CN105838304B - 一种可用于刨花板的大豆基无甲醛胶黏剂及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可用于刨花板的大豆基无甲醛胶黏剂及其应用方法，大豆基无甲醛胶黏剂由以下重量份计的原料组分制成：大豆衍生物：10～30份，酸碱调节剂：0.1～1份，交联剂：1～30份，防霉剂：0.1～1份，流平剂：0.1～1份，水：10～100份，增黏剂：5～50份。本发明采用多组分施胶的方式，解决了市场上大豆胶不能均匀施胶及施胶后刨花含水率过高的问题，并通过使用增粘剂的方法解决了大豆胶制备刨花板时初粘性差、刨花施胶后的预成型性差，板材静曲强度低、吸水厚度膨胀率大的问题。

Description

一种可用于刨花板的大豆基无甲醛胶黏剂及其应用方法

技术领域

本发明涉及一种大豆胶黏剂，特别涉及一种可用于刨花板的大豆基无甲醛胶黏剂及其应用方法。

背景技术

脲醛胶、酚醛胶、三聚氰胺—甲醛胶是木材工业用胶的主要品种，在中国，脲醛胶的产量占“三醛胶”的80％以上。“三醛胶”及其木制品在生产和应用过程中，会持续不断地释放游离甲醛，严重危害了产业工人和消费者的身心健康。甲醛被世界卫生组织国际癌症研究机构(IARC)归为第I类致癌物质，即对人类和动物都有致癌作用。近年来，由甲醛导致的婴儿畸形、败血病等报道层出不穷。为了减少或杜绝木制品中游离甲醛的危害，美国加利福尼亚州空气资源署早在2007就出台了CARB法规，严格规定了木制品中的甲醛释放量。

采用大豆为原料制备无醛胶黏剂一直是各国研究者的开发重点，大豆胶于2005年开始被大量应用于制备胶合板和多层地板基材。而大豆胶应用于刨花板仅有少量文献报道，尚没有产品问世。例如，田志壮在申请号为201210037169.5(一种无甲醛胶黏剂及使用其生产无甲醛刨花板的方法)的专利中公布了利用无醛大豆胶制备刨花板的方法。张纪芝等人在申请号为201410801953.8(一种刨花板用无醛脱脂豆粉基胶粘剂及其制备方法)的专利中公布的大豆胶制备刨花板的方法，该大豆胶的制备过程中，需要先喷雾干燥成粉。以上两份专利中，刨花施胶后的初粘性差，导致板材的静曲强度很难达标，如果提高含水率以增加初粘性，则热压时易爆板，不利于实现工业化应用。发明人经过长期实践发现，市场上商业化的大豆胶产品，均不能应用于刨花板，关键原因在于以下3点：(1)大豆胶产品固含量为33～40％，而且粘稠度大，不能喷胶使用，即制备刨花板时不能施胶；(2)即使以上粘稠度能施胶，达到设定施胶量的情况下，刨花板的含水率太高，热压时极易鼓泡分层，不能使用连续式热压进行生产，如果采用间歇式热压生产，则大大加长了排汽时间，大大降低了生产效率；(3)即使能施胶，大豆胶的初粘性差，导致刨花施胶后的预成型性差，在冷压后刨花板不能定型，极易反弹，导致静曲强度、吸水厚度膨胀率很难达到标准要求

发明内容

本发明的目的在于提供一种可用于刨花板的大豆基无甲醛胶黏剂，采用多组分施胶的方式，解决了市场上大豆胶不能均匀施胶及施胶后刨花含水率过高的问题，并通过使用增粘剂的方法解决了大豆胶制备刨花板时初粘性差、刨花施胶后的预成型性差，板材静曲强度低、吸水厚度膨胀率大的问题。

