CN104178083A

CN104178083A - 一种无醛豆粕基人造板胶粘剂及其制备方法

Info

Publication number: CN104178083A
Application number: CN201410413991.6A
Authority: CN
Inventors: 罗晶; 高强; 李建章
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2014-08-21
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2014-12-03

Abstract

本发明公开了一种无醛豆粕基人造板胶粘剂及其制备方法，由分散介质60-70份、脱脂豆蛋白粉20-35份、氢氧化钠0.1-0.8份、聚乙二醇5-10份、亚硫酸氢钠0.5-3份、交联增强剂0.1-2.0份、苯甲酸钠1-5份制备而成；制备方法为将脱脂豆蛋白粉、交联增强剂、氢氧化钠、亚硫酸氢钠、聚乙二醇加入分散介质中，搅拌均匀后，在60-80℃下保温3-6小时；再将得到的混合物物降温至25-35℃时加入苯甲酸钠，并搅拌均匀；本发明的优点在于：方法工艺简单，操作方便，生产的胶粘剂不含甲醛，主要原料来源于可再生物质，安全环保。

Description

一种无醛豆粕基人造板胶粘剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种人造板胶粘剂，具体地说是一种无醛豆粕基人造板胶粘剂及其制备方法，属于人造板胶粘剂领域。

背景技术

随着人民生活水平的提高和建筑、装饰装修、包装等行业的持续稳定发展，我国人造板产量迅速增长。2013年，我国人造板总产量2.72亿m³，约占世界总产量的50%。其中刨花板1358万m³，同比增长5.3%；纤维板5983万m³，同比增长4.0%；胶合板1.57亿m³，同比增长10.5%。人造板总产量、胶合板产量、家具产量、木质地板产量连续多年位居世界首位。

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。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，但是不能完全消除其制品甲醛释放，并且不少企业生产的人造板及其制品（家具、木地板、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，这些技术方法都存在着诸多缺陷。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甲醛释放量，但是产品胶合强度也往往降低，不能满足使用要求；并且可导致固化时间延长，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，但是往往同时降低人造板胶合强度；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；采用普通蛋白胶粘剂制备人造板胶合强度低，人造板易开胶。综上所述，上述措施虽然能够有效降低人造板游离甲醛释放量，但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

为了解决上述问题，本发明设计了一种无醛豆粕基人造板胶粘剂及其制备方法，方法工艺简单，操作方便，生产的胶粘剂不含甲醛安全性高，也提高了胶粘剂的耐水胶接性能。

本发明的技术方案为：

一种无醛豆粕基人造板胶粘剂，由以下重量份的原料制备而成：

分散介质60-70份、脱脂豆蛋白粉20-35份、氢氧化钠0.1-0.8份、聚乙二醇5-10份、亚硫酸氢钠0.5-3份、交联增强剂0.1-2.0份、苯甲酸钠1-5份。

优选地：分散介质62-68份、脱脂豆蛋白粉25-30份、氢氧化钠0.2-0.8份、亚硫酸氢钠1-2份、聚乙二醇7-9份、交联增强剂0.5-1.5份、苯甲酸钠1-2份。

其中，所述交联增强剂的固体含量为100%；所述交联增强剂为丙烯酸接枝纳米洋麻纤维晶须；所述分散介质优选为软化水。

一种上述无醛豆粕基人造板胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）分散：将脱脂豆蛋白粉、交联增强剂、氢氧化钠、亚硫酸氢钠、聚乙二醇加入分散介质中，搅拌均匀后，在60-80℃下保温3-6小时；

（2）加苯甲酸钠：将步骤（1）得到的混合物物降温至25-35℃时加入苯甲酸钠，并搅拌均匀。

其中，所述交联增强剂为丙烯酸接枝纳米洋麻纤维晶须，其合成工艺为：将1mol纳米洋麻纤维素悬浮液置于四口烧瓶中恒温至80℃,用3.5mol/L过硫酸钾作为引发剂对其进行引发；然后加入1.8mol的丙烯酸单体反应，得到混合物；然后将聚合反应混合物用乙酸乙酯在室温下萃取除去丙烯酸聚合物；最后用旋转蒸发仪在50℃抽提得到本发明用交联增强剂。

所述纳米洋麻纤维素的直径为9-46nm，长径比为6-150。

本发明的优点在于：

1）本发明对豆蛋白进行处理后作为人造板用胶粘剂，不含有游离甲醛，胶接的人造板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）豆蛋白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）本发明的豆蛋白胶粘剂是利用脱脂豆蛋白粉加工而成，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）本发明的胶粘剂制备的胶合板达到国标中II类胶合板要求；利用自制丙烯酸接枝纳米洋麻纤维晶须可与大豆蛋白分子形成互传网络结构、晶须上的活性基团可与蛋白分子产生交联反应增加固化胶层交联密度、接枝晶须的存在诱导胶粘剂分子定向排列增加胶粘剂结晶区，从而提高胶粘剂的耐水胶接性能；

5）本发明采用的交联增强剂为纳米洋麻纤维接枝物，其主要成分为植物纤维，为可再生环保产品，有助于解决常规豆粕蛋白基胶粘剂增强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。

