CN105086894A - 生物基木材胶黏剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物基木材胶黏剂及其制备方法，淀粉20~40份，蔗糖10~18份，果胶5~8份，甲基纤维素3~5份，海藻酸丙二醇4~8份，丁二酸酐1~3份，高锰酸钾2~5份，聚乙烯醇5~10份，纳米二氧化硅0.01~0.09份，碳酸钙0.02~0.08份，氢氧化钠2~5份，环氧氯丙烷1~6份，尿素1~3份，十二烷基硫酸钠1~3.5份，邻苯二甲酸二丁酯3~7份，顺戊二烯1~5份，丙烯酸丁酯1~3份，过氧化苯甲酰0.1~0.8份，水50~70份。以丰富且可再生的生物质资源淀粉和蔗糖为原料，胶黏剂耐水、耐热、耐老性能好，能在常温低压力下短时间固化。

Description

生物基木材胶黏剂及其制备方法

技术领域

本发明属于精细化学品技术领域，具体涉及一种生物基木材胶黏剂及其制备方法。

背景技术

我国是个少林国家，森林覆盖率仅为12%，大大低于世界平均水平，为提高木材资源的利用率，将胶粘剂加入碎木、刨花和树枝等，可压制成胶合板、刨花板和纤维板统称为人造板。而这里面应用胶粘剂的主导品种是脲醛树脂胶，它与酚醛树脂胶，三聚氰胺-甲醛树脂胶并称为人造板工业用三大胶，然而,源于石油的三醛胶在生产和使用时由于会释放对人体有害的游离苯酚、甲醛会给环境和群众身体带来恶劣影响;尤其在室内装修和家具板材中,因为甲醛并不完全缩聚,关键是固化树脂因水解或者分解释放出游离甲醛,逐步向周围散发而造成室内环境污染。而且石油基胶黏剂制品属于非生物可降解材料,长期大量使用会形成废物堆积和环境恶化,这些问题逐渐受到了大家的关注。

木材胶粘剂品种繁多，性能各异，涉及面较广，给分类工作带来诸多不便，尽管分类方法很多，但都各有其不足之处。随着全球石油资源的日益减少,石油化工产品价格持续攀升,加之环保意识的增强,人们把更多的目光的投向了丰富且可再生的生物质资源。开发森林资源来制造木材胶黏剂，从丰富森林资源中寻找原料制备木材用胶黏剂成为一种可行的途径。目前成功应用的例子是以树皮为原料，通过抽提合成工艺制得单宁剂。单宁固化速度快、价格便宜、pH值中性、流动性能好、施胶容易，是木材工业胶黏剂的重要发展方向；木质素是储存量十分丰富的天然可再生资源。其本身具有优越的化学改性条件。从木材中提取木质素为原料，利用其含有甲氧基、羰基、酚羟基、羧基和羧甲基等多种活性官能团和化学键的特点，对其进行化学改性制得胶黏剂也是木材工业胶黏剂的另一个重要发展方向。另外针对天然高分子胶的改性研究制备天然高分子胶黏剂也是一个研究热点，近年来生物基木材胶黏剂的研究中较多的是采用大豆分离蛋白改性或者淀粉改性，其主要缺陷是制得的胶黏剂粘度差，固化后胶成缺乏弹性，固化时间长等。

发明内容

本发明提供一种生物基木材胶黏剂及其制备方法，以丰富且可再生的生物质资源淀粉和蔗糖为原料，胶黏剂耐水、耐热、耐老性能好，能在常温低压力下短时间固化，没有毒性及强烈的刺激性。

为了实现上述目的，本发明采取的技术手段为：

生物基木材胶黏剂，组分及各组分质量份数如下：淀粉20~40份，蔗糖10~18份，果胶5~8份，甲基纤维素3~5份，海藻酸丙二醇4~8份，丁二酸酐1~3份，高锰酸钾2~5份，聚乙烯醇5~10份，纳米二氧化硅0.01~0.09份，碳酸钙0.02~0.08份，氢氧化钠2~5份，环氧氯丙烷1~6份，尿素1~3份，十二烷基硫酸钠1~3.5份，邻苯二甲酸二丁酯3~7份，顺戊二烯1~5份，丙烯酸丁酯1~3份，过氧化苯甲酰0.1~0.8份，水50~70份。

