CN103881652B

CN103881652B - 一种硅烷偶联剂增强改性豆饼基胶黏剂及其制备方法

Info

Publication number: CN103881652B
Application number: CN201410066893.XA
Authority: CN
Inventors: 张利雄; 白德军; 沈如伟; 王重庆
Original assignee: Nanjing Tech University
Current assignee: Nanjing Tech University
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2017-09-29
Anticipated expiration: 2034-02-26
Also published as: CN103881652A

Abstract

本发明涉及一种硅烷偶联剂增强改性豆饼基胶黏剂及其制备方法，其特征在于其原料组份及各组份的重量份分别为：水100重量份，豆饼粉20～40重量份，硅烷偶联剂1～10重量份，酸酐类改性剂1～10重量份，引发剂0.1～1重量份。首先将豆饼溶于自来水中，调整反应温度至30～60℃，搅拌至均匀，加入改性剂，接着加入硅烷偶联剂，最后加入引发剂，反应30～120min即可，后室温闭口保存。该制备方法简单、可重复性强。合成过程中没有使用甲醛或者剧毒物质作为原料，是环保胶黏剂，其机理是利用改性剂使硅烷偶联剂中的活性基团与豆饼中活性基团进行交联共聚，提高了豆基胶黏剂的耐水性以及可操作性。

Description

一种硅烷偶联剂增强改性豆饼基胶黏剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及木材胶黏剂领域，具体是涉及一种硅烷偶联剂增强改性豆饼基胶黏剂及其制备方法。

背景技术

随着森林资源的日益减少，而市场对木制品需求量与日俱增，人造板产业因其木材利用率高而得以高速发展，2012年我国人造板总产量已达2.23亿立方米，比2011年增长6.7%。

人造板的生产制造需要使用大量的胶黏剂，市场上的木材胶黏剂主要是三醛胶。2012年我国林产工业三醛胶用量已达到1387.4万t（固体含量100%计，以下数据相同）；脲醛树脂（包括改性脲醛树脂）为1237.4万t，占产量的89.17%；酚醛树脂104.27万t，占全部产量的7.52%；三聚氰胺脲醛树脂46万t，占全部产量的3.32%。三醛胶的原料均来自于石油化工产品，资源有限，不能可持续性利用。另外，三醛胶固化前后都会有大量的游离甲醛的释放，因此存在严重的环保问题，不利于林产工业的长期发展。

目前，已经有多种环保木材胶黏剂，包括豆基胶黏剂、动物胶、血胶、酪素胶等。其中动物胶、血胶具有较好的粘结性，但是其原料很受限制，难以大规模应用。豆基胶黏剂的主要原料为大豆，其资源极其丰富，世界大豆总产量于2013年已达2.878亿吨。另外，原料的可持续增长、经济环保也为豆基胶黏剂大规模工业化打下了坚实的基础。因此，世界各国科学家把目光转向了改性豆基胶黏剂。

