CN103409089A - 黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂及其制备方法 - Google Patents

黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂及其制备方法 Download PDF

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本发明涉及一种黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂,黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂由改性脲醛树脂、异氰酸酯、填料以及固化剂组成,改性脲醛树脂与异氰酸酯质量比为1∶(0.5-10),改性脲醛树脂与固化剂质量比为1∶(0.5-5),改性脲醛树脂与填料质量比为1∶(1-10)。本发明所制备的人造板胶合强度高、甲醛释放量低,实现了低游离甲醛与高粘结强度的兼顾,同时也开拓出了黄腐植酸的实际使用领域,所以工业应用前景广阔。

Description

黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及粘合剂行业领域,具体涉及改性脲醛树脂粘合剂及其制备方法,尤其涉及黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂及其制备方法。
背景技术
脲醛树脂粘合剂是由甲醛与尿素在特定工艺条件下合成的一种热固性树脂,具有原料来源广泛、成本低廉、固化胶层无色等优点,已成为我国人造板行业使用量最大的粘合剂,其生产的各类人造板广泛应用于室内装饰及家俱用材等领域。但其制品在使用中长期释放出甲醛,严重污染室内环境,危害人体健康。同时在人造板实际生产过程中,低甲醛释放的脲醛树脂必然伴随着较差的粘结性能,为此多年来科学工作者一直致力于寻求低游离甲醛与高粘结性能兼备的脲醛树脂的合成方法。
发明内容
为解决现有脲醛树脂制备技术普遍存在的游离甲醛含量与粘结性能相互对立的难题,本发明的目的在于提供一种黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂及其制备方法。该制备方法采用以褐煤、风化煤、泥炭等为原料制备所得的黄腐植酸经甲醛或苯酚预处理得到的酚化黄腐植酸作为甲醛吸收剂,并通过添加异氰酸酯来实现改性脲醛树脂的高粘结性能,从而实现了粘合剂的低游离甲醛与高粘结性能兼备。
本发明所采用的技术方案:
黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂,由改性脲醛树脂、异氰酸酯、填料以及固化剂混合组成,改性脲醛树脂与异氰酸酯质量比为1∶(0.5-10),改性脲醛树脂与固化剂质量比为1∶(0.5-5),改性脲醛树脂与填料质量比为1∶(1-10)。
所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的至少一种;所述填料为面粉、淀粉、豆粉、高粱粉、血粉中的至少一种。
所述固化剂为单组份固化剂,其组份为氯化铵、硫酸铵、磷酸、草酸或邻苯二甲酸中的一种。
所述固化剂为由组分A与组分B构成的双组份固化剂,其组分A为三乙醇胺、六甲基四胺、磷酸氢二铵中的一种,组分B为氯化铵、硫酸铵、邻苯二甲酸中的一种,组分A与组分B的质量比为1∶(2-6)。
黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)将质量分数为10%的氯化铵溶液和1mol/L盐酸溶液,按体积比1∶5制备出氯化铵-盐酸混合溶液,备用;
(2)将质量分数为10%的氨水和1mol/L氢氧化钠溶液,按体积比1∶5制备出氨水-氢氧化钠混合溶液,备用;
(3)将甲醛在搅拌条件下用氢氧化钠调节pH值为7.5-9.5,加入尿素;
(4)升温至60-90℃,加入改性黄腐植酸,反应40-80min;
(5)用步骤(1)所得氯化铵-盐酸混合溶液调节pH值为4-6,加入尿素反应5-30min,加入异氰酸酯反应40-80min;
(6)用步骤(2)所得氨水-氢氧化钠混合溶液调节pH值为8-10,加入尿素反应20-60min,冷却后即得改性脲醛树脂;
(7)改性脲醛树脂、异氰酸酯、填料以及固化剂按比例混合后充分搅拌,即得黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂。
步骤(3)中甲醛与尿素的摩尔比为1∶(0.5-1)。
步骤(4)中的改性黄腐植酸为黄腐植酸经甲醛预处理得到的羟甲基化黄腐植酸,黄腐植酸由褐煤、风化煤或泥炭为原料制备,甲醛与黄腐植酸的质量比为1∶(0.02-0.5)。
