CN102344764A - 一种硅镁复合粘土胶黏剂填料及应用 - Google Patents

Abstract

本发明为一种硅镁粘土复合脲醛树脂胶黏剂填料，该填料由硅酸盐矿物、镁硅酸盐矿物、木屑粉和植物蛋白粉组成，其质量百分比为硅酸盐矿物占比为5%～35%；镁硅酸盐矿物占比为35%～50%；木屑粉2%～25%，植物蛋白粉15%～40%，所有组分百分比之和为100%。本发明利用储量丰富、来源广泛、价格低廉的天然矿物粉体为原料，综合利用锯末等木材加工过程中产生的废弃物，辅以少量植物蛋白粉，通过简单的研磨、包覆，制备成能够明显提高脲醛树脂胶黏剂的起始粘度，改善胶合板的冷压强度和胶合板的胶结强度，缩短冷压时间的矿物复合填料，从而替代面粉，节约粮食，降低生产成本。该加工技术易于实现连续化工业生产，没有三废排放。

Description

一种硅镁复合粘土胶黏剂填料及应用

技术领域

本发明的技术方案涉及利用粘土矿物、木屑及植物蛋白粉，加工成可以满足胶黏剂填充性能需求的复合粉体的制备技术及应用领域，具体地说就是粘土矿物复合粉体作为脲醛树脂胶黏剂的填料，用于胶合板，人造纤维板，密度板的生产。

背景技术

随着我国经济建设的快速发展和人民生活水平的迅速提高，人们对木材的需求量急剧上升。特别是天然林限伐令的实施和国际木材价格的大幅上涨，加剧了我国木材供应的紧张局面，迫使人们更多的利用树木边角料及低品质速生林木，甚至大量使用农作物秸秆等制造各种胶合板、密度板、贴面板等人造复合板材。

复合板的大规模生产，需使用大量的胶黏剂和固体填料。由于脲醛树脂胶黏剂的性能优异，其原料易得、价格低廉、合成工艺简单，而成为用量最大的木材胶黏剂。在我国，由于豆粉、血粉等常用胶黏剂填料相对稀缺，难以大批量供应，面粉成为木材胶黏剂的最主要填料。据不完全统计，我国每年有超过50万吨的面粉作为胶黏剂填料，这显然不符合我国地少人多，粮食部分进口的国情。同时，脲醛树脂粘结人造板的甲醛释放量偏高，污染环境和危害健康，因此，对脲醛树脂进行改性以降低甲醛释放量，不但有相当的经济利益，更有益于人体健康和室内居住环境的改善。

有关矿物粉体作为脲醛树脂胶黏剂填料的专利如：CN101818036A公开了一种硅酸盐纳米粘土/脲醛树脂复合胶粘剂的制备方法，该技术通过对硅酸盐粘土进行表面活化处理，用可溶性硅酸盐溶液和硅烷偶联剂分别对纳米粘土进行无机和有机改性，最后在合成脲醛树脂过程中加入改性纳米粘土，制成硅酸盐纳米粘土/脲醛树脂复合胶粘剂。ZL200610038659.1将活性凹凸棒石粘土、氧化镁、聚乙烯醇、聚丙烯酰铵和十二烷基磺酸钠混合磨粉，制成脲醛树脂添加剂成品。ZL 200810115888.8用乙二醇化学改性处理木粉、水溶性高分子化合物和无机矿物盐，制成一种脲醛树脂添加剂。

相关的文献报道有孙忠等用钙基膨润土、钠基膨润土制备脲醛树脂填料，结果钙基土吸水性差，膨胀倍数小，增稠效果差，用其替代面粉时，静置胶液会出现沉降；而钠基土吸水性强，膨胀倍数高，增稠能力是面粉的两倍，但配成的胶液涂胶后，失水速度过快，无法热压粘合。李西忠，戴春皓等分别研究利用膨润土填充脲醛树脂胶合板，其粘接强度比等量面粉或轻钙的明显提高，对游离甲醛的吸收能力比面粉和轻钙分别提高提高13.5％、25.9％。蒋玉兴，杜官本等分别用凹凸棒石填充脲醛树脂胶制备胶合板，研究表明，当凹凸棒石填充比例为15％，涂胶量为230～300g/m²(双面)时，板材的胶合强度明显高于纯胶和面粉所压制的板材的强度，而且耐水性改善，生产成本降低，但上述研究均很难有效提高胶合板初期冷压时的结合强度。

本发明利用滑石粉、高岭土、蒙脱石、凹凸棒石、海泡石等天然矿粉为载体，通过表面包覆木屑和植物蛋白粉后，强化矿粉与脲醛树脂胶黏剂的亲和性，能够提高胶液的起始粘度，从而有效改善胶合板的冷压强度和胶合板的胶结强度，缩短冷压时间，提高胶合板的成品率和生产效率。