Sun和Huang发现用尿素与盐酸胍对大豆分离蛋白进行改性,可以使豆胶的胶合强度得到提高，并且胶黏剂渗透效果更好（Huang,W.N.and Sun,J.Am.Oil.Chem.Soc.2000.77.705)，但是这种改性依然很难达到室内板标准的要求。美国专利US2004/0089418A1、US2005/0282988A1，公开了利用聚氨酰胺环氧氯丙烷（PAE)改性大豆，此方法在很大程度上提高了胶黏剂的耐水性能，但由于PAE在胶黏剂中使用比重较多，使得成本过高，限制了其适用范围。CN101497777A公开了一种新的木材胶黏剂制备方法，该方法以甲醛与苯酚综合改性脱脂豆粉，使制备的豆基胶黏剂耐水性极好，甚至能达到酚醛树脂水平，但是在使用过程中有甲醛的释放，不能满足人们对环保的要求。CN103087672A公开了一种用复合交联剂对豆粕进行改性的方法，制备的豆基胶黏剂能够达到二类板标准，但是复合交联剂含有异腈酸酯等剧毒物质，会对人体造成伤害。WO2010/065758A2中使用了一种新型交联剂改性大豆蛋白，改性后的大豆蛋白胶黏剂耐水效果较好，达到美国室内板标准，但是因其使用了大量的环氧氯丙烷，对人体具有潜在的健康威胁。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术中胶黏剂耐水性差、价格较高、不环保的缺点，而提供了一种硅烷偶联剂增强改性豆饼基胶黏剂，本发明的另一目的是提供上述胶黏剂的制备方法，利用新的化学改性方法对豆饼进行改性，可获得一种环保的、价格合理的、耐水性较好的不添加任何醛类或者剧毒类的木材胶黏剂。该方法具有可重复性强，工艺简单等特点。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种硅烷偶联剂增强改性豆饼基胶黏剂，其特征在于其原料组份及各组份的重量份分别为：水100重量份，豆饼粉20～40重量份，硅烷偶联剂1～10重量份，酸酐类改性剂1～10重量份，引发剂0.1～1重量份。

本发明还提供了上述硅烷偶联剂增强改性豆饼基胶黏剂的制备方法，其具体步骤如下：首先加热至30～60℃，将20～40重量份豆饼粉搅拌溶于100重量份自来水中，搅拌至分散均匀，后加入酸酐类改性剂1～10重量份，接着加入硅烷偶联剂1～10重量份，最后加入引发剂0.1～1重量份，搅拌30～120min，制得硅烷偶联剂增强改性豆饼基胶黏剂。

优选上述的豆饼粉为脱脂大豆饼粉；豆饼粉细度过100目筛；豆饼粉的蛋白质质量含量介于40%～60%之间。

优选所述的酸酐类改性剂为丁酸酐、乙酸酐、苯甲酸酐或马来酸酐。优选所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-560、硅烷偶联剂KH-570或硅烷偶联剂KH-580。优选所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾，过氧化化氢或过氧化苯甲酰。

有益效果：

（1）本发明提供的硅烷偶联剂增强改性豆饼基胶黏剂所采用的原料均无剧毒或者易挥发药品，不污染环境，能达到环保要求；（2）本发明提供的硅烷偶联剂增强改性豆饼基胶黏剂所制胶合板有较好的耐水性，能够达到国家二类板标准；（3）本发明提供的硅烷偶联剂增强改性豆饼基胶黏剂成本较低，具有工业化的潜力；（4）本发明提供的硅烷偶联剂增强改性豆饼基胶黏剂的制备方法简单，可重复性强，易于用于工业化。

具体实施方式：

为了更好的说明解释本发明的技术方案，特列以下实施例，特别要强调的是本发明不仅仅局限于下面的实施例中，这些实施例仅仅用于进一步阐述本发明。

胶合板的制作：三层杨木板经过涂胶、陈放、热压过程而得到，其中，涂胶量为450g/m²(s双面)，涂胶后立即在室温下闭口陈放5min，后热压，热压条件为：温度为170℃，压力为1.5MPA，热压时间为6min;热压后胶合板在室温下陈放24h，后进行相关标准检测。

胶合板检测标准：国内二类板标准GB/T17657～1999，具体为：将试样放入（63±3℃）水浴中浸渍三个小时，取出后室温下冷却10min，浸渍试样时应将试样全部浸入水中。后把试样加紧于试验机的一对活动夹具中，使成一直线，试件中心应通过夹具的轴线，以对等速度破坏试样，加荷速度为10MPA/min,记下最大载荷，并精确至10N。

实施例1

首先向250ml三口烧瓶中加入100ml水，调整反应温度至35℃，将25g用豆饼粉（豆粉细度过100目筛，蛋白质含量为45%）搅拌溶于水中，至豆粉分散均匀，加入马来酸酐10g，接着加入1.5g硅烷偶联剂KH～550，搅拌均匀后，加入引发剂过硫酸钾0.2g，后搅拌30min，室温闭口保存，即得到硅烷偶联剂增强改性的豆饼基木材胶黏剂。