所述淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉或者土豆淀粉中的至少一种。

生物基木材胶黏剂，组分及各组分质量份数优选如下：淀粉30份，蔗糖14份，果胶6份，甲基纤维素4份，海藻酸丙二醇6份，丁二酸酐2份，高锰酸钾3份，聚乙烯醇8份，纳米二氧化硅0.05份，碳酸钙0.06份，氢氧化钠4份，环氧氯丙烷3.5份，尿素2份，十二烷基硫酸钠2.6份，邻苯二甲酸二丁酯5份，顺戊二烯3份，丙烯酸丁酯2份，过氧化苯甲酰0.4份，水60份。

所述生物基木材胶黏剂的制备方法，包括如下步骤：

1）、将淀粉与水混合，搅拌均匀，加入氢氧化钠，以30~60rpm的转速搅拌10~40min；

2）向步骤1）的淀粉溶液中加入高锰酸钾搅拌1~2h后加入剩余组分，升温至90~110℃，反应8~10h，得到生物基木材胶黏剂。

步骤1）中搅拌转速为45rpm，搅拌时间为25min。

步骤2）中升温至100℃，反应9h。

淀粉先与高锰酸钾反应，淀粉上的羟基被氧化为醛基，醛基会进一步重排变成烯醇结构，此时Mn4+或Mn3+离子会与烯醇反应生成淀粉初级自由基，诱发单体与淀粉初级自由基进行接枝共聚反应，然后与蔗糖反应，将蔗糖大分子共聚到淀粉结构中，改性后提高淀粉基胶黏剂的湿胶合强度和耐水性。

有益效果：

本发明提供一种生物基木材胶黏剂，以丰富且可再生的生物质资源淀粉和蔗糖为原料，原料易得、价格低廉、无毒无害、可生物降解、对环境友好，所得胶粘剂有合适的粘度及良好的润湿性与流动性；胶接强度高，固化后胶层有一定的弹性。耐水、耐热、耐老性能好；便于使用、能在常温低压力下短时间固化，没有毒性及强烈的刺激性。

具体实施方式

实施例1

生物基木材胶黏剂，组分及各组分质量份数如下：玉米淀粉30份，木薯淀粉10份，蔗糖18份，果胶8份，甲基纤维素5份，海藻酸丙二醇8份，丁二酸酐3份，高锰酸钾5份，聚乙烯醇10份，纳米二氧化硅0.09份，碳酸钙0.08份，氢氧化钠5份，环氧氯丙烷6份，尿素3份，十二烷基硫酸钠3.5份，邻苯二甲酸二丁酯7份，顺戊二烯5份，丙烯酸丁酯3份，过氧化苯甲酰0.8份，水70份。

制备方法，包括如下步骤：

1）、将淀粉与水混合，搅拌均匀，加入氢氧化钠，以45rpm的转速搅拌25min；

2）向步骤1）的淀粉溶液中加入高锰酸钾搅拌1h后加入剩余组分，升温至100℃，反应9h，得到生物基木材胶黏剂。

实施例2

生物基木材胶黏剂，组分及各组分质量份数如下：土豆淀粉10份，玉米淀粉10份，蔗糖10份，果胶5份，甲基纤维素3份，海藻酸丙二醇4份，丁二酸酐1份，高锰酸钾2份，聚乙烯醇5份，纳米二氧化硅0.01份，碳酸钙0.02份，氢氧化钠2份，环氧氯丙烷1份，尿素1份，十二烷基硫酸钠1份，邻苯二甲酸二丁酯3份，顺戊二烯1份，丙烯酸丁酯1份，过氧化苯甲酰0.1份，水50份。

制备方法，包括如下步骤：

1）、将淀粉与水混合，搅拌均匀，加入氢氧化钠，以45rpm的转速搅拌25min；

2）向步骤1）的淀粉溶液中加入高锰酸钾搅拌1h后加入剩余组分，升温至100℃，反应9h，得到生物基木材胶黏剂。

实施例3

生物基木材胶黏剂，组分及各组分质量份数如下：玉米淀粉30份，蔗糖14份，果胶6份，甲基纤维素4份，海藻酸丙二醇6份，丁二酸酐2份，高锰酸钾3份，聚乙烯醇8份，纳米二氧化硅0.05份，碳酸钙0.06份，氢氧化钠4份，环氧氯丙烷3.5份，尿素2份，十二烷基硫酸钠2.6份，邻苯二甲酸二丁酯5份，顺戊二烯3份，丙烯酸丁酯2份，过氧化苯甲酰0.4份，水60份。制备方法，包括如下步骤：

