染、成本低、可生物降解等优点，利用淀粉作为主要原料制备木材用胶粘剂可以大大降低不可再生资源石油单体的用量，并降低成本。中国专利ZL200510040113.5“一种木材用淀粉胶的制备方法”中提出了一种采用淀粉为主要原料，进行酸解、氧化、接枝共聚改性处理，最后添加一定的助剂制备淀粉胶的工艺。该工艺制备出的淀粉胶具有成本低廉、环保等优点，但是其外观、粘接强度、耐水性还有待进一步改善，以进一步扩大其应用。本发明在其制备工艺基础上进行了多项改进，主要包括对淀粉进行酸解糊化处理，促进接枝共聚反应的进行，并采用种子工艺进行预引发聚合，最后在接枝反应结束之后加入纳米二氧化硅溶胶进行改性，采用该发明技术制备的淀粉基木材胶粘剂其粘接强度、耐水性得到了显著提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种改性淀粉基木材胶粘剂，外观乳白富有光泽、流动性强，粘结能力，耐水性显著改善，储藏时间长的新型淀粉基木材胶粘剂。

所述木材用淀粉胶粘剂以重量计的原料及配比如下：

淀粉            100g；

过硫酸铵        3～5g；

醋酸乙烯酯      70～85g；

尿素            10～20g；

聚乙烯醇        6～15g；

乙二醇          5～10g；

纳米硅溶胶      5～25g；

所述淀粉为玉米淀粉、蜡质玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉或小麦淀粉的一种或其组合。

所述淀粉用水配制成质量浓度为30g/100g～40g/100g的淀粉乳。

所述聚乙烯醇用水配置为质量浓度10g/100g的溶液。

所述纳米硅溶胶为纳米级二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液。

所述改性淀粉基木材胶粘剂应用于木材的装饰、人造板或胶合板的粘接。

本发明所要接解决的另一个技术问题是提供一种改性淀粉基木材胶粘剂的制备方法，其特征是淀粉经酸解、糊化预处理后，采用种子乳液聚合工艺与醋酸乙烯酯单体接枝共聚改性工艺，再与纳米硅溶胶混合制备而成。

所述改性工艺为包括如下步骤：

(1)以淀粉为原料，配制成质量浓度为30％～40％的淀粉乳；

(2)加入盐酸酸解20min～40min后用低浓度的氢氧化钠中和；

(3)加入聚乙烯醇溶液共混后升温至80℃～90℃糊化30min～60min；

(4)降温至60℃，加入占总添加量15％～30％的醋酸乙烯酯，占总添加量30％～60％的过硫酸铵混合搅拌20min～40min；

(5)控制pH值在4～6之间，加入过硫酸铵并缓慢滴加剩余的醋酸乙烯酯进行接枝共聚反应，接枝温度为65℃～75℃，反应时间为2～4h。

所述改性工艺在搅拌条件下进行。

所述纳米硅溶胶共混工艺为：接枝共聚反应完毕之后，75℃～90℃保温20min～40min后降温到45℃～55℃，加入纳米硅溶胶、尿素以及乙二醇混合均匀，调节pH至4～6后降温出料，包装即得成品淀粉基木材胶粘剂。

本发明的反应机理是通过淀粉酸解糊化工艺，使淀粉充分崩解，增大了淀粉颗粒的反应面积。其次通过采用种子聚合工艺使淀粉分子可以充分和醋酸乙烯酯单体在水相中预反应，形成醋酸乙烯酯水包油型液滴，增大与淀粉颗粒的反应机率，从而提高接枝程度并最终提高胶的性能；采用纳米二氧化硅溶胶改性的目的是利用纳米粒子的小尺寸效应和高表面能效应和淀粉胶中的有机成分作用，形成一种新型的无机-有机复合杂化材料，全面提高胶粘剂干燥速度、干强度、湿强度等性能。

其中加入聚乙烯醇以提高胶粘剂的初粘性并作为接枝共聚的保护胶体；采用预先一次性加入一部分引发剂及单体的种子乳液聚合工艺是为了提高接枝共聚反应的效率和平稳性；加入尿素可以改善胶粘剂的流动性和耐储藏性；加入乙二醇是增塑剂，可提高胶膜的柔韧性。

