CN104449411B

CN104449411B - 一种胶黏剂及其制备方法和在植物纤维板或人造板中的应用

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Publication number: CN104449411B
Application number: CN201410750230.XA
Authority: CN
Inventors: 吴义强; 卿彦; 刘晓梅; 李新功; 张新荔
Original assignee: Central South University of Forestry and Technology
Current assignee: Central South University of Forestry and Technology
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2034-12-10
Also published as: CN104449411A

Abstract

本发明公开了一种胶黏剂，其主要由以下质量份数的组分配制而成：硅酸钠水溶液50～60份；卤水10～20份；纳米二氧化硅20～30份；填料6～8份；改性剂0.4～0.6份和稳定剂0.1～0.3份；其制备方法包括：先将氯化镁与硫酸镁按一定的摩尔比混合溶解，搅拌后得到卤水；向配得的卤水中加入硅酸钠水溶液，再向制得的硅酸钠‑卤水混合物中添加纳米二氧化硅得混合物；将填料添加到混合物中，搅拌均匀得半成品；向半成品中添加改性剂和稳定剂，得到胶黏剂成品。本发明的胶黏剂可在植物纤维板或人造板中作为无机胶黏剂的应用，具有无污染物释放、成本低廉等优点，能显著提高产品的强度、阻燃性和耐水性。

Description

一种胶黏剂及其制备方法和在植物纤维板或人造板中的应用

技术领域

本发明属于木材胶黏剂技术领域，尤其涉及一种胶黏剂及其制备方法和应用。

背景技术

我国森林覆盖率只占世界森林覆盖率的61.3%，排在世界第139位。全国人均占有森林面积相当于世界人均占有量的21.3%，人均森林蓄积量只有世界人均蓄积量的1/8。全国森林覆盖率仅为16.5%。显然，我国是一个森林资源相当稀缺的国家。因此，综合发展与利用其它生物质资源以替代森林资源迫在眉睫。

作为农业大国，我国以农作物秸秆为代表的植物纤维产量巨大，分布广，种类多。农作物秸秆年产量约为7亿吨，经技术处理后可进行利用的仅占约2.5%左右。由于这些植物纤维并未得到充分、合理地利用，且随意抛弃、焚烧现象严重，这不仅造成了严重的环境污染，而且导致了资源的巨大浪费。因此，加快推进农作物秸秆的综合利用，对于稳定农业生态平衡、缓解资源约束、减轻环境压力具有十分重要的意义。

目前，已有部分的农作物秸秆资源被用来生产制造植物纤维板，由于现有生产的植物纤维板广泛使用异氰酸酯作为胶黏剂，其价格昂贵，致使板材的粘接成本高，且此类板材具有易燃、吸潮、成型阶段能耗大等技术问题，这进一步制约了植物纤维板行业的发展。因此，开发具有高强度及阻燃性能于一体、价格低廉、板材生产能耗低的植物纤维用环保型胶黏剂，已迫在眉睫。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种无污染物释放、成本低廉、能显著提高产品的强度、阻燃性和耐水性的胶黏剂，还提供一种操作简单、方便、可产业化运作的该胶黏剂的制备方法及在植物纤维板或人造板中的应用。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种胶黏剂，所述胶黏剂主要由以下质量份数的组分配制而成：

硅酸钠水溶液：50～60份；

卤水：10～20份；

纳米二氧化硅：20～30份；

填料：6～8份；

改性剂：0.4～0.6份和

稳定剂：0.1～0.3份。

硅酸钠的模数（即SiO₂与Na₂O的比值）的选取是胶黏剂研制的关键因素之一，因为其直接影响胶黏剂的稳定性及粘接强度，模数增加，稳定性减弱；模数下降，粘接强度也降低。只有在最佳模数下，才能保证粘接强度及稳定性。上述的胶黏剂中，优选的，所述硅酸钠水溶液中溶质硅酸钠的模数为2.8～3.2。硅酸钠水溶液则呈淡黄色透明状溶液。