步骤(4)中的改性黄腐植酸为黄腐植酸经苯酚预处理得到的酚化黄腐植酸,黄腐植酸由褐煤、风化煤或泥炭为原料制备,苯酚与黄腐植酸的质量比为1∶(0.02-0.5)。
步骤(5)中甲醛与加入尿素的摩尔比为1∶(0.5-1),甲醛与异氰酸酯的摩尔比为1∶(0.002-0.05),异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的至少一种。
步骤(6)中甲醛与加入尿素的摩尔比为1∶(0.5-1)。
本发明的有益效果:
本发明采用甲醛与尿素为原料,以褐煤、风化煤、泥炭等为原料制备黄腐植酸,经甲醛预处理得到的羟甲基化黄腐植酸或苯酚预处理得到的酚化黄腐植酸作为甲醛吸收剂,异氰酸酯为改性剂合成改性脲醛树脂,然后在调胶阶段采用物理搅拌方法将改性脲醛树脂与适量的异氰酸酯、填料、固化剂充分混合均匀,即制得黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂。本发明的粘合剂所制备的人造板胶合强度高、甲醛释放量低,实现了低游离甲醛与高粘结强度的兼顾,同时也开拓出了黄腐植酸的实际使用用领域,所以工业应用前景广阔。
具体实施方式
实施例一
取10mol由褐煤为原料制备的黄腐植酸,加入去离子水充分搅拌溶解后,用氢氧化钠调节pH至10,加热升温至85℃,加入0.2mol甲醛保温搅拌60min,产物在65℃下烘干,即制得羟甲基化黄腐植酸。将质量分数为10%的氯化铵溶液和1mol/L盐酸溶液,按体积比1∶5制备出氯化铵-盐酸混合溶液;将质量分数为10%的氨水和1mol/L氢氧化钠溶液,按体积比1∶5制备出氨水-氢氧化钠混合溶液。将10mol甲醛搅拌下用氢氧化钠调节pH值为7.5,加入5mol尿素;均速升温至60℃,加入0.2mol羟甲基化黄腐植酸,反应40min。用氯化铵-盐酸混合溶液调节pH值为4,加入5mol尿素反应5min,加入0.02mol的六亚甲基二异氰酸酯反应80min;用氨水-氢氧化钠混合溶液调节pH值为8,加入5mol尿素反应60min,冷却后即得改性脲醛树脂。以面粉为填料,以氯化铵为固化剂,将改性脲醛树脂、1,5-萘二异氰酸酯、填料以及固化剂按质量比1∶2∶3∶5混合后充分搅拌,即得黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂。经检测:该黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂稳定储存期>15d,游离醛含量为0.12%,固含量≥65.0%,使用该粘合剂压制的胶合板甲醛释放量<1.5mg/L,胶合强度达到1.27MPa。
实施例二
取10mol由风化煤为原料制备的黄腐植酸,加入去离子水充分搅拌溶解后,用氢氧化钠调节pH至10,加热升温至85℃,加入0.2mol苯酚保温搅拌60min,产物在65℃下烘于,即制得酚化黄腐植酸。将质量分数为10%的氯化铵溶液和1mol/L盐酸溶液,按体积比1∶5制备出氯化铵-盐酸混合溶液;将质量分数为10%的氨水和1mol/L氢氧化钠溶液,按体积比1∶5制备出氨水-氢氧化钠混合溶液。将10mol甲醛搅拌下用氢氧化钠调节pH值至8,加入10mol尿素;升温至65℃,加入0.18mol酚化黄腐植酸,反应50min。用氯化铵-盐酸混合溶液调节pH值为6,加入10mol尿素反应30min,加入0.1mol的甲苯二异氰酸酯反应70min;用氨水-氢氧化钠混合溶液调节pH值为10,加入10mol尿素反应20min,冷却后即得改性脲醛树脂。以淀粉为填料,以草酸为固化剂,将改性脲醛树脂、4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、填料以及固化剂按质量比1∶8∶3∶6混合后充分搅拌,即得黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂。经检测:该黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂稳定储存期>20d,游离醛含量为0.07%,固含量≥65.0%,使用该粘合剂压制的胶合板甲醛释放量<1.5mg/L,胶合强度达到1.67MPa。
实施例三
