CN107286893B - 一种水性聚合物异氰酸酯木材胶粘剂及其制备方法 - Google Patents

一种水性聚合物异氰酸酯木材胶粘剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水性聚合物异氰酸酯木材胶粘剂及其制备方法。该胶粘剂包括主剂和交联剂，其中主剂主要由下述重量配比的组分制成：聚乙烯醇9～12；复合多元醇3～8；硅溶胶15～25；填料8～12；水50～65；表面活性剂0.05～0.2；消泡剂0～0.15；防腐剂0～0.2；其中，所述的复合多元醇由大豆油多元醇、蓖麻油和多元醇苯甲酸酯按0‑15：0‑15：50‑80的重量配比混合得到。本发明所述木材胶粘剂的固含量适宜、胶粘强度高、耐水耐候性好，适用期长，环保且使用安全。

Description

一种水性聚合物异氰酸酯木材胶粘剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种木材胶粘剂，具体涉及一种水性聚合物异氰酸酯木材胶粘剂及其制备方法。
背景技术
现有的木材胶粘剂种类很多，但在生产上主要使用尿醛树脂胶、酚醛树脂胶和三聚氰胺甲醛胶，由于这类胶的主要原料是甲醛，因此，在生产和使用过程的相当长一段时间内会源源不断地释放游离甲醛，影响环境和使用者健康。
随着人们环保意识的增强，对胶粘剂的环保要求也越来越高。开发一种固含量适宜、胶粘强度高、耐水耐候性好，且环保的木材胶粘剂已成为研究的重点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种固含量适宜、胶粘强度高、耐水耐候性好，适用期长，环保且使用安全的水性聚合物异氰酸酯木材胶粘剂及其制备方法。
本发明所述的水性聚合物异氰酸酯木材胶粘剂，包括主剂和交联剂，其中：所述主剂主要由下述重量配比的组分制成：
聚乙烯醇9～12；
复合多元醇3～8；
硅溶胶15～25；
填料8～12；
水50～65；
表面活性剂0.05～0.2；
消泡剂0～0.15；
防腐剂0～0.2；
其中，所述的复合多元醇由大豆油多元醇、蓖麻油和多元醇苯甲酸酯按0-15：0-15：50-80的重量配比混合得到。
本发明在聚乙烯醇、硅溶胶体系中加入复合多元醇，提高了聚乙烯醇与硅溶胶的相融性，胶粘剂的柔软性和贮存稳定性，还能延长主剂与交联剂合胶后的适用期，使制板工艺得到改善。
为了使主剂各组分的反应更加均匀，以提高最终所得产品的粘接强度、耐水性和耐候性等性能，所述主剂中各组分的重量配比优选为：
聚乙烯醇9～12；
复合多元醇3～8；
硅溶胶15～25；
填料8～12；
水50～65；
表面活性剂0.05～0.2；
消泡剂0.05～0.15；
防腐剂0～0.2。
在保证最终所得产品的粘接强度、耐水性和耐候性等性能的基础上，为了进一步提高最终所得产品的保质期，所述主剂中各组分的重量配比进一步优选为：
聚乙烯醇9～12；
复合多元醇3～8；
硅溶胶16～25；
填料8～12；
水50～65；
表面活性剂0.05～0.2；
消泡剂0.05～0.15；
防腐剂0.05～0.2。
本发明所述技术方案中，所述主剂和交联剂的重量配比为100：5～25，优选为100：10～20。
本发明所述技术方案中，所述的交联剂为异氰酸酯，具体地，可以是选自二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、多苯基多亚甲基多异氰酸酯和1,6-己二异氰酸酯(HDI)中的一种或两种以上的组合。