上述的胶黏剂中，优选的，所述卤水为氯化镁和硫酸镁的混合溶液，且卤水中氯化镁和硫酸镁的质量比为2.5～3.5:1，所述卤水中氯化镁和硫酸镁的总质量浓度为7%～9%。氯化镁一般选用六水氯化镁水合物，而硫酸镁可选用MgSO₄含量＞97%的七水硫酸镁水合物。本发明特制的卤水能大大改善胶合制品的耐火性能。

上述的胶黏剂中，优选的，所述纳米二氧化硅的纯度大于99.99 %，且水分＜0.01%。

上述的胶黏剂中，优选的，所述填料为氧化铜、氧化镁和氧化铝以2～4:1:1的质量比混合后形成的混合物。本发明中的填料不仅能起到骨架物质的作用，还能起到该胶黏剂配方中的固化剂作用。

上述的胶黏剂中，优选的，所述改性剂为磷酸三钠和立德粉的混合物，且磷酸三钠和立德粉的混合质量比为1:4～2。本发明优选的改性剂能在制品内部的孔壁、孔隙及空洞壁和制品外表面形成一层极薄的憎水薄膜，阻止了产品吸潮返卤过程的发生，并且在一定程度上进一步提高了胶黏剂的耐热性能。

上述的胶黏剂中，优选的，所述稳定剂为羧甲基纤维素钠。优选的羧甲基纤维素钠的分子链较短，其添加能显著提高混合物的均匀度，不仅大大提高胶黏剂溶液的稳定性，又能赋予其更佳的耐候性及耐高温性能。

上述的胶黏剂中，优选的，所述胶黏剂为不含有机物的无机胶黏剂。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将氯化镁与硫酸镁按一定的摩尔比混合溶解于水中，充分搅拌后得到卤水（淡黄色略透明）；

（2）按所述的质量份数向上述步骤（1）配得的卤水中加入硅酸钠水溶液，得到略带粘稠的硅酸钠-卤水混合物；

（3）向上述步骤（2）制得的硅酸钠-卤水混合物中添加所述质量份数的纳米二氧化硅；

（4）将所述质量份数的填料添加到上述步骤（3）得到的混合物中，搅拌均匀得半成品；

（5）向上述步骤（4）得到的半成品中添加所述质量份数的改性剂和稳定剂，得到胶黏剂成品。

上述的制备方法，优选的，所述步骤（2）中，所述硅酸钠水溶液是缓慢滴加到步骤（1）配得的卤水中，且滴加过程中及滴加完成后卤水均处于搅拌状态，搅拌转速控制在120r/min～140r/min，搅拌时间不少于30min。

上述的制备方法，优选的，所述步骤（4）中，所述填料中包含氧化铜、氧化镁和氧化铝，且填料的粒度小于200目（过200目筛）；所述氧化镁为85%轻烧氧化镁（米黄色），且其中活性氧化镁含量在65%以上，烧失量≤8。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述胶黏剂在植物纤维板或人造板中作为无机胶黏剂的应用。

本发明的上述技术方案创造性地提出了一种具有功能叠加和互补型的无机胶黏剂，而且将这种具有功能叠加型优点的无机胶黏剂应用于人造板或植物纤维板制造领域，通过上述多组分地复合配制，一方面可以大大提高无机胶结体系的韧性和胶合强度，另一方面能充分填充植物纤维空隙，形成交织状致密无隙的复合材料，既保持了无机胶黏剂无甲醛及其他有机污染物释放的优点，而且成本低廉，还能显著提高产品的阻燃性能和耐水性能。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）本发明所用的主要原料（例如硅酸钠、纳米二氧化硅、氧化铜、氧化镁、氯化镁等）均具有无毒、无污染的特点，保证了胶黏剂的环保性能；

2）通过多组分的复配以及改性剂、稳定剂等协同增效作用，使胶黏剂的高强度、强耐水性得到了有机统一；

3）本发明无机胶黏剂的制备工艺简单，配制方便，使用时只需直接添加和搅拌即可，便于实现大规模地工业化生产和应用；

4）本发明的无机胶黏剂可适用于全部的植物纤维胶粘领域，制得的板材具有无甲醛释放、尺寸稳定、强度高、耐水性强、不燃烧、不发烟等优异性能。

具体实施方式

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。

本发明的具体实施方式如下：

一种胶黏剂，其由以下质量份数的组分配制而成：

硅酸钠水溶液：50～60份；硅酸钠水溶液中溶质硅酸钠的模数为2.8～3.2；

卤水： 10～20份；卤水为氯化镁和硫酸镁的混合溶液，且卤水中氯化镁和硫酸镁的质量比为3:1，卤水中氯化镁和硫酸镁的总质量浓度为8%；氯化镁一般选用六水氯化镁水合物，而硫酸镁选用MgSO₄含量＞97%的七水硫酸镁水合物；

