CN106009707A - 一种板材胶粘剂用生物质添加剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种板材胶粘剂用生物质添加剂，其原料组分按重量份计如下：生物质材料5~50份；无机矿物粉5~60份；水溶性高分子聚合物0.1~5份；纳米材料0.1~2份。本发明通过将水溶性高分子聚合物、无机矿物粉和纳米材料与生物质材料按一定比例复合配制成生物质添加剂，其应用于板材粘胶剂中具有优异的分散性、触变性、吸附性和化学稳定性，可有效吸附游离甲醛、抑制与板材胶黏剂的早期交联稠化反应从而延长初粘时间。该生物添加剂可替代传统小麦面粉，且原料成本低，每吨原料价格较传统的小麦面粉低600~800元。该生物添加剂制备方法简单，生产效率高。
Description
技术领域
本发明涉及生物质添加剂领域，特别涉及一种板材胶黏剂用生物质添加剂及其制备方法和应用。
背景技术
二十一世纪以来，小麦面粉在板材行业广泛且大量地被应用，随着行业竞争加剧，人造板利润也逐步降低，而小麦的价格却越来越高，致使企业生产成本越来越高。同时传统的方式，即直接用小麦面粉所为板材粘胶剂的吸水增粘增稠添加剂是有缺陷的，具体如下：1）小麦面粉呈弱酸性，会与板材粘胶剂基料产生早期交联反应，是混合胶浆在常温下变稠，从而影响热压时的交联强度；2）在交联反应时因细度不够影响其在粘胶剂基料中的分散均匀性，从而 影响成品稳定性；3）小麦面粉在100℃以上就会失去粘性，变得疏松而发脆，致使涂胶后的板材在热压固化后脆性增加，韧性降低，影响良品率；4）由于传统的板材粘胶剂基料中无氢键结合力，小麦面粉的加入虽然提高了固体含量和增加了初粘性，提高了预压性能，但这种添加了小麦面粉的板材粘胶剂在热压硬化过程哦鞥中会产生较大的收缩性，伴随产生大量的水蒸气，容易形成泡板和开胶板，且成品存在抗拉强度低、易受潮、易塑性变形和韧性低的缺点。
随着生物质材料在近年来的快速发展和广泛应用，利用生物质作为板材粘胶剂的添加剂的技术正逐步发展。中国专利《一种油茶果壳粉添加剂及其制备和使用方法》（申请公布号为CN103497697A）公开了以油茶果壳粉和增稠剂作为生物质添加剂用于板材胶粘剂的调胶中，其中增稠剂选自淀粉、甲基纤维素、羧甲基纤维素钠中的至少一种，可有效提高板材胶粘剂的胶合强度且降低板材的甲醛释放量，生产成本较同类使用面粉为添加剂的产品有较大幅度的降低。即该技术方案实际上仅仅是通过其它生物质的复配来替代传统所用的小麦面粉，因此总的生物质材料添加量并无明显降低，同时因原料组分单一，最终板材粘胶剂成品的综合性能无明显优势，包括胶合强度、触变性、渗透性、吸水性、化学稳定性等等。
现市面上缺少理想的板材粘胶剂用生物质添加剂。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种板材胶粘剂用生物质添加剂及其制备方法，其可替代传统小麦面粉用于板材粘胶剂的吸水增粘改性，且具有良好的分散性、吸附性、化学稳定性和韧性等。本发明的另一个目的在于，提供一种含有该种生物质添加剂的板材粘胶剂及其制备方法，其具有优异的综合性能。
本发明所采取的技术方案是：一种板材胶粘剂用生物质添加剂，其原料组分按重量份计如下：
生物质材料 5~50份；
无机矿物粉 5~60份；
水溶性高分子聚合物 0.1~5份；
纳米材料 0.1~2份。
