CN105331321A - 一种木质素改性水性聚氨酯胶黏剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种木质素改性水性聚氨酯胶黏剂，以重量份计，包括以下组分：多元醇30-50份，改性木质素5-10份，二异氰酸酯20-40份，纳米硅藻土2-6份，催化剂1-3份，调和剂2-4份，扩链剂1-2份，交联剂0.5-2.5份。本发明还公开了该木质素改性水性聚氨酯胶黏剂的制备方法。本发明提供的木质素改性水性聚氨酯耐水性能大大提高，交联密度大，粘结性能优异，且纳米硅藻土的加入使得改性后的聚氨酯耐磨性、耐腐蚀性能大大提高。

Description

一种木质素改性水性聚氨酯胶黏剂及其制备方法

技术领域：

本发明涉及胶黏剂技术领域，具体的涉及一种木质素改性水性聚氨酯胶黏剂。

背景技术：

聚氨酯胶黏剂是八大合成胶黏剂的重要品种之一，具有反应活性高、可常温固化和胶膜弹韧性可调等优势，并且其粘接强度因易渗入被粘物中而相对较高，故聚氨酯胶黏剂在木材粘结方面具有很高的研究价值。

木质素是一种来源广泛、可再生的天然高分子材料，并且内含酚羟基、醇羟基等多种功能基团，可与-NCO基等反应制备聚氨酯。由于每年制浆工业废料中木质素含量极大，并且其利用率太低，故对木质素进行改性研究，是实现可持续发展的重要举措之一，有望实现以木质素替代部分或全部二元醇合成聚氨酯胶黏剂。

中国专利(201510141834.9)公开了一种环氧木质素改性水性聚氨酯的制备方法，首先采用环氧氯丙烷对木质素进行改性，然后在合成聚氨酯的过程中引入环氧木质素，从而制备出环氧木质素交联改性水性聚氨酯乳液。环氧木质素的加入不仅可以代替部分多元醇与异氰酸酯反应，增加其交联度，从而提高了改性后聚氨酯胶黏剂的粘结性能。但是环氧氯丙烷毒性较大，不利于环境保护，且改性后制备得到的聚氨酯胶黏剂耐水性能较差。

发明内容：

本发明的目的是提供一种木质素改性水性聚氨酯胶黏剂，其有效利用木质素替换部分多元醇，大大降低了聚氨酯胶黏剂的制备成本，使得木质素得以重复利用，且制备得到的聚氨酯胶黏剂耐水性好，机械性能优异。

本发明的另一个目的是提供该木质素改性聚氨酯胶黏剂的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案；

一种木质素改性水性聚氨酯胶黏剂，以重量份计，包括以下组分：

多元醇30-50份，改性木质素5-10份，

二异氰酸酯20-40份，纳米硅藻土2-6份，

催化剂1-3份，调和剂2-4份，

扩链剂1-2份，交联剂0.5-2.5份。

作为上述技术方案的优选，一种木质素改性水性聚氨酯胶黏剂，以重量份计，包括以下组分：

多元醇48份，改性木质素9份，

二异氰酸酯35份，纳米硅藻土5.5份，

催化剂2份，调和剂3份，

扩链剂1.5份，交联剂1份。

作为上述技术方案的优选，所述改性木质素为马来酸酐酯改性木质素，其制备方法为：将环己烷和木质素混合搅拌均匀，加入马来酸酐酯，混合搅拌均匀，加入浓硫酸，在50-60℃下，回流2-5h，冷却至室温，真空过滤，冷冻干燥脱水后得到改性木质素。

作为上述技术方案的优选，所述马来酸酐酯为马来酸酐甲酯、马来酸酐乙酯、马来酸酐丁酯中的一种或多种混合。

作为上述技术方案的优选，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯中的一种或多种混合。

作为上述技术方案的优选，所述纳米硅藻土的粒径大小为20-50nm。

作为上述技术方案的优选，所述调和剂为柠檬酸钠、柠檬酸钾、水杨酸钠、水杨酸钾中的一种或多种混合。

作为上述技术方案的优选，所述扩链剂为二元醇、二元胺、三元醇、三元胺中的一种或多种混合。

作为上述技术方案的优选，所述交联剂为水溶性多功能聚碳二胺、有机硅交联剂、三羟甲基丙烷三-(3-乙烯亚氨基)-丙酸酯室温交联剂中的一种或多种混合。

一种木质素改性水性聚氨酯胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将多元醇、改性木质素混合搅拌均匀，升温至60-80℃，加入催化剂、二异氰酸酯，搅拌反应3-9h，降温至40-50℃，加入扩链剂，搅拌反应1-3h，冷却至室温，得到木质素改性聚氨酯胶黏剂预聚体；

