CN103320082A - 一种植物基聚酯醇胶黏剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

发明涉及一种植物基聚酯醇胶黏剂制备方法和应用，属于化学胶黏剂技术领域。采用甘蔗渣粉、二元醇、催化剂、二酸酐，制得植物基聚酯多元醇。再将该植物基聚酯多元醇与聚乙烯醇水溶液共混制得高分子复合水乳液，使用时，将单独分装的高分子复合水乳液与多苯基多亚甲基多异氰酸酯室温搅拌混合即得植物基聚酯醇胶黏剂。本发明胶黏剂用于木材的黏接。

Description

一种植物基聚酯醇胶黏剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种植物基聚酯醇胶黏剂及其制备方法和应用，属于化学胶黏剂、资源化再利用和复合材料技术领域。

背景技术

木材工业在经济发展中具有重要的作用，我国木材年消耗量巨大，仍存在资源短缺和利用率低的问题。目前，木材工业所用胶黏剂主要以“三醛胶”为主，“三醛胶”是指脲醛树脂、酚醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂胶黏剂。随着全球石油供给失衡问题日趋严重，合成树脂胶黏剂的原料价格节节攀升，加之“三醛胶”中游离甲醛对人类健康造成很大的隐患。遵循绿色化学原则，在完全不依赖甲醛、苯酚等有害物质的前提下，研究开发无甲醛的绿色环保木材胶黏剂，具有重要的意义。

利用生物质可再生高分子聚合物为原料的木材胶黏剂的研究已有报道，如申请号为201210423102.5的专利，公开了一种木材胶黏剂，其原料配比为：淀粉100份、水80-160份、磷酸三丁酯或者醋酸乙烯酯10-15份、硼砂5-15份、聚环氧甘油醚0.2-0.4份，甘油2-3份，填料3-5份，尼泊金酯0.05-0.1份，所述填料为滑石粉、石棉粉或者钛白粉。申请号为201210389343.2的专利，是将淀粉酸化、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制备淀粉基胶黏剂。其质量配比为：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。淀粉基木材胶黏剂不含甲醛，其应用一方面可减少木材工业对石油的依赖，但也存在工业与人争粮的冲突。

甘蔗渣是甘蔗制糖后的副产品，属生物质可再生性资源，甘蔗渣来源集中，储存和运输方便，甘蔗渣含纤维素较高，一般为50%-55%，与木材相近，比稻、麦草高；木质素含量中等，为20%左右，比木材低，受热容易变性；我国甘蔗渣资源巨大，以甘蔗渣为原料制备的木材胶黏剂在我国有着广阔的应用前景。

发明内容

本发明的技术任务之一是为了弥补现有技术的不足，提供一种以甘蔗渣为主要原料的植物基聚酯醇胶黏剂，该胶黏剂原料成本低，具有较高的黏接强度和耐水性，且对环境无污染。

本发明的技术任务之二提供该植物基聚酯醇胶黏剂的制备方法。

本发明的技术任务之三是提供该植物基聚酯醇胶黏剂的应用，该胶黏剂用于木材黏接，对木材黏接强度高。

本发明的植物基聚酯醇胶黏剂，技术方案如下：

1.  一种植物基聚酯醇胶黏剂

该胶黏剂是由高分子复合水乳液与多苯基多亚甲基多异氰酸酯按质量比100：3～10室温搅拌混合制得；

所述高分子复合水乳液是将聚乙烯醇水溶液与植物基聚酯多元醇按质量比100：15～25共混制得；

所述植物基聚酯多元醇由以下质量份的原料通过化学反应制得：

二元醇  100

甘蔗渣粉 30～40

催化剂 2～3

二酸酐20～30 

所述二元醇选自下列之一：乙二醇、丙二醇、丁二醇、新戊二醇、二缩乙二醇、三缩乙二醇；

所述甘蔗渣粉为10目以下的干燥甘蔗渣粉，其含水质量分数小于1%；

所述催化剂选自下列之一：盐酸、硫酸、对甲基苯磺酸、苯磺酸；

所述二酸酐选自邻苯二甲酸酐或顺丁烯二酸酐。

2. 以上所述植物基聚酯醇胶黏剂，制备方法如下：

（1） 制备植物基聚酯多元醇

向100质量份的二元醇中，搅拌下，加入甘蔗渣粉15～20质量份、催化剂2～3质量份，共混均匀后，加热至160～180℃，保温30min；再加入甘蔗渣粉15～20质量份，继续在160～180℃保温60-90min，制得植物基多元醇；加入二酸酐20～30质量份，在150℃，保温30min；将温度升至190～210℃，保温120～150min；冷却至常温，制得植物基聚酯多元醇；

