CN102863933A - 一种高强耐水淀粉基木材胶黏剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及木材用胶黏剂领域，特别是一种高强耐水淀粉基木材胶黏剂及其制备方法。该方法是将淀粉经酸转化、糊化后，与接枝单体进行乳液接枝共聚，再与增塑剂、防腐剂和消泡剂共混，得到稳定性好、粘接性高、耐水性佳的室温固化淀粉基胶黏剂。淀粉基木材胶黏剂的组份及其重量份数为：淀粉100份，无机酸180～250份，去离子水300～500份，接枝单体60～160份，碳酸氢钠1.5～7.5份，复合引发剂1～4份，乳化剂2～6份，增塑剂4～8份，防腐剂0.5～1.5份，消泡剂0.2～0.5份。淀粉基木材胶黏剂用于木材粘接可产生良好的胶合强度和耐水性，是一种性能优良，不含甲醛的环保型木材胶黏剂。

Description

一种高强耐水淀粉基木材胶黏剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种木材胶黏剂及其制备方法，具体为一种粘接力强、耐水性好、可室温固化的淀粉基木材胶黏剂及其制备方法。
背景技术
传统木材加工工业用三大胶种：脲醛树脂、酚醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂，在制备、固化和使用过程中存在醛类有毒化合物释放问题，严重污染环境和危害人体健康。随着人们环保意识的逐渐增强和国家环保法规的日益完善，开发无毒、无污染、绿色环保型的木材胶黏剂已成为行业发展的必然趋势。淀粉胶黏剂是一种价廉、无毒、天然环保、绿色可再生的胶黏剂品种，目前主要用于纸制品粘接、标签制作、建筑装裱、装饰等方面，由于存在粘接强度不高和耐水性不佳等问题，淀粉胶黏剂还不足以用于木材粘接。
发明内容
本发明所解决的技术问题是在于提供一种粘接力强、耐水性佳、可室温固化的淀粉基木材胶黏剂及其制备方法，以解决现有木质品粘接使用的三醛胶带来的醛类有毒化合物污染环境和危害健康的技术缺陷。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种高强耐水淀粉基木材胶黏剂，其特征是：按重量份数，其组分为：
 淀粉：100份
无机酸：180～250份
去离子水：300～500份
接枝单体：60～160份
碳酸氢钠：1.5～7.5份
复合引发剂：1～4份
乳化剂：2～6份
增塑剂：4～8份
防腐剂：0.5～1.5份
消泡剂：0.2～0.5份。
一种高强耐水淀粉基木材胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照重量份数取以下组分：
淀粉：100份
无机酸：180～250份
去离子水：300～500份
接枝单体：60～160份
碳酸氢钠：1.5～7.5份
复合引发剂：1～4份
乳化剂：2～6份
增塑剂：4～8份
防腐剂：0.5～1.5份
消泡剂：0.2～0.5份；
（2）用去离子水分别将无机酸分析纯配制成0.5mol/L的稀溶液，将复合引发剂配制成10%的复合引发剂溶液，将碳酸氢钠配制成饱和溶液；
（3）将淀粉和无机酸稀溶液依次加入反应瓶中，在60～70℃加热搅拌20～60min；用碳酸氢钠饱和溶液将混合体系的pH值调到6.0～7.0； 
（4）在搅拌下升温至90～95℃，待淀粉糊化20～60min后，将体系的反应温度降至60～70℃，接着在氮气保护下加入乳化剂、接枝单体总份数的1/4～1/3和复合引发剂溶液总份数的1/4～1/3，进行预聚反应20～60min； 
（5）预聚反应结束后，将反应温度升高至70～80℃，将剩余接枝单体和剩余复合引发剂溶液滴加到反应瓶中，滴加时间保持在3h以上，并使单体滴加速度快于复合引发剂溶液的滴加速度；
（6）滴加完毕后，将体系温度升高至80～90℃，继续保温反应20～60min，然后终止反应，待物料温度降至50℃以下时，用碳酸氢钠饱和溶液将体系的pH值调至6.0～7.0，搅拌下依次加入增塑剂、防腐剂和消泡剂，待物料温度降至室温后，出料、包装，制得淀粉基木材胶黏剂。