(2)向步骤(1)得到的木质素改性水性聚氨酯预聚体中加入调和剂，搅拌混合均匀，继续加入纳米硅藻土、交联剂，500-1000W的功率下超声搅拌1-2h，得到木质素改性水性聚氨酯胶黏剂。

作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述超声的功率为800W，超声时间为1h。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明采用马来酸酐酯对木质素进行改性，使得改性后的木质素与聚氨酯具有良好的相容性，且由木质素改性后的聚氨酯胶黏剂耐水性能大大提高；

(2)纳米硅藻土具有优异的耐热性能，其具有多孔性结构，比表面积大，通过交联剂可以有效分散在聚氨酯中，制备得到的聚氨酯交联密度大大提高，粘结性能优异，且纳米硅藻土的加入使得改性后的聚氨酯耐磨性、耐腐蚀性能大大提高。

具体实施方式：

为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。

实施例1

一种木质素改性水性聚氨酯胶黏剂，以重量份计，包括以下组分：

多元醇30份，改性木质素5份，

二异氰酸酯20份，纳米硅藻土2份，

催化剂1份，调和剂2份，

扩链剂1份，交联剂0.5份。

其制备方法包括以下步骤：

(1)将多元醇、改性木质素混合搅拌均匀，升温至60℃，加入催化剂、二异氰酸酯，搅拌反应3h，降温至40℃，加入扩链剂，搅拌反应1h，冷却至室温，得到木质素改性聚氨酯胶黏剂预聚体；

(2)向步骤(1)得到的木质素改性水性聚氨酯预聚体中加入调和剂，搅拌混合均匀，继续加入纳米硅藻土、交联剂，500W的功率下超声搅拌1h，得到木质素改性水性聚氨酯胶黏剂。

实施例2

一种木质素改性水性聚氨酯胶黏剂，以重量份计，包括以下组分：

多元醇50份，改性木质素10份，

二异氰酸酯40份，纳米硅藻土6份，

催化剂3份，调和剂4份，

扩链剂2份，交联剂2.5份。

其制备方法包括以下步骤：

(1)将多元醇、改性木质素混合搅拌均匀，升温至80℃，加入催化剂、二异氰酸酯，搅拌反应9h，降温至50℃，加入扩链剂，搅拌反应3h，冷却至室温，得到木质素改性聚氨酯胶黏剂预聚体；

(2)向步骤(1)得到的木质素改性水性聚氨酯预聚体中加入调和剂，搅拌混合均匀，继续加入纳米硅藻土、交联剂，1000W的功率下超声搅拌2h，得到木质素改性水性聚氨酯胶黏剂。

实施例3

一种木质素改性水性聚氨酯胶黏剂，以重量份计，包括以下组分：

多元醇35份，改性木质素6份，

二异氰酸酯25份，纳米硅藻土3份，

催化剂1.5份，调和剂2.5份，

扩链剂1.2份，交联剂0.8份。

其制备方法包括以下步骤：

(1)将多元醇、改性木质素混合搅拌均匀，升温至60℃，加入催化剂、二异氰酸酯，搅拌反应4h，降温至40℃，加入扩链剂，搅拌反应1.5h，冷却至室温，得到木质素改性聚氨酯胶黏剂预聚体；

(2)向步骤(1)得到的木质素改性水性聚氨酯预聚体中加入调和剂，搅拌混合均匀，继续加入纳米硅藻土、交联剂，600W的功率下超声搅拌1.2h，得到木质素改性水性聚氨酯胶黏剂。

实施例4

一种木质素改性水性聚氨酯胶黏剂，以重量份计，包括以下组分：

多元醇40份，改性木质素7份，

二异氰酸酯30份，纳米硅藻土4份，

催化剂2份，调和剂3份，

扩链剂1.4份，交联剂1.5份。

其制备方法包括以下步骤：

(1)将多元醇、改性木质素混合搅拌均匀，升温至70℃，加入催化剂、二异氰酸酯，搅拌反应5h，降温至50℃，加入扩链剂，搅拌反应2h，冷却至室温，得到木质素改性聚氨酯胶黏剂预聚体；

