CN104449501A - 一种糠醛/木质素/异氰酸酯胶粘剂 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种糠醛/木质素/异氰酸酯胶粘剂，它包括以下组分：糠醛、木质素、具有两个或多个异氰酸酯基的异氰酸酯化合物。此胶粘剂不含甲醛成分，是一种环境友好胶粘剂，其主要原料糠醛和木质素均来自天然材料，可用于粘接各种类型的材料，尤其是粘接复合木材产品。

Description

一种糠醛/木质素/异氰酸酯胶粘剂

技术领域

本发明涉及木材用胶粘剂领域，具体涉及利用天然可再生材料生产胶粘剂的配方，生产方法和应用。

背景技术

胶粘剂是复合木材产品最重要的组分之一，对木材产品的质量具有关键的影响。复合木材产品对胶粘剂的需求量十分庞大。目前复合木材产品采用的胶粘剂主要是以石油化工原料为主的合成胶粘剂，如酚醛树脂，脲醛树脂，三聚氰胺树脂和异氰酸酯基树脂等。上述胶粘剂均为甲醛基合成树脂，而甲醛已被世界卫生组织划分为可使人类致癌物质。如果采用可再生的天然材料来替代或部分替代以石油为原料的合成材料来生产无醛类胶粘剂，可大大降低其对人类健康的影响；同时利用天然材料来合成绿色胶粘剂,对保护环境，减少碳的排放具有重大的积极意义。目前，中国是世界上最重要的人造板生产国之一，其人造板的产量已超过了欧美,成为世界第一。由此可见，在中国每年相应的胶粘剂用量应该以千万吨来计算，其市场前景十分广阔。

糠醛是从半纤维素通过酸催化水解得到的一种重要的可再生化工产品。半纤维素是一种主要的生物质原料，广泛存在于树木和农作物中。利用糠醛作为原材料生产胶粘剂可减少石油化工产品的使用，使相关的复合木材产品更具环保性。在酚醛树脂中利用糠醛部分替代甲醛生产的胶粘剂应用于定向刨花板的生产，其板材性能可与传统酚醛胶粘剂生产的板材媲美(Kim et al.,1994)。糠醛同样也可用来部分替代甲醛生产脲醛胶粘剂(Pizzi,1990)。利用糠醛部分替代甲醛的主要缺点是替代量有限，同时是胶的固化速度降低。

木质素是一种蕴藏于树木和其它植物中的天然聚合物，木质素在地球上的蕴藏量十分丰富，仅次于纤维素。木质素可用来部分替代苯酚制备酚醛树脂，但可能使其固化速度降低。美国专利(Schneider and Phillips 2004)公开了一种由糠醇，木质素，马来酸酐和铁，锌等化合物催化合成的胶粘剂。此胶粘剂含两组分：一组分含反应物糠醇，木质素及溶剂，另一组分含催化剂氯化锌，氯化铁水合物和马来酸酐。由这种胶粘剂生产的胶合板，其木破率高于80％，符合美国结构用胶合板标准PS1-83。

发明内容

本发明所涉及的是由绿色天然材料糠醛和木质素，通过异氰酸酯改性的糠醛/木质素/异氰酸酯胶粘剂。此胶粘剂不含甲醛成分，因此在生产，使用和最终产品中均没有任何甲醛释放，是一种环境友好胶粘剂。其主要原料糠醛和木质素均来自天然材料，大大降低了此胶粘剂对石油化工原料的依赖程度。此胶粘剂可用于粘接各种类型的材料，尤其是粘接复合木材产品。

本发明胶粘剂的主要组成成分含从半纤维素水解而来的天然化合物糠醛，从木材或其他生物质所得到的木质素。木质素一般为工业副产品，包括纸浆造纸副产品，工业提取副产品等。本胶粘剂还含有至少一种具有两个或多个异氰酸酯基的异氰酸酯化合物，如二甲基苯烷二异氰酸酯，甲苯二异氰酸酯等。

本胶粘剂三种主要组分配比无任何限制，即三种组分可任意混合生成这种胶粘剂。其中较好的配比含0-90％(所有的含量均以质量分数计算)的糠醛，0-70％的木质素和10-100％的异氰酸酯。更好的配比5-75％的糠醛，5-50％的木质素和20-90％的异氰酸酯。根据其实际应用，胶粘剂配比可以粘接材料，粘接条件和粘接性能来加以调节。

本发明胶粘剂合成工艺简单，各组分可以预先混合或在使用之前混合，然后应用于被粘接物质的表面。以下是两种不同的制备方法：1)将木质素制成粉末，干燥后在搅拌下溶解于糠醛中，此溶液在快速搅拌的条件下慢慢加入异氰酸酯，形成所得胶粘剂，然后根据需要加入其它助剂；2)将干燥的木质素粉末在搅拌的条件下慢慢加入异氰酸酯液体中，木质素可均匀分散在异氰酸酯中，在快速搅拌条件下，将糠醛慢慢加入木质素/异氰酸酯混合物中形成胶粘剂体系，最后根据需要加入其它助剂。此种胶粘剂可以在室温下固化，但一般在加热条件下加速固化。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步具体描述。应该指出，以下具体说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有说明，本发明使用的所有科学和技术术语具有与本发明所属技术领域人员通常理解的相同含义。