作为上述方案的进一步改进，所述生物质材料选自桉木粉、豆粉、木薯粉、高粱粉、玉米粉、豌豆粉、糯米粉、马铃薯粉、红薯粉、葛粉、面粉、香胶木粉、预糊化淀粉、氧化淀粉、膨化血粉、晒干血粉、血球蛋白粉、血浆蛋白粉、大豆分离蛋白、小麦谷朊蛋白、玉米蛋白、黄原胶、瓜尔胶、海藻素钠、壳聚糖中的至少一种。具体地，所述生物质材料优选1~20份桉木粉、0.1~15份豆粉、0.1~20份木薯粉、0.1~10份高粱粉、0.1~5份玉米粉、0.1~5份豌豆粉、0.1~5份糯米粉、0.1~5份马铃薯粉、0.1~5份红薯粉、0.1~5份葛粉、0.1~40份面粉、0.1~20份香胶木粉、0.1~10份预糊化淀粉、0.1~10份氧化淀粉、0.1~10份膨化血粉、0.1~10份晒干血粉、0.1~10份血球蛋白粉、0.1~5份血浆蛋白粉、0.1~5份大豆分离蛋白、0.1~5份小麦谷朊蛋白、0.1~5份玉米蛋白、0.1~5份黄原胶、0.1~5份瓜尔胶、0.1~2份海藻素钠、0.1~1份壳聚糖中的至少一种。本发明中生物质材料的粒径为50~200μm，其在板材粘胶剂基料中分散性好，化学稳定性强，同时亦是有效吸附游离甲醛的原料之一。
作为上述方案的进一步改进，所述无机矿物粉选自高岭土、膨润土、凹土、滑石粉、海泡石粉中的至少一种。具体地，所述无机矿物粉优选1~20份高岭土、1~10份膨润土、1~10份凹土、10~60份滑石粉、10~60份海泡石粉中的至少一种。无机矿物粉的作用为填充，由于板材单板需要较薄的尺寸，旋切过程中会有很大的裂缝，需要很多的比较细的材料作为填料来填补其裂缝，以达到防止胶水渗透过快的目的。无机矿物粉的目数基本都在1250目以上，可以达到很好的填充效果。
作为上述方案的进一步改进，所述水溶性高分子聚合物选自聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、可分散乳胶粉、淀粉醚、羟甲基纤维钠、羟丙基纤维钠中的至少一种。具体地，所述水溶性高分子聚合物优选0.1~5份聚丙烯酰胺、0.1~5份聚乙烯醇、0.1~5份羧甲基纤维素钠、0.1~5份聚丙烯酸钠、0.1~5份可分散乳胶粉、0.1~2份淀粉醚、0.1~2份羟甲基纤维钠、0.1~2份羟丙基纤维钠中的至少一种。水溶性高分子聚合物的作用在于当该生物质添加剂与板材胶粘剂混合反应时形成聚合物交联骨架，进一步提高板材胶粘剂的韧性，同时使生物质添加剂其它原料组分更均匀地分散于板材粘胶剂中。
作为上述方案的进一步改进，所述纳米材料选自纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米膨润土、纳米蒙脱土、纳米凹土中的至少一种。具体地，所述纳米材料优选0.1~2份二氧化硅、0.1~2份纳米碳酸钙、0.1~2份纳米膨润土、0.1~2份纳米蒙脱土、0.1~2份纳米凹土中的至少一种。纳米材料与上述生物质材料的复配可进一步提高对游离甲醛的吸附性能。
一种如上所述的生物质添加剂的制备方法，其包括如下步骤：
（1）按重量份计称取各原料组分；
（2）将生物质材料、无机矿物粉、水溶性高分子聚合物投入研磨机中粉碎至粒径为50~200μm，加入纳米材料，混合均匀，即得生物质添加剂成品。
一种如上所述生物质添加剂的应用，其用于制备板材胶粘剂。具体地，所述板材粘胶剂可应用于木板、大芯板、建筑模板等各种人造板板材的压制及复合制备中。
一种如上所述的应用该生物质添加剂的板材粘胶剂，其所述生物质添加剂按质量百分比计的加入量为板材粘胶剂基料的15~50%。
