CN103056931A - 一种环保耐水复合板材 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环保耐水复合板材，包括木质芯层、竹制表层以及位于木质芯层和竹制表层之间的胶合层，胶合层的原料包括：石英砂：4-8份、碳化硅：2-3份、质量分数为35-55%的硅酸钾水溶液：110-140份；醋酸纤维素：16-24份；丙酮：20-30份；甲苯二异氰酸酯：3-6份；六亚甲基-1,6二异氰酸酯：1-3份；二羟甲基丙酸：1-2份；二羟基苯丙酸：1-3份；N，N-二甲基甲酰胺：5-8份；二月桂酸二丁基锡：0.06-0.09份；二丙胺：4-5份；氯化钡：0.8-1.3份；硬酯酸钙：5-9份；去离子水：25-48份。本发明的复合板材具有强度高、耐水性能好、无毒无害，绿色环保的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种环保耐水复合板材，尤其涉及一种强度高、耐水性能好、无毒无害，绿色环保的复合板材。
背景技术
我国已成为世界人造板生产大国，木材胶粘剂年用量已超过400万吨。20 世纪90 年代我国胶粘剂工业进入了一个高速发展的新阶段，预计到2015年，即“十二·五”计划末，我国胶粘剂产量将突破600 万吨大关胶黏剂工业是中国自实行改革开放政策以来发展较快的精细化工产业之一。胶黏剂具有使用简便，经济效益好的特点，为各行业简化工艺、节约能源、降低成本、提高经济效益提供了一条有效途径。
我国木材加工使用胶黏剂主要是人造板制造和木制品生产两大领域，醛类胶黏剂--脲醛树脂（UF）胶、酚醛树脂（PF）胶、三聚氰胺-甲醛树脂胶是人造板工业应用最多的三大合成胶种.按不同用途区分，防水结构类人造板制造用酚醛树脂胶黏剂和异氰酸酯树脂胶黏剂；制造防潮级和耐水级人造板用三聚氰胺-尿素共缩合树脂胶黏剂；交接木材制造使用水性高分子-异氰酸酯胶黏剂或者使用间苯二酚甲醛树脂胶黏剂；家具制造广泛使用聚醋酸乙烯酯乳液胶（白乳胶）、乙烯-醋酸共聚树脂（EVA）热熔胶；板材覆面使用聚醋酸乙烯-脲醛树脂、氯丁胶；作为厨房等潮湿环境使用的人造板封边使用反应性热熔胶黏剂；占市场绝对主体的普通人造板制造用胶为UF.而这些人们常见的人造板又主要用于家具制造和室内装修，因此室内级的UF胶是木材胶黏剂中最主要的品种。本文主要综述甲醛类胶黏剂的研究进展，并简要介绍用于木材工业的其他胶黏剂。
我国脲醛树脂胶黏剂用量约占木材胶黏剂的60%-70%，其原料充足、价格低廉，脲醛树脂具有较高的胶结强度、有一定的耐水性能，固化迅速，固化后的胶层颜色浅，不污染背胶合物的板面水混溶好，易调制合适的黏度和浓度。脲醛树脂存在的最大问题，是当F/U物质的量比高时，在人造板生产及使用过程中释放游离甲醛，污染环境。甲醛释放主要来源于四个方面：木材本身含有微量甲醛；胶黏剂中未参与反应的甲醛；热压过程中部分醚键断裂放出甲醛；人造板在使用过程中由于湿、热、光等作用，交联固化的胶层老化降解放出甲醛。脲醛树脂胶黏剂的耐湿热、耐老化性能差，不能用于潮湿的环境中。我国人造板主要用作家具制造及室内装修，因此脲醛树脂胶黏剂成为木材加工行业 使用量最大的胶种。
随着木材加工工业的持续发展，木材胶黏剂的用量在持续扩大，品种也在不断增多，而且其用量已成为衡量一个国家和地区木材工业技术发展水平的重要标志。随着人们生活水平和对环境要求的提高，消费者环保意识日益增强,甲醛系胶黏剂特别是粘接室内产品用的脲醛树脂胶的生产受到越来越严格的限制。开发绿色环保的胶黏剂势在必行，开发环保、无毒型木材胶黏剂是当今发展的主流。
