CN107286863B - 一种高强度植物基胶黏剂及其制备方法 - Google Patents

一种高强度植物基胶黏剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度植物基胶黏剂，以重量份计包括以下组分：植物改性淀粉40‑70份，改性填料1‑3份，聚乳酸15‑20份，聚氨酯10‑15份，氯化石蜡5‑11份，氢化松香树脂8‑13份，月桂酸二乙醇酰胺1‑3份，氮化硼纤维0.8‑1.5份，蓖麻油1‑2份，分散剂0.5‑1份，抗氧剂1‑2份。本发明还公开了该胶黏剂的制备方法。本发明制得的胶黏剂稳定性好，粘接强度大，制备成本低。

Description

一种高强度植物基胶黏剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及领域，具体的涉及一种高强度植物基胶黏剂。
背景技术：
胶黏剂是以热塑性树脂或弹性体为基料，添加增黏剂、增塑剂、抗氧化剂、阻燃剂及填料，经熔融混合而成的固体状粘合剂。与热固型、溶剂型和水基型胶粘剂相比具有很多优越性，所以从20世纪50年代至今，胶黏剂已经在许多领域得到了快速发展，尤其在印刷、包装等行业已用胶黏剂取代钉装和线装，并开始用于建筑、飞机、舰船和汽车内装饰等领域。在过去的60年中，胶黏剂工业发展极为迅速，新产品层出不穷，性能不断完善。
根据所用基料的不同，胶黏剂可分为聚氨酯类、聚酰胺类、乙烯/醋酸乙烯类、聚酯类和嵌段共聚物类等多种。其中，聚氨酯类胶黏剂是应用较为广泛的一种。由于上述胶黏剂特殊的化学结构与特性，不能为环境所降解或水解，且在环境中会长期滞留，已成为现代社会的一大隐患和威胁。近年来，国内外研究者正致力于开发绿色胶黏剂，即为可生物降解的胶黏剂。可生物降解胶黏剂是一种很有发展前景的胶粘剂，其生物降解是通过水解和氧化作用完成的。
中国专利(201310401054.4)公开了一种植物基热熔胶，它是由下述重量份的原料组成的：小麦改性淀粉50-60、聚氨酯10-12、油酸酰胺2-3、聚丙烯酸丁酯2-3、氢化松香甘油酯10-20、聚碳酸酯2-3、EVA树脂7-10、二甲基二巯基乙酸异辛酯锡1-2、棉纤维0.4-0.6、乙撑基双硬脂酰胺1-2、增粘剂6-8；本发明制备的胶黏剂成本低，对环境污染小，可部分降解，本发明的胶黏剂硬度高、易低温粘合、耐油脂、耐水洗性强。但是其稳定性不够，目前主要缺点是使用稳定性较差，粘接强度有待于进一步提高。
发明内容：
本发明的目的是提供一种高强度植物基胶黏剂，其粘接强度大，稳定性好，耐水耐油型好，可生物降解，有益于环境保护。
本发明的另一个目的是提供该高强度植物基胶黏剂的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高强度植物基胶黏剂，以重量份计包括以下组分：
植物改性淀粉40-70份，改性填料1-3份，
聚乳酸15-20份，聚氨酯10-15份，
氯化石蜡5-11份，氢化松香树脂8-13份，
月桂酸二乙醇酰胺1-3份，氮化硼纤维0.8-1.5份，
蓖麻油1-2份，分散剂0.5-1份，抗氧剂1-2份；
其中所述改性填料为锂云母粉、煤矸石、碳酸锂和助剂混合熔铸的填料改性而成。
作为上述技术方案的优选，所述改性填料的制备方法为：将锂云母粉、煤矸石、碳酸锂、硼酸、氧化铝、氧化硅混合置于坩埚内，在1400-1500℃下熔化，浇注成型，然后进行热处理，制得填料；将制得的填料研磨后用浓硝酸处理，处理后的填料置于油酸的乙醇溶液中，500W功率下超声1-4h，超声处理后，减压过滤，固体依次用去离子水、无水乙醇洗涤，60℃下真空干燥，即得改性填料。
作为上述技术方案的优选，所述锂云母粉、煤矸石、碳酸锂、硼酸、氧化铝、氧化硅的质量比为85：(3-5)：1:0.5：(0.8-2)：(1-2)。
作为上述技术方案的优选，所述填料与油酸的质量比为(4-10)：1。
作为上述技术方案的优选，所述分散剂为油酸单甘油酯、三油酸甘油酯的混合物，二者质量比为0.5：1。