一种如上所述的一种应用该生物质添加剂的人造板的制备方法，其包括如下工艺步骤：
（1）于板材粘胶剂基料中加入质量百分比含量为15~50%的生物质添加剂，搅拌混合均匀；
（2）进行人造板施胶，陈化0.5~1h；
（3）将施胶后的人造板送进冷压机进行冷压，冷压压力为8~20MPa，冷压时间为25~120min；
（4）将冷压成型后的人造板送进热压机进行热压，热压压力为8~20MPa，热压时间与人造板板厚比率为0.7~1.1min/mm，热压温度为105~125℃，降温即得成品。
作为上述方案的进一步改进，所述板材粘胶剂基料选自脲醛树脂粘胶剂、酚醛树脂粘胶剂、三聚氰胺甲醛类胶黏剂中的至少一种。进一步地，步骤（4）中所述板厚为热压前人造板的板厚。
本发明的有益效果是：
本发明通过将水溶性高分子聚合物、无机矿物粉和纳米材料与生物质材料按一定比例复合配制成生物质添加剂，其应用于板材粘胶剂中具有优异的分散性、触变性、吸附性和化学稳定性，可有效吸附游离甲醛、抑制与板材胶黏剂的早期交联稠化反应从而延长初粘时间。该生物添加剂可替代传统小麦面粉，且原料成本低，每吨原料价格较传统的小麦面粉低600~800元。该生物添加剂制备方法简单，生产效率高。
本发明将该生物添加剂应用于板材粘胶剂中，制备出综合性能优异的板材粘胶剂，其渗透性、吸水性和对板材含水率适应性强，可有效避免板材开胶、起泡和缺胶的现象，同时其韧性、初粘性大大提高，使制备出的板材具有优异的力学性能。该板材粘胶剂还具有良好的吸附性能，可有效降低甲醛释放量。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行具体描述，以便于所属技术领域的人员对本发明的理解。有必要在此特别指出的是，实施例只是用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术熟练人员，根据上述发明内容对本发明作出的非本质性的改进和调整，应仍属于本发明的保护范围。同时下述所提及的原料未详细说明的，均为市售产品。
实施例1
一种板材胶粘剂用生物质添加剂，其原料组分按重量份计如下：
生物质材料 40份；
无机矿物粉 10份；
水溶性高分子聚合物 0.3份；
纳米材料 0.2份。
其中，所述生物质材料为2份桉木粉、5份香胶木粉、3份预糊化淀粉、10份膨化血粉、10份血球蛋白粉、5份小麦谷朊蛋白和5份瓜尔胶的混合物；所述无机矿物粉为5份膨润土和5份凹土的混合物；所述水溶性高分子聚合物为0.1份聚乙烯醇、0.1份聚丙烯酸钠和0.1份羟甲基纤维钠的混合物；所述纳米材料为0.1份纳米二氧化硅和0.1份纳米蒙脱土的混合物。
制备方法：
（1）按上述重量份计称取各原料组分；
（2）将生物质材料、无机矿物粉、水溶性高分子聚合物投入研磨机中粉碎至粒径为55μm，加入纳米材料，混合均匀，即得生物质添加剂成品。
实施例2
一种板材胶粘剂用生物质添加剂，其原料组分按重量份计如下：
生物质材料 5份；
无机矿物粉 20份；
水溶性高分子聚合物 0.1份；
纳米材料 2份。
其中，所述生物质材料为玉米粉；所述无机矿物粉为10份凹土和10份海泡石粉的混合物；所述水溶性高分子聚合物为可分散乳胶粉；所述纳米材料为纳米碳酸钙。
制备方法：
（1）按上述重量份计称取各原料组分；
（2）将生物质材料、无机矿物粉、水溶性高分子聚合物投入研磨机中粉碎至粒径为200μm，加入纳米材料，混合均匀，即得生物质添加剂成品。
