CN103740324A

CN103740324A - 一种人造板用胶粘剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN103740324A
Application number: CN201310744252.0A
Authority: CN
Inventors: 高强; 李建章; 张世锋; 周文瑞; 张伟; 陈惠�
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Xuzhou Anlian Wood Co., Ltd.
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2033-12-30
Also published as: CN103740324B

Abstract

本发明涉及一种人造板用胶粘剂，以及它的制备方法和应用。所述人造板用胶粘剂的原料包括：分散介质、蛋白类物质、碱性化合物和交联增强剂；所述交联增强剂为单宁-乙二醛树脂。本发明提供的人造板用胶粘剂不含甲醛，主要原料来源于可再生物质，是一种环保型人造板用胶粘剂；彻底解决了使用胶粘剂时甲醛污染的问题，又同时保证了胶粘剂的耐水性和胶合强度等实用性能；同时和现有技术相比，各组分起到了很好地协同作用，使得效果增强；制备方法简单，且不需很长的固化时间，操作方便，生产效率高；整体上综合利用资源，节约生产成本，符合环境保护与可持续发展原则，具有良好的应用前景。

Description

一种人造板用胶粘剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及化工材料领域，具体地，涉及一种人造板用胶粘剂，以及它的制备方法和应用。

背景技术

随着建筑、装饰装修、包装等行业的迅猛发展，我国人造板的产量飞速增长。2012年，我国人造板总产量2.86亿平方米，约占世界总产量的50%。其中刨花板1289万平方米，同比增长7.2%；纤维板5554万平方米，同比增长13.1%；胶合板1.42亿平方米，同比增长18.3%。人造板总产量、胶合板产量、家具产量和木质地板产量连续多年位居世界第一位。

人造板生产中普遍采用的胶粘剂是甲醛系合成树脂，主要是脲醛树脂及其改性产品。虽然经过多年的努力，我国人造板胶粘剂生产水平有了很大提高，人造板及其制品环保特性有了很大改善，但是不少企业生产的人造板及其制品（家具、木地板和室内木质装饰材料等）仍然存在着较为严重的甲醛释放问题，是室内空气污染中甲醛污染的主要来源。

目前，降低人造板甲醛释放量的方法主要有如下4种：1）采用低摩尔比改性脲醛树脂胶粘剂；2）在改性脲醛树脂胶粘剂中加入甲醛捕捉剂；3）对人造板进行后处理；4）采用其他环保型胶粘剂。但是，这些技术都存在着诸多缺陷。例如：1）采用低摩尔比改性脲醛树脂胶粘剂虽然能够有效降低人造板产品的甲醛释放量，但是产品的胶合强度也往往降低，不能满足使用要求；并且固化时间延长，生产效率降低；2）在人造板用脲醛树脂胶粘剂中加入甲醛捕捉剂，虽然能够有效降低人造板游离甲醛释放量，但是往往也同时降低人造板的胶合强度；同时，一般甲醛捕捉剂价格往往远远高于脲醛树脂胶粘剂，其加入就提高了产品成本，降低了产品竞争力；3）对人造板进行后处理，如公开号为CN1526528（公开日：2004年9月8日）的发明专利申请中公开了一种采用氨气真空法制备E1／EO级环保型人造板的制造工艺；公开号为CN2394770（公开日：2000年9月6日）的实用新型专利中公开了一种降低人造板甲醛释放量的处理装置；这些后处理方法，不仅使得人造板的制造工艺复杂，而且后处理设备投资巨大，生产成本明显提高；4）采用其他环保型胶粘剂，如异氰酸酯类胶粘剂，导致人造板的生产成本大幅度增加、生产工艺难度加大，企业和用户都难以接受；并且，其胶接制品废弃后的处理可能还存在问题（如，焚烧时可能产生毒害气体氰化氢等）；采用普通的蛋白胶粘剂制备的人造板胶合强度低，人造板易开胶。综上所述，上述技术手段虽然能够有效降低人造板游离甲醛释放量，但是不能彻底解决甲醛释放问题，或由于生产成本过高等原因而无法推广。