本发明中，所述淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉中一种或者几种的混合物；所述玉米淀粉包括蜡质玉米淀粉。
本发明中，所述无机酸为盐酸、硫酸或硝酸。
本发明中，所述接枝单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸酸缩水甘油酯中一种或几种的混合物。
本发明中，所述复合引发剂为过硫酸铵和硝酸铈铵的混合物。
本发明中，所述复合引发剂是硝酸铈铵与过硫酸铵的混合物，且二者的质量份数比为3:1～3。
本发明中，所述增塑剂为甘油或乙二醇。
本发明中，所述防腐剂为五氯酚钠或苯甲酸钠。
本发明中，所述消泡剂为磷酸三丁酯或N33025。
本发明的技术原理为：本专利是将淀粉经酸转化、糊化后，在高价铈盐和过硫酸盐引发体系作用下，与接枝单体进行乳液接枝共聚，再与增塑剂、防腐剂和消泡剂共混，得到稳定性好、粘接性高、耐水性佳的室温固化淀粉基胶黏剂。
有益效果：本发明主要组分淀粉来源丰富、价格低廉、绿色环保，保证了木材胶黏剂的低成本和清洁无污染。本发明制得的淀粉基木材胶黏剂的粘接强度和耐水性不仅可以与三醛胶相媲美，而且解决了现有木质品粘接使用的三醛胶带来的醛类有毒化合物污染环境和危害健康的技术缺陷；另外，淀粉基木材胶黏剂可室温固化，并且可广泛应用于人造板和木材拼接等领域。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
实施例1
按照重量份数，用191.6份去离子水将盐酸配制成0.5mol/L的稀溶液；用18份去离子水将质量份数比为1:1的硝酸铈铵和过硫酸铵配制成浓度为10%的复合引发剂溶液；用181份去离子水将碳酸氢钠配制成饱和溶液；称取45份甲基丙烯酸甲酯、25份丙烯酸异辛酯、30份甲基丙烯酸缩水甘油酯组成100份接枝单体；将100份淀粉和配制好的0.5mol/L稀盐酸加入四口反应瓶，在60℃加热搅拌30min后，用碳酸氢钠饱和溶液调节pH值至6.0；在搅拌下升温至90℃，待淀粉糊化30min后，将体系温度降至65℃，接着在氮气保护下加入3份十二烷基硫酸钠，接枝单体总份数的1/4和复合引发剂溶液总份数的1/4，进行预聚合30min；然后将反应温度升高至75℃，将剩余份数的接枝单体和剩余复合引发剂溶液通过恒压滴液漏斗缓慢滴加到反应瓶中，滴加时间保持在3h以上，并使单体滴加速度稍快于复合引发剂溶液的滴加速度；滴加完毕后，将体系温度升至80℃，继续保温反应40min，然后终止反应；待物料温度降至50℃以下时，用碳酸氢钠饱和溶液将体系的pH值调至6.0，搅拌下依次加入5份甘油、0.5份五氯酚钠和0.3份磷酸三丁酯，待物料温度降至室温后，出料、包装，制得乳白色有光泽的淀粉基木材胶黏剂。
使用中，将本发明方法制备的淀粉基木材胶黏剂用刷涂方式用于粘接含水率为11%～13%的木材，施胶量为120g/m2（按胶黏剂中固体含量计算），室温下于1.08MPa压力下静压12h，养护72h后进行锯切和测试。该产品的干态胶合强度为8.01MPa，65℃水煮3h后，测得湿态胶合强度为3.24MPa。
实施例2
按照重量份数，用195份去离子水将硫酸配制成0.5mol/L的稀溶液；用27份去离子水将质量份数比为2:1的硝酸铈铵和过硫酸铵配制成浓度为10%的复合引发剂溶液；用144.8份去离子水将碳酸氢钠配制成饱和溶液；称取40份甲基丙烯酸甲酯、35份丙烯酸异辛酯、25份甲基丙烯酸缩水甘油酯组成100份接枝单体；将100份淀粉和0.5mol/L稀硫酸加入四口反应瓶，在65℃加热搅拌30min后，用碳酸氢钠饱和溶液调节pH值至7.0；在搅拌下升温至95℃，待淀粉糊化20min后，将体系温度降至65℃，接着在氮气保护下加入4份十二烷基苯磺酸钠，接枝单体总份数的1/4和复合引发剂溶液总份数的1/4，进行预聚合40min；然后将反应温度升高至70℃，将剩余份数的接枝单体和剩余复合引发剂溶液通过恒压滴液漏斗缓慢滴加到反应瓶中，滴加时间保持在3h以上，并使单体滴加速度稍快于复合引发剂溶液的滴加速度；滴加完毕后，将体系温度升至85℃，继续保温反应30min，然后终止反应；待物料温度降至50℃以下时，用碳酸氢钠饱和溶液将体系的pH值调至7.0，搅拌下依次加入6份乙二醇、0.8份苯甲酸钠和0.4份消泡剂N33025，待物料温度降至室温后，出料、包装，制得乳白色有光泽的淀粉基木材胶黏剂。