1）、将淀粉与水混合，搅拌均匀，加入氢氧化钠，以45rpm的转速搅拌25min；

2）向步骤1）的淀粉溶液中加入高锰酸钾搅拌1h后加入剩余组分，升温至100℃，反应9h，得到生物基木材胶黏剂。

对比例1

生物基木材胶黏剂，组分及各组分质量份数如下：玉米淀粉30份，果胶6份，海藻酸丙二醇6份，丁二酸酐2份，高锰酸钾3份，聚乙烯醇8份，纳米二氧化硅0.05份，碳酸钙0.06份，氢氧化钠4份，环氧氯丙烷3.5份，尿素2份，十二烷基硫酸钠2.6份，邻苯二甲酸二丁酯5份，顺戊二烯3份，丙烯酸丁酯2份，过氧化苯甲酰0.4份，水60份。（实施例3配方删除蔗糖和甲基纤维素）

对实施例1~3和对比例1的生物基木材胶黏剂进行性能测试，依照GB/T14074.10-2006（《木材胶黏剂及其树脂检测方法》第十部分[69]：胶合强度和内结合强度测定）标准测定胶黏剂的胶合强度；

耐水性能测试：将试件在（20±2）℃，相对湿度（65±5）%条件下固化3d后放置恒重，浸置于60±3℃温水中，记录试件从开始浸入到开胶时间作为耐水时间。

储存稳定性能测试：按照GB/T14074.9-2006（《木材胶黏剂及其树脂检测方法》第九部分：储存稳定性测定）标准进行测定。

黏度测定：在室温为20℃～25℃温度下，利用旋转粘度计对胶黏剂样品进行黏度测定，单位：mPas。

交联度测定：本测试利用沉降体积来标示交联度。方法如下：用电子天平称取0.5g样品至于烧杯中，用蒸馏水稀释配成2%浓度的乳液。在80～82℃条件下的恒温水锅域中保温搅拌2min，取出冷却至25℃左右。在两支离心管中分别装入10mL的乳液，在高速离心机上以4000r/min的转速离心2min，取出分离上清液，读出上清液的体积V（mL），计算沉降体积为10-V，数值越小，说明交联度越高。测试结果见表1：

Claims (6)

1.生物基木材胶黏剂，其特征在于组分及各组分质量份数如下：淀粉20~40份，蔗糖10~18份，果胶5~8份，甲基纤维素3~5份，海藻酸丙二醇4~8份，丁二酸酐1~3份，高锰酸钾2~5份，聚乙烯醇5~10份，纳米二氧化硅0.01~0.09份，碳酸钙0.02~0.08份，氢氧化钠2~5份，环氧氯丙烷1~6份，尿素1~3份，十二烷基硫酸钠1~3.5份，邻苯二甲酸二丁酯3~7份，顺戊二烯1~5份，丙烯酸丁酯1~3份，过氧化苯甲酰0.1~0.8份，水50~70份。

2.根据权利要求1所述的生物基木材胶黏剂，其特征在于：所述淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉或者土豆淀粉中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的生物基木材胶黏剂，其特征在于：组分及各组分质量份数如下：淀粉30份，蔗糖14份，果胶6份，甲基纤维素4份，海藻酸丙二醇6份，丁二酸酐2份，高锰酸钾3份，聚乙烯醇8份，纳米二氧化硅0.05份，碳酸钙0.06份，氢氧化钠4份，环氧氯丙烷3.5份，尿素2份，十二烷基硫酸钠2.6份，邻苯二甲酸二丁酯5份，顺戊二烯3份，丙烯酸丁酯2份，过氧化苯甲酰0.4份，水60份。

4.权利要求1所述生物基木材胶黏剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1）、将淀粉与水混合，搅拌均匀，加入氢氧化钠，以30~60rpm的转速搅拌10~40min；

2）向步骤1）的淀粉溶液中加入高锰酸钾搅拌1~2h后加入剩余组分，升温至90~110℃，反应8~10h，得到生物基木材胶黏剂。

5.根据权利要求4所述生物基木材胶黏剂的制备方法，其特征在于：步骤1）中搅拌转速为45rpm，搅拌时间为25min。

6.根据权利要求4所述生物基木材胶黏剂的制备方法，其特征在于：步骤2）中升温至100℃，反应9h。