CN103802182A - 胶合板单板强化改性用组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种胶合板单板强化改性用组合物及其制备方法，该组合物主要由水、淀粉、聚乙烯醇、30w/w%双氧水、水玻璃、OP-10乳化剂、山梨酸、过硫酸钾和苯乙烯制备而成，上述各原料按重量份的配比为：水1000份、淀粉45～60份、聚乙烯醇25～35份、30w/w%双氧水2.5～4份、水玻璃40～50份、OP-10乳化剂1.5～2份、山梨酸3～4份、过硫酸钾1.5～2.5份、苯乙烯170～210份。本发明在淀粉-聚乙烯醇-二氧化硅-乳化剂混合体系中，过硫酸钾引发苯乙烯和淀粉接枝聚合，形成苯乙烯-淀粉共聚物乳液。采用本发明组合物处理后的单板制造胶合板，其强度、硬度等物理力学性能得到提高，而且变形性得到降低。

Description

胶合板单板强化改性用组合物及其制备方法

技术领域

本发明属木材加工技术领域，具体是一种胶合板单板强化改性用组合物及其制备方法。

背景技术

胶合板既具有天然木材的优点，又可弥补天然木材自然存在的一些缺陷，如节眼、幅面小、变形、纵横力学差异性大等。故在家具制造、室内装修、造船、军工、车厢、包装及其他工业部门获得广泛应用。

现在我国胶合板生产用的单板，大多是以人工种植的杨木、桦木、桉木、松木等速丰林为原料。目前，我国杨木胶合板产量占胶合板总产量的50%以上，而杨木等人工速丰林木材材质疏松，硬度、密度偏低，且尺寸稳定性较差，使得采用这些木材生产的胶合板，在一些要求强度较大、硬度较高、变形性较小的场合应用受到限制。

黄河浪、赵明、胡启龙等在中国专利申请号为201110188057.5的专利申请中，提出了一种增强木质单板的制造方法：浸渍酚醛树脂并植入玻纤、碳纤，经固化增强木质单板；雷响在中国专利申请号为200620054709.0的专利申请中，提出在胶合板表面木皮设置耐磨层，热压得到高耐磨性多层强化实木复合地板；杨天宝在中国专利申请号为201020272078.6的专利申请中，提出一种纤维强化集装箱底板：由玄武岩纤维网布和胶合板组成，玄武岩纤维网布覆贴于胶合板上形成强化层，制得的集装箱底板具有强度高、抗冲击、耐磨、耐腐蚀等优良性能；刘丽丽研究了80℃和90℃熏烟热处理杨木原木，并用之切成单板制作胶合板，样品的强度、吸水厚度膨胀率、尺寸稳定性等物理力学性能得到一定的改善（刘丽丽;应用熏烟热处理技术提高杨木胶合板性能的研究[D];浙江农林大学;2010年）；刘书渊研究了硅溶胶-聚磷酸铵溶液处理杨木单板，制备阻燃杨木胶合板，胶合强度高于国家标准，弹性模量胶普通杨木胶合板提高了27%（刘书渊;陶瓷化阻燃杨木胶合板的初步研究[D];河南农业大学;2008年）。

上述专利技术均为主要通过复合无机纤维起到强化胶合板作用；熏烟热处理对木材的强度、硬度的改善则是非常有限的；用硅溶胶-聚磷酸铵处理杨木单板时，起强化木材作用的是硅溶胶。聚磷酸铵主要是产生阻燃效果，对木材的物理力学性能提高的贡献微不足道，甚至还可能有负面影响。而单一的无机硅溶胶作为成膜物质，加上吸潮性较强的聚磷酸铵的存在，可能会导致木材干燥后耐水性不理想、脆性较大。

目前尚未见有能有效改善胶合板物理力学性能及变形性问题的产品的相关报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种胶合板单板强化改性用组合物及其制备方法，使采用该组合物处理后的单板制造的胶合板，其强度、硬度等物理力学性能得到提高，且变形性得到降低。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