纳米二氧化硅：20～30份；纳米二氧化硅的纯度大于99.99 %，且水分＜0.01%；

填料：6～8份；填料为氧化铜、氧化镁和氧化铝以2:1:1的质量比混合后形成的混合物；氧化镁为85%轻烧氧化镁（米黄色），且其中活性氧化镁含量在65%以上，烧失量≤8；

改性剂：0.4～0.6份；改性剂为磷酸三钠和立德粉的混合物，且磷酸三钠和立德粉的混合质量比为1:3；

稳定剂：0.1～0.3份；稳定剂为羧甲基纤维素钠。

上述的胶黏剂为不含有机物的无机胶黏剂。

上述胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：

（2）按上述质量份数向步骤（1）配得的卤水中缓慢滴加硅酸钠水溶液，且滴加过程中及滴加完成后卤水均处于搅拌状态，搅拌转速控制在120r/min～140r/min，搅拌时间不少于30min，得到略带粘稠的硅酸钠-卤水混合物；

（4）将上述质量份数的填料添加到上述步骤（3）得到的混合物中，搅拌均匀得半成品；

上述胶黏剂可在植物纤维板或人造板中作为无机胶黏剂进行应用。

为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

实施例1：

一种本发明胶黏剂，其由以下质量份数的组分配制而成：

硅酸钠水溶液：50g；硅酸钠水溶液中溶质硅酸钠的模数为2.8；

卤水：10g；卤水为氯化镁和硫酸镁的混合溶液，且卤水中氯化镁和硫酸镁的摩尔比为3:1，卤水中氯化镁和硫酸镁的总质量浓度为8%；氯化镁选用六水氯化镁水合物，而硫酸镁选用MgSO₄含量＞97%的七水硫酸镁水合物；

纳米二氧化硅：20g；纳米二氧化硅的纯度大于99.99 %，且水分＜0.01%；

填料：6g；填料为氧化铜、氧化镁和氧化铝以3:1:1的质量比混合后形成的混合物；氧化镁为85%轻烧氧化镁（米黄色），且其中活性氧化镁含量在65%以上，烧失量≤8；

改性剂：0.4g；改性剂为磷酸三钠和立德粉的混合物，且磷酸三钠和立德粉的混合质量比为1:3；

稳定剂：0.1g；稳定剂为羧甲基纤维素钠。

上述本实施例的胶黏剂为不含有机物的无机胶黏剂。

上述本实施例的胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）在500ml容器中，加入9.2g的水，接着依次加入0.6g的氯化镁及0.2g的硫酸镁，匀速搅拌20min，使两者充分溶解，得到淡黄色略透明的特制卤水；

（2）向步骤（1）配得的卤水中缓慢滴加50g的硅酸钠水溶液，且滴加过程中及滴加完成后卤水均处于搅拌状态，搅拌转速控制在120r/min～140r/min，搅拌时间为30min，得到略带粘稠的硅酸钠-卤水混合物；

（3）向上述步骤（2）制得的硅酸钠-卤水混合物中添加20g的纳米二氧化硅，并搅拌均匀；

（4）将5g的填料添加到上述步骤（3）得到的混合物中，搅拌均匀得半成品；填料是由3g氧化铜、1g氧化镁、1g氧化铝匀质混合而成；

（5）向上述步骤（4）得到的半成品中添加0.4g的改性剂（磷酸三钠和立德粉）和0.1g的稳定剂羧甲基纤维素钠，得到胶黏剂成品。

上述胶黏剂可在植物纤维板或人造板中作为无机胶黏剂进行应用。该胶黏剂所压制的纤维板材静曲强度达到26.0MPa，内结合强度0.66MPa，胶合板的胶合强度达到0.82MPa，与现有异氰酸酯胶黏剂、醛类胶黏剂等所压制的板材的平均强度持平；但本发明胶黏剂所压制的板材的24h吸水厚度膨胀率仅为现有胶黏剂制品的70%。且能实现800℃明火下不燃烧，不发烟，且以无机材料为主要物质的本发明胶黏剂制品，耐候性能明显优于现有胶黏剂制品。

