CN106753222B - 一种水性热固性胶黏剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化学环保胶黏剂技术领域，具体涉及一种水性热固性胶黏剂及其制备方法。该胶黏剂由A组分和B组分组成，其中A组分由以下重量份数的原料制成：大豆蛋白480～520份、气相二氧化硅5～6份、水性膨润土5～6份；每480～520份大豆蛋白对应的B组分由以下重量份数的原料制成：热固性树脂溶液380～420份、尿素2.5～3.5份、十二烷基硫酸钠2.5～3.5份、碳酸钠2.5～3.5份、氢氧化钠2.5～3.5份、消泡剂1.5～2.5份、水580～620份。本发明胶黏剂中各助剂协同作用，改善大豆蛋白与树脂基料之间的交联特性，使产品具有很好的稳定性、高的胶黏强度、好的流动性和耐水性。

Description

一种水性热固性胶黏剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及化学环保胶黏剂技术领域，具体涉及一种水性热固性胶黏剂及其制备方法。

背景技术

在当今世界胶黏剂市场中，木材加工业的胶黏剂消耗量是巨大的，其中人造板对胶黏剂的消耗最大，人造板材现在很大一部分用的是酚醛树脂胶黏剂、脲醛树脂胶黏剂和三聚氰胺-甲醛树脂胶黏，俗称为“三醛胶”。但是使用这些胶做出来的人造板材在使用过程中会释放甲醛。众所周知，甲醛被世界卫生组织列为致癌和致畸形物，会危害环境和人体的健康。同时这些胶水的原材料都是不可再生的石油为原料的。而随着石油储存的越来越紧张，势必会影响“三醛”胶水的生产和应用。因此需要开发一款对人体没有危害的，并且采用的是可再生的生物资源作为原料的胶水来满足市场的要求。

从二十世纪二十年代开始，逐渐出现采用植物蛋白作为原料制备胶黏剂，减少胶黏剂释放有害气体，并促进胶凝剂的可持续生产性，如中国专利CN104610909A公开了一种无醛植物蛋白基木材胶黏剂，该胶黏剂中添加蛋白含量不小于30％的小麦谷蚖蛋白、玉米醇溶蛋白、脱脂豆粉或豆粕、脱脂棉籽粕、脱脂菜粕、脱脂花生粕中的一种作为原料，并添加改性剂、交联剂、固化剂、填料及添加剂制备成胶黏剂。由于植物蛋白特殊的分子结构，目前的以植物蛋白为原料制备的胶黏剂的在粘结强度低、流动性和耐水性较差，涂覆性能有待改进。

因此，在以植物蛋白为原料制备胶黏剂时需要添加合适的助剂来增强其胶黏强度，改善其流动性、耐水性和涂覆性能，已使制备的胶黏剂适于工业生产应用。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种稳定性好、胶黏强度高、流动性和耐水性好的水性热固性胶黏剂。

同时，本发明还在于提供一种水性热固性胶黏剂的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种水性热固性胶黏剂，由A组分和B组分组成，其中A组分由以下重量份数的原料制备而成：大豆蛋白480～520份、气相二氧化硅5～6份、水性膨润土5～6份；

每480～520份大豆蛋白对应的B组分由以下重量份数的原料制备而成：热固性树脂溶液380～420份、尿素2.5～3.5份、十二烷基硫酸钠2.5～3.5份、碳酸钠2.5～3.5份、氢氧化钠2.5～3.5份、消泡剂1.5～2.5份、水580～620份。