实施例3
一种板材胶粘剂用生物质添加剂，其原料组分按重量份计如下：
生物质材料 25份；
无机矿物粉 25份；
水溶性高分子聚合物 5份；
纳米材料 0.5份。
其中，所述生物质材料为1份糯米粉、4份葛粉和20份面粉的混合物；所述无机矿物粉为5份高岭土、10份膨润土和10份凹土的混合物；所述水溶性高分子聚合物为0.1份聚丙烯酰胺、0.8份聚乙烯醇、0.1份羧甲基纤维素钠、1份羟甲基纤维钠和2份羟丙基纤维钠的混合物；所述纳米材料为0.2份纳米二氧化硅、0.1份纳米碳酸钙和0.1份纳米膨润土的混合物。
制备方法：
（1）按上述重量份计称取各原料组分；
（2）将生物质材料、无机矿物粉、水溶性高分子聚合物投入研磨机中粉碎至粒径为50μm，加入纳米材料，混合均匀，即得生物质添加剂成品。
实施例4
一种板材胶粘剂用生物质添加剂，其原料组分按重量份计如下：
生物质材料 12份；
无机矿物粉 58份；
水溶性高分子聚合物 2.5份；
纳米材料 0.8份。
其中，所述生物质材料为10份晒干血粉和2份海藻素钠的混合物；所述无机矿物粉为58份滑石粉；所述水溶性高分子聚合物为2份淀粉醚和0.5份羟甲基纤维钠的混合物；所述纳米材料为0.5份纳米蒙脱土和0.3份纳米凹土的混合物。
制备方法：
（1）按上述重量份计称取各原料组分；
（2）将生物质材料、无机矿物粉、水溶性高分子聚合物投入研磨机中粉碎至粒径为70μm，加入纳米材料，混合均匀，即得生物质添加剂成品。
实施例5
一种板材胶粘剂用生物质添加剂，其原料组分按重量份计如下：
生物质材料 36份；
无机矿物粉 5份；
水溶性高分子聚合物 4份；
纳米材料 1.8份。
其中，所述生物质材料为1份豆粉、1份高粱粉、5份氧化淀粉、8份香胶木粉、1份血浆蛋白粉、5份玉米蛋白、10份木薯渣粉和5份黄原胶的混合物；所述无机矿物粉为1份高岭土、2份膨润土和2份凹土的混合物；所述水溶性高分子聚合物为聚丙烯酰胺；所述纳米材料为0.5份纳米二氧化硅、1份膨润土和0.3份纳米蒙脱土的混合物。
制备方法：
（1）按上述重量份计称取各原料组分；
（2）将生物质材料、无机矿物粉、水溶性高分子聚合物投入研磨机中粉碎至粒径为160μm，加入纳米材料，混合均匀，即得生物质添加剂成品。
实施例6
一种板材胶粘剂用生物质添加剂，其原料组分按重量份计如下：
生物质材料 50份；
无机矿物粉 20份；
水溶性高分子聚合物 1.2份；
纳米材料 2份。
其中，所述生物质材料为0.5份木薯粉、5份豌豆粉、0.5份红薯粉、0.5份马铃薯粉、0.5份壳聚糖、3份面粉和15份桉木粉、5份糯米粉、10份预糊化淀粉、5份血浆蛋白粉和5份高粱粉的混合物；所述无机矿物粉为8份高岭土、1份膨润土、1份凹土和10份滑石粉的混合物；所述水溶性高分子聚合物为1份聚乙烯醇、0.1份淀粉醚和0.1份羟丙基纤维钠的混合物；所述纳米材料为纳米蒙脱土。
制备方法：
（1）按上述重量份计称取各原料组分；
（2）将生物质材料、无机矿物粉、水溶性高分子聚合物投入研磨机中粉碎至粒径为100μm，加入纳米材料，混合均匀，即得生物质添加剂成品。
实施例7
一种板材胶粘剂用生物质添加剂，其原料组分按重量份计如下：
生物质材料 30份；
无机矿物粉 30份；
水溶性高分子聚合物 0.5份；
纳米材料 0.5份。