作为上述技术方案的优选，所述抗氧剂为抗氧剂1010。
一种高强度植物基胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将分散剂、月桂酸二乙醇酰胺溶于无水乙醇中，然后加入氮化硼纤维，3000r/min下搅拌30-50min，然后超声处理1-2h，处理后60-80℃下减压浓缩除去无水乙醇，得到混合物A；
(2)将植物改性淀粉、聚乳酸、聚氨酯、氯化石蜡、氢化松香树脂混合加热至180℃混合1h，然后加入蓖麻油、抗氧剂、改性填料、混合物A混合搅拌1-3h，并由双螺杆挤出机挤出造粒，制得植物基胶黏剂。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述超声处理的功率为500-1000W。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述超声处理的功率为800W。
本发明具有以下有益效果：
氮化硼纤维具有抗化学侵蚀性质，不被无机酸和水侵蚀，高温稳定性很好、耐热震性很好、强度很高、导热系数很高、膨胀系数较低、电阻率很大、耐腐蚀、可透微波或透红外线，将其加入到胶黏剂中可有效改善胶黏剂的耐高温性能和耐候性；
锂云母粉具有珍珠光泽，称短柱体、小薄片集合体或大板状晶体，薄片具有弹性，强度大，将其加入到胶黏剂中可以有效改善胶黏剂的粘结强度，但是其热膨胀系数较大，为了解决这一问题，本发明采用煤矸石和碳酸锂与锂云母粉混合加入助剂在一定条件下制备填料，煤矸石和碳酸锂的加入可以有效降低填料的热膨胀系数；
而且为了改善填料、氮化硼纤维与胶黏剂基体的相容性，本发明合理对其进行改性，制得的胶黏剂稳定性好，粘结强度大，耐高温，且制备成本低。
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
一种高强度植物基胶黏剂，以重量份计包括以下组分：
植物改性淀粉40份，改性填料1份，
聚乳酸15份，聚氨酯10份，
氯化石蜡5份，氢化松香树脂8份，
月桂酸二乙醇酰胺1份，氮化硼纤维0.8份，
蓖麻油1份，分散剂0.5份，抗氧剂1份；
其制备方法包括以下步骤：
(1)将锂云母粉、煤矸石、碳酸锂、硼酸、氧化铝、氧化硅混合置于坩埚内，在1400-1500℃下熔化，浇注成型，然后进行热处理，制得填料；将制得的填料研磨后用浓硝酸处理，处理后的填料置于油酸的乙醇溶液中，500W功率下超声1h，超声处理后，减压过滤，固体依次用去离子水、无水乙醇洗涤，60℃下真空干燥，即得改性填料；其中，锂云母粉、煤矸石、碳酸锂、硼酸、氧化铝、氧化硅的质量比为85：3：1:0.5：0.8：1；填料与油酸的质量比为4：1；
(2)将分散剂、月桂酸二乙醇酰胺溶于无水乙醇中，然后加入氮化硼纤维，3000r/min下搅拌30min，然后500W功率下超声处理1h，处理后60-80℃下减压浓缩除去无水乙醇，得到混合物A；
(3)将植物改性淀粉、聚乳酸、聚氨酯、氯化石蜡、氢化松香树脂混合加热至180℃混合1h，然后加入蓖麻油、抗氧剂、改性填料、混合物A混合搅拌1h，并由双螺杆挤出机挤出造粒，制得植物基胶黏剂。
实施例2
一种高强度植物基胶黏剂，以重量份计包括以下组分：
植物改性淀粉70份，改性填料3份，
聚乳酸20份，聚氨酯15份，
氯化石蜡11份，氢化松香树脂13份，
月桂酸二乙醇酰胺3份，氮化硼纤维1.5份，
蓖麻油2份，分散剂1份，抗氧剂2份；
其制备方法包括以下步骤：
(1)将锂云母粉、煤矸石、碳酸锂、硼酸、氧化铝、氧化硅混合置于坩埚内，在1400-1500℃下熔化，浇注成型，然后进行热处理，制得填料；将制得的填料研磨后用浓硝酸处理，处理后的填料置于油酸的乙醇溶液中，500W功率下超声4h，超声处理后，减压过滤，固体依次用去离子水、无水乙醇洗涤，60℃下真空干燥，即得改性填料；其中，锂云母粉、煤矸石、碳酸锂、硼酸、氧化铝、氧化硅的质量比为85：5：1:0.5：2：2；填料与油酸的质量比为10：1；