另外，目前普遍采用的人造板胶粘剂也都存在着原料的化石资源依赖问题，不符合可持续发展的要求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的之一在于，提供一种人造板用胶粘剂；该胶粘剂不含甲醛，主要原料来源于可再生物质。

本发明的另一目的在于，提供所述人造板用胶粘剂的制备方法。

本发明的另一目的在于，提供所述人造板用胶粘剂的应用。

为了实现上述目的，本发明一方面提供的人造板用胶粘剂，其原料包括：分散介质、蛋白类物质、碱性化合物和交联增强剂。

其中，所述交联增强剂为单宁-乙二醛树脂。该单宁-乙二醛树脂可以在一定条件下合成得到，可以通过自制，也可以通过购买得到。它在本发明人造板用胶粘剂配方中的作用为：与蛋白质上活性基团反应增加胶粘剂交联密度提高耐水胶接性能。本发明是利用树脂结构中羟基、醛基等活性基团的性能，通过与蛋白活性基团化学交联反应来提高蛋白胶粘剂的耐水胶接性能，并且无甲醛释放，环保，无防腐防酸碱性能的应用。

本发明提供的人造板用胶粘剂，包括以下重量份的原料：分散介质60～70份、蛋白类物质20～35份、碱性化合物0.5～3份和交联增强剂1～8份。

本发明提供的人造板用胶粘剂，优选地，包括以下重量份的原料：分散介质62～68份、蛋白类物质25～30份、碱性化合物1～2.5份和交联增强剂2～7份。蛋白类物质更优选28～29份，碱性化合物更优选1～2份，交联增强剂更优选3～7份。

其中，所述分散介质为水，优选软化水。它在本发明人造板用胶粘剂配方中为胶粘剂提供分散环境；成本低，安全性高且效果好。

其中，所述蛋白类物质为脱脂豆蛋白、豆粕蛋白、花生粕蛋白或麻疯树种子蛋白等；优选脱脂豆蛋白，且形态最好为粉状，即脱脂豆蛋白粉。

其中，所述碱性化合物为碳酸钠、氢氧化钠或氢氧化钾；优选碳酸钠。

蛋白类物质，尤其是脱脂豆蛋白粉在本发明人造板用胶粘剂配方中的作用为：主要胶接成分；碱性化合物，尤其是碳酸钠在本发明人造板用胶粘剂配方中的作用为：使蛋白质变性暴露内部活性基团。

本发明另一方面提供的上述任意一项人造板用胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：

1）使蛋白类物质和碱性化合物分散在分散介质中；

2）加入交联增强剂，搅拌均匀。

其中，步骤1）中，将碱性化合物和蛋白类物质加入分散介质后搅拌均匀，使获得的混合物（碱性化合物、蛋白类物质和分散介质）在40～80℃，优选40～70℃下保温3～6小时。

其中，步骤2）中，使上步得到的混合物降温至25～35℃时加入交联增强剂，并搅拌均匀。

其中，原料的重量份配比为：分散介质60～70份，蛋白类物质20～35份，碱性化合物0.5～3份，交联增强剂1～8份。

进一步地，原料的重量份配比优选：分散介质62～68份，蛋白类物质25～30份，碱性化合物1～2.5份，交联增强剂2～7份。蛋白类物质更优选28～29份，碱性化合物更优选1～2份，交联增强剂更优选3～7份。

其中，所述交联增强剂为单宁-乙二醛树脂，其合成工艺为：将100重量份落叶松栲胶、120重量份乙二醛和80重量份水混合后搅拌，再加入40重量份强碱类化合物，再次搅拌；加热至90～95℃，开始测粘度，反应至粘度为29～31秒，降温至40～45℃出料，即得。

上述单宁-乙二醛树脂的合成工艺中：

所述强碱类化合物为氢氧化钠或氢氧化钾。

所述落叶松栲胶中，单宁的质量百分含量大于58%。

所述乙二醛质量浓度为40%。

所述水为去离子水。

所述反应装置为反应釜。

所述强碱类化合物为质量浓度为30%的水溶液。

所述粘度是用涂-4杯、在25℃时测定的。

本发明的胶粘剂主要用于胶合板。

本发明还提供了利用上述任意一项人造板用胶粘剂的胶合板，其中人造板用胶粘剂的涂胶量为280～320g/m²。

本发明具有以下优点：

1）用蛋白类物质，尤其是脱脂大豆蛋白粉作为人造板用胶粘剂的原料，不含有游离甲醛，用于胶接人造板时不存在甲醛释放问题，彻底解决人造板带来的室内空气中的甲醛污染问题。

