CN106281183B - 木质材料用生物质复合粘合剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种木质材料用生物质复合粘合剂及其制备方法,该粘合剂由以下按重量份配比的原料制成:改性生物质微粉50~90份、可乳化异氰酸酯10~50份和水50~150份;所述改性生物质微粉的制备方法是:先将加入浓硫酸后的5~10%wt乙二醇水溶液,采用喷雾方式与搅拌下的60~80目生物质原料混合分散均匀,浓硫酸、乙二醇水溶液、生物质原料按重量份配比是0.35~0.5份:100~200份:1000份;然后将混合分散均匀的物料于烘箱中120~140℃下反应2~3hr,物料经冷却后球磨至过200目筛。本发明粘合剂的制备成本相对较低,合成工艺较为简单,可应用于家具生产、人造板生产、装修施工等的木质材料胶合。
Description
技术领域
本发明属粘合剂技术领域,具体是一种木质材料用生物质复合粘合剂及其制备方法。
背景技术
木质材料,特别是木质人造板常用的三醛胶来源于不可再生的化石资源,且用三醛胶生产的人造板会长期释放甲醛污染环境,危害人体健康。开发以生物质原料为主成分制造无醛粘合剂,已取得一些研究成果。如中国发明专利申请公开号为CN100358967C公开了一种生物质基无醛粘合剂的制作方法,它将生物质纤维素类材料在多元醇和碳酸酯中液化,再加入有机多元酸酐、多元酰胺、多元酰氯等在催化剂存在下加热交联而得。如中国发明专利申请公开号为CN100354386C公开了另一种生物质基无醛粘合剂的制作方法,它是将废棉、废纸、淀粉等生物质原料,先用高氯酸、浓硫酸、高铁酸等氧化剂在75~200℃、1~10atm压力下处理0.5~20hr,再加入水、多元酰胺进行交联。如中国专利申请公开号为CN103146335A中提出了一种应用于制备实木复合地板的生物质基无醛粘合剂,它的方法是先合成丙烯酸酯乳液,然后加入异氰酸酯乳化得到丙烯酸酯化聚氨酯乳液,再加入聚乙烯醇水溶液和淀粉/改性淀粉和改性大豆蛋白制成粘合剂主剂,使用时再加入异氰酸酯作为固化剂,热压固化。该无醛粘合剂实际上是一种乙烯基水性聚氨酯粘合剂。又如中国专利申请公开号为CN104974696A提出一种生物质环保水性胶,它由接枝改性淀粉水乳液、生物质聚氨酯水乳液、纤维素增粘组份、松香水乳液复配而成,其中接枝改性淀粉水乳液由水、有机硅改性、醋酸乙烯酯接枝的氧化淀粉制得,生物质聚氨酯水乳液由醇解蓖麻油、聚己内酯二醇、异佛尔酮二异氰酸酯和二羟甲基丁酸、丙酮、三乙胺、十二烷基磺酸钠和水制得。上述专利申请技术制得的无醛粘合剂,原材料成本相对较高,且合成工艺也颇为繁杂。
另外,中国专利申请公开号CN 103360994A提出一种生物质无醛胶合板粘合剂,它由去离子水770份、聚乙烯醇110份、氧化淀粉45-55份、液碱4.5-6份、高岭土25份、碳酸钙45份、三聚磷酸钠0.15份和乙二醇6-8份组成。该无醛粘合剂生物质材料采用了淀粉,但所占比例不高,且用这种粘合剂生产的胶合板防潮耐水性有限,仅能满足室内干燥环境下使用的木质材料粘合要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种木质材料用生物质复合粘合剂及其制备方法,该粘合剂的制备成本相对较低,合成工艺较为简单,应用于木质材料的粘合可获得足够的粘合性能,且耐水性良好。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题:
本发明木质材料用生物质复合粘合剂,它由以下按重量份配比的原料制成:改性生物质微粉50~90份、可乳化异氰酸酯10~50份和水50~150份;
本发明所述改性生物质微粉的制备方法是:先将加入浓硫酸后的5~10%wt乙二醇水溶液,采用喷雾方式与搅拌下的60~80目生物质原料混合分散均匀,浓硫酸、乙二醇水溶液、生物质原料按重量份配比是0.35~0.5份:100~200份:1000份;然后将混合分散均匀的物料于烘箱中120~140℃下反应2~3hr,物料经冷却后球磨至过200目筛,即得到改性生物质微粉。
本发明所述生物质原料是指玉米秸秆粉、木薯渣粉和花生壳粉中的一种或一种以上混合。这些生物质材料的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素,在硫酸的催化作用下,乙二醇将其部分裂解生成富含酚基群、多元醇的小分子量物质,更易与异氰酸酯反应形成生物质基聚氨酯,从而提高粘合性能。
本发明木质材料用生物质复合粘合剂的制备方法是:
先将改性生物质微粉与可乳化异氰酸酯混合5~10min使之均匀,得到生物质-异氰酸酯混合物,放置10~20min后,再将生物质-异氰酸酯混合物加入水,混合5~10min使物料成乳状均匀粘稠液体,即得到木质材料用生物质复合粘合剂,然后用于施胶。
本发明所述可乳化异氰酸酯,系经亲水改性剂对异氰酸酯进行改性而得的,可在水中形成均匀乳液的异氰酸酯,如德国Bayer的Desmodur DN和Desmodur DA-L、美国Huntsman的Rubinate-9236、Suprasec-1041和Suprasec-9259、广州北林公司的Woodguard-0981、烟台万华公司的BMY-6309改性异氰酸酯。