(2)将分散剂、月桂酸二乙醇酰胺溶于无水乙醇中，然后加入氮化硼纤维，3000r/min下搅拌50min，然后1000W功率下超声处理2h，处理后60-80℃下减压浓缩除去无水乙醇，得到混合物A；
(3)将植物改性淀粉、聚乳酸、聚氨酯、氯化石蜡、氢化松香树脂混合加热至180℃混合1h，然后加入蓖麻油、抗氧剂、改性填料、混合物A混合搅拌3h，并由双螺杆挤出机挤出造粒，制得植物基胶黏剂。
实施例3
一种高强度植物基胶黏剂，以重量份计包括以下组分：
植物改性淀粉50份，改性填料1.5份，
聚乳酸17份，聚氨酯11份，
氯化石蜡7份，氢化松香树脂10份，
月桂酸二乙醇酰胺1.5份，氮化硼纤维1.0份，
蓖麻油1.3份，分散剂0.6份，抗氧剂1.4份；
其制备方法包括以下步骤：
(1)将锂云母粉、煤矸石、碳酸锂、硼酸、氧化铝、氧化硅混合置于坩埚内，在1400-1500℃下熔化，浇注成型，然后进行热处理，制得填料；将制得的填料研磨后用浓硝酸处理，处理后的填料置于油酸的乙醇溶液中，500W功率下超声2h，超声处理后，减压过滤，固体依次用去离子水、无水乙醇洗涤，60℃下真空干燥，即得改性填料；其中，锂云母粉、煤矸石、碳酸锂、硼酸、氧化铝、氧化硅的质量比为85：3.5：1:0.5：1：1.2；填料与油酸的质量比为5：1；
(2)将分散剂、月桂酸二乙醇酰胺溶于无水乙醇中，然后加入氮化硼纤维，3000r/min下搅拌35min，然后600W功率下超声处理1.2h，处理后60-80℃下减压浓缩除去无水乙醇，得到混合物A；
(3)将植物改性淀粉、聚乳酸、聚氨酯、氯化石蜡、氢化松香树脂混合加热至180℃混合1h，然后加入蓖麻油、抗氧剂、改性填料、混合物A混合搅拌1.5h，并由双螺杆挤出机挤出造粒，制得植物基胶黏剂。
实施例4
一种高强度植物基胶黏剂，以重量份计包括以下组分：
植物改性淀粉60份，改性填料2份，
聚乳酸18份，聚氨酯12份，
氯化石蜡8份，氢化松香树脂11份，
月桂酸二乙醇酰胺2份，氮化硼纤维1.2份，
蓖麻油1.6份，分散剂0.7份，抗氧剂1.6份；
其制备方法包括以下步骤：
(1)将锂云母粉、煤矸石、碳酸锂、硼酸、氧化铝、氧化硅混合置于坩埚内，在1400-1500℃下熔化，浇注成型，然后进行热处理，制得填料；将制得的填料研磨后用浓硝酸处理，处理后的填料置于油酸的乙醇溶液中，500W功率下超声3h，超声处理后，减压过滤，固体依次用去离子水、无水乙醇洗涤，60℃下真空干燥，即得改性填料；其中，锂云母粉、煤矸石、碳酸锂、硼酸、氧化铝、氧化硅的质量比为85：4：1:0.5：1.4：1.4；填料与油酸的质量比为7：1；
(2)将分散剂、月桂酸二乙醇酰胺溶于无水乙醇中，然后加入氮化硼纤维，3000r/min下搅拌30-50min，然后700W功率下超声处理1.4h，处理后60-80℃下减压浓缩除去无水乙醇，得到混合物A；
(3)将植物改性淀粉、聚乳酸、聚氨酯、氯化石蜡、氢化松香树脂混合加热至180℃混合1h，然后加入蓖麻油、抗氧剂、改性填料、混合物A混合搅拌2h，并由双螺杆挤出机挤出造粒，制得植物基胶黏剂。
实施例5
一种高强度植物基胶黏剂，以重量份计包括以下组分：
植物改性淀粉65份，改性填料2.5份，
聚乳酸18份，聚氨酯14份，
氯化石蜡9份，氢化松香树脂12份，
月桂酸二乙醇酰胺2.5份，氮化硼纤维1.3份，
蓖麻油1.8份，分散剂0.8份，抗氧剂1.7份；
其制备方法包括以下步骤：
(1)将锂云母粉、煤矸石、碳酸锂、硼酸、氧化铝、氧化硅混合置于坩埚内，在1400-1500℃下熔化，浇注成型，然后进行热处理，制得填料；将制得的填料研磨后用浓硝酸处理，处理后的填料置于油酸的乙醇溶液中，500W功率下超声3.5h，超声处理后，减压过滤，固体依次用去离子水、无水乙醇洗涤，60℃下真空干燥，即得改性填料；其中，锂云母粉、煤矸石、碳酸锂、硼酸、氧化铝、氧化硅的质量比为85：4.5：1:0.5：1.6：1.8；填料与油酸的质量比为8：1；