与传统有机胶粘剂容易产生甲醛等有害物质不同，无机胶粘剂是一个正在兴起的领域，可以用于金属、玻璃陶瓷、木材等材料的耐热及其它及其它功能性粘接。与其它无机材料一样，已具有不燃性、耐热性、耐久性好，原料易得等优点，此外无机胶粘剂没有任何VOC 释放，非常安全环保，目前越来越受到世人的关注。现有的无机胶粘剂主要分为磷酸盐和硅酸盐系两大系列。磷酸盐系无机胶太脆，耐热温度不高（900℃ 左右），不宜平面粘接; 而硅酸盐系无机胶的成本最低、操作工艺最简单、工业使用量最大，故对硅酸盐胶粘剂的改性研究，具有非常重要的社会价值和现实意义，硅酸盐系无机胶大多选用水溶性碱金属硅酸盐作粘料， 虽然平面粘接强度和耐热性方面得到了改善， 但耐水性却很差，不能用于高湿环境的粘接。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种环保耐水复合板材，以解决上述背景技术中的缺点。
本发明的技术方案为：
一种环保耐水复合板材，其特征在于，包括木质芯层、竹制表层以及位于木质芯层和竹制表层之间的胶合层，所述胶合层为改性硅酸盐无机胶粘剂，其原料包括以下重量份的组分：
石英砂：4-8份
碳化硅：2-3份
质量分数为35-55%的硅酸钾水溶液：110-140份；
醋酸纤维素：16-24份；
丙酮：20-30份；
甲苯二异氰酸酯：3-6份
六亚甲基-1,6二异氰酸酯：1-3份
二羟甲基丙酸：1-2份
二羟基苯丙酸：1-3份
N，N-二甲基甲酰胺：5-8份；
二月桂酸二丁基锡：0.06-0.09份；
二丙胺：4-5份；
氯化钡：0.8-1.3份；
硬酯酸钙：5-9份；
去离子水：25-48份
上述胶合层的改性硅酸盐无机胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：
1）将石英砂和碳化硅磨成粉末，过200目分样筛后备用；
2）称取20-30重量份的丙酮，然后在其中加入16-24重量份的醋酸纤维素，充分搅拌15-45分钟，制成醋酸纤维素溶液，密封备用；
3）将1-2重量份的二羟甲基丙酸、1-3重量份的二羟基苯丙酸和5-8重量份N，N-二甲基甲酰胺加入到有干燥氮气保护的250ml圆底烧瓶中，充分搅拌10-20分钟，加入3-6重量份的甲苯二异氰酸酯、1-3重量份的六亚甲基-1,6二异氰酸酯和0.06-0.09重量份的二月桂酸二丁基锡，在75-100℃下搅拌反应60-180分钟，减压蒸馏脱去溶剂，制得聚氨酯预聚体；
4）将步骤3）制得的聚氨酯预聚体加入到4-5重量份的二丙胺和25-48重量份的去离子水配制成的有机胺溶液中，高速搅拌，于室温下乳化30-90分钟；再加入步骤1）配制的醋酸纤维素溶液，在搅拌下于65-90℃乳化反应90-150分钟，得到醋酸纤维素乳液；
5）将步骤4）制备的醋酸纤维素乳液加入到110-140重量份的质量分数为35-55%的硅酸钾水溶液中，在75-95℃下搅拌反应60-120分钟，接着加入0.8-1.3重量份的氯化钡、5-9重量份的硬脂酸钙以及4-8重量份步骤1）制得的石英砂粉末和2-3重量份的碳化硅粉末，充分搅拌后再在45-65℃反应40-55分钟。
本发明的原理及效果：本发明采用在木质芯层外采用特定的胶黏剂以粘结竹制表层。一方面，竹片具有经久耐用，不开裂，不腐烂等众多优点，属天然绿色产品，本发明利用竹片的优异力学性能以及吸水膨胀系数小、不干裂和不变形的优点，提高板材的耐水性和强度；另一方面，在胶合层方面，选择适量的石英砂、碳化硅作为填料，具有较高的机械强度、较好的耐热和耐水性，并能降低胶粘剂固化时的收缩率等性能，改性效果显著，成本低，而且容易操作施工。而且醋酸纤维素是纤维素中的部分羟基被醋酸酯化后的产物，分子链上含有大量羟基和乙酰基等极性基团，其力学性能优良，低毒，低燃，抗水性好，应用极为广泛。本发明首先利用自乳化无皂乳液聚合方法制备了醋酸纤维素乳液，接着通过醋酸根离子、硬脂酸根离子与碱金属阳离子之间的络合成盐反应，在硅酸盐分子结构中引入纤维素大分子链，并夺取碱金属阳离子，可同时降低固化硅酸盐的脆性和提高其抗水性能，再加入优化选择的填料，得到韧性佳、耐水、粘接力强的抗水硅酸盐胶粘剂。
通过对本发明的耐水复合板材进行胶合强度和耐水测试，本发明制得的环保耐水复合板材的胶合强度达到5.5MPa以上，耐水时间达50h以上，具有强度高、耐水性能好、无毒无害，绿色环保的优点，而且制备工艺比较简单，适合于工业化推广和生产。
附图说明
图1为本发明制得的环保耐水复合板材的示意图