2）蛋白类物质作为一种可再生的资源，作为胶粘剂的主要原料，有助于解决常规人造板胶粘剂中使用合成化石原料的枯竭问题，符合环境保护与可持续发展原则。

3）得到的胶粘剂是利用蛋白类物质加工而成，有效的利用了大豆加工剩余物，综合利用资源，节约生产成本，提高了产品的附加值。

4）采用单宁-乙二醛树脂为交联增强剂，解决了普通豆蛋白胶粘剂耐水性差的问题，能够满足人造板用胶粘剂的耐水要求，保证了胶粘剂的胶合强度等实用性能；并且由本发明的胶粘剂制备得到的胶合板达到国标中II类胶合板要求，胶合强度高，不会开胶。

5）采用单宁-乙二醛树脂交联增强剂，其主要原料落叶松栲胶来源于落叶松树皮，有助于解决普通胶粘剂中使用合成化石原料的枯竭问题，符合环境保护与可持续发展原则。

总之，本发明提供的人造板用胶粘剂不含甲醛，主要原料来源于可再生物质，是一种环保型人造板用胶粘剂；彻底解决了使用胶粘剂时甲醛污染的问题，又同时保证了胶粘剂的耐水性和胶合强度等实用性能；同时和现有技术相比，各组分起到了很好地协同作用，使得效果增强；制备方法简单，且不需很长的固化时间，操作方便，生产效率高；整体上综合利用资源，节约生产成本，符合环境保护与可持续发展原则，具有良好的应用前景。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明中未提及的操作均为本领域的常规操作，

本发明所使用的：脱脂大豆蛋白粉购自山东香驰粮油有限公司，落叶松栲胶购自临沂批发城泉林化工经营部。

本发明所用碳酸钠为粉末状。

本发明所使用的单宁-乙二醛树脂的合成工艺为：将100重量份落叶松栲胶、120重量份乙二醛和80重量份水加入反应装置，开动搅拌，加入40重量份氢氧化钠，再次搅拌；加热至90～95℃，开始测粘度，反应至粘度为30秒，降温至40℃出料，即得。得到的单宁-乙二醛树脂重均分子量为6000～9000，粘度1200～1400mPa·s，外观为暗红色不透明粘稠的液体。