实施例2：

一种本发明胶黏剂，其由以下质量份数的组分配制而成：

硅酸钠水溶液：55g；硅酸钠水溶液中溶质硅酸钠的模数为3.0；

卤水：15g；卤水为氯化镁和硫酸镁的混合溶液，且卤水中氯化镁和硫酸镁的摩尔比为3:1，卤水中氯化镁和硫酸镁的总质量浓度为8%；氯化镁选用六水氯化镁水合物，而硫酸镁选用MgSO₄含量＞97%的七水硫酸镁水合物；

纳米二氧化硅：25g；纳米二氧化硅的纯度大于99.99 %，且水分＜0.01%；

填料：7g；填料为氧化铜、氧化镁和氧化铝以2:1:1的质量比混合后形成的混合物；氧化镁为85%轻烧氧化镁（米黄色），且其中活性氧化镁含量在65%以上，烧失量≤8；

改性剂：0.5g；改性剂为磷酸三钠和立德粉的混合物，且磷酸三钠和立德粉的混合质量比为1:3；

稳定剂：0.2g；稳定剂为羧甲基纤维素钠。

上述本实施例的胶黏剂为不含有机物的无机胶黏剂。

上述本实施例的胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）在500ml容器中，加入13.8g的水，接着依次加入0.9g的氯化镁及0.3g的硫酸镁，匀速搅拌20min，使两者充分溶解，得到淡黄色略透明的特制卤水；

（2）向步骤（1）配得的卤水中缓慢滴加55g的硅酸钠水溶液，且滴加过程中及滴加完成后卤水均处于搅拌状态，搅拌转速控制在120r/min～140r/min，搅拌时间为30min，得到略带粘稠的硅酸钠-卤水混合物；

（3）向上述步骤（2）制得的硅酸钠-卤水混合物中添加25g的纳米二氧化硅，并搅拌均匀；

（4）将7g的填料添加到上述步骤（3）得到的混合物中，搅拌均匀得半成品；填料是由3.5g氧化铜、1.75g氧化镁、1.75g氧化铝匀质混合而成；

（5）向上述步骤（4）得到的半成品中添加0.5g的改性剂（磷酸三钠和立德粉）和0.2g的稳定剂羧甲基纤维素钠，得到胶黏剂成品。

上述胶黏剂可在植物纤维板或人造板中作为无机胶黏剂进行应用。该胶黏剂所压制的纤维板材静曲强度达到26.2MPa，内结合强度0.67MPa，胶合板的胶合强度达到0.82MPa，与现有异氰酸酯胶黏剂、醛类胶黏剂等所压制的板材的平均强度持平。但本发明胶黏剂所压制的板材的24h吸水厚度膨胀率仅为现有胶黏剂制品的75%。且能实现800℃明火下不燃烧，不发烟，且以无机材料为主要物质的本发明胶黏剂制品，耐候性能明显优于现有胶黏剂制品。

实施例3：

一种本发明胶黏剂，其由以下质量份数的组分配制而成：

硅酸钠水溶液：60g；硅酸钠水溶液中溶质硅酸钠的模数为3.2；

卤水：20g；卤水为氯化镁和硫酸镁的混合溶液，且卤水中氯化镁和硫酸镁的摩尔比为3:1，卤水中氯化镁和硫酸镁的总质量浓度为8%；氯化镁选用六水氯化镁水合物，而硫酸镁选用MgSO₄含量＞97%的七水硫酸镁水合物；

纳米二氧化硅：30g；纳米二氧化硅的纯度大于99.99 %，且水分＜0.01%；

填料：8g；填料为氧化铜、氧化镁和氧化铝以2:1:1的质量比混合后形成的混合物；氧化镁为85%轻烧氧化镁（米黄色），且其中活性氧化镁含量在65%以上，烧失量≤8；