本发明还提供了一种可用于刨花板的大豆基无甲醛胶黏剂的应用方法，应用时不需要对刨花板生产设备进行改造，生产工艺与传统甲醛胶制备刨花板相同，制得的板材各项性能达到室内使用刨花板的要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种可用于刨花板的大豆基无甲醛胶黏剂，由以下重量份计的原料组分制成：大豆衍生物：10～30份，酸碱调节剂：0.1～1份，交联剂：1～30份，防霉剂：0.1～1份，流平剂：0.1～1份，水：10～100份，增黏剂：5～50份。作为优选，所述大豆衍生物选自脱脂大豆粉、大豆浓缩蛋白、大豆分离蛋白中的一种或几种。大豆衍生物最优选脱脂大豆粉。市场上的大豆粉产品根据蛋白含量划分为脱脂大豆粉(蛋白含量50％)、大豆浓缩蛋白(蛋白含量70％)、大豆分离蛋白(蛋白含量90％)，其中大豆浓缩蛋白往往通过乙醇提取制得，蛋白质结构遭到破坏，对其进行改性的难度大于脱脂大豆粉和大豆分离蛋白，而大豆分离蛋白的纯度最高，因而价格也最高，从改性的简易性及成本考虑，优选脱脂大豆粉。

作为优选，所述酸碱调节剂选自氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙、氧化钙、氧化镁、氢氧化镁、盐酸、柠檬酸、衣康酸、亚硫酸氢钠、草酸、乙酸中的一种或几种。酸碱调节剂最优选氢氧化钠或氢氧化钙或柠檬酸或草酸。天然状态的大豆粉中，大豆蛋白质呈球状团聚态，分子链上的活性基团都被包埋在球状团聚体内，与木材不能形成强有力的粘接，而大豆蛋白对酸碱比较敏感，表现为：其在大豆蛋白的等电点pH 4.5附近时，蛋白质分子折叠形成多级结构从而形成球状聚集体，当pH偏离等电点时，蛋白质受电荷作用，多级结构逐步打开，尤其是随着pH的增大，多级结构打开的越彻底，从而将包埋的活性官能团(主要是羧基、氨基、羟基等)暴露出来，从而与木材之间的作用力得到增强。

作为优选，所述交联剂选自羧基丁苯胶乳、硅烷偶联剂、环氧树脂中的一种或几种。交联剂最优选硅烷偶联剂或环氧树脂；大豆蛋白质是天然的线性高分子，虽然其能与木材形成强有力的粘接，但主要的粘接力来源于蛋白质分子与木材表面的氢键作用，这样形成的氢键粘接在干燥状态时强度很高，但遇水后，氢键会遭到破坏，从而破坏粘接，因而制备大豆胶时往往还需要进行交联处理，使得胶层形成交联网状结构，从而能具有更好的耐水性。羧基丁苯胶乳或硅烷偶联剂或环氧树脂均含有能与羧基或氨基或羟基反应的官能团，在大豆胶热压固化时能与大豆蛋白质、木材之间形成三维网状的交联结构，这样的胶层具有较好的耐水稳定性。

作为优选，所述防霉剂选自双十二烷基二甲基氯化铵、卡松、硫酸铜、氟化钠中的一种或几种。防霉剂最优选双十二烷基二甲基氯化铵或卡松。无醛大豆胶的主要粘接物质为大豆蛋白质，必须对其进行防霉处理才能保证刨花板制品的防霉性能，由于季铵盐衍生物或卡松对蛋白质的防霉效果好，故而作为优选。

作为优选，所述流平剂为聚醚改性聚硅氧烷。流平剂在本发明中的作用为：提升大豆胶的流淌性能，从而使其对木刨花更好的浸润。

作为优选，所述增粘剂选自聚乙烯醇溶液、萜烯树脂乳液、卡拉胶溶液、黄原胶溶液、硅胶乳液、羧甲基纤维素悬浮液、糊精溶液、面粉悬浮液、松香乳液中的一种或几种，所述增粘剂的固含量为20～70％。