本发明胶合板单板强化改性用组合物主要由水、淀粉、聚乙烯醇、30w/w%双氧水、水玻璃、OP-10乳化剂、山梨酸、过硫酸钾和苯乙烯制备而成，上述各原料按重量份配比为：水1000份、淀粉45～60份、聚乙烯醇25～35份、30w/w%双氧水2.5～4份、水玻璃40～50份、OP-10乳化剂1.5～2份、山梨酸3～4份、过硫酸钾1.5～2.5份、苯乙烯170～210份，其中山梨酸需配成20%的水溶液后使用，过硫酸钾需配成10%的水溶液后使用。

本发明所述的水采用洁净的自来水。

本发明所述淀粉采用玉米淀粉、马铃薯淀粉和木薯淀粉中的任一种。

本发明所述聚乙烯醇采用聚合度为500～1750、醇解度为85～100%的任一种。

本发明所述水玻璃采用模数3.1～2.5、密度为1.37～1.56的水玻璃。

本发明胶合板单板强化改性用组合物的制备方法，是按以下操作步骤进行制备：在反应釜中加入水和淀粉，搅拌分散均匀后升温至50～60℃，搅拌下加入聚乙烯醇，升温至85～95℃使聚乙烯醇溶解完全，用磷酸调整pH=2～3，加入30w/w%双氧水，搅拌保温80～95℃30min后慢慢加入配方中水玻璃的2/3量和全部的OP-10乳化剂，搅拌均匀后于0.3～0.4hr内滴加完山梨酸溶液，搅拌保温80～95℃反应20～30min，再滴加剩余量的水玻璃，并于1～1.2hr内滴加完，然后用磷酸调整pH=7.5～8.5，再加入配方中过硫酸钾的1/5量配制的水溶液，搅拌10min后在回流条件下于2hr内滴加完苯乙烯和过硫酸钾的3/5量配制的水溶液，最后一次性加入剩余的过硫酸钾配制的水溶液，搅拌保温80～95℃反应60min，冷却至40～50℃后出料，即得到用于强化处理胶合板单板的组合物。

所述在强化处理胶合板单板时，采用稀释1～1.5倍的组合物水溶液作为浸注液。

所述浸注液采用常压直接浸泡法强化处理胶合板单板，或是在压力罐中进行满细胞法空细胞法、循环浸注法（双空细胞法）或真空-加压交替浸注法浸注强化处理胶合板单板。

本发明产品的制备原理及具有的有益效果如下：

在制备组合物时，淀粉、聚乙烯醇先被溶解完全，糊化后的淀粉在弱酸性下被双氧水部分氧化。水玻璃加入后在酸性条件和乳化剂存在下，慢慢形成二氧化硅胶体。聚乙烯醇、淀粉系多羟基化合物，具有稳定二氧化硅胶体的作用，并且二氧化硅胶体的≡（Si－O－Si）≡网状结构与聚乙烯醇的—（CH2－CHOH）—_n分子链能形成半IPN（互穿网络）聚合物，从而使二氧化硅胶体能稳定存在于体系中。在淀粉-聚乙烯醇-二氧化硅-乳化剂混合体系中，过硫酸钾引发苯乙烯和淀粉接枝聚合，形成苯乙烯-淀粉共聚物乳液。

将木材单板浸注本发明组合物并干燥后，聚乙烯醇、淀粉、苯乙烯-淀粉高聚物等有机高分子进入≡（Si－O－Si）≡网状结构的间隙中，与木材纤维一起交联形成无机-有机复合材料，从而达到对木材单板的有效改性，提高了胶合板的强度、硬度等物理力学性能，而且降低了变形性。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

制备胶合板单板强化改性用组合物：反应釜加入自来水1000kg和玉米淀粉45kg，搅拌分散均匀后升温至60℃，搅拌下加入型号100-27的聚乙烯醇（聚合度为1700±50、醇解度为99%～100%）28kg，升温至95℃使聚乙烯醇溶解完全，加入30w/w%双氧水4kg，用75w/w%的磷酸（约0.85kg）调整pH=2.5，搅拌保温90～95℃反应30min后慢慢加入模数3.1、密度1.37的水玻璃26.5kg和OP-10乳化剂1.5kg，搅拌均匀后滴加质量浓度为20%的山梨酸水溶液15kg（0.35hr内滴加完），搅拌保温90～95℃反应20min，再滴加剩余的13.5kg水玻璃（1hr内滴加完），然后用75w/w%的磷酸（约6.2kg）调整pH=7.5，加入质量浓度为10%的过硫酸钾水溶液3kg，搅拌10min后在回流条件下滴加苯乙烯180kg和质量浓度为10%的过硫酸钾水溶液9kg（2hr内滴加完），最后一次性加入剩余的质量浓度为10%的过硫酸钾水溶液（约3kg），搅拌保温90～95℃反应60min，冷却至40℃后出料，即可用于强化处理胶合板单板。