发明内容

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：利用滑石粉、高岭土、蒙脱石、凹凸棒石、海泡石等天然矿物粉体为载体，通过表面包覆木屑和植物蛋白粉，制备成能够明显提高脲醛树脂胶黏剂的起始粘度，改善胶合板的冷压强度和胶合板的胶结强度，缩短冷压时间的矿物复合填料。用于胶合板，人造纤维板，密度板的生产。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：

一种硅镁粘土复合脲醛树脂胶黏剂填料，该填料由硅酸盐矿物、镁硅酸盐矿物、木屑粉和植物蛋白粉组成，其质量百分比为硅酸盐矿物占比为5％～35％；镁硅酸盐矿物占比为35％～50％；木屑粉2％～25％，植物蛋白粉15％～40％，所有组分百分比之和为100％。

所述的硅酸盐矿物为滑石粉、高岭土和蒙脱石中的一种，两种或三种皆有；

所述的镁硅酸盐矿物为凹凸棒石或海泡石中的一种或两种；

所述的植物蛋白粉为普通面粉或黄豆粉。

所述的木屑粉为粒度小于100目，密度小于0.8g/mL的各种锯末或粉碎后的木粉。

上述硅镁粘土复合脲醛树脂胶黏剂填料的制备方法，包括以下步骤：

第一步：矿物原料的准备

将干燥的硅酸盐矿物和镁硅酸盐矿物颗粒分别用颚式破碎机粉碎，经对辊挤压成粒径小于2mm的粉体。

第二步：矿物粉体的加工

按配方设计的配比称量上步得到的硅酸盐矿物和镁硅酸盐矿物粉体，放入球磨机中，磨球的直径为2～8mm，矿粉与磨球的质量比为1∶3，研磨20min后，定量加入木屑粉，再次研磨10min，使粉体颗粒的粒径小于200目；

第三步：矿物粉体表面植物蛋白包覆

将植物蛋白粉定量加入到第二步研磨好的矿物粉体中，继续研磨20min，使软质植物蛋白包覆到硬质的矿物粉体的表面，制备成具有很好的填充增强效果的复合填料。

上面所述硅镁粘土复合脲醛树脂胶黏剂填料的应用方法，用于脲醛树脂胶黏剂的合成，包括以下步骤：

按照甲醛/尿素的摩尔比为1.3∶1，计算称量甲醛和尿素的用量，然后将甲醛全部加入应釜中，用NaOH溶液调溶液pH＝8，加入第一批尿素，使甲醛/尿素的摩尔比为0.5～0.6∶1，搅匀并升温至85℃，反应50min后，用甲酸将反应液的pH值调至4～5，再加入剩余尿素的三分之二，保温反应约40分钟后，使树脂充分缩合；再用NaOH溶液调pH＝7～8，加入三聚氰胺和剩余尿素，在35℃保温约30分钟，自然冷却后出料，得到脲醛树脂胶液；

脲醛树脂胶黏剂的调胶过程：

在搅拌桶中，加入自然冷却后的脲醛树脂胶液，在低速搅拌(＜100rpm)状态下加入已制备的硅镁粘土复合脲醛树脂胶黏剂填料，其配比为每100L脲醛树脂胶液加28kg硅镁粘土复合脲醛树脂胶黏剂填料，再加入填料质量3％的NH₄Cl和3％的乌洛托品，调整搅拌机的转速为1200rpm，分散20分钟，得到脲醛树脂胶黏剂。

本发明的有益效果是

利用储量丰富、来源广泛、价格低廉的天然矿物粉体为原料，综合利用锯末等木材加工过程中产生的废弃物，辅以少量植物蛋白粉，通过简单的研磨、包覆，制备出性能优异的复合矿物粉体填料，从而替代面粉，节约粮食，降低生产成本。该加工技术易于实现连续化工业生产，没有三废排放。

具体实施方式

实施例1

第一步，矿物原料的准备

将所有滑石粉、高岭土、蒙脱石、凹凸棒石和海泡石等原矿干燥，分别用PE400×100颚式破碎机粉碎，再经2PG-400X250对辊机挤压成粒径小于2mm的粉体。

第二步，矿物粉体的加工

分别称取滑石粉10kg，高岭土10kg，蒙脱石各10kg，凹凸棒石50kg，放入球磨机中，加入240kg直径为2～8mm的陶瓷球，研磨20min后，加入木屑粉5kg，再次研磨10min，使粉体颗粒的粒径小于200目。