增粘剂最优选萜烯树脂乳液或松香乳液。发明人在长期的实践中发现，制约大豆胶在刨花板中应用的一个关键因素在于：在符合生产工艺的含水率(指刨花施胶后的含水率)情况下，施加完大豆胶的刨花初粘性非常差，表现在铺装冷压后，刨花的预成型性非常差，刨花经过预成型步骤后反弹严重，而且在传送带上存在掉料的问题，制得的板材静曲强度很差，如果加大刨花的含水率至18％，则刨花能勉强预成型，但这么高的含水率不适宜连续线生产，连续线生产的刨花板表层含水率一般都在10～15％，如果继续加大含水率，将其用于多层压机制备刨花板，则需要大大延长刨花板制备时的排汽时间，如此低的生产效率不能被生产厂家接受。综上所述，施胶后初粘性差严重制约了大豆胶在刨花板中的应用，因而目前市场上尚没有大豆胶刨花板产品问世。经过大量实验，发明人发现聚乙烯醇溶液、萜烯树脂乳液、卡拉胶溶液、黄原胶溶液、硅胶乳液、羧甲基纤维素悬浮液、糊精溶液、面粉悬浮液、松香乳液等增粘剂能有效提升大豆胶的初粘性，解决了大豆胶施胶后刨花的初粘性问题，而且大大提升了静曲强度、降低了板材的吸水厚度膨胀率，从而使得大豆胶应用于刨花板成为可能，由于萜烯树脂乳液和松香乳液的增粘效果最好，故而作为优选。

大豆基无甲醛胶黏剂的应用方法，将酸碱调节剂、交联剂、防霉剂、流平剂依次加入水中，搅拌均匀，形成液体组份，大豆衍生物作为粉体组份，施胶时采取以下方案之一：

方案一、增粘剂加入液体组份中搅拌均匀得增粘液体组份，将粉体组份与刨花混匀的同时均匀喷涂增粘液体组份；

方案二、将粉体组份与刨花混匀的同时均匀喷涂液体组份以及增粘剂。

现有刨花板生产线上都有液体喷胶装置和粉体施加装置，因而采用方案一施胶将本发明的大豆基无甲醛胶黏剂分成增粘液体组份、粉体组份两部分施胶，不用对生产装置进行改变，如果将增粘剂液体作为第3组份，采用方案二施胶，也不需要对生产装置进行改变，由于本发明的液体组份粘度低，与刨花的混合均匀度好，有利于规模化生产。

现有的大豆胶黏剂基本都是应用于胶合板和细木工板生产，由于大豆胶黏剂本身粘度大，而刨花为粉状，大豆胶黏剂无法喷胶，因此根本无法用于刨花板的生产。在不改变现有甲醛胶黏剂生产刨花板的工艺及设备下，根本无法将大豆胶黏剂应用于刨花板生产。

本发明对于大豆胶黏剂应用于刨花板生产存在的问题，进行了两方面改进：首先，改变了大豆胶黏剂的配方组成，特别是在配方中加入特定的增粘剂组分，解决了大豆胶制备刨花板时初粘性差、刨花施胶后的预成型性差，板材静曲强度低、吸水厚度膨胀率大的问题。其次，本发明开发了大豆胶黏剂应用于刨花板生产的施胶方法，对施胶方法进行革新，首次采用将液体组分与粉状组分分开，多组分施胶模式，使得大豆胶黏剂在不改变现有设备工艺下能用于刨花板生产，解决了市场上大豆胶不能均匀施胶及施胶后刨花含水率过高的问题。

本发明的有益效果是：

(1)采用多组分施胶的方式，解决了市场上大豆胶不能均匀施胶及施胶后刨花含水率过高的问题；

(2)通过使用增粘剂的方法解决了大豆胶制备刨花板时初粘性差、刨花施胶后的预成型性差，板材静曲强度低、吸水厚度膨胀率大的问题；

(3)本发明采用大豆胶作为主要粘接物质，从源头上避免了甲醛的使用，制备的刨花板绿色环保，符合当今绿色发展的大趋势。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