本发明中所使用的其他物料均为可以从市场上购买得到的常规物料。

本发明中，单位“份”或“重量份”指千克、克等，可以视具体情况而定。

实施例1

1）按以下重量进行备料：

2）在配有搅拌器、温度计和冷凝装置的反应釜中，将碳酸钠和脱脂大豆蛋白粉加入软化水后搅拌均匀；

3）将获得的碳酸钠、脱脂大豆蛋白粉和软化水的混合物加热至45～47℃，保温3小时；

4）将上步得到的混合物降温至30℃，得到均匀的豆蛋白粘液；

5）将单宁-乙二醛树脂加入上步所得的豆蛋白粘液中，搅拌均匀，制成人造板用豆蛋白胶粘剂。

得到的胶粘剂的性能质量指标见表1。

实施例2

1）按以下重量进行备料：

3）将获得的碳酸钠、脱脂大豆蛋白粉和软化水的混合物加热至4042℃，保温6小时；

得到的胶粘剂的性能质量指标见表1。

实施例3

1）按以下重量进行备料：

3）将获得的碳酸钠、脱脂大豆蛋白粉和软化水的混合物加热至68-70℃，保温5小时；

得到的胶粘剂的性能质量指标见表1。

表1中，固体含量和游离甲醛含量的单位“%”为质量百分含量。

表1：胶粘剂的性能质量指标

由表1可以看出：由实施例1～3得到的胶粘剂固体含量和粘度较高，pH值呈碱性；不含甲醛，可以贮存一个月。

实验例

分别采用本发明实施例1～3和对照例1～3（采用实施例1～3中的豆蛋白粘液作为胶粘剂，即不加入交联增强剂）的相应产品制造三层450×450mm胶合板。

按以下工艺制备胶合板：

施胶：芯板双面施胶，涂胶量为280～320g/m²。

陈化方式及时间：闭合陈化，10～30分钟。

预压压力及时间：预压30分钟，压力0.8MPa。

热压压力：1.1MPa，热压温度为120～130℃，热压时间为70s/mm。

按GB/T17657-1999《人造板及饰面人造板理化性能实验方法》检测方法对生产的胶合板产品进行性能检测，检测结果见表2。

表2：胶接胶合板的甲醛释放量与胶合强度

国家规定的甲醛释放量，Ⅱ类胶合板标准：E0标准≤0.5mg/L，此为环保最高标准；E1标准为0.5-1.5mg/L；E2标准为1.5-5.0mg/L。

实验结果表明，本发明无甲醛豆蛋白胶粘剂制造的胶合板，甲醛释放量都很低（而且为木材本体甲醛释放），远远低于国家规定甲醛释放量的环保最高标准的上限值；胶合板的胶合强度在1.20MPa以上，达到国标中II类胶合板标准（杨木≥0.70MPa）；而不加入交联增强剂，不能很好地胶合，会造成胶合板的开胶现象。

成本分析：

本发明无甲醛豆蛋白胶粘剂使用方便，不必对现有人造板生产设备和工艺做改动，因此不需要增加设备投资。

目前，50%固体含量的环保型三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂的价格在1800～2500元/吨，酚醛树脂胶粘剂的价格在5000～6000元/吨，本发明豆蛋白胶粘剂（35%固体含量）的成本约为2000元/吨，远远低于酚醛树脂胶粘剂，与改性脲醛树脂胶粘剂接近。

本发明得到的胶粘剂可替代含甲醛的常规人造板用胶粘剂，制备胶合板时的总施胶量不变，因此使用成本与脲醛树脂胶粘剂相当，远远低于酚醛树脂胶粘剂使用成本。因此，本发明的豆蛋白胶粘剂具有良好的应用前景。

Claims

1.一种人造板用胶粘剂，其原料包括：分散介质、蛋白类物质、碱性化合物和交联增强剂；所述交联增强剂为单宁-乙二醛树脂。

2.根据权利要求1所述的人造板用胶粘剂，其特征在于，该胶粘剂包括以下重量份的原料：分散介质60～70份、蛋白类物质20～35份、碱性化合物0.5～3份和交联增强剂1～8份；

优选地，该胶粘剂包括以下重量份的原料：分散介质62～68份、蛋白类物质25～30份、碱性化合物1～2.5份和交联增强剂2～7份。

3.根据权利要求1或2所述的人造板用胶粘剂，其特征在于，所述分散介质为水；优选软化水。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的人造板用胶粘剂，其特征在于，所述蛋白类物质为脱脂豆蛋白、豆粕蛋白、花生粕蛋白或麻疯树种子蛋白；优选脱脂豆蛋白。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的人造板用胶粘剂，其特征在于，所述碱性化合物为碳酸钠、氢氧化钠或氢氧化钾；优选碳酸钠。

6.权利要求1～5任意一项所述人造板用胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：

1）使蛋白类物质和碱性化合物分散在分散介质中；

2）加入交联增强剂，搅拌均匀。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中，将碱性化合物和蛋白类物质加入分散介质后搅拌均匀，使获得的混合物在40～80℃，优选40～70℃下保温3～6小时。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤2）中，使步骤1）得到的混合物降温至25～35℃时加入交联增强剂，并搅拌均匀。

9.根据权利要求6～8任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述交联增强剂为单宁-乙二醛树脂，其合成工艺包括：将100重量份落叶松栲胶、120重量份乙二醛和80重量份水混合后搅拌，再加入40重量份强碱类化合物，再次搅拌；加热至90～95℃，开始测粘度，反应至粘度为29～31秒，降温至40～45℃出料，即得；所述强碱类化合物为氢氧化钠或氢氧化钾。

10.利用权利要求1～5任意一项所述的人造板用胶粘剂的胶合板，其中人造板用胶粘剂的涂胶量为280～320g/m²。