其中，所述生物质材料为2份桉木粉、5份香胶木粉、3份预糊化淀粉、10份膨化血粉、10份血球蛋白粉、5份小麦谷朊蛋白和5份瓜尔胶的混合物；所述无机矿物粉为30份海泡石粉；所述水溶性高分子聚合物为0.3份羧甲基纤维素钠和0.2份可分散乳胶粉的混合物；所述纳米材料为纳米凹土。
制备方法：
（1）按上述重量份计称取各原料组分；
（2）将生物质材料、无机矿物粉、水溶性高分子聚合物投入研磨机中粉碎至粒径为140μm，加入纳米材料，混合均匀，即得生物质添加剂成品。
实施例8
将上述实施例1和实施例2所制备出的生物质添加剂成品分别应用于板材粘胶剂，加入量按质量百分比计均为板材粘胶剂基料的15%。
人造板制备方法：
（1）于脲醛树脂粘胶剂和三聚氰胺甲醛类粘胶剂的混合物中加入质量百分比含量为15%的生物质添加剂，搅拌混合均匀；
（2）进行人造板施胶，陈化0.5h；
（3）将施胶后的人造板送进冷压机进行冷压，冷压压力为10MPa，冷压时间为30min；
（4）将冷压成型后的人造板送进热压机进行热压，热压压力为8MPa，热压时间与人造板热压前板厚比率为0.7~1.1min/mm，热压温度为125℃，降温即得成品。
对比例：不添加生物质添加剂，直接用板材粘胶剂施胶，其它步骤与上述相同，得对比例人造板成品。
将上述制备得的人造板成品参照国家标准GB/T17657-1999进行检测，实施例检测结果：63℃水煮3h，胶合强度为0.85MPa，游离甲醛释放量为0.4mg/L；对比例检测结果：63℃水煮3h，胶合强度为0.8MPa，游离甲醛释放量为0.7mg/L。
实施例9
将上述实施例3、实施例4和实施例5所制备出的生物质添加剂成品分别应用于板材粘胶剂，加入量按质量百分比计均为板材粘胶剂基料的50%。
人造板制备方法：
（1）于酚醛树脂粘胶剂中加入质量百分比含量为50%的生物质添加剂，搅拌混合均匀；
（2）进行人造板施胶，陈化1h；
（3）将施胶后的人造板送进冷压机进行冷压，冷压压力为20MPa，冷压时间为120min；
（4）将冷压成型后的人造板送进热压机进行热压，热压压力为15MPa，热压时间与人造板热压前板厚比率为0.7~1.1min/mm，热压温度为110℃，降温即得成品。
对比例：不添加生物质添加剂，直接用板材粘胶剂施胶，其它步骤与上述相同，得对比例人造板成品。
将上述制备得的人造板成品参照国家标准GB/T17657-1999进行检测，实施例检测结果：63℃水煮3h，胶合强度为0.85MPa，游离甲醛释放量为0.4mg/L；对比例检测结果：63℃水煮3h，胶合强度为0.8MPa，游离甲醛释放量为0.7mg/L。
实施例10
将上述实施例6和实施例7所制备出的生物质添加剂成品分别应用于板材粘胶剂，加入量按质量百分比计均为板材粘胶剂基料的30%。
人造板制备方法：
（1）于脲醛树脂粘胶剂、酚醛树脂粘胶剂和三聚氰胺甲醛类粘胶剂中加入质量百分比含量为30%的生物质添加剂，搅拌混合均匀；
（2）进行人造板施胶，陈化0.7h；
（3）将施胶后的人造板送进冷压机进行冷压，冷压压力为15MPa，冷压时间为85min；
（4）将冷压成型后的人造板送进热压机进行热压，热压压力为20MPa，热压时间与人造板热压前板厚比率为0.7~1.1min/mm，热压温度为105℃，降温即得成品。
对比例：不添加生物质添加剂，直接用板材粘胶剂施胶，其它步骤与上述相同，得对比例人造板成品。
将上述制备得的人造板成品参照国家标准GB/T17657-1999进行检测，实施例检测结果：63℃水煮3h，胶合强度为0.85MPa，游离甲醛释放量为0.4mg/L；对比例检测结果：63℃水煮3h，胶合强度为0.8MPa，游离甲醛释放量为0.7mg/L。