第三步，矿物粉体表面植物蛋白包覆

在完成第二步研磨的球磨机中，加入市售小麦面粉15kg，然后再研磨20min，就得到性能满足脲醛树脂胶黏剂的填料需求的矿物复合粉体。

第四步，脲醛树脂胶黏剂的合成

设定甲醛/尿素的摩尔比为1.3∶1，计算称量甲醛和尿素的用量。将甲醛全部加入应釜中，用NaOH溶液调溶液pH＝8左右，加入第一批尿素，使甲醛/尿素的摩尔比为0.5～0.6∶1，搅匀并升温至85℃，反应50min后，用甲酸将反应液的pH值调至4～5，再加入剩余尿素的三分之二，保温反应约40分钟后，使树脂充分缩合；开动搅拌器和冷凝器，用NaOH溶液调pH＝7～8，加入三聚氰胺和剩余尿素，在35℃保温约30分钟，自然冷却后出料，得到脲醛树脂胶液。脲醛树脂胶液的理化指标：固体含量：50％～52％，粘度：60～200mPa·s，固化速度：70～120s，游离甲醛：＜0.25％，pH值：7～8；

第五步，调胶

在搅拌桶中，加入第四步合成并自然冷却后的脲醛树脂胶液，在低速搅拌(＜100rpm)状态下加入第三步制备的矿物复合脲醛树脂胶黏剂填料粉体。其配比为按照每100L自然冷却脲醛树脂胶液加28kg硅镁粘土复合脲醛树脂胶黏剂填料，加入填料质量3％的NH₄Cl和3％的乌洛托品，调整搅拌机的转速为1200rpm，分散20分钟，得到质地均匀的调和胶液。

第六步，涂胶拼板

将第五步制成的调和胶液倒入涂胶机的胶桶中，用涂胶机(辊胶机)对板皮进行单面或双面均匀涂胶，然后拼贴到板床上。

第七步，冷压成型

将第六步拼贴好的胶合板床连同拼贴板床整体放到平板压力机中，常温下冷压30分钟。

第八步，热压固化

将第七步冷压成型后的胶合板从拼贴板床取下，分别放到热压机的每一格层之中，在70℃下，热压5分钟～8分钟(根据胶合板的层数不同而改变)，以使尿醛树脂胶黏剂完全固化。

第九步，修补、打磨、贴面、裁边、检验、包装

将第八步热压固化后的胶合板毛坯进行，修补、打磨、贴面、裁边、检验和包装。最终得到商品胶合板，产品质量复合中华人民共和国国家标准GB9846.1-88的各项性能指标的要求。

大量的实验表明，制成的胶合板的平均粘结强度为1.30Mpa，远高于国家标准GB/T9846.1～9846.8-2004《胶合板》规定的0.7Mpa的指标要求，而在同样的胶液中，加入普通面粉做填料，制成胶合板进行对比实验，平均粘结强度为1.34Mpa。显然本方法制成的矿物复合粉体能够替代面粉，降低胶合板的生产成本。

实施例2

第一步同实施例1.

第二步，矿物粉体的加工

分别称取滑石粉25kg，海泡石25kg，放入球磨机中，加入240kg直径为2～8mm的陶瓷球，研磨20min后，加入木屑粉15kg，再次研磨10min，使粉体颗粒的粒径小于200目。

第三步，矿物粉体表面植物蛋白包覆

在第二步研磨矿物粉的球磨机中，加入市售小麦面粉35kg，研磨20min，得到性能满足脲醛树脂胶黏剂的填料需求的矿物复合粉体。

第四步到第九步完全同实施例1，不再赘述。

实验表明，制成的胶合板的平均粘结强度为1.48Mpa，同样远高于国家标准GB/T9846.1～9846.8-2004《胶合板》规定的0.7Mpa的指标要求。

实施例3

第一步同实施例1.

第二步，矿物粉体的加工

分别称取滑石粉5kg，高岭土5kg，海泡石20kg，凹凸棒石20kg，放入球磨机中，加入240kg直径为2～8mm的陶瓷球，研磨20min后，加入木屑粉25kg，再次研磨10min，使粉体颗粒的粒径小于200目。

第三步，矿物粉体表面植物蛋白包覆

在第二步研磨矿物粉的球磨机中，加入市售小麦面粉25kg，研磨20min，得到性能满足脲醛树脂胶黏剂的填料需求的矿物复合粉体。

第四步到第九步完全同实施例1，不再赘述。

大量的实验表明，制成的胶合板的平均粘结强度为1.32Mpa，远高于国家标准GB/T9846.1～9846.8-2004《胶合板》规定的0.7Mpa的指标要求。

实施例4

第一步同实施例1.