(2)将分散剂、月桂酸二乙醇酰胺溶于无水乙醇中，然后加入氮化硼纤维，3000r/min下搅拌45min，然后800W功率下超声处理1.6h，处理后60-80℃下减压浓缩除去无水乙醇，得到混合物A；
(3)将植物改性淀粉、聚乳酸、聚氨酯、氯化石蜡、氢化松香树脂混合加热至180℃混合1h，然后加入蓖麻油、抗氧剂、改性填料、混合物A混合搅拌2.5h，并由双螺杆挤出机挤出造粒，制得植物基胶黏剂。
将上述制得的胶黏剂常温下一个月后，无明显沉淀产生、外观无变化分层。
以30D涤棉为材质对上述各实施例产品的最终剥离强度。所述最终剥强测试方法参照标准FZ/T01085-2009，粘合试样制备方法如下：将待测样品加热到80-120℃，用0.45μm孔径的不锈钢圆网涂布于30D涤棉面料上，并与同材质面料经压烫机烫压复合，最后置于20℃、湿度80％的恒温恒湿环境中，48h后取出测试其剥离强度，48h的测试结果定义为最终剥强。
测试结果如下表所示，其中，对比例为申请号为201310401054.4的文件公开的热熔胶。
最终剥离强度，N/2.5cm
实施例1 61.5
实施例2 62.3
实施例3 61.9
实施例4 62.0
实施例5 62.5
对比例 45.6
从上述数据来看，与对比例相比，本发明制得的胶黏剂剥离强度更大，粘结性能优异。

Claims (7)

1.一种高强度植物基胶黏剂，其特征在于，以重量份计包括以下组分：
植物改性淀粉40-70份，改性填料1-3份，
聚乳酸15-20份，聚氨酯10-15份，
氯化石蜡5-11份，氢化松香树脂8-13份，
月桂酸二乙醇酰胺1-3份，氮化硼纤维0.8-1.5份，
蓖麻油1-2份，分散剂0.5-1份，抗氧剂1-2份；
其中所述改性填料为锂云母粉、煤矸石、碳酸锂和助剂混合熔铸的填料改性而成；所述锂云母粉、煤矸石、碳酸锂、硼酸、氧化铝、氧化硅的质量比为85：(3-5)：1:0.5：(0.8-2)：(1-2)；
所述改性填料的制备方法为：将锂云母粉、煤矸石、碳酸锂、硼酸、氧化铝、氧化硅混合置于坩埚内，在1400-1500℃下熔化，浇注成型，然后进行热处理，制得填料；将制得的填料研磨后用浓硝酸处理，处理后的填料置于油酸的乙醇溶液中，500W功率下超声1-4h，超声处理后，减压过滤，固体依次用去离子水、无水乙醇洗涤，60℃下真空干燥，即得。
2.如权利要求1所述的一种高强度植物基胶黏剂，其特征在于：所述填料与油酸的质量比为(4-10)：1。
3.如权利要求1所述的一种高强度植物基胶黏剂，其特征在于：所述分散剂为油酸单甘油酯、三油酸甘油酯的混合物，二者质量比为0.5：1。
4.如权利要求1所述的一种高强度植物基胶黏剂，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂1010。
5.如权利要求1至4任一所述的一种高强度植物基胶黏剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将分散剂、月桂酸二乙醇酰胺溶于无水乙醇中，然后加入氮化硼纤维，3000r/min下搅拌30-50min，然后超声处理1-2h，处理后60-80℃下减压浓缩除去无水乙醇，得到混合物A；
(2)将植物改性淀粉、聚乳酸、聚氨酯、氯化石蜡、氢化松香树脂混合加热至180℃混合1h，然后加入蓖麻油、抗氧剂、改性填料、混合物A混合搅拌1-3h，并由双螺杆挤出机挤出造粒，制得植物基胶黏剂。
6.如权利要求5所述的一种高强度植物基胶黏剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述超声处理的功率为500-1000W。
7.如权利要求6所述的一种高强度植物基胶黏剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述超声处理的功率为800W。
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