本发明制得的木质材料用生物质复合粘合剂,可应用于家具生产、人造板生产、装修施工等的木质材料胶合。
本发明木质材料用生物质复合粘合剂具有粘合剂初粘性能好、粘合强度高、耐水性能好的优点,而且未添加甲醛,能取代“三醛胶”用于人造板等木质材料的胶合,避免甲醛对人体健康的危害。由于采用的生物质原料为玉米秸秆、木薯渣和花生壳等,其主要成分为纤维素和木质素,是自然界两个最大的生物可再生资源,环境友好、来源广泛、成本低廉。
具体实施例
实施例1
制备改性生物质微粉A(原料为玉米秸秆粉):
1.1将4.9mL(约9g)的浓硫酸(浓度为98%wt,下同)加入4kg的10%wt乙二醇水溶液中,搅拌均匀;
1.2取20kg细度60目的玉米秸秆粉,搅拌下将步骤1.1得到的溶液于喷雾方式加入,混合分散均匀,然后于烘箱中130℃下反应2hr,物料经冷却后球磨至过200目筛,得改性生物质微粉A,防潮包装贮存待用。
实施例2
制备改性生物质微粉B(原料为木薯渣粉):
2.1将3.8mL(约7g)的浓硫酸加入2kg的8%wt乙二醇水溶液中,搅拌均匀;
2.2取20kg细度80目的木薯渣粉,搅拌下将步骤2.1得到的溶液于喷雾方式加入,混合分散均匀,然后于烘箱中120下反应3hr,物料经冷却后球磨至过200目筛,得改性生物质微粉B,防潮包装贮存待用。
实施例3
制备改性生物质微粉C(原料为木薯渣粉):
3.1将5.4mL(约10g)的浓硫酸加入3.6kg的5%wt乙二醇水溶液,搅拌均匀;
3.2取20kg细度60目的木薯渣粉,搅拌下将3.1之溶液喷雾加入,混合分散均匀,然后于烘箱中140℃下反应2.5hr,物料经冷却后球磨至过200目筛,得改性生物质微粉C,防潮包装贮存待用。
实施例4
制备改性生物质微粉D(原料为花生壳粉):
4.1将4.3mL(约8g)的浓硫酸加入3kg的10%wt乙二醇水溶液中,搅拌均匀;
4.2取20kg细度80目的花生壳粉,搅拌下将步骤4.1得到的溶液于喷雾方式加入,混合分散均匀,然后于烘箱中125℃下反应2hr,物料经冷却后球磨至过200目筛,得改性生物质微粉D,防潮包装贮存待用。
实施例5
制备本发明复合粘合剂的原料配比见表1中的“粘合剂配比”,原料用量按“kg”单位计,微粉中的A、B、C、D分别代表上述实施例1、实施例2、实施例3、实施例4的改性生物质微粉;可乳化异氰酸酯中的a代表Rubinate-9236、b代表Suprasec-9259、c代表Desmodur DN、d代表Desmodur DA-L、e代表BMY-6309、f代表Woodguard-0981、g代表Suprasec-1041的产品。
前三个配方的配制方法:将改性生物质微粉先与可乳化异氰酸酯混合8min使之均匀,放置15min后加入水混合8min使物料成乳状均匀粘稠液体,然后施胶粘合木质材料。制作的胶合板为5层结构、颗粒板厚度16mm、纤维板厚度15mm。
中间三个配方的配制方法:将改性生物质微粉先与可乳化异氰酸酯混合10min使之均匀,放置20min后加入水混合10min使物料成乳状均匀粘稠液体,然后施胶粘合木质材料。制作的胶合板为5层结构、颗粒板厚度16mm、纤维板厚度15mm。
后三个配方的配制方法:将改性生物质微粉先与可乳化异氰酸酯混合5min使之均匀,放置10min后加入水混合5min使物料成乳状均匀粘稠液体,然后施胶粘合木质材料。制作的胶合板为5层结构、颗粒板厚度16mm、纤维板厚度15mm。
原料配置、应用对象及应用结果见表1。
表1:
注1:按DIN EN 204-2001检测,耐候性等级;
注2:按GB/T 17657-2013 4.17(Ⅱ类板)检测,胶合强度;
注3:按GB/T 17657-2013 4.11检测,内结合强度;
注4:参考HG/T 2727-2010附录A检测,压缩剪切强度(湿强),均全木破。
Claims (1)
1.木质材料用生物质复合粘合剂的制备方法,其特征在于,
所需原料按以下重量份配比:改性生物质微粉50~90份、可乳化异氰酸酯10~50份和水50~150份;
其中所述改性生物质微粉的制备方法是:先将加入浓硫酸后的5~10%wt乙二醇水溶液,采用喷雾方式与搅拌下的60~80目生物质原料混合分散均匀,浓硫酸、乙二醇水溶液、生物质原料按重量份配比是0.35~0.5份:100~200份:1000份;然后将混合分散均匀的物料于烘箱中120~140℃下反应2~3hr,物料经冷却后球磨至过200目筛,即得到改性生物质微粉;所述生物质原料是指玉米秸秆粉、木薯渣粉和花生壳粉中的一种或一种以上混合;
所述木质材料用生物质复合粘合剂的制备工艺是:先将改性生物质微粉与可乳化异氰酸酯混合5~10min使之均匀,得到生物质-异氰酸酯混合物,放置10~20min后,再将生物质-异氰酸酯混合物加入水,混合5~10min使物料成乳状均匀粘稠液体,即得到木质材料用生物质复合粘合剂,即可进行施胶。
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