上述实施例为本发明的优选实施例，凡与本发明类似的工艺及所作的等效变化，均应属于本发明的保护范畴。
Claims (10)
1.一种板材胶粘剂用生物质添加剂，其特征在于：原料组分按重量份计如下：
生物质材料 5~50份；
无机矿物粉 5~60份；
水溶性高分子聚合物 0.1~5份；
纳米材料 0.1~2份。
2.根据权利要求1所述的一种板材胶粘剂用生物质添加剂，其特征在于：所述生物质材料选自桉木粉、豆粉、木薯粉、高粱粉、玉米粉、豌豆粉、糯米粉、马铃薯粉、红薯粉、葛粉、面粉、香胶木粉、预糊化淀粉、氧化淀粉、膨化血粉、晒干血粉、血球蛋白粉、血浆蛋白粉、大豆分离蛋白、小麦谷朊蛋白、玉米蛋白、黄原胶、瓜尔胶、海藻素钠、壳聚糖中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种板材胶粘剂用生物质添加剂，其特征在于：所述无机矿物粉选自高岭土、膨润土、凹土、滑石粉、海泡石粉中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种板材胶粘剂用生物质添加剂，其特征在于：所述水溶性高分子聚合物选自聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、可分散乳胶粉、淀粉醚、羟甲基纤维钠、羟丙基纤维钠中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种板材胶粘剂用生物质添加剂，其特征在于：所述纳米材料选自纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米膨润土、纳米蒙脱土、纳米凹土中的至少一种。
6.一种如权利要求1~5任一项所述的生物质添加剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）按重量份计称取各原料组分；
（2）将生物质材料、无机矿物粉、水溶性高分子聚合物投入研磨机中粉碎至粒径为50~200μm，加入纳米材料，混合均匀，即得生物质添加剂成品。
7.一种如权利要求1~6任一项所述的生物质添加剂的应用，其特征在于：用于制备板材胶粘剂。
8.一种如权利要求1~7任一项所述的应用该生物质添加剂的板材粘胶剂，其特征在于：所述生物质添加剂按质量百分比计的加入量为板材粘胶剂基料的15~50%。
9.一种如权利要求1~8任一项所述的应用该生物质添加剂的人造板的制备方法，其特征在于：包括如下工艺步骤：
（1）于板材粘胶剂基料中加入质量百分比含量为15~50%的生物质添加剂，搅拌混合均匀；
（2）进行人造板施胶，陈化0.5~1h；
（3）将施胶后的人造板送进冷压机进行冷压，冷压压力为8~20MPa，冷压时间为25~120min；
（4）将冷压成型后的人造板送进热压机进行热压，热压压力为8~20MPa，热压时间与人造板板厚比率为0.7~1.1min/mm，热压温度为105~125℃，降温即得成品。
10.根据权利要求9所述的一种应用该生物质添加剂的人造板的制备方法，其特征在于：所述板材粘胶剂基料选自脲醛树脂粘胶剂、酚醛树脂粘胶剂、三聚氰胺甲醛类胶黏剂中的至少一种。
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