优选的，上述水性热固性胶黏剂，由A组分和B组分组成，其中A组分由以下重量份数的原料制备而成：大豆蛋白500份、气相二氧化硅5份、水性膨润土6份；

每500份大豆蛋白对应的B组分由以下重量份数的原料制备而成：热固性树脂400份、尿素3份、十二烷基硫酸钠3份、碳酸钠3份、氢氧化钠3份、消泡剂2份、水586份。

可选的，所述热固性树脂为有效质量含量为15％的PAE树脂溶液。

可选的，所述消泡剂为聚醚多元醇消泡剂、聚醚改性有机硅类消泡剂、聚醚改性聚硅氧烷消泡剂、矿物油消泡剂中的一种或任意组合。

可选的，所述消泡剂由1～1.5重量份的聚醚多元醇消泡剂和0.5～1重量份的聚醚改性有机硅类消泡剂组成。

上述水性热固性胶黏剂的制备方法，包括以下操作步骤：

1)制备A组分：取大豆蛋白、气相二氧化硅和水性膨润土混合均匀，即得所述的A组分；

制备B组分：取尿素、十二烷基硫酸钠、氢氧化钠、碳酸钠、消泡剂、热固性树脂溶液和水，混合搅拌均匀，即得所述的B组分；

2)在使用时，将A组分和B组分混合搅拌均匀，即得所述的水性热固性胶黏剂。

可选的，步骤1)中B组分制备过程中各原料混合搅拌均匀的具体方法为：取尿素、十二烷基硫酸钠、氢氧化钠、碳酸钠和消泡剂加入水中，溶解搅拌均匀，得溶液1；将热固性树脂加入到溶液1中，搅拌均匀。

可选的，步骤2)中所述混合搅拌均匀的搅拌转速为500r/min～3000r/min，搅拌时间为5min-30min。

本发明水性热固性胶黏剂在用于木板的胶合时，通过辊涂、刮涂等方法涂布在木板表面，经铺装、冷压、热压后即可实现两个木板之间的胶合；其中热压的压力不低于0.1MPa，热压温度不低于115℃，热压时间不低于15min，以确保胶黏剂可以完全固化，以及跟板材之间完全反应实现板材胶合。本发明胶黏剂除了用于木质材料实现木板的胶合或者木板的贴面之外，胶黏剂还可以用于玻璃丝、玻璃纤维和其他无机材料之间的胶合。

本发明水性热固性胶黏剂将A组分和B组分分开储存进行售卖，当使用时将A组分和B组分混合搅拌成粘稠状，即可直接使用。

本发明水性热固性胶黏剂，以大豆蛋白和热固性树脂为基料，通过大豆蛋白与热固性树脂之间的交联作用，赋予产品以粘性和耐水性，然而由于大豆蛋白自身球形的分子结构，大部分疏水性侧基位于内部，而亲水性基团暴漏于水中，使其与树脂之间的交联反应不易发生和反应完全，因此需要加入一些助剂，促进大豆蛋白与热固性树脂之间的交联，改善交联形成的分子空间结构，但是不同的改性剂种类对于交联反应和交联后分子空间结构的影响作用不同，进而对产品最终表现出的粘度、耐水性、胶结强度和稳定性等性能的影响效果不同，助剂具体种类和用量的选择在一定程度上影响了胶黏剂的性能。鉴于此，本发明创造性的选择氢氧化钠和碳酸钠复配作为变性剂，蛋白质变性后大分子链打开，内部更多的活性基团漏出来，可以有更多的基团跟树脂反应，增强产品的胶结强度；选择尿素和十二烷基硫酸钠复配作为改性剂，与暴露出来的蛋白质活性基团形成类似于胶束的复合物，可以使蛋白质进一步的水解，并且在交联过程中增加交联密度，从而增加产品的胶黏强度和耐水性；气相二氧化硅和水性膨润土复配作为粘度稳定剂，二氧化硅和水性膨润土在水中形成三维网络结构，具有一定的触变性，胶黏剂在放置过程中可以在分子层面上减少豆粉蛋白质和树脂的交联，而在使用过程中，通过简单的搅拌就可以打破网状结构，从而具有很好的粘度稳定性和流动性；同时粘度稳定剂能够增强粉体流动性，并且具有一定的疏水性，从而减少豆粉在放置过程中出现返潮结团的现象，并增强胶黏剂的耐水性能。

进一步的，本发明中创造性的选择聚醚多元醇消泡剂和聚醚改性有机硅类消泡剂复配作为消泡剂，避免由于气泡的存在而导致的涂布不均，粘结强度不均匀的现象，进一步提高胶黏剂的强度和稳定性。

本发明水性热固性胶黏剂的制备方法，操作简便，易于控制，适于工业化推广应用。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

一种水性热固性胶黏剂，由A组分和B组分组成，其中A组分由以下重量原料制备而成：大豆蛋白500g、气相二氧化硅5g、水性膨润土6g；

每500g大豆蛋白对应的B组分由以下重量原料制备而成：有效成分质量百分含量为15％的PAE树脂溶液400g、尿素3g、十二烷基硫酸钠3g、碳酸钠3g、氢氧化钠3g、聚醚多元醇消泡剂1.2g、聚醚改性有机硅类消泡剂0.8g、水586g。