制备三层结构刨花板，设定刨花板密度700Kg/m³，210℃热压，制备16mm厚的刨花板样品。按照GB/T 17657-1999中的要求将样品锯成370mm长、50mm宽测静曲强度和弹性模量，锯成50mm×50mm测内结合强度和吸水厚度膨胀率。

总体实施方案

一种可用于刨花板的大豆基无甲醛胶黏剂，由以下重量份计的原料组分制成：大豆衍生物：10～30份，酸碱调节剂：0.1～1份，交联剂：1～30份，防霉剂：0.1～1份，流平剂：0.1～1份，水：10～100份，增黏剂：5～50份。所述大豆衍生物选自脱脂大豆粉、大豆浓缩蛋白、大豆分离蛋白中的一种或几种。所述酸碱调节剂选自氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙、氧化钙、氧化镁、氢氧化镁、盐酸、柠檬酸、衣康酸、亚硫酸氢钠、草酸、乙酸中的一种或几种。所述交联剂选自羧基丁苯胶乳、硅烷偶联剂、环氧树脂中的一种或几种。所述防霉剂选自季铵盐衍生物、卡松、硫酸铜、氟化钠中的一种或几种。所述流平剂为聚醚改性聚硅氧烷。所述增粘剂选自聚乙烯醇溶液、萜烯树脂乳液、卡拉胶溶液、黄原胶溶液、硅胶乳液、羧甲基纤维素悬浮液、糊精溶液、面粉悬浮液、松香乳液中的一种或几种。

实施例1

本实施例中大豆基无甲醛胶黏剂由以下重量份计的原料组分组成：

脱脂大豆粉：20份

氢氧化钠(酸碱调节剂)：0.2份

环氧树脂(交联剂，市售)：20份

卡松(防霉剂，市售)：0.5份

聚醚改性聚硅氧烷(流平剂，市售，江西天晟新材料有限公司，型号QS302)：0.5份

水：30份

松香乳液(增黏剂，市售，厦门百旭化工有限公司，型号J7009，固含量50％)：28.8份。

应用时，将氢氧化钠、环氧树脂、卡松、聚醚改性聚硅氧烷与水搅拌均匀，形成悬浮液作为液体组份，脱脂大豆粉作为粉体组份，松香乳液作为第3组份，将粉体组份与刨花混匀的同时均匀喷涂液体组份以及松香乳液，调整施胶后表层含水率14％、芯层含水率6.5％，初粘性良好，预成型性良好。

实施例2

本实施例中大豆基无甲醛胶黏剂由以下重量份计的原料组分组成：

脱脂大豆粉：25份

柠檬酸(酸碱调节剂)：0.4份

硅烷偶联剂(交联剂，型号KH560)：2.5份

双十二烷基二甲基氯化铵(防霉剂)：0.3份

聚醚改性聚硅氧烷(流平剂)：0.7份

水：30份

萜烯树脂乳液(增黏剂，市售，广州松宝化工有限公司，型号8218，固含量60％)：41.1份。

应用时，将柠檬酸、硅烷偶联剂、季铵盐衍生物、聚醚改性聚硅氧烷与水搅拌，形成均匀液作为液体组份，脱脂大豆粉作为粉体组份，萜烯树脂乳液作为第3组份，将粉体组份与刨花混匀的同时均匀喷涂液体组份以及萜烯树脂乳液，调整施胶后表层含水率10.5％、芯层含水率6.3％，初粘性良好，预成型性良好。

实施例3

本实施例中大豆基无甲醛胶黏剂由以下重量份计的原料组分组成：

脱脂豆粉：27份

草酸(酸碱调节剂)：0.3份

硅烷偶联剂(交联剂)：3份

硫酸铜(防霉剂)：0.5份

聚醚改性聚硅氧烷(流平剂)：0.6份

水：30份

聚乙烯醇溶液(增黏剂，市售，固含量22％)：38.6份。

应用时，将草酸、硅烷偶联剂、硫酸铜、聚醚改性聚硅氧烷、聚乙烯醇溶液与水搅拌，形成均匀液作为增粘液体组份，脱脂大豆粉作为粉体组份，将粉体组份与刨花混匀的同时均匀喷涂增粘液体组份，调整施胶后表层含水率13％、芯层含水率7％，初粘性良好，预成型性良好。