本发明所述技术方案中，所述填料的种类及粒度选择与现有技术相同，具体地，填料的种类可以是高岭土、二氧化钛、碳酸钙和滑石粉中的一种或两种以上的组合；当填料的选择为上述两种以上物质的组合时，它们的配比可以是任意配比。所述填料的粒度优选为≥325目，更优选为≥1000目。
本发明所述技术方案中，所述的表面活性剂为阴离子表面活性剂，优选采用十二烷基苯磺酸钠。
本发明所述技术方案中，所述的消泡剂的选择与现有技术相同，具体可以是正丁醇和/或磷酸三丁酯。
本发明所述技术方案中，所述的防腐剂的选择与现有技术相同，具体可以是异噻唑啉酮。
本发明还提供上述水性聚合物异氰酸酯木材胶粘剂的制备方法，包括主剂的制备，其中：制备主剂的方法为：
先将水置于反应容器中，再加入聚乙烯醇，聚乙烯醇溶解后使体系保持在55～80℃，加入表面活性剂和硅溶胶，搅拌反应30～50分钟，用pH调节剂调节体系的pH＝6.0～7.0，再向其中加入复合多元醇，搅拌均匀后使体系降温至≤40℃，加入填料，搅拌均匀后过滤出料，即得到主剂；
当主剂的配方中含有消泡剂和防腐剂时，所述消泡剂在加水的同时或加水之后加入；所述防腐剂在加填料之前或加填料的同时或加填料之后加入，加入后搅拌均匀。
上述制备主剂的方法中，优选地，是在加入表面活性剂搅拌反应20～40分钟后再加入硅溶胶；
上述制备主剂的方法中，聚乙烯醇的溶解优选是在加热条件下进行，更优选是在90～95℃的条件下进行。在加入表面活性剂时，优选体系的温度保持在60～80℃。所述的pH调节剂可以是酸性物质或碱性物质，具体根据加入硅溶胶搅拌反应30～40分钟后体系的酸碱度进行选择；所述的酸性物质优选采用甲酸；所述的碱性物质优选采用氢氧化钠。
在制备得到主剂后，在具体应用时，根据粘接材料不同的耐水耐候性要求，将主剂与固化剂按100：5～25的重量配比即得到本发明所述的水性聚合物异氰酸酯木材胶粘剂。
本发明所述的水性聚合物异氰酸酯木材胶粘剂可应用于结构用集成材的粘接、新型工程木质材料的粘接、实木拼接、实木复合地板的生产、结构用胶合板、室内外用胶合板、竹木复合板、细木工板的生产、木制家具、厨柜、木门的粘接等。
与现有水性高分子(乙烯基或淀粉基)异氰酸酯胶粘剂相比，本发明采用水性复合高分子聚合物为主剂，主剂中主含硅醇基聚合物和多种高活性羟基，无大量羧基存在，适用期长短可调节，在适用期内无负反应产生，加入相应的异氰酸酯交联剂(如纯MDI、聚合MDI或HDI)即可生成氨基甲酸酯和脲键化合物，这种异氰酸酯交联剂与主剂中的羟基和渗入木材内部胶水的羟基以及木材内外木素中接触胶水的羟基发生交联反应，形成多维网络结构和强大的胶钉，由于硅原子均匀分布于胶粘剂中，大大增强了胶接部位的湿胶合强度和耐水耐候和耐老化性能。申请人经过试验证明，只要将本发明主剂与异氰酸酯交联剂按100：5～6的重量配比进行混合得到的胶粘剂，制成胶合板的拉伸剪切强度干强度≥1.0MPa，湿强度≥0.7MPa，即达到Ⅱ类普通胶合板的国家标准；将本发明所述主剂中与交联剂按100：10-12的重量配比进行混合得到的胶粘剂，生产所得的胶合板可在100℃沸水中反复浸渍不脱胶，拉伸剪切强度干强度≥1.2MPa，湿强度≥1.0MPa，达到Ⅰ类板国家标准；将本发明所述主剂与交联剂按100：15的重量配比进行混合得到的胶粘剂，用于欧洲赤松、云杉生产的结构集成材干态压缩剪切强度为8.11MPa和8.16MPa，木破率为100％和98％，湿态压缩剪切强度为4.99MPa和5.17MPa，木破率均为95％，常温水浸两次循环剥离率为0.28和0，100℃沸水两次循环浸渍剥离率为0.52和0，均能满足结构集成材的最高标准要求；将本发明所述主剂与交联剂按100：20的重量配比进行混合得到的胶粘剂，用于榉木作试材干态压缩剪切强度为16.52mpa，木破率为96.7％，湿态压缩剪切强度为5.72mpa，常温水浸剥离性能和100℃沸水反复浸渍剥离性能均满足结构集成材的最高标准要求。各项主要性能指标和环保指标均高于现有水性高分子异氰酸酯胶粘剂。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详述,以更好地理解本发明的内容,但本发明并不限于以下实施例。