实施例2

制备胶合板单板强化改性用组合物：反应釜加入自来水5000kg和木薯淀粉300kg，搅拌分散均匀后升温至50℃，搅拌下加入088-05型号的聚乙烯醇（聚合度为500±50、醇解度为87%～89%）175kg，升温至85℃使聚乙烯醇溶解完全，加入30w/w%双氧水12.5kg，用75w/w%的磷酸（约4.5kg）调整pH=2，搅拌保温80～85℃反应30min后慢慢加入模数2.5、密度1.56的水玻璃150kg和OP-10乳化剂10kg，搅拌均匀后滴加质量浓度为20%的山梨酸水溶液87.5kg（0.3hr内滴加完），搅拌保温80～85℃反应30min，再滴加剩余的75kg水玻璃（1.2hr内滴加完），然后用75w/w%的磷酸（约35kg）调整pH=8.0，加入质量浓度为10%的过硫酸钾水溶液25kg，搅拌10min后在回流条件下滴加苯乙烯850kg和质量浓度为10%的过硫酸钾水溶液75kg（2hr内滴加完），最后一次性加入剩余的质量浓度为10%的过硫酸钾水溶液（约25kg），搅拌保温80～85℃反应60min.，冷却至45℃后出料备用。

实施例3

制备胶合板单板强化改性用组合物：反应釜加入自来水1000kg和马铃薯淀粉50kg，搅拌分散均匀后升温至55℃，搅拌下加入098-60型号的聚乙烯醇（聚合度为2400±50、醇解度为98%～99%）25kg，升温至95℃使聚乙烯醇溶解完全，加入30w/w%双氧水3kg，用75w/w%的磷酸（约7kg）调整pH=3，搅拌保温85～90℃反应30min后慢慢加入模数2.8、密度1.45的水玻璃33kg和OP-10乳化剂1.8，搅拌均匀后滴加质量浓度为20%的山梨酸水溶液20kg（0.4hr内滴加完），搅拌保温85～90℃反应25min，再滴加剩余的17kg水玻璃（1.1hr内滴加完），然后用75w/w%的磷酸（约8kg）调整pH=8.5，加入质量浓度为10%的过硫酸钾水溶液3.6kg，搅拌10min后在回流条件下滴加苯乙烯210kg和质量浓度为10%的过硫酸钾水溶液10.8kg（2hr内滴加完），最后一次性加入剩余的质量浓度为10%的过硫酸钾水溶液（约3.6kg），搅拌保温85～90℃反应60min，冷却至50℃后出料备用。

实施例4

强化处理胶合板单板：取实施例1制备得的组合物50kg，加自来水75kg稀释搅拌均匀后，作为浸注液常压浸泡厚2.2mm、含水率25%的杨木单板。24hr后取出沥干，自然晒晾干燥至含水率10%。取样测定得强化处理后单板增重率为25.6%。

实施例5

强化处理胶合板单板：取实施例2制备得的组合物6T，加自来水6T稀释搅拌均匀后，作为浸注液满细胞法浸注厚2.5mm、含水率20%的桉木单板（前真空真空度为－0.085MPa，时间20min.；加压压力为1.5MPa，时间1.0hr.；后真空真空度为－0.085MPa，时间5min.）。出料后自然晒晾干燥至含水率10%。取样测定得强化处理后单板增重率为30.2%。