对比例1

本对比例中大豆基无甲醛胶黏剂的基础组成与实施例1相同，差别在于不使用增粘剂，大豆基无甲醛胶黏剂的组成如下：

脱脂大豆粉：20份

氢氧化钠(酸碱调节剂)：0.2份

环氧树脂(交联剂)：20份

卡松(防霉剂)：0.5份

聚醚改性聚硅氧烷(流平剂)：0.5份

水：30份。

应用时，将氢氧化钠、环氧树脂、卡松、聚醚改性聚硅氧烷与水搅拌均匀，形成悬浮液作为液体组份，脱脂大豆粉作为粉体组份，将粉体组份与刨花混匀的同时均匀喷涂液体组份，调整施胶后表层含水率16％、芯层含水率10％，初粘性差，预成型性差。

表1刨花板的力学性能对比

表1中的数据可以看出，当不添加增黏剂时，对比例1中，即使施胶后表芯层含水率分别高达16％和10％，刨花的初粘性仍然较差、预成型性不好，导致板材的力学性能不能瞒足国标的要求，其中，静曲强度仅为7.2MPa、内结合强度仅为0.27MPa，2h吸水厚度膨胀率高达18.1％，而国标要求静曲强度和内结合强度要分别大于13MPa和0.35MPa。采取本发明施胶方法的实施例1～3，由于增粘剂的加入，刨花施胶后的含水率大大降低，满足了实际生产线的参数要求，而且初粘性及预成型性得到保证，从而各项检测指标均满足国标要求。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种用于刨花板的大豆基无甲醛胶黏剂，其特征在于，由以下重量份计的原料组分制成：大豆衍生物：10～30份，酸碱调节剂：0.1～1份，交联剂：1～30份，防霉剂：0.1～1份，流平剂：0.1～1份，水：10～100份，增粘剂：5～50份；

所述增粘剂选自聚乙烯醇溶液、萜烯树脂乳液、卡拉胶溶液、黄原胶溶液、硅胶乳液、羧甲基纤维素悬浮液、糊精溶液、面粉悬浮液、松香乳液中的一种或几种，所述增粘剂的固含量为20～70％。

2.根据权利要求1所述的大豆基无甲醛胶黏剂，其特征在于：所述大豆衍生物选自脱脂大豆粉、大豆浓缩蛋白、大豆分离蛋白中的一种或几种。

3.根据权利要求1或2所述的大豆基无甲醛胶黏剂，其特征在于：所述酸碱调节剂选自氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙、氧化钙、氧化镁、氢氧化镁、盐酸、柠檬酸、衣康酸、亚硫酸氢钠、草酸、乙酸中的一种或几种。

4.根据权利要求1或2所述的大豆基无甲醛胶黏剂，其特征在于：所述交联剂选自羧基丁苯胶乳、硅烷偶联剂、环氧树脂中的一种或几种。

5.根据权利要求1或2所述的大豆基无甲醛胶黏剂，其特征在于：所述防霉剂选自双十二烷基二甲基氯化铵、卡松、硫酸铜、氟化钠中的一种或几种。

6.根据权利要求1或2所述的大豆基无甲醛胶黏剂，其特征在于：所述流平剂为聚醚改性聚硅氧烷。

7.如权利要求1所述的大豆基无甲醛胶黏剂的应用方法，其特征在于：将酸碱调节剂、交联剂、防霉剂、流平剂依次加入水中，搅拌均匀，形成液体组份，大豆衍生物作为粉体组份，施胶时采取以下方案之一：

方案一、增粘剂加入液体组份中搅拌均匀得增粘液体组份，将粉体组份与刨花混匀的同时均匀喷涂增粘液体组份；

方案二、将粉体组份与刨花混匀的同时均匀喷涂液体组份以及增粘剂。