以下各实施例中所述的份数为重量份。
实施例1
1、胶粘剂配方：
主剂：聚乙烯醇，10份；
复合多元醇(由大豆油多元醇、蓖麻油和多元醇苯甲酸酯按10：10：80的重量配比混合制成)，6份；
硅溶胶22份；
填料(二氧化钛)，12份；
水，50份；
表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)，0.1份；
消泡剂(正丁醇)，0.1份；
防腐剂(异噻唑啉酮)，0.1份；
交联剂：(多苯基多亚甲基多异氰酸酯)，其用量为主剂的15％。
2、制备方法：
1)按配方称取各组分，备用；
2)先将水加入带有加热搅拌器的反应釜中，加入聚乙烯醇和消泡剂，升温至93℃保温直至聚乙烯醇全部溶解，然后使体系降温至70℃，加入表面活性剂，保温搅拌反应40分钟，然后再将体系的温度降至65℃-60℃，加入硅溶胶，搅拌反应30分钟，用pH调节剂(甲酸)调节体系的pH＝6.5，再向其中加入复合多元醇，搅拌反应40分钟后使体系降温至40℃，再向其中加入防腐剂、填料，搅拌均匀后过滤出料，即得到主剂；
3)所得主剂在使用前与交联剂按100：15的重量比混合均匀，即得到本发明所述的水性聚合物异氰酸酯木材胶粘剂。
将上述实施例制得的主剂及最终产品胶粘剂送检测部门按照相关标准进行性能检验，检验结果分别如下表1和表2所示：
表1：
Figure BDA0000954057370000041
Figure BDA0000954057370000051
表2：
Figure BDA0000954057370000052
实施例2
1、胶粘剂配方：
主剂：聚乙烯醇，12份；
复合多元醇(由蓖麻油和多元醇苯甲酸酯按1：4的重量比组成)，3份；
硅溶胶22份；
填料(由碳酸钙和滑石粉按1：1的重量比组成)，8份；
水，55份；
表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)，0.2份；
消泡剂(磷酸三丁酯)，0.05份；
防腐剂(异噻唑啉酮)，0.05份；
交联剂：1,6-己二异氰酸酯，其用量为主剂的10％。
2、制备方法：
1)按配方称取各组分，备用；
2)先将水加入带有加热搅拌器的反应釜中，加入聚乙烯醇和消泡剂，升温至95℃保温直至聚乙烯醇全部溶解，然后使体系降温至65℃，加入表面活性剂，保温搅拌反应25分钟，然后再将体系的温度降至60℃，加入硅溶胶，搅拌反应40分钟，用pH调节剂(甲酸)调节体系的pH＝6.0，再向其中加入复合多元醇和防腐剂，搅拌均匀后使体系降温至30℃，再向其中加入填料，搅拌均匀后过滤出料，即得到主剂；
3)所得主剂与交联剂按100：10的重量比混合均匀，即得到本发明所述的水性聚合物异氰酸酯木材胶粘剂。
将上述实施例制得的主剂及最终产品胶粘剂送检测部门按照相关标准进行性能检验，检验结果如下表3所示：
表3：
Figure BDA0000954057370000061
实施例3
1、胶粘剂配方：
主剂：聚乙烯醇，9份；
复合多元醇(由大豆油多元醇、蓖麻油和多元醇苯甲酸酯按15：15：50的重量配比混合得到)，4份；
硅溶胶18份；
填料(由高岭土和滑石粉按2：1的重量比组成)，9份；
水，60份；
