CN107418453A - 一种改性水玻璃粘结剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性水玻璃粘结剂，属于木材粘结剂领域。本发明改性水玻璃粘结剂是由以下重量份数的原料组成：30～40份真菌提取物、8～10份的琼脂、80～100份水、30～40份的硅丙乳液和160～180份水玻璃，先将琼脂放入水中加热搅拌溶解，冷却后加入硅丙乳液和水玻璃高速搅拌30～50min，再加入真菌提取物继续搅拌混合，再经减压浓缩，即得改性水玻璃粘结剂，且还加入了真菌提取物质量0.03～0.04倍的硅藻土。本发明改性水玻璃粘结剂具有优异的性能，克服了传统水玻璃粘结力不高，耐水性差，易溃散的缺点。

Description

一种改性水玻璃粘结剂
技术领域
本发明公开了一种改性水玻璃粘结剂，属于木材粘结剂领域。
背景技术
目前，木材工业所用胶黏剂主要是酚醛树脂胶、脲醛树脂胶、三聚氰胺甲醛树脂胶等有机合成树脂胶。合成树脂胶的胶接强度高、耐水性好、施胶方便，但这些树脂类的胶黏剂有甲醛单体残余，会释放甲醛类有毒气体而污染环境。特别是当木材作为室内装修、生活和办公家具的材料使用时，甲醛在室内空气中的累积会对人体健康造成严重的损害。所以，开发环保无污染的木材胶黏剂具有重要意义。 水玻璃是多种聚硅酸盐的复杂溶液，是一种性能良好的胶凝剂，有优良的黏结能力。以水玻璃为基本原料配制的胶黏剂是一种无机胶黏剂，该胶黏剂不存在甲醛和其他有机毒害物质污染，且胶接强度高、生产成本低、耐高温性能突出，水玻璃黏结剂在铸造行业已获得了广泛的应用。在社会日益重视环保和健康的趋势下，该类胶黏剂在未来的木材黏结领域有广阔的应用前景。然而，作为一种无机胶黏剂，硅酸盐仍难以与具有有机界面的木材良好交融，作为专门的木材胶黏剂，其还是显现出粘接强度低、耐水性差等缺点，再者，传统水玻璃粘结剂固化后，内部凝聚力低，无法有效将木材粘结，粘结界面容易在外力作用下发生溃散，从而导致粘结失效。因此目前木材行业很少使用水玻璃胶黏剂，而关于水玻璃胶黏剂在木材行业中应用研究也较少。针对上述问题，现在普遍采用交联改性的方法提高胶黏剂的耐水性，使胶黏剂分子间形成相互交织的网状结构。以聚乙烯醇（PVA）作为改性剂与硅酸盐发生交联反应，能大大提高硅酸盐无机胶黏剂用于木材粘接时的胶合强度，实现了无机胶黏剂与有机的木材表面融合的目的。但得到的效果并没有特别理想，并且其耐水性与常规的木材用胶黏剂相比还有较大差距，原因主要来自于胶黏剂基团外分布大量的亲水性物质，如羟基和羧基等。 所以，改善水玻璃粘结剂的粘结强度以及耐水性，对水玻璃粘结剂作为一种木材工业所用胶黏剂具有长远的发展意义。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对传统水玻璃粘结剂难以与具有有机界面的木材良好交融，作为专门的木材胶黏剂，其显现出粘接强度低、耐水性差以及固化后粘结界面易在外力作用下发生溃散的问题，提供了一种改性水玻璃粘结剂。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种改性水玻璃粘结剂，是由以下重量份数的原料组成：30～40份真菌提取物、8～10份的琼脂、80～100份水、30～40份的硅丙乳液和160～180份水玻璃；
所述真菌是木耳、香菇或金针菇中的任意一种；
所述改性水玻璃粘结剂具体配置过程为：按原料组成称量各原料，先将琼脂放入水中加热搅拌溶解，冷却后加入硅丙乳液和水玻璃高速搅拌30～50min，再加入真菌提取物继续搅拌混合，再经减压浓缩，即得改性水玻璃粘结剂。
所述真菌提取物的具体提取过程为：
（1）将真菌洗涤、干燥后冷冻粉碎，得菌体粉末；
（2）将菌体粉末与水恒温搅拌混合，再经过滤、浓缩和干燥，得真菌提取物。
所述硅丙乳液型号为硅丙乳液LR-7220、硅丙乳液LR-750和硅丙乳液LR-720A中的任意一种；所述硅丙乳液的固含量为45～48%。
所述水玻璃的模数为1.5～3.5。
所述改性水玻璃粘结剂中还可以添加真菌提取物质量0.03～0.04倍的硅藻土。
所述减压浓缩条件为：浓缩温度为35～40℃，浓缩压力为600～800Pa，浓缩时间为2～4h。
本发明的有益效果是：