将制备好的胶黏剂对杨木单板进行粘结，经检测，其胶合强度为1.2MPA。能够通过国家二类板标准。

实施例2

首先向250ml三口烧瓶中加入100ml水，调整反应温度至60℃，将40g豆饼粉（豆粉细度过100目筛，蛋白质含量为55%）慢慢加入烧瓶中，至豆饼粉分散均匀，加入丁酸酐9.5g，接着加入8g硅烷偶联剂KH～570，搅拌均匀后，加入引发剂过硫酸铵1g，后搅拌90min，室温闭口保存，即得到硅烷偶联剂增强改性的豆饼基木材胶黏剂。

将制备好的胶黏剂对杨木单板进行粘结，经检测，其胶合强度为1.1MPA。能够通过国家二类板标准。

实施例3

首先向250ml三口烧瓶中加入100ml水，调整反应温度至45℃，将30g豆饼粉（豆粉细度过100目筛，蛋白质含量为50%）慢慢加入烧瓶中，至豆饼粉分散均匀，加入苯甲酸酐2g，接着加入5g硅烷偶联剂KH-580，搅拌均匀后，加入引发剂过氧化苯甲酰0.6g，后搅拌110min，室温闭口保存，即得到硅烷偶联剂增强改性豆饼基胶黏剂。

将制备好的胶黏剂对杨木单板进行粘结，经检测，其胶合强度为0.9MPA。能够通过国家二类板标准。

实施例4

首先向250ml三口烧瓶中加入100ml水，调整反应温度至50℃，将35g豆饼粉（豆粉细度过100目筛，蛋白质含量为48%）慢慢加入烧瓶中，至豆饼粉分散均匀，加入乙酸酐8g，接着加入9g硅烷偶联剂KH-550,搅拌均匀后，加入引发剂过硫酸铵0.15g，后搅拌100min，室温闭口保存，即得到硅烷偶联剂增强改性豆饼基胶黏剂。

将制备好的胶黏剂对杨木单板进行粘结，经检测，其胶合强度为0.8MPA。能够通过国家二类板标准。

实施例5

首先向250ml三口烧瓶中加入100ml水，调整反应温度至40℃，将22g豆饼粉（豆粉细度过100目筛，蛋白质含量为52%）加入三口烧瓶中，搅拌至分散均匀，加入马来酸酐9g，接着加入3g硅烷偶联剂KH-570，搅拌均匀后，加入引发剂过硫酸铵0.9g，后搅拌40min，室温闭口保存，即得到硅烷偶联剂增强改性豆饼基胶黏剂。

将制备好的胶黏剂对杨木单板进行粘结，经检测，其胶合强度为1.0MPA。能够通过国家二类板标准。

Claims

1.一种硅烷偶联剂增强改性豆饼基胶黏剂，其特征在于其原料组份及各组份的重量份分别为：水100重量份，豆饼粉20～40重量份，硅烷偶联剂1～10重量份，酸酐类改性剂1～10重量份，引发剂0.1～1重量份。

2.一种制备如权利要求1所述的硅烷偶联剂增强改性豆饼基胶黏剂的方法，其具体步骤如下：首先将容器中的水加热至30～60℃，将20～40重量份豆饼粉搅拌溶于100重量份水中，搅拌至分散均匀，后加入酸酐类改性剂1～10重量份，接着加入硅烷偶联剂1～10重量份，最后加入引发剂0.1～1重量份，搅拌30～120min，制得硅烷偶联剂增强改性豆饼基胶黏剂。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的豆饼粉为脱脂大豆饼粉；豆饼粉细度过100目筛；豆饼粉的蛋白质质量含量介于40％～60％之间。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的酸酐类改性剂为丁酸酐、乙酸酐、苯甲酸酐或马来酸酐。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-560、硅烷偶联剂KH-570或硅烷偶联剂KH-580。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化氢或过氧化苯甲酰。