本发明制备的新型纳米粒子改性型淀粉基木材胶粘剂同现有的木材用淀粉胶粘剂相比，粘接强度、外观、耐水性显著提高，而成本低于传统的白乳胶，无毒无污染特点，能广泛应用于装饰用木材胶，木材加工用胶，人造板用胶等方面。本发明所采用的制备方法科学先进，具有以下优点：

1.由于采用的酸解糊化工艺以及种子乳液聚合工艺，可以确保接枝共聚反应的高效、平稳进行，能有效的提高淀粉胶的粘结强度和耐水性能，改善淀粉胶的综合性能并扩大了其应用范围；

2.由于采用的纳米二氧化硅溶胶中存在大量纳米级二氧化硅粒子，其所具有的小尺寸效应和高比表面效应可以与乳胶粒子形成很好的网络结构，很大程度上降低了水分子对胶粘剂的破坏，提高了胶粘剂的干燥速度、强度及耐水性。

具体实施方式

实施例1改性淀粉基木材胶粘剂

配方(以质量计)：

玉米淀粉        100g

过硫酸铵        5g

醋酸乙烯酯      75g

尿素            20g

聚乙烯醇        6g

乙二醇          8g

纳米硅溶胶      5g

实施例2改性淀粉基木材胶粘剂

配方(以质量计)：

木薯淀粉        100g

过硫酸铵        4.5g

醋酸乙烯酯      70g

尿素            10g

聚乙烯醇        12g

乙二醇          5g

纳米硅溶胶      25g

实施例3

(以质量计)：

蜡质玉米淀粉    100g

过硫酸铵        3g

醋酸乙烯酯        85g

尿素              20g

聚乙烯醇          10g

乙二醇            10g

纳米硅溶胶        15g

实施例4改性淀粉基木材胶粘剂的制备方法

原料配方同实施例2

以木薯淀粉为原料，配制质量浓度为40g/100g的淀粉乳后，以盐酸为催化剂酸解30min之后用氢氧化钠中和，加入聚乙烯醇溶液共混后升温至80℃糊化60min，之后降温到60℃加入25％的醋酸乙烯酯，50％的过硫酸铵混合搅拌35min之后，调节引发PH值为4.5，缓慢滴加剩余的醋酸乙烯酯和剩余引发剂进行接枝共聚反应，接枝温度为75℃，反应时间为3小时；加料和反应均在搅拌条件下进行，反应产物为淀粉-醋酸乙烯酯接枝共聚物。接枝共聚反应完毕之后，升温到85℃保温25min后降温到50℃时，加入纳米硅溶胶、尿素以及乙二醇混合均匀调节pH到5左右出料，包装即得成品淀粉基木材胶粘剂。所得产品外观乳白有光泽，流动性较好，干强度为8.65MPa，湿强度为4.03MPa，常温下可以保存10个月左右。

实施例5改性淀粉基木材胶粘剂的制备方法

原料配比同实施例3

以蜡质玉米淀粉为原料，配制质量浓度为35g/100g的淀粉乳后，以盐酸为催化剂酸解25min后用氢氧化钠中和，加入聚乙烯醇溶液共混后升温至85℃糊化40min，之后降温到60℃加入30％的醋酸乙烯酯，40％的过硫酸铵混合一段时间之后，调节引发pH值为5.5，缓慢滴加剩余的醋酸乙烯酯和剩余引发剂进行接枝共聚反应，接枝温度为70℃，反应时间为3.5小时；加料和反应均在搅拌条件下进行，反应产物为淀粉-醋酸乙烯酯接枝共聚物。接枝共聚反应完毕之后，升温到80℃保温30min后降温到50℃，再加入纳米二氧化硅溶胶，尿素以及乙二醇混合均匀，降温出料，包装即得成品淀粉基木材胶粘剂。所得产品外观乳白有光泽，流动性较好，干强度为8.24MPa，湿强度为3.87Mpa，常温下可以保存12个月。