改性剂：0.6g；改性剂为磷酸三钠和立德粉的混合物，且磷酸三钠和立德粉的混合质量比为1:3；

稳定剂：0.3g；稳定剂为羧甲基纤维素钠。

上述本实施例的胶黏剂为不含有机物的无机胶黏剂。

上述本实施例的胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）在500ml容器中，加入18.4g的水，接着依次加入1.2g的氯化镁及0.4g的硫酸镁，匀速搅拌20min，使两者充分溶解，得到淡黄色略透明的特制卤水；

（2）向步骤（1）配得的卤水中缓慢滴加60g的硅酸钠水溶液，且滴加过程中及滴加完成后卤水均处于搅拌状态，搅拌转速控制在120r/min～140r/min，搅拌时间为30min，得到略带粘稠的硅酸钠-卤水混合物；

（3）向上述步骤（2）制得的硅酸钠-卤水混合物中添加30g的纳米二氧化硅，并搅拌均匀；

（4）将8g的填料添加到上述步骤（3）得到的混合物中，搅拌均匀得半成品；填料是由4.0g氧化铜、2.0g氧化镁、2.0g氧化铝匀质混合而成；

（5）向上述步骤（4）得到的半成品中添加0.6g的改性剂（磷酸三钠和立德粉）和0.3g的稳定剂羧甲基纤维素钠，得到胶黏剂成品。

上述胶黏剂可在植物纤维板或人造板中作为无机胶黏剂进行应用。该胶黏剂所压制的纤维板材静曲强度达到25.9MPa，内结合强度0.66MPa，胶合板的胶合强度达到0.80MPa，与现有异氰酸酯胶黏剂、醛类胶黏剂等所压制的板材的平均强度持平。但本发明胶黏剂所压制的板材的24h吸水厚度膨胀率仅为现有胶黏剂制品的68%。且能实现800℃明火下不燃烧，不发烟，且以无机材料为主要物质的本发明胶黏剂制品，耐候性能明显优于现有胶黏剂制品。

Claims

1.一种胶黏剂，其特征在于，所述胶黏剂主要由以下质量份数的组分配制而成：

硅酸钠水溶液：50～60份；所述硅酸钠水溶液中溶质硅酸钠的模数为2.8～3.2；

卤水：10～20份；所述卤水为氯化镁和硫酸镁的混合溶液；

纳米二氧化硅：20～30份；

填料：6～8份；所述填料为氧化铜、氧化镁和氧化铝以2～4:1:1的质量比混合后形成的混合物；

改性剂：0.4～0.6份和

稳定剂：0.1～0.3份；

所述胶黏剂为除稳定剂组分之外不含有机物的无机胶黏剂。

2.根据权利要求1所述的胶黏剂，其特征在于，所述卤水中氯化镁和硫酸镁的质量比为2.5～3.5:1，所述卤水中氯化镁和硫酸镁的总质量浓度为7%～9%。

3.根据权利要求1所述的胶黏剂，其特征在于，所述改性剂为磷酸三钠和立德粉的混合物，且磷酸三钠和立德粉的混合质量比为1:4～2，所述稳定剂为羧甲基纤维素钠。

4.一种如权利要求1～3中任一项所述胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将氯化镁与硫酸镁按一定的摩尔比混合溶解于水中，充分搅拌后得到卤水；

（2）按所述的质量份数向上述步骤（1）配得的卤水中加入硅酸钠水溶液，得到硅酸钠-卤水混合物；

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，所述硅酸钠水溶液是缓慢滴加到步骤（1）配得的卤水中，且滴加过程中及滴加完成后卤水均处于搅拌状态，搅拌转速控制在120r/min～140r/min，搅拌时间不少于30min。

6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中，所述填料中包含氧化铜、氧化镁和氧化铝，且填料的粒度小于200目；所述氧化镁为85%轻烧氧化镁，且其中活性氧化镁含量在65%以上，烧失量≤8。

7.一种如权利要求1～3中任一项所述胶黏剂在植物纤维板或人造板中作为无机胶黏剂的应用。