取10mol由泥炭为原料制备的黄腐植酸,加入去离子水、甲醛充分搅拌溶解后,用氢氧化钠调节pH至10,加热升温至85℃,加入5mol甲醛保温搅拌75min,产物在65℃下烘干,即制得羟甲基化黄腐植酸。将质量分数为10%的氯化铵溶液和1mol/L盐酸溶液,按体积比1∶5制备出氯化铵-盐酸混合溶液;将质量分数为10%的氨水和1mol/L氢氧化钠溶液,按体积比1∶5制备出氨水-氢氧化钠混合溶液。将10mol甲醛搅拌下用氢氧化钠调节pH值至8.5,加入6mol尿素;升温至70℃,加入0.15mol羟甲基化黄腐植酸,反应60min。用氯化铵-盐酸混合溶液调节pH值为5,加入6mol尿素反应20min,加入0.2mol的4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯反应60min;用氨水-氢氧化钠混合溶液调节pH值为9,加入6mol尿素反应30min,冷却后即得改性脲醛树脂。以豆粉为填料,以磷酸为固化剂,将改性脲醛树脂、甲苯二异氰酸酯、填料以及固化剂按质量比1∶3∶3∶3混合后充分搅拌,即得黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂。经检测:该黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂稳定储存期>18d,游离醛含量为0.09%,固含量为≥65.0%,使用该粘合剂压制的胶合板甲醛释放量<1.5mg/L,胶合强度达到1.31MPa。
实施例四
取10mol由泥炭为原料制备的黄腐植酸,加入去离子水充分搅拌溶解后,用氢氧化钠调节pH至10,加热升温至85℃,加入5mol苯酚保温搅拌75min,产物在65℃下烘干,即制得酚化黄腐植酸。将质量分数为10%的氯化铵溶液和1mol/L盐酸溶液,按体积比1∶5制备出氯化铵-盐酸混合溶液;将质量分数为10%的氨水和1mol/L氢氧化钠溶液,按体积比1∶5制备出氨水-氢氧化钠混合溶液。将10mol甲醛搅拌下用氢氧化钠调节pH值至9,加入7mol尿素;升温至75℃,加入0.1mol酚化黄腐植酸,反应70min。用氯化铵-盐酸混合溶液调节pH值为5,加入7mol尿素反应15min,加入0.3mol的多亚甲基多苯基多异氰酸酯反应50min;用氨水-氢氧化钠混合溶液调节pH值为9,加入7mol尿素反应40min,冷却后即得改性脲醛树脂。以高粱粉为填料,以磷酸氢二铵与邻苯二甲酸的按质量比1∶6混合后为固化剂,将改性脲醛树脂、1,5-萘二异氰酸酯、填料以及固化剂按质量比1∶5∶5∶5混合后充分搅拌,即得黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂。经检测:该黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂稳定储存期>28d,游离醛含量为0.08%,固含量为≥65.0%,使用该粘合剂压制的胶合板甲醛释放量<1.5mg/L,胶合强度达到1.76MPa。
实施例五
取10mol由风化煤为原料制备的黄腐植酸,加入去离子水、甲醛充分搅拌溶解后,用氢氧化钠调节pH至10,加热升温至85℃,加入1mol甲醛保温搅拌90min,产物在65℃下烘干,即制得羟甲基化黄腐植酸。将质量分数为10%的氯化铵溶液和1mol/L盐酸溶液,按体积比1∶5制备出氯化铵-盐酸混合溶液;将质量分数为10%的氨水和1mol/L氢氧化钠溶液,按体积比1∶5制备出氨水-氢氧化钠混合溶液将10mol甲醛搅拌下用氢氧化钠调节pH值至9.5,加入8mol尿素;升温至80℃,加入0.05mol羟甲基化黄腐植酸,反应75min。用氯化铵-盐酸混合溶液调节pH值为4,加入8mol尿素反应10min,加入0.4mol的多亚甲基多苯基多异氰酸酯反应45min;用氨水-氢氧化钠混合溶液调节pH值为10,加入8mol尿素反应50min,冷却后即得改性脲醛树脂。以血粉为填料,以三乙醇胺与硫酸铵的按质量比1∶2混合后为固化剂,将改性脲醛树脂、甲苯二异氰酸酯、填料以及固化剂按质量比1∶10∶10∶10混合后充分搅拌,即得黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂。经检测:该黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂稳定储存期>16d,游离醛含量为0.09%,固含量为≥65.0%,使用该粘合剂压制的胶合板甲醛释放量<1.5mg/L,胶合强度达到1.35MPa。
实施例六