实施例1-5：

几种糠醛/木质素/异氰酸酯胶粘剂的配方如下：将糠醛，提取木质素和聚二苯基亚甲基二异氰酸酯按如下质量百分配比混合：糠醛/木质素/异氰酸酯百分配比分别为70/10/20，60/20/20和40/40/20；将糠醛，造纸副产物木质素和聚二苯基亚甲基二异氰酸酯按如下质量百分配比混合：糠醛/木质素/异氰酸酯百分配比分别为70/10/20和50/30/20。

以上配方按如下工艺制备形成胶粘剂：将木质素制成粉末，干燥后在搅拌下溶解于糠醛中，此溶液在快速搅拌的条件下慢慢加入聚二苯基亚甲基二异氰酸酯，形成所得胶粘剂。

实施例6：

所有配方通过在不同胶合条件下测试胶合试样的剪切强度来评估其胶接性能。同时测试一种工业用酚醛树脂胶粘剂(PF)作为对比。胶接试样采用单板厚度为0.8 mm,试样尺寸为120 mm×20mm，胶接面积为200 mm²。单板一端涂胶，与另一未涂胶的单板在热压条件下形成胶接试样。试样的热压温度为150℃，热压时间为90秒。每种配方胶粘剂测试试样数为10，所有试样测试所得平均值作为测试的结果。

表1列出了各种配方胶粘剂试样的剪切强度。从表1中可以看出，所有以糠醛/木质素为基材的胶粘剂的胶接强度均高于酚醛胶粘剂的胶接强度。随着糠醛/木质素质量配比的变化，试样的胶接强度也发生小的波动，但这种波动可能小到被木材基质带来的波动所掩盖。

表1

实施例7：

防水性能是木材胶粘剂的一种重要指标。本实施例是对糠醛/木质素/异氰酸酯胶粘剂防水性能的评估。此测试中所采用的木材单板厚度为1.6mm，试样尺寸为120mm×20mm，胶接面积为200mm²。单板一端涂胶，与另一未涂胶的单板在热压条件下形成胶接试样。试样的热压温度为150℃，热压时间为180秒。将胶接好的试样完全浸泡在水中(室温)达48小时。然后试样在湿的情况下进行剪切强度测试。每种配方胶粘剂测试试样数为10，所有试样测试所得平均值作为测试的结果。

表2列出了各种配方胶粘剂的胶接试样室温下在水中浸泡48小时后的剪切强度。由表2可以看出，不同配方的糠醛/木质素/异氰酸酯胶粘剂显示了与酚醛树脂胶粘剂(PF)相当的湿强度。其结果表明，当异氰酸酯含量在20％时，所发明的胶粘剂具有很好的耐水性能。不同的木质素对耐水性能没有明显的影响，虽然木质素的含量显示了对胶粘剂的湿强度有一定的影响，但没有观察到明确的趋势。

表2

本发明实施例涉及到的材料、试剂和设备，如无特别说明，均为符合胶粘剂领域的市售产品。

以上所述，仅为本发明的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的核心技术的前提下，还可以做出改进和润饰，这些改进和润饰也应属于本发明的专利保护范围。与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (6)

1.一种糠醛/木质素/异氰酸酯胶粘剂，其特征在于：包括以下组分：糠醛、木质素、具有两个或多个异氰酸酯基的异氰酸酯化合物。

2.根据权利要求1所述的一种糠醛/木质素/异氰酸酯胶粘剂，其特征在于：所述糠醛、木质素、具有两个或多个异氰酸酯基的异氰酸酯化合物之间的质量百分配比为：糠醛0-90％、木质素0-70％、具有两个或多个异氰酸酯基的异氰酸酯化合物10-100％。

3.根据权利要求2所述的一种糠醛/木质素/异氰酸酯胶粘剂，其特征在于：所述糠醛、木质素、具有两个或多个异氰酸酯基的异氰酸酯化合物之间的质量百分配比为：糠醛5-75％、木质素5-50％、具有两个或多个异氰酸酯基的异氰酸酯化合物20-90％。

4.根据权利要求1所述的一种糠醛/木质素/异氰酸酯胶粘剂，其特征在于：所述具有两个或多个异氰酸酯基的异氰酸酯化合物为二甲基苯烷二异氰酸酯或甲苯二异氰酸酯。

5.权利要求1所述的一种糠醛/木质素/异氰酸酯胶粘剂的制备方法，其特征在于具体如下：将木质素制成粉末，干燥后在搅拌下溶解于糠醛中，形成的溶液在搅拌下加入异氰酸酯化合物，形成所得胶粘剂。

6.权利要求1所述的一种糠醛/木质素/异氰酸酯胶粘剂的制备方法，其特征在于具体如下：将木质素制成粉末，干燥后木质素粉末在搅拌的条件下均匀分散加入到异氰酸酯化合物中，然后在搅拌条件下，将糠醛加入木质素/异氰酸酯混合物中形成胶粘剂。