实施例6

强化胶合板生产：取实施例4得到的强化处理后的单板，按普通胶合板生产工艺进行单板拼接、施胶、组坯、预压、热压及砂光，制作9mm厚5层胶合板。

对比例1

常规胶合板生产：取未处理过的厚2.2mm、含水率10%的杨木单板，按实施例6同样工艺进行拼接、施胶、组坯、预压、热压及砂光，制作9mm厚5层胶合板。

实施例7

强化胶合板生产：取实施例5得到的强化处理后的单板，按实施例6同样工艺进行单板拼接、施胶、组坯、预压、热压及砂光，制作6mm厚3层胶合板。

对比例2

常规胶合板生产：取未处理过的厚2.5mm、含水率10%的桉木单板，按实施例6同样工艺进行拼接、施胶、组坯、预压、热压及砂光，制作6mm厚3层胶合板。

实施例8

生产线生产强化胶合板：将实施例3制备得的组合物稀释1倍后，常压浸泡厚2.2mm的桦木单板48hr；处理后干燥后单板含水率10～12%，增重率平均为28.3%；制板工艺同实施例6，制作9mm厚5层胶合板。

胶合板物理力学性能测定结果见下表：

注：①胶合强度按GB9846.3-2004Ⅱ类胶合板要求测定；

②静曲强度和弹性模量按GB/T17657-1999之4.9测定；

③硬度按GB/T17657-1999之4.23测定；

④变形性测定方法为：裁取2张400×400mm的胶合板，放入40℃，相对湿度为60%的恒温恒湿箱中7d，然后在温度为65℃的烘箱中干燥5hr.，取出立即分别测量出板面4个角的翘曲高度。变形性以2张板4个角的翘曲高度之和除以2表示。

Claims (8)

1.一种胶合板单板强化改性用组合物，其特征在于，它主要由水、淀粉、聚乙烯醇、30w/w%双氧水、水玻璃、OP-10乳化剂、山梨酸、过硫酸钾和苯乙烯制备而成，上述各原料按重量份的配比为：水1000份、淀粉45～60份、聚乙烯醇25～35份、30w/w%双氧水2.5～4份、水玻璃40～50份、OP-10乳化剂1.5～2份、山梨酸3～4份、过硫酸钾1.5～2.5份、苯乙烯170～210份，其中山梨酸需配成20%的水溶液后使用，过硫酸钾需配成10%的水溶液后使用。

2.根据权利要求1所述的胶合板单板强化改性用组合物，其特征在于，所述的水采用洁净的自来水。

3.根据权利要求1所述的胶合板单板强化改性用组合物，其特征在于，所述淀粉采用玉米淀粉、马铃薯淀粉和木薯淀粉中的任一种。

4.根据权利要求1所述的胶合板单板强化改性用组合物，其特征在于，所述聚乙烯醇采用聚合度为500～1750、醇解度为85～100%的任一种。

5.根据权利要求1所述的胶合板单板强化改性用组合物，其特征在于，所述水玻璃采用模数3.1～2.5、密度为1.37～1.56的水玻璃。

6.根据权利要求1所述胶合板单板强化改性用组合物的制备方法，其特征在于，按以下操作步骤进行制备：在反应釜中加入水和淀粉，搅拌分散均匀后升温至50～60℃，搅拌下加入聚乙烯醇，升温至85～95℃使聚乙烯醇溶解完全，用磷酸调整pH=2～3，加入30w/w%双氧水，搅拌保温80～95℃30min后慢慢加入配方中水玻璃的2/3量和全部的OP-10乳化剂，搅拌均匀后于0.3～0.4hr内滴加完山梨酸溶液，搅拌保温80～95℃反应20～30min，再滴加剩余量的水玻璃，并于1～1.2hr内滴加完，然后用磷酸调整pH=7.5～8.5，再加入配方中过硫酸钾的1/5量配制的水溶液，搅拌10min后在回流条件下于2hr内滴加完苯乙烯和过硫酸钾的3/5量配制的水溶液，最后一次性加入剩余的过硫酸钾配制的水溶液，搅拌保温80～95℃反应60min，冷却至40～50℃后出料，即得到用于强化处理胶合板单板的组合物。

7.根据权利要求6所述胶合板单板强化改性用组合物的制备方法，其特征在于，强化处理胶合板单板时，采用稀释1～1.5倍的组合物水溶液作为浸注液。

8.根据权利要求7所述胶合板单板强化改性用组合物的制备方法，其特征在于，所述浸注液采用常压直接浸泡法强化处理胶合板单板，或者是在压力罐中进行满细胞法空细胞法、循环浸注法或真空-加压交替浸注法浸注强化处理胶合板单板。