取10mol由褐煤为原料制备的黄腐植酸,加入去离子水充分搅拌溶解后,用氢氧化钠调节pH至10,加热升温至85℃,加入1mol苯酚保温搅拌90min,产物在65℃下烘干,即制得酚化黄腐植酸。将质量分数为10%的氯化铵溶液和1mol/L盐酸溶液,按体积比1∶5制备出氯化铵-盐酸混合溶液;将质量分数为10%的氨水和1mol/L氢氧化钠溶液,按体积比1∶5制备出氨水-氢氧化钠混合溶液。将10mol甲醛搅拌下用氢氧化钠调节pH值至8.5,加入9mol尿素;升温至90℃,加入0.02mol酚化黄腐植酸,反应80min。用氯化铵-盐酸混合溶液调节pH值为6,加入9mol尿素反应25min,加入0.5mol的六亚甲基二异氰酸酯反应40min;用氨水-氢氧化钠混合溶液调节pH值为8,加入9mol尿素反应25min,冷却后即得改性脲醛树脂。以面粉为填料,以六亚甲基四胺与氯化铵的按质量比1∶4混合后为固化剂,将改性脲醛树脂、六亚甲基二异氰酸酯、填料以及固化剂按质量比1∶0.5∶1∶0.5混合后充分搅拌,即得黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂。经检测:该黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂稳定储存期30d,游离醛含量为0.06%,固含量为≥65.0%,使用该粘合剂压制的胶合板甲醛释放量<1.5mg/L,胶合强度达到1.84MPa。

Claims (10)

1.一种黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂,其特征在于:所述黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂由改性脲醛树脂、异氰酸酯、填料以及固化剂组成;所述改性脲醛树脂与异氰酸酯质量比为1∶(0.5-10),改性脲醛树脂与固化剂质量比为1∶(0.5-5),改性脲醛树脂与填料质量比为1∶(1-10)。
2.根据权利要求1所述的黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂,其特征在于:所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的至少一种;所述填料为面粉、淀粉、豆粉、高粱粉、血粉中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂,其特征在于:所述固化剂为单组份固化剂,其组份为氯化铵、硫酸铵、磷酸、草酸或邻苯二甲酸中的一中。
4.根据权利要求1所述的黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂粘合剂,其特征在于:所述固化剂为由组分A与组分B构成的双组份固化剂,其组分A为三乙醇胺、六甲基四胺、磷酸氢二铵中的一种,组分B为氯化铵、硫酸铵、邻苯二甲酸中的一种,组分A与组分B的质量比为1∶(2-6)。
5.根据权利要求1-5任一项所述的改性脲醛树脂粘合剂的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)将质量分数为10%的氯化铵溶液和1mol/L盐酸溶液,按体积比1∶5制备出氯化铵-盐酸混合溶液,备用;
(2)将质量分数为10%的氨水和1mol/L氢氧化钠溶液,按体积比1∶5制备出氨水-氢氧化钠混合溶液,备用;
(3)将甲醛在搅拌条件下用氢氧化钠调节pH值为7.5-9.5,加入尿素;
(4)升温至60-90℃,加入改性黄腐植酸,反应40-80min;
(5)用步骤(1)所得氯化铵-盐酸混合溶液调节pH值为4-6,加入尿素反应5-30min,加入异氰酸酯反应40-80min;
(6)用步骤(2)所得氨水-氢氧化钠混合溶液调节pH值为8-10,加入尿素反应20-60min,冷却后即得改性脲醛树脂;
(7)改性脲醛树脂、异氰酸酯、填料以及固化剂按比例混合后充分搅拌,即得黄腐植酸-异氰酸酯改性脲醛树脂。
6.根据权利要求6所述的改性脲醛树脂粘合剂的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中甲醛与尿素的摩尔比为1∶(0.5-1)。
7.根据权利要求6所述的改性脲醛树脂粘合剂的制备方法,其特征在于:所述步骤(4)中的改性黄腐植酸为黄腐植酸经甲醛预处理得到的羟甲基化黄腐植酸,黄腐植酸由褐煤、风化煤或泥炭为原料制备,甲醛与黄腐植酸的质量比为1∶(0.02-0.5)。
8.根据权利要求6所述的改性脲醛树脂粘合剂的制备方法,其特征在于:所述步骤(4)中的改性黄腐植酸为黄腐植酸经苯酚预处理得到的酚化黄腐植酸,黄腐植酸由褐煤、风化煤或泥炭为原料制备,苯酚与黄腐植酸的质量比为1∶(0.02-0.5)。
9.根据权利要求6所述的改性脲醛树脂粘合剂的制备方法,其特征在于:所述步骤(5)中甲醛与加入尿素的摩尔比为1∶(0.5-1),甲醛与异氰酸酯的摩尔比为1∶(0.002-0.05),异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的至少一种。
10.根据权利要求6所述的改性脲醛树脂粘合剂的制备方法,其特征在于:所述步骤(6)中甲醛与加入尿素的摩尔比为1∶(0.5-1)。
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