上述水性热固性胶黏剂的制备方法，包括以下操作步骤：

1)制备A组分：取大豆蛋白、气相二氧化硅和水性膨润土混合均匀，即得所述的A组分；

制备B组分：取尿素、十二烷基硫酸钠、氢氧化钠、碳酸钠和消泡剂加入水中，溶解搅拌均匀，得溶液1；将PAE树脂溶液加入到溶液1中，搅拌均匀，即得所述的B组分；

2)在使用时，将A组分和B组分混合，在2000r/min的转速下，搅拌15min至混合均匀，即得所述的水性热固性胶黏剂。

实施例2

一种水性热固性胶黏剂，由A组分和B组分组成，其中A组分由以下重量原料制备而成：大豆蛋白480g、气相二氧化硅5.5g、水性膨润土5.5g；

每480g大豆蛋白对应的B组分由以下重量原料制备而成：有效成分质量百分含量为15％的PAE树脂溶液380g、尿素2.5g、十二烷基硫酸钠2.5g、碳酸钠2.5g、氢氧化钠2.5g、聚醚多元醇消泡剂1g、聚醚改性有机硅类消泡剂0.5g、水580g。

上述水性热固性胶黏剂的制备方法，包括以下操作步骤：

1)制备A组分：取大豆蛋白、气相二氧化硅和水性膨润土混合均匀，即得所述的A组分；

制备B组分：取尿素、十二烷基硫酸钠、氢氧化钠、碳酸钠和消泡剂加入水中，溶解搅拌均匀，得溶液1；将PAE树脂溶液加入到溶液1中，搅拌均匀，即得所述的B组分；

2)在使用时，将A组分和B组分混合，在500r/min的转速下，搅拌30min至混合均匀，即得所述的水性热固性胶黏剂。

实施例3

一种水性热固性胶黏剂，由A组分和B组分组成，其中A组分由以下重量原料制备而成：大豆蛋白520g、气相二氧化硅6g、水性膨润土5g；

每520g大豆蛋白对应的B组分由以下重量原料制备而成：有效成分质量百分含量为15％的PAE树脂溶液420g、尿素3.5g、十二烷基硫酸钠3.5g、碳酸钠3.5g、氢氧化钠3.5g、聚醚多元醇消泡剂1.5g、聚醚改性有机硅类消泡剂1g、水620g。

上述水性热固性胶黏剂的制备方法，包括以下操作步骤：

1)制备A组分：取大豆蛋白、气相二氧化硅和水性膨润土混合均匀，即得所述的A组分；

制备B组分：取尿素、十二烷基硫酸钠、氢氧化钠、碳酸钠和消泡剂加入水中，溶解搅拌均匀，得溶液1；将PAE树脂溶液加入到溶液1中，搅拌均匀，即得所述的B组分；

2)在使用时，将A组分和B组分混合，在3000r/min的转速下，搅拌5min至混合均匀，即得所述的水性热固性胶黏剂。

对比例1

本对比例水性热固性胶黏剂与实施例1不同的是，其配方中使用氢氧化钠6g，省去使用碳酸钠，其他同实施例1。

对比例2

本对比例水性热固性胶黏剂与实施例1不同的是，其配方中使用碳酸钠6g，省去使用氢氧化钠，其他同实施例1。

对比例3

本对比例水性热固性胶黏剂与实施例1不同的是，其配方中使用硅酸钠3g，省去使用碳酸钠，其他同实施例1。

对比例4

本对比例水性热固性胶黏剂与实施例1不同的是，其配方中使用硼酸钠3g，省去使用氢氧化钠，其他同实施例1。

对比例5

本对比例水性热固性胶黏剂与实施例1不同的是，其配方中使用尿素6g，省去使用十二烷基硫酸钠，其他同实施例1。

对比例6

本对比例水性热固性胶黏剂与实施例1不同的是，其配方中使用十二烷基磺酸钠3g，省去使用尿素，其他同实施例1。

对比例7

本对比例水性热固性胶黏剂与实施例1不同的是，其配方中使用气相二氧化硅11g，省去使用水性膨润土，其他同实施例1。

试验例1

分别用实施例1和对比例1～7制备的胶黏剂压制胶合板：按木单板经过辊涂施胶、陈放、冷压、热压和裁切过程制备胶合板；其中热压的压力不低于0.1MPa，热压温度不低于115℃，热压时间不低于15min；然后按照GB/T17657-1999“人造板及饰面人造板理化性能试验方法”标准，测定胶合板的干态胶合强度和湿态胶合强度；其中湿态胶合强度是将被测试胶合板放置在63±3℃的热水中浸渍3h，去除冷却10min后测试时间的胶合强度；干态胶合强度是将含水率符合要求的胶合板直接做干状试验获得。同时测定胶合板的平均木材破坏率，结果如下表1所示：