第二步，矿物粉体的加工

分别称取滑石粉5kg，蒙脱石各15kg，海泡石10kg，凹凸棒石30kg，放入球磨机中，加入240kg直径为2～8mm的陶瓷球，研磨20min后，加入木屑粉20kg，再次研磨10min，使粉体颗粒的粒径小于200目。

第三步，矿物粉体表面植物蛋白包覆

在第二步研磨矿物粉的球磨机中，加入市售黄豆粉20kg，研磨20min，得到性能满足脲醛树脂胶黏剂的填料需求的矿物复合粉体。

第四步到第九步完全同实施例1，不再赘述。

大量的实验表明，制成的胶合板的平均粘结强度为1.18Mpa，远高于国家标准GB/T9846.1～9846.8-2004《胶合板》规定的0.7Mpa的指标要求。

表1：各实施例制成胶合板的强度对比表

实验名称	平均粘结强度(MPa)	最佳样品粘结强度(MPa)
			实施例1	1.30	1.58
实施例2	1.48	1.72
			实施例3	1.32	1.54
实施例4	1.18	1.46
			普通面粉填料	1.34	1.55

上述实施例1至实施例4的测试结果说明，利用本发明制备的矿物复合脲醛树脂胶黏剂填料粉体，能够替代面粉填料，在保证产品质量的条件下，具有明显的降低胶合板的生产成本的优势。

本发明涉及的矿物产地分别为：滑石粉：辽宁海城，高岭土：江苏苏州，蒙脱石：河南信阳，凹凸棒石：甘肃临泽，海泡石：河北易县。

Claims (7)

1.一种硅镁粘土复合脲醛树脂胶黏剂填料，其特征为该填料由硅酸盐矿物、镁硅酸盐矿物、木屑粉和植物蛋白粉组成，其质量百分比为硅酸盐矿物占比为5 %～35 %；镁硅酸盐矿物占比为35 %～50 %；木屑粉 2 %～25 %，植物蛋白粉 15%～40%，所有组分百分比之和为100%。

2.如权利要求1所述的硅镁粘土复合脲醛树脂胶黏剂填料，其特征为所述的硅酸盐矿物为滑石粉、高岭土和蒙脱石中的一种，两种或三种皆有。

3.如权利要求1所述的硅镁粘土复合脲醛树脂胶黏剂填料，其特征为所述的镁硅酸盐矿物为凹凸棒石或海泡石中的一种或两种。

4.如权利要求1所述的硅镁粘土复合脲醛树脂胶黏剂填料，其特征为所述的植物蛋白粉为普通面粉或黄豆粉。

5.如权利要求1所述的硅镁粘土复合脲醛树脂胶黏剂填料，其特征为所述的木屑粉为粒度小于100目，密度小于0.8 g/mL的各种锯末或粉碎后的木粉。

6.如权利要求1所述的硅镁粘土复合脲醛树脂胶黏剂填料的制备方法，其特征为包括以下步骤：

第一步：矿物原料的准备

将干燥的硅酸盐矿物和镁硅酸盐矿物颗粒分别用颚式破碎机粉碎，经对辊挤压成粒径小于2 mm的粉体；

第二步：矿物粉体的加工

按配方设计的配比称量上步得到的硅酸盐矿物和镁硅酸盐矿物粉体，放入球磨机中，磨球的直径为2～8 mm，矿粉与磨球的质量比为1：3，研磨20 min后，定量加入木屑粉，再次研磨10 min，使粉体颗粒的粒径小于200目；

第三步：矿物粉体表面植物蛋白包覆

将植物蛋白粉定量加入到第二步研磨好的矿物粉体中，继续研磨20 min，使软质植物蛋白包覆到硬质的矿物粉体的表面，制备成具有很好的填充增强效果的复合填料。

7.如权利要求1所述硅镁粘土复合脲醛树脂胶黏剂填料的应用方法，其特征为用于脲醛树脂胶黏剂的合成，包括以下步骤：

按照甲醛/尿素的摩尔比为1.3∶1，计算称量甲醛和尿素的用量，然后将甲醛全部加入反应釜中，用NaOH溶液调溶液pH = 8，加入第一批尿素，使甲醛/尿素的摩尔比为0.5~0.6：1，搅匀并升温至85℃，反应50min后，用甲酸将反应液的pH值调至4~5，再加入剩余尿素的三分之二，保温反应约40分钟后，使树脂充分缩合；再用NaOH溶液调pH = 7~8，加入三聚氰胺和剩余尿素，在35℃保温约30分钟，自然冷却后出料，得到脲醛树脂胶液；

脲醛树脂胶黏剂的调胶过程：在搅拌桶中，加入自然冷却后的脲醛树脂胶液，在低速搅拌（＜100 rpm）状态下加入已制备的硅镁粘土复合脲醛树脂胶黏剂填料，其配比为每100 L脲醛树脂胶液加28 kg硅镁粘土复合脲醛树脂胶黏剂填料，再加入填料质量3%的NH₄Cl和3%的乌洛托品，调整搅拌机的转速为1200 rpm，分散20分钟，得到脲醛树脂胶黏剂。