具体实施方式
以下实施例详细说明了本发明。本发明所使用的各种原料及各项设备均为常规市售产品，均能够通过市场购买直接获得。
实施例1：
一）制备复合板所用的环保耐水型胶黏剂：
1）将石英砂和碳化硅磨成粉末，过200目分样筛后备用；
2）称取20重量份的丙酮，然后在其中加入16重量份的醋酸纤维素，充分搅拌15分钟，制成醋酸纤维素溶液，密封备用；
3）将1重量份的二羟甲基丙酸、1重量份的二羟基苯丙酸和5重量份N，N-二甲基甲酰胺加入到有干燥氮气保护的250ml圆底烧瓶中，充分搅拌10分钟，加入3重量份的甲苯二异氰酸酯、1重量份的六亚甲基-1,6二异氰酸酯和0.06重量份的二月桂酸二丁基锡，在75-100℃下搅拌反应60分钟，减压蒸馏脱去溶剂，制得聚氨酯预聚体；
4）将步骤3）制得的聚氨酯预聚体加入到4重量份的二丙胺和25重量份的去离子水配制成的有机胺溶液中，高速搅拌，于室温下乳化30分钟；再加入步骤1）配制的醋酸纤维素溶液，在搅拌下于65℃乳化反应90分钟，得到醋酸纤维素乳液；
5）将步骤4）制备的醋酸纤维素乳液加入到110重量份的质量分数为35%的硅酸钾水溶液中，在75℃下搅拌反应60分钟，接着加入0.8重量份的氯化钡、5重量份的硬脂酸钙以及4重量份步骤1）制得的石英砂粉末和2重量份的碳化硅粉末，充分搅拌后再在45℃反应40分钟，得到耐水性好的改性硅酸盐无机胶粘剂。
二）制备复合板材：
取长度为50mm、宽度为25mm、厚度为5mm的木质板材，将通过步骤一）制备好的改性硅酸盐无机胶粘剂在木质板材的两面分别涂胶，涂胶量为单面150g/m2，然后将竹片对合在木质板材表面，以0.9MPa的压力，在53℃温度的烘箱内放置0.5h，然后取出样品，即得到环保耐水复合板材。
对该实施例的耐水复合板材进行胶合强度和耐水测试；胶合强度测试采用深圳新三思计量技术有限公司CMT6104电子拉力试验机,拉伸速度20mm/min，测试单位面积的拉力即为胶合强度。，耐水性的测试通过将冷却到室温的测试胶合强度的试样，放入63±3℃水浴中进行浸渍，观察试样开胶时间即为耐水时间。经过测试，制得的环保耐水复合板材的胶合强度达到5.7MPa，耐水时间达52h。
实施例2：
一）制备复合板所用的环保耐水型胶黏剂：
1）将石英砂和碳化硅磨成粉末，过200目分样筛后备用；
2）称取25重量份的丙酮，然后在其中加入20重量份的醋酸纤维素，充分搅拌30分钟，制成醋酸纤维素溶液，密封备用；
3）将1重量份的二羟甲基丙酸、2重量份的二羟基苯丙酸和6重量份N，N-二甲基甲酰胺加入到有干燥氮气保护的250ml圆底烧瓶中，充分搅拌15分钟，加入5重量份的甲苯二异氰酸酯、2重量份的六亚甲基-1,6二异氰酸酯和0.08重量份的二月桂酸二丁基锡，在80℃下搅拌反应100分钟，减压蒸馏脱去溶剂，制得聚氨酯预聚体；
4）将步骤3）制得的聚氨酯预聚体加入到5重量份的二丙胺和40重量份的去离子水配制成的有机胺溶液中，高速搅拌，于室温下乳化65分钟；再加入步骤1）配制的醋酸纤维素溶液，在搅拌下于75℃乳化反应120分钟，得到醋酸纤维素乳液；
5）将步骤4）制备的醋酸纤维素乳液加入到120重量份的质量分数为45%的硅酸钾水溶液中，在85℃下搅拌反应100分钟，接着加入1.1重量份的氯化钡、7重量份的硬脂酸钙以及6重量份步骤1）制得的石英砂粉末和2重量份的碳化硅粉末，充分搅拌后再在55℃反应50分钟。
二）制备复合板材：
取长度为50mm、宽度为25mm、厚度为5mm的木质板材，将通过步骤一）制备好的改性硅酸盐无机胶粘剂在木质板材的两面分别涂胶，涂胶量为单面130g/m2，然后将竹片对合在木质板材表面，以1MPa的压力，在53℃温度的烘箱内放置0.5h，然后取出样品，即得到环保耐水复合板材。
对该实施例的耐水复合板材进行胶合强度和耐水测试，测试方法同实施例1，经过测试，制得的环保耐水复合板材的胶合强度达到5.6MPa，耐水时间达53h。
实施例3：
1）将石英砂和碳化硅磨成粉末，过200目分样筛后备用；