(2)向步骤(1)得到的木质素改性水性聚氨酯预聚体中加入调和剂，搅拌混合均匀，继续加入纳米硅藻土、交联剂，700W的功率下超声搅拌1.4h，得到木质素改性水性聚氨酯胶黏剂。

实施例5

一种木质素改性水性聚氨酯胶黏剂，以重量份计，包括以下组分：

多元醇45份，改性木质素8份，

二异氰酸酯35份，纳米硅藻土5份，

催化剂2.5份，调和剂3.5份，

扩链剂1.6份，交联剂2份。

其制备方法包括以下步骤：

(1)将多元醇、改性木质素混合搅拌均匀，升温至80℃，加入催化剂、二异氰酸酯，搅拌反应7h，降温至40℃，加入扩链剂，搅拌反应2.5h，冷却至室温，得到木质素改性聚氨酯胶黏剂预聚体；

(2)向步骤(1)得到的木质素改性水性聚氨酯预聚体中加入调和剂，搅拌混合均匀，继续加入纳米硅藻土、交联剂，800W的功率下超声搅拌1.6h，得到木质素改性水性聚氨酯胶黏剂。

实施例6

一种木质素改性水性聚氨酯胶黏剂，以重量份计，包括以下组分：

多元醇49份，改性木质素9份，

二异氰酸酯36份，纳米硅藻土5份，

催化剂2.7份，调和剂3.5份，

扩链剂1.8份，交联剂2.3份。

其制备方法包括以下步骤：

(1)将多元醇、改性木质素混合搅拌均匀，升温至80℃，加入催化剂、二异氰酸酯，搅拌反应8h，降温至45℃，加入扩链剂，搅拌反应2.8h，冷却至室温，得到木质素改性聚氨酯胶黏剂预聚体；

(2)向步骤(1)得到的木质素改性水性聚氨酯预聚体中加入调和剂，搅拌混合均匀，继续加入纳米硅藻土、交联剂，900W的功率下超声搅拌1.8h，得到木质素改性水性聚氨酯胶黏剂。

Claims (10)

1.一种木质素改性水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：

多元醇30-50份，改性木质素5-10份，

二异氰酸酯20-40份，纳米硅藻土2-6份，

催化剂1-3份，调和剂2-4份，

扩链剂1-2份，交联剂0.5-2.5份。

2.如权利要求1所述的一种木质素改性水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：

多元醇48份，改性木质素9份，

二异氰酸酯35份，纳米硅藻土5.5份，

催化剂2份，调和剂3份，

扩链剂1.5份，交联剂1份。

3.如权利要求1所述的一种木质素改性水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，所述改性木质素为马来酸酐酯改性木质素，其制备方法为：将环己烷和木质素混合搅拌均匀，加入马来酸酐酯，混合搅拌均匀，加入浓硫酸，在50-60℃下，回流2-5h，冷却至室温，真空过滤，冷冻干燥脱水后得到改性木质素。

4.如权利要求1所述的一种木质素改性水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，所述马来酸酐酯为马来酸酐甲酯、马来酸酐乙酯、马来酸酐丁酯中的一种或多种混合。

5.如权利要求1所述的一种木质素改性水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯中的一种或多种混合。

6.如权利要求1所述的一种木质素改性水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，所述纳米硅藻土的粒径大小为20-50nm。

7.如权利要求1所述的一种木质素改性水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，所述调和剂为柠檬酸钠、柠檬酸钾、水杨酸钠、水杨酸钾中的一种或多种混合。

8.如权利要求1所述的一种木质素改性水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，所述扩链剂为二元醇、二元胺、三元醇、三元胺中的一种或多种混合。

9.如权利要求1所述的一种木质素改性水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，所述交联剂为水溶性多功能聚碳二胺、有机硅交联剂、三羟甲基丙烷三-(3-乙烯亚氨基)-丙酸酯室温交联剂中的一种或多种混合。

10.如权利要求1至9任一所述的一种木质素改性水性聚氨酯胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将多元醇、改性木质素混合搅拌均匀，升温至60-80℃，加入催化剂、二异氰酸酯，搅拌反应3-9h，降温至40-50℃，加入扩链剂，搅拌反应1-3h，冷却至室温，得到木质素改性聚氨酯胶黏剂预聚体；

(2)向步骤(1)得到的木质素改性水性聚氨酯预聚体中加入调和剂，搅拌混合均匀，继续加入纳米硅藻土、交联剂，500-1000W的功率下超声搅拌1-2h，得到木质素改性水性聚氨酯胶黏剂。