表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)，0.05份；
消泡剂(由正丁醇和磷酸三丁酯按1：1的重量比组成)，0.15份；
防腐剂(异噻唑啉酮)，0.2份；
交联剂：二苯基甲烷二异氰酸酯，其用量为主剂的20％。
2、制备方法：
1)按配方称取各组分，备用；
2)先将水加入带有加热搅拌器的反应釜中，加入聚乙烯醇和消泡剂，升温至92℃保温直至聚乙烯醇全部溶解，然后使体系降温至70℃，加入表面活性剂，保温搅拌反应30分钟，然后再将体系的温度降至55℃，加入硅溶胶，搅拌反应30分钟，用pH调节剂(甲酸)调节体系的pH＝7.0，再向其中加入复合多元醇和防腐剂，搅拌均匀后使体系降温至35℃，再向其中加入填料，搅拌均匀后过滤出料，即得到主剂；
3)所得主剂与交联剂按100：20的重量比混合均匀，即得到本发明所述的水性聚合物异氰酸酯木材胶粘剂。
将上述实施例制得的主剂及最终产品胶粘剂按照相关标准进行性能检验，检验结果如下表4所示：
表4：
Figure BDA0000954057370000071
实施例4
1、胶粘剂配方：
主剂：聚乙烯醇，9份；
复合多元醇(由大豆油多元醇、蓖麻油和多元醇苯甲酸酯按5：10：60的重量配比混合)，8份；
表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)，0.08份；
硅溶胶，16份；
填料(滑石粉)，11份；
水，63份；
交联剂：由二苯基甲烷二异氰酸酯和多苯基多亚甲基多异氰酸酯按1：1的重量比组成，其用量为主剂的5％。
2、制备方法：
1)按配方称取各组分，备用；
2)先将水加入带有加热搅拌器的反应釜中，加入聚乙烯醇，升温至90℃保温直至聚乙烯醇全部溶解，然后使体系降温至70℃，加入表面活性剂，保温搅拌反应20分钟，然后使体系降温至55℃，加入硅溶胶，搅拌反应35分钟，用pH调节剂(甲酸)调节体系的pH＝6.6，再向其中加入复合多元醇，搅拌均匀后使体系降温至35℃，再向其中加入填料，搅拌均匀后过滤出料，即得到主剂；
3)所得主剂与交联剂按100：5的重量比混合均匀，即得到本发明所述的水性聚合物异氰酸酯木材胶粘剂。
将上述实施例制得的主剂及最终产品胶粘剂按照相关标准进行性能检验，检验结果如下表5所示：
表5：
Figure BDA0000954057370000081
实施例5
1、胶粘剂配方：
主剂：聚乙烯醇，11份；
复合多元醇(由大豆油多元醇和多元醇苯甲酸酯按1：2的重量比组成))，5份；
硅溶胶20份；
填料(碳酸钙)，10份；
水，65份；
表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)，0.15份；
消泡剂(磷酸三丁酯)，0.08份；
防腐剂(异噻唑啉酮)，0.15；
交联剂：多苯基多亚甲基多异氰酸酯，其用量为主剂的25％。
2、制备方法：
1)按配方称取各组分，备用；
2)先将水加入带有加热搅拌器的反应釜中，加入聚乙烯醇和消泡剂，升温至92℃保温直至聚乙烯醇全部溶解，然后使体系降温至70℃，加入表面活性剂，保温搅拌反应30分钟，然后再将体系的温度降至55℃，加入硅溶胶，搅拌反应30分钟，用pH调节剂(甲酸)调节体系的pH＝6.7，再向其中加入复合多元醇，搅拌均匀后使体系降温至35℃，再向其中加入填料和防腐剂，搅拌均匀后过滤出料，即得到主剂；
3)所得主剂与交联剂按100：25的重量比混合均匀，即得到本发明所述的水性聚合物异氰酸酯木材胶粘剂。
将上述实施例制得的主剂及最终产品胶粘剂送检测部门按照相关标准进行性能检验，检验结果如下表6所示：