实施例6改性淀粉基木材胶粘剂的性能研究

本实例给出未采用种子聚合工艺及未添加纳米硅溶胶、采用种子聚合工艺但不添加纳米硅溶胶、采用种子聚合工艺并添加纳米硅溶胶所制得的胶粘剂的主要性能比较。

原料配比同实施例1

方法1(未采用种子聚合工艺及未添加纳米硅溶胶)：以玉米淀粉为原料，配制质量浓度为35g/100g的淀粉乳后，以盐酸为催化剂酸解30min之后用氢氧化钠中和，加入聚乙烯醇溶液共混后升温至90℃糊化40min，之后降温到60℃，调节引发pH值为4.5，加入全部过硫酸铵并缓慢滴加全部醋酸乙烯酯单体进行接枝共聚反应，接枝温度为70℃，反应时间为3小时；加料和反应均在搅拌条件下进行，反应产物为淀粉-醋酸乙烯酯接枝共聚物。接枝共聚反应完毕之后，升温到80℃保温40min后降温到50℃，加入尿素以及乙二醇混合均匀，调节pH到5左右出料，包装即得成品淀粉基木材胶粘剂。

方法2(采用种子聚合工艺但不添加纳米硅溶胶)：酸解糊化完后降温到60℃，加入占总添加量15％的醋酸乙烯酯，40％的过硫酸铵混合搅拌25min，调节引发pH值为4.5，加入剩余的过硫酸铵并缓慢滴加剩余的醋酸乙烯酯，反应时间为2.5小时，其余步骤与方法1一致。

方法3(采用种子聚合工艺并添加纳米硅溶胶)：接枝共聚反应完毕并降温至50℃后，加入纳米硅溶胶、尿素以及乙二醇混合均匀，其余步骤与方法2一致。

表1三种淀粉基木材胶粘剂制备方法的比较(单位：MPa)

方法	1	2	3
				干强度	6.12	7.28	8.17
湿强度	2.14	2.69	3.72

方法1为未采用种子聚合工艺及未添加纳米硅溶胶的制备方法

方法2为采用种子聚合工艺不添加纳米硅溶胶的制备方法

方法3为采用种子聚合工艺并添加纳米硅溶胶的制备方法。

Claims (10)

1.一种改性淀粉基木材胶粘剂，其特征在于原料及配比如下：

淀粉            100g；

过硫酸铵        3～5g；

醋酸乙烯酯      70～85g；

尿素            10～20g；

聚乙烯醇        6～15g；

乙二醇          5～10g；

纳米硅溶胶      5～25g；

所述木材用淀粉胶粘剂配比以重量计。

2.根据权利要求1所述改性淀粉基木材胶粘剂，其特征在于所述淀粉为玉米淀粉、蜡质玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉或小麦淀粉的一种或其组合。

3.根据权利要求1所述改性淀粉基木材胶粘剂，其特征在于所述淀粉用水配制成质量浓度为30g/100g～40g/100g的淀粉乳。

4.根据权利要求1所述改性淀粉基木材胶粘剂，其特征在于所述聚乙烯醇用水配置为质量浓度10g/100g的溶液。

5.根据权利要求1所述改性淀粉基木材胶粘剂，其特征是所述纳米硅溶胶为纳米级二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液。

6.一种权利要求1所述改性淀粉基木材胶粘剂的制备方法，其特征是淀粉经酸解、糊化预处理后，采用种子乳液聚合与醋酸乙烯酯单体接枝共聚改性工艺，再与纳米二氧化硅溶胶混合。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于制备方法包括如下步骤：

(1)以淀粉为原料，配制成质量浓度为30％～40％的淀粉乳；

(2)加入盐酸酸解20min～40min后用低浓度的氢氧化钠中和；

(3)加入聚乙烯醇溶液共混后升温至80℃～90℃糊化30min～60min；

(4)降温至60℃，加入占总添加量15％～30％的醋酸乙烯酯，占总添加量30％～60％的过硫酸铵混合搅拌20min～40min；

(5)控制pH值在4～6之间，加入过硫酸铵并缓慢滴加剩余的醋酸乙烯酯进行接枝共聚反应，接枝温度为65℃～75℃，反应时间为2～4h。

8.根据权利要求6或7任一所述的方法，其特征在于所述改性工艺在搅拌条件下进行。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述纳米硅溶胶共混工艺为：接枝共聚反应完毕之后，75℃～90℃保温20min～40min后降温到45℃～55℃，加入纳米硅溶胶、尿素以及乙二醇混合均匀，调节pH至4～6后降温出料，包装即得成品淀粉基木材胶粘剂。

10.权利要求1所述改性淀粉基木材胶粘剂应用于木材的装饰、人造板或胶合板的粘接。