下面结合实施对本发明作进一步说明。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为重量百分数。

实施例1

软化水 68kg

氢氧化钠 0.2kg

脱脂豆蛋白粉 26kg

亚硫酸氢钠 1kg

交联增强剂 0.5kg

聚乙二醇 7kg

苯甲酸钠 1kg

1）按照上述重量配比称量各原料；

2）在配有搅拌器、温度计和冷凝装置的反应釜中，加入全部的软化水、交联增强剂、豆蛋白粉搅拌均匀，加入氢氧化钠、亚硫酸氢钠、聚乙二醇，搅拌均匀；

3）水浴加热至40-45℃，保温反应3小时；

4）反应物降温至30℃，加入苯甲酸钠，制成豆蛋白胶粘剂。

所述交联增强剂为丙烯酸接枝纳米洋麻纤维晶须，其合成工艺为：将1mol纳米洋麻纤维素悬浮液置于四口烧瓶中恒温至80℃,用3.5mol/L过硫酸钾作为引发剂对其进行引发，引发时间为15分钟；然后加入1.8mol的丙烯酸单体反应8小时，得到混合物；然后将聚合反应混合物用乙酸乙酯在室温下萃取24 h除去丙烯酸聚合物；最后用旋转蒸发仪在50℃抽提40min得到本发明用交联增强剂。

所述纳米洋麻纤维素的直径为9-46nm，长径比为6-150。

其中，胶粘剂的性能质量指标见表1。

实施例2

软化水 64 kg

氢氧化钠 0.4 kg

脱脂豆蛋白粉 29 kg

亚硫酸氢钠 1.5kg

增强剂 1.0kg

聚乙二醇 8kg

苯甲酸钠 1.5kg

1）按照上述重量配比称量各原料；

3）水浴加热至40-45℃，反应6小时；

4）反应物降温至30℃，加入苯甲酸钠，制成豆蛋白胶粘剂。

所述纳米洋麻纤维素的直径为9-46nm，长径比为6-150。

其中，胶粘剂的性能质量指标见表1。

实施例3

软化水 62 kg

氢氧化钠 0.8 kg

脱脂豆蛋白粉 29 kg

亚硫酸氢钠 2kg

增强剂 1.5kg

聚乙二醇 9kg

苯甲酸钠 1.5kg

1）按照上述重量配比称量各原料；

3）水浴加热至40-45℃，反应6小时；

4）反应物降温至30℃，加入苯甲酸钠，制成豆蛋白胶粘剂。

所述纳米洋麻纤维素的直径为9-46nm，长径比为6-150。

其中，胶粘剂的性能质量指标见表1。

表1 豆蛋白胶粘剂的性能指标

实施例4

产品性能对比试验

对照例：采用实施例1－3中的未加入交联增强剂的豆蛋白粘液作为胶粘剂对照例1－3；

实验例：分别采用本发明实施例1-3和对照例1-3产品制造三层400×400mm胶合板。

杨木单板：含水率干燥到6-10％；厚1.5mm；

单板胶粘剂采用本发明实施例1-3的产品和对照例1-3的产品。

按以下正常工艺制备胶合板：

（1）施胶：芯板双面施胶，涂胶量为310-330g/m²；

（2）陈化方式及时间：闭合陈化，20-30分钟；

（3）预压压力及时间：预压40分钟，压力0.9MPa；

（4）热压压力：1.0MPa，热压温度为125-135oC，热压时间为90s/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

实验结果表明，本发明无甲醛豆蛋白胶粘剂制造的胶合板的甲醛释放量都很低（为木材本体甲醛释放），胶合板的胶合强度在1.0MPa以上，达到国标中II类胶合板标准（杨木≥0.70MPa）。

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2000-4000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3000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。

本发明制备的胶粘剂可替代含甲醛的常规胶合板胶粘剂，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。

另外，本发明中所用原料均为本领域生产中常用原料，均可从市场中得到，且对于生产结果不会产生影响；本发明中所采用的各种设备，均为本领域生产工艺中使用的常规设备，且各设备的操作、参数等均按照常规操作进行，并无特别之处。

Claims

1.一种无醛豆粕基人造板胶粘剂，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：

2.根据权利要求1所述的无醛豆粕基人造板胶粘剂，其特征在于：分散介质62-68份、脱脂豆蛋白粉25-30份、氢氧化钠0.2-0.8份、亚硫酸氢钠1-2份、聚乙二醇7-9份、交联增强剂0.5-1.5份、苯甲酸钠1-2份。

3.根据权利要求1或2所述的无醛豆粕基人造板胶粘剂，其特征在于：所述交联增强剂的固体含量为100%；所述交联增强剂为丙烯酸接枝纳米洋麻纤维晶须。

4.根据权利要求1或2所述的无醛豆粕基人造板胶粘剂，其特征在于：所述分散介质为软化水。

5.一种如权利要求1-4任意一项所述的无醛豆粕基人造板胶粘剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的无醛豆粕基人造板胶粘剂的制备方法，其特征在于：所述交联增强剂为丙烯酸接枝纳米洋麻纤维晶须，其合成工艺为：将1mol纳米洋麻纤维素悬浮液置于四口烧瓶中恒温至80℃,用3.5mol/L过硫酸钾作为引发剂对其进行引发；然后加入1.8mol的丙烯酸单体反应，得到混合物；然后将聚合反应混合物用乙酸乙酯在室温下萃取除去丙烯酸聚合物；最后用旋转蒸发仪在50℃抽提得到本发明用交联增强剂。

7.根据权利要求6所述的无醛豆粕基人造板胶粘剂的制备方法，其特征在于：所述纳米洋麻纤维素的直径为9-46nm，长径比为6-150。