表6：
Figure BDA0000954057370000091

Claims (10)

1.一种水性聚合物异氰酸酯木材胶粘剂，包括主剂和交联剂，其特征在于：所述主剂主要由下述重量配比的组分制成：
聚乙烯醇9～12；
复合多元醇3～8；
硅溶胶15～25；
填料8～12；
水50～65；
表面活性剂0.05～0.2；
消泡剂0～0.15；
防腐剂0～0.2；
其中，所述的复合多元醇是由蓖麻油和多元醇苯甲酸酯按1：4的重量配比混合得到；或者是由大豆油多元醇、蓖麻油和多元醇苯甲酸酯按15：15：50的重量配比混合得到；或者是由大豆油多元醇、蓖麻油和多元醇苯甲酸酯按5：10：60的重量配比混合得到；或者是由大豆油多元醇和多元醇苯甲酸酯按1：2的重量配比混合得到。
2.根据权利要求1所述的水性聚合物异氰酸酯木材胶粘剂，其特征在于：所述主剂主要由下述重量配比的组分制成：
聚乙烯醇9～12；
复合多元醇3～8；
硅溶胶15～25；
填料8～12；
水50～65；
表面活性剂0.05～0.2；
消泡剂0.05～0.15；
防腐剂0～0.2。
3.根据权利要求1所述的水性聚合物异氰酸酯木材胶粘剂，其特征在于：所述主剂主要由下述重量配比的组分制成：
聚乙烯醇9～12；
复合多元醇3～8；
硅溶胶16～25；
填料8～12；
水50～65；
表面活性剂0.05～0.2；
消泡剂0.05～0.15；
防腐剂0.05～0.2。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的水性聚合物异氰酸酯木材胶粘剂，其特征在于：所述主剂和交联剂的重量配比为100：5～25。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的水性聚合物异氰酸酯木材胶粘剂，其特征在于：所述的交联剂为异氰酸酯。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的水性聚合物异氰酸酯木材胶粘剂，其特征在于：所述的交联剂为选自二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基多亚甲基多异氰酸酯和1,6-己二异氰酸酯中的一种或两种以上的组合。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的水性聚合物异氰酸酯木材胶粘剂，其特征在于：所述的填料为选自高岭土、二氧化钛、碳酸钙和滑石粉中的一种或两种以上的组合。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的水性聚合物异氰酸酯木材胶粘剂，其特征在于：所述的表面活性剂为阴离子表面活性剂。
9.根据权利要求1～3中任一项所述的水性聚合物异氰酸酯木材胶粘剂，其特征在于：所述的消泡剂为正丁醇和/或磷酸三丁酯。
10.权利要求1所述水性聚合物异氰酸酯木材胶粘剂的制备方法，包括主剂的制备，其特征在于：制备主剂的方法为：
先将水置于反应容器中，再加入聚乙烯醇，聚乙烯醇溶解后使体系保持在55～80℃，加入表面活性剂和硅溶胶，搅拌反应30～50分钟，用pH调节剂调节体系的pH＝6.0～7.0，再向其中加入复合多元醇，搅拌均匀后使体系降温至≤40℃，加入填料，搅拌均匀后过滤出料，即得到主剂；
当主剂的配方中含有消泡剂和防腐剂时，所述消泡剂在加水的同时或加水之后加入；所述防腐剂在加填料之前或加填料的同时或加填料之后加入，加入后搅拌均匀。
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