2）称取30重量份的丙酮，然后在其中加入24重量份的醋酸纤维素，充分搅拌45分钟，制成醋酸纤维素溶液，密封备用；
3）将2重量份的二羟甲基丙酸、3重量份的二羟基苯丙酸和8重量份N，N-二甲基甲酰胺加入到有干燥氮气保护的250ml圆底烧瓶中，充分搅拌20分钟，加入6重量份的甲苯二异氰酸酯、3重量份的六亚甲基-1,6二异氰酸酯和0.09重量份的二月桂酸二丁基锡，在100℃下搅拌反应180分钟，减压蒸馏脱去溶剂，制得聚氨酯预聚体；
4）将步骤3）制得的聚氨酯预聚体加入到5重量份的二丙胺和48重量份的去离子水配制成的有机胺溶液中，高速搅拌，于室温下乳化90分钟；再加入步骤1）配制的醋酸纤维素溶液，在搅拌下于90℃乳化反应150分钟，得到醋酸纤维素乳液；
5）将步骤4）制备的醋酸纤维素乳液加入到140重量份的质量分数为55%的硅酸钾水溶液中，在95℃下搅拌反应120分钟，接着加入1.3重量份的氯化钡、9重量份的硬脂酸钙以及8重量份步骤1）制得的石英砂粉末和3重量份的碳化硅粉末，充分搅拌后再在65℃反应55分钟。
二）制备复合板材：
取长度为50mm、宽度为25mm、厚度为5mm的木质板材，将通过步骤一）制备好的改性硅酸盐无机胶粘剂在木质板材的两面分别涂胶，涂胶量为单面120g/m2，然后将竹片对合在木质板材表面，以1.2MPa的压力，在53℃温度的烘箱内放置1h，然后取出样品，即得到环保耐水复合板材。
对该实施例的耐水复合板材进行胶合强度和耐水测试，测试方法同实施例1，经过测试，制得的环保耐水复合板材的胶合强度达到5.7MPa，耐水时间达55h。
上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。
Claims (2)
1.一种环保耐水复合板材，其特征在于，包括木质芯层（1）、竹制表层（3）以及位于木质芯层和竹制表层之间的胶合层（2），所述胶合层（2）为改性硅酸盐无机胶粘剂，胶合层（2）的原料包括以下重量份的组分：
石英砂：4-8份
碳化硅：2-3份
质量分数为35-55%的硅酸钾水溶液：110-140份；
醋酸纤维素：16-24份；
丙酮：20-30份；
甲苯二异氰酸酯：3-6份
六亚甲基-1,6二异氰酸酯：1-3份
二羟甲基丙酸：1-2份
二羟基苯丙酸：1-3份
N，N-二甲基甲酰胺：5-8份；
二月桂酸二丁基锡：0.06-0.09份；
二丙胺：4-5份；
氯化钡：0.8-1.3份；
硬酯酸钙：5-9份；
去离子水：25-48份。
2. 根据权利要求1所述的环保耐水复合板材，其特征在于，所述胶合层的改性硅酸盐无机胶粘剂通过以下步骤制得：
1）将石英砂和碳化硅磨成粉末，过200目分样筛后备用；
2）称取20-30重量份的丙酮，然后在其中加入16-24重量份的醋酸纤维素，充分搅拌15-45分钟，制成醋酸纤维素溶液，密封备用；
3）将1-2重量份的二羟甲基丙酸、1-3重量份的二羟基苯丙酸和5-8重量份N，N-二甲基甲酰胺加入到有干燥氮气保护的250ml圆底烧瓶中，充分搅拌10-20分钟，加入3-6重量份的甲苯二异氰酸酯、1-3重量份的六亚甲基-1,6二异氰酸酯和0.06-0.09重量份的二月桂酸二丁基锡，在75-100℃下搅拌反应60-180分钟，减压蒸馏脱去溶剂，制得聚氨酯预聚体；
4）将步骤3）制得的聚氨酯预聚体加入到4-5重量份的二丙胺和25-48重量份的去离子水配制成的有机胺溶液中，高速搅拌，于室温下乳化30-90分钟；再加入步骤1）配制的醋酸纤维素溶液，在搅拌下于65-90℃乳化反应90-150分钟，得到醋酸纤维素乳液；
5）将步骤4）制备的醋酸纤维素乳液加入到110-140重量份的质量分数为35-55%的硅酸钾水溶液中，在75-95℃下搅拌反应60-120分钟，接着加入0.8-1.3重量份的氯化钡、5-9重量份的硬脂酸钙以及4-8重量份步骤1）制得的石英砂粉末和2-3重量份的碳化硅粉末，充分搅拌后再在45-65℃反应40-55分钟。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130424 |