表1

试验例2

分别测定实施例1和对比例1～7制备的胶黏剂随着放置时间的延长其粘度的变化，其中粘度采用RV粘度仪在23℃下10rpm测试，结果如下表2所示：

表2

试验例3

将实施例1和对比例7中的A组分分别放置在湿度为60％，温度为25℃的环境下，并以不添加单纯的大豆蛋白为空白对照，观察随着放置时间的延长，每组试验中大豆蛋白的状态，结果如下表3所示：

表3

由上述表1、表2和表3所示的数据可知，本发明通过创造性的选择氢氧化钠、碳酸钠复配作为变性剂，选择十二烷基硫酸钠和尿素复配作为改性交联剂，选择气相二氧化硅和水性膨润土复配作为粘度稳定剂，使助剂之间相互产生协同作用，增强胶黏剂的胶合强度、耐水性和粘度稳定性，并且延长粉体的储存时间，保持粉体的质量稳定性。

按照上述表1、表2和表3的数据检测方式，比较实施例1、实施例2和实施例3制备的胶黏剂的性能，结果表面实施例1制备的胶黏剂的性能略优于实施例2和实施例3，但是三者处于同一水平，均明显优于对比例1～7制备的胶黏剂。

Claims (7)

1.一种水性热固性胶黏剂，其特征在于，由A组分和B组分组成，其中A组分由以下重量份数的原料制备而成：大豆蛋白480～520份、气相二氧化硅5～6份、水性膨润土5～6份；

每480～520份大豆蛋白对应的B组分由以下重量份数的原料制备而成：热固性树脂溶液380～420份、尿素2.5～3.5份、十二烷基硫酸钠2.5～3.5份、碳酸钠2.5～3.5份、氢氧化钠2.5～3.5份、消泡剂1.5～2.5份、水580～620份；

所述热固性树脂为有效质量含量为15％的PAE树脂溶液。

2.如权利要求1所述的水性热固性胶黏剂，其特征在于，由A组分和B组分组成，其中A组分由以下重量份数的原料制备而成：大豆蛋白500份、气相二氧化硅5份、水性膨润土6份；

每500份大豆蛋白对应的B组分由以下重量份数的原料制备而成：热固性树脂400份、尿素3份、十二烷基硫酸钠3份、碳酸钠3份、氢氧化钠3份、消泡剂2份、水586份。

3.如权利要求1或2所述的水性热固性胶黏剂，其特征在于，所述消泡剂为聚醚多元醇消泡剂、聚醚改性有机硅类消泡剂、聚醚改性聚硅氧烷消泡剂、矿物油消泡剂中的一种或任意组合。

4.如权利要求3所述的水性热固性胶黏剂，其特征在于，所述消泡剂由1～1.5重量份的聚醚多元醇消泡剂和0.5～1重量份的聚醚改性有机硅类消泡剂组成。

5.一种如权利要求1所述的水性热固性胶黏剂的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

1)制备A组分：取大豆蛋白、气相二氧化硅和水性膨润土混合均匀，即得所述的A组分；

制备B组分：取尿素、十二烷基硫酸钠、氢氧化钠、碳酸钠、消泡剂、热固性树脂溶液和水，混合搅拌均匀，即得所述的B组分；

2)在使用时，将A组分和B组分混合搅拌均匀，即得所述的水性热固性胶黏剂。

6.如权利要求5所述的水性热固性胶黏剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中B组分制备过程中各原料混合搅拌均匀的具体方法为：取尿素、十二烷基硫酸钠、氢氧化钠、碳酸钠和消泡剂加入水中，溶解搅拌均匀，得溶液1；将热固性树脂加入到溶液1中，搅拌均匀。

7.如权利要求5所述的水性热固性胶黏剂的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述混合搅拌均匀的搅拌转速为500r/min～3000r/min，搅拌时间为5min～30min。