所述二元醇选自下列之一：乙二醇、丙二醇、丁二醇、新戊二醇、二缩乙二醇、三缩乙二醇；

所述甘蔗渣粉为10目以下的干燥甘蔗渣粉，其含水量质量分数小于1%；

所述催化剂选自下列之一：盐酸、硫酸、对甲基苯磺酸、苯磺酸；

所述二酸酐选自邻苯二甲酸酐或顺丁烯二酸酐；

（2）制备高分子复合水乳液

向100质量份的水中，加入聚乙烯醇（PVA）3-7质量份，加热至90～95℃，保温至完全溶解，制得聚乙烯醇水溶液；

将聚乙烯醇水溶液与步骤（1）制得的植物基聚酯多元醇按质量比100：15～25共混30min，制得高分子复合水乳液；

所述聚乙烯醇为完全醇解型聚乙烯醇，选自下列之一：PVA 24-99、PVA 18-99、PVA 20-99、PVA 17-99；

（3）使用时，将高分子复合水乳液与多苯基多亚甲基多异氰酸酯按质量比100：3～10室温搅拌混合即可。

3.以上所述的植物基聚酯醇胶黏剂，应用于木材单板贴面人造板的黏接，涂胶量为200g/m²。

以上制备所用原料均购于化工市场或化学试剂公司。

黏接步骤参考GB/T 15104-2006 《装饰单板贴面人造板》进行。将一单板试片单面涂植物基聚酯醇胶黏剂作为面板，涂胶量为200g/m²，表板与基材纤维方向垂直层积成板材，涂胶后先以1.0MPa的压力冷压20min，然后，在热压机中以1.0MPa 的压力，于115℃均匀加压3min，压制后的板材室温陈化24h。将陈化之后的板材锯成试件，测其表面胶合强度。以松木为试材的试验表明，表面胶合强度均值大于1.0 MPa，单板基材界面破坏率大于95%，由此证明，本发明的植物基聚酯醇胶黏剂具有优良的黏接性能。

与现有技术相比，本发明的植物基聚酯醇胶黏剂，其突出的特点是：

    (1)该植物基聚酯多元醇的制备以甘蔗渣粉为主要原料，与其他技术相比较，制备工艺及原料配比具有显著的差别，一方面，为这种廉价的植物资源提供了新的应用途径和领域，并使合成的该植物基聚酯醇胶黏剂成本降低；此外，该聚酯多元醇可节约和替代部分石油化工资源制备的石油基木材胶黏剂。该胶黏剂无甲醛等有害物质的释放，绿色环保。

（2）将低浓度的聚乙烯醇水溶液作为植物基聚酯多元醇的乳化剂，价廉，制得的复合乳化液稳定性高。

（3）选用多苯基多亚甲基多异氰酸酯作为高分子基聚合物的交联剂。其游离异氰酸酯基（NCO），在胶黏过程中，可迅速与与聚乙烯醇、聚酯多元醇与胶黏剂或基材中的水分、木基材中的羟基，快速交联固化为体型高分子聚合物，形成与木材胶接的黏接点，固化后形成高的胶合强度和耐水性。

（4）该制备原料来源广泛，易获得，成本低。制备过程无有害物质排放，因无甲醛，属无醛生物质基木材胶黏剂。

具体实施方式

为了更好得理解本发明，以下结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

（1） 制备植物基聚酯多元醇

向100g的丙二醇中，搅拌下，加入甘蔗渣粉15g、硫酸2g，共混均匀后，加热至160,℃，保温30min；再加入甘蔗渣粉15g，继续在160℃保温90min，制得植物基多元醇；加入邻苯二甲酸酐20g，在150℃，保温30min；将温度升至190℃，保温150min；冷却至常温，制得植物基聚酯多元醇；

所述甘蔗渣粉为10目以下的干燥甘蔗渣粉，其含水量质量分数小于1%；

（2）制备高分子复合水乳液

向100g的水中，加入聚乙烯醇（PVA24-99）3g，加热至90～95℃，保温至完全溶解，制得聚乙烯醇水溶液；

（3）使用时，将高分子复合水乳液与多苯基多亚甲基多异氰酸酯按质量比100： 10室温搅拌混合即可。

实施例2

（1） 制备植物基聚酯多元醇

向100g的丁二醇中，搅拌下，加入甘蔗渣粉17g、对甲基苯磺酸2.5g，共混均匀后，加热至170℃，保温30min；再加入甘蔗渣粉17g，继续在170℃保温75min，制得植物基多元醇；加入顺丁烯二酸酐25g，在150℃，保温30min；将温度升至200℃，保温135min；冷却至常温，制得植物基聚酯多元醇；