使用中，将本发明方法制备的淀粉基木材胶黏剂用刷涂方式用于粘接含水率为11%～13%的木材，施胶量为120g/m2（按胶黏剂中固体含量计算），室温下于1.08MPa压力下静压12h，养护72h后进行锯切和测试。该产品的干态胶合强度为7.63MPa，65℃水煮3h后，测得湿态胶合强度为2.84MPa。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种高强耐水淀粉基木材胶黏剂，其特征是：按重量份数，其组分为：
淀粉：100份
无机酸：180～250份
去离子水：300～500份
接枝单体：60～160份
碳酸氢钠：1.5～7.5份
复合引发剂：1～4份
乳化剂：2～6份
增塑剂：4～8份
防腐剂：0.5～1.5份
消泡剂：0.2～0.5份。
2.一种高强耐水淀粉基木材胶黏剂的制备方法，其特征是：包括以下步骤：
（1）按照重量份数取以下组分：
淀粉：100份
无机酸：180～250份
去离子水：300～500份
接枝单体：60～160份
碳酸氢钠：1.5～7.5份
复合引发剂：1～4份
乳化剂：2～6份
增塑剂：4～8份
防腐剂：0.5～1.5份
消泡剂：0.2～0.5份；
（2）用去离子水分别将无机酸分析纯配制成0.5mol/L的稀溶液，将复合引发剂配制成10%的复合引发剂溶液，将碳酸氢钠配制成饱和溶液；
（3）将淀粉和无机酸稀溶液依次加入反应瓶中，在60～70℃加热搅拌20～60min；用碳酸氢钠饱和溶液将混合体系的pH值调到6.0～7.0； 
（4）在搅拌下升温至90～95℃，待淀粉糊化20～60min后，将体系的反应温度降至60～70℃，接着在氮气保护下加入乳化剂、接枝单体总份数的1/4～1/3和复合引发剂溶液总份数的1/4～1/3，进行预聚反应20～60min； 
（5）预聚反应结束后，将反应温度升高至70～80℃，将剩余接枝单体和剩余复合引发剂溶液滴加到反应瓶中，滴加时间保持在3h以上，并使单体滴加速度快于复合引发剂溶液的滴加速度；
（6）滴加完毕后，将体系温度升高至80～90℃，继续保温反应20～60min，然后终止反应，待物料温度降至50℃以下时，用碳酸氢钠饱和溶液将体系的pH值调至6.0～7.0，搅拌下依次加入增塑剂、防腐剂和消泡剂，待物料温度降至室温后，出料、包装，制得淀粉基木材胶黏剂。
3.根据权利要求2所述的一种高强耐水淀粉基木材胶黏剂的制备方法，其特征是：所述淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉中一种或者几种的混合物；所述玉米淀粉包括蜡质玉米淀粉。
4.根据权利要求2所述的一种高强耐水淀粉基木材胶黏剂的制备方法，其特征是：所述无机酸为盐酸、硫酸或硝酸。
5.根据权利要求2所述的一种高强耐水淀粉基木材胶黏剂的制备方法，其特征是：所述接枝单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸酸缩水甘油酯中一种或几种的混合物。
6.根据权利要求2所述的一种高强耐水淀粉基木材胶黏剂的制备方法，其特征是：所述复合引发剂为过硫酸铵和硝酸铈铵的混合物。
7.根据权利要求2所述的一种高强耐水淀粉基木材胶黏剂的制备方法，其特征是：所述复合引发剂是硝酸铈铵与过硫酸铵的混合物，且二者的质量份数比为3:1～3。
8.根据权利要求2所述的一种高强耐水淀粉基木材胶黏剂的制备方法，其特征是：所述增塑剂为甘油或乙二醇。
9.根据权利要求2所述的一种高强耐水淀粉基木材胶黏剂的制备方法，其特征是：所述防腐剂为五氯酚钠或苯甲酸钠。
10.根据权利要求2所述的一种高强耐水淀粉基木材胶黏剂的制备方法，其特征是：所述消泡剂为磷酸三丁酯或N33025。
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