所述甘蔗渣粉为10目以下的干燥甘蔗渣粉，其含水量质量分数小于1%；

（2）制备高分子复合水乳液

向100g的水中，加入聚乙烯醇（PVA 20-99）5g，加热至90～95℃，保温至完全溶解，制得聚乙烯醇水溶液；

将聚乙烯醇水溶液与步骤（1）制得的植物基聚酯多元醇按质量比100：20共混30min，制得高分子复合水乳液；

（3）使用时，将高分子复合水乳液与多苯基多亚甲基多异氰酸酯按质量比100：4室温搅拌混合即可。

实施例3

（1） 制备植物基聚酯多元醇

向100g的二缩乙二醇中，搅拌下，加入甘蔗渣粉20g、苯磺酸3g，共混均匀后，加热至170℃，保温30min；再加入甘蔗渣粉20g，继续在180℃保温60min，制得植物基多元醇；加入邻苯二甲酸酐30g，在150℃，保温30min；将温度升至210℃，保温120min；冷却至常温，制得植物基聚酯多元醇；

所述甘蔗渣粉为10目以下的干燥甘蔗渣粉，其含水量质量分数小于1%；

（2）制备高分子复合水乳液

向100质量份的水中，加入聚乙烯醇（PVA 18-99）7g，加热至90～95℃，保温至完全溶解，制得聚乙烯醇水溶液；

将聚乙烯醇水溶液与步骤（1）制得的植物基聚酯多元醇按质量比100： 25共混30min，制得高分子复合水乳液；

（3）使用时，将高分子复合水乳液与多苯基多亚甲基多异氰酸酯按质量比100： 3室温搅拌混合即可。

实施例4  

将实施例1、实施例2和实施例3中制得的植物基聚酯醇胶黏剂分别应用于木材单板贴面人造板的黏接，步骤如下：

将一单板试片单面涂植物基聚酯醇胶黏剂作为面板，涂胶量为200g/m²，表板与背板纤维方向与芯板垂直层积成试件，涂胶后先以1.0MPa的压力冷压20min。然后，在热压机中，以1.0MPa 的压力，于115℃均匀加压3min，压制后的板材室温陈化24h。

将陈化之后的板材锯成试件，测其表面胶合强度。以松木为试材，其拉伸剪切强度均值大于1.0 MPa，单板基材界面破坏率大于95%，由此证明，制得的植物基聚酯醇胶黏剂均具有优良的黏接性能。 

Claims (3)

1.一种植物基聚酯醇胶黏剂，其特征在于，该胶粘剂是由高分子复合水乳液与多苯基多亚甲基多异氰酸酯按质量比100：3～10室温搅拌混合制得；

所述高分子复合水乳液是将聚乙烯醇水溶液与植物基聚酯多元醇按质量比100：15～25共混制得；

所述植物基聚酯多元醇由以下质量份的原料通过化学反应制得：

二元醇  100

甘蔗渣粉  30～40

催化剂  2～3

二酸酐 20～30 

所述二元醇选自下列之一：乙二醇、丙二醇、丁二醇、新戊二醇、二缩乙二醇、三缩乙二醇；

所述甘蔗渣粉为10目以下的干燥甘蔗渣粉，其含水质量分数小于1%；

所述催化剂选自下列之一：盐酸、硫酸、对甲基苯磺酸、苯磺酸；

所述二酸酐选自邻苯二甲酸酐或顺丁烯二酸酐。

2.一种植物基聚酯醇胶黏剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：

（1）制备植物基聚酯多元醇

向100质量份的二元醇中，搅拌下，加入甘蔗渣粉15～20质量份、催化剂2～3质量份，共混均匀后，加热至160～180℃，保温30min；再加入甘蔗渣粉15～20质量份，继续在160～180℃保温60-90min，制得植物基多元醇；加入二酸酐20～30质量份，在150℃，保温30min；将温度升至190～210℃，保温120～150min；冷却至常温，制得植物基聚酯多元醇；

所述二元醇选自下列之一：乙二醇、丙二醇、丁二醇、新戊二醇、二缩乙二醇、三缩乙二醇；

所述甘蔗渣粉为10目以下的干燥甘蔗渣粉，其含水量质量分数小于1%；

所述催化剂选自下列之一：盐酸、硫酸、对甲基苯磺酸、苯磺酸；

所述二酸酐选自邻苯二甲酸酐或顺丁烯二酸酐；

（2）制备高分子复合水乳液

向100质量份的水中，加入聚乙烯醇（PVA）3-7质量份，加热至90～95℃，保温至完全溶解，制得聚乙烯醇水溶液；

将聚乙烯醇水溶液与步骤（1）制得的植物基聚酯多元醇按质量比100：15～25共混30min，制得高分子复合水乳液；

所述聚乙烯醇为完全醇解型聚乙烯醇，选自下列之一：PVA 24-99、PVA 18-99、PVA 20-99、PVA 17-99；

（3）使用时，将高分子复合水乳液与多苯基多亚甲基多异氰酸酯按质量比100：3～10室温搅拌混合即可。

3.如权利要求1-2所述的植物基聚酯醇胶黏剂，其特征在于，应用于木材单板贴面人造板的黏接，涂胶量为200g/m²。