（1）本发明技术方案通过添加可在木质培养基上生长的真菌提取物，真菌提取物配合硅丙乳液再使用过程中，可在木材基体表面铺展形成良好的乳液膜，真菌提取物中含有可腐蚀木材的酶类，由于酶具有高效性和专一性，可在木材表面作用形成微孔，从而使产品中水玻璃及硅丙乳液等成分更好的渗透进入木材孔隙内部，增强基材之间的粘结力；
（2）本发明技术方案通过添加琼脂和硅丙乳液，琼脂为大分子糖类物质，含有大量羟基，溶胀溶解在体系中后，可与体系中水玻璃发生氢键和范德华力结合，使水玻璃分散吸附再琼脂大分子形成的凝胶网络结构中，而硅丙乳液中有效成分可与琼脂中羟基形成化学和物理吸附，从而吸附填充于凝胶网络结构表面和内部，共同构建具有弹性、韧性和高强度的凝胶网络，将水玻璃固定于该凝胶网络结构中，避免水玻璃固化后发生溃散，另外，硅丙乳液的加入还可以提高体系的耐水性能，进一步提高产品的综合使用性能，延长产品使用寿命；
（3）本发明方案加入硅藻土，利用硅藻土孔隙率大、吸附性强、化学性质稳定等优点，为产品提供优异的表面性能，达到增容、增稠以及增强水玻璃与木材之间的粘结力的技术效果。
具体实施方式
将真菌用去离子水洗涤3～5次，置于真空冷冻干燥箱中干燥20～30min，得干燥真菌，再将干燥真菌置于冷冻粉碎机中冷冻粉碎15～25min，得菌体粉末，将菌体粉末与水加入烧杯中，并将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为35～40℃，转速为300～500r/min条件下，恒温搅拌混合10～20min，得混合液，再将混合液过滤，得滤液，将滤液置于梨形烧瓶内，将梨形烧瓶固定于旋转蒸发仪，调节旋转蒸发仪的压力为600～800Pa，温度为35～38℃，减压浓缩30～40min，得浓缩液，将浓缩液真空冷冻干燥1～2h，得真菌提取物；随后按重量份数计，依次取30～40份真菌提取物，80～100份水，8～10份琼脂，30～40份硅丙乳液和160～180份水玻璃，先将琼脂和水加入烧杯中，于温度95～98℃，转速为300～500r/min条件下，加热搅拌溶解5～10min，得琼脂液，随后将琼脂液置于0～4℃的冰水浴中，于转速为400～600r/min搅拌冷却20～30min，得冷却琼脂液；并将所得冷却琼脂液转入混料机，再向混料机中加入硅丙乳液和水玻璃，于转速为1400～1600r/min条件下，高速搅拌30～50min，随后向混料机中加入真菌提取物继续搅拌混合35～45min，再向混料机中加入真菌提取物质量0.03～0.04倍的硅藻土，再将混料机物料中转入超声分散仪，于超声频率为45～50kHz条件下，超声分散30～45min，得分散液，再将分散液置于梨形烧瓶内，将梨形烧瓶固定于旋转蒸发仪，调节旋转蒸发仪的压力为600～800Pa，温度为35～40℃，转速为300～500r/min条件下，减压浓缩2～4h，即得一种改性水玻璃粘结剂。所述真菌是木耳、香菇或者金针菇中的任意一种。所述硅丙乳液型号为硅丙乳液LR-7220、硅丙乳液LR-750和硅丙乳液LR-720A中的任意一种。所述硅丙乳液的固含量为45%～48%。所述水玻璃的模数为1.5～3.5。所述改性水玻璃粘结剂中还可以添加真菌提取物质量0.03～0.04倍的硅藻土。
实例1
将真菌用去离子水洗涤5次，置于真空冷冻干燥箱中干燥30min，得干燥真菌，再将干燥真菌置于冷冻粉碎机中冷冻粉碎25min，得菌体粉末，将菌体粉末与水加入烧杯中，并将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为40℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌混合20min，得混合液，再将混合液过滤，得滤液，将滤液置于梨形烧瓶内，将梨形烧瓶固定于旋转蒸发仪，调节旋转蒸发仪的压力为800Pa，温度为38℃，减压浓缩40min，得浓缩液，将浓缩液真空冷冻干燥2h，得真菌提取物；随后按重量份数计，依次取40份真菌提取物，100份水，10份琼脂，40份硅丙乳液和180份水玻璃，先将琼脂和水加入烧杯中，于温度98℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌溶解10min，得琼脂液，随后将琼脂液置于4℃的冰水浴中，于转速为600r/min搅拌冷却30min，得冷却琼脂液；并将所得冷却琼脂液转入混料机，再向混料机中加入硅丙乳液和水玻璃，于转速为1600r/min条件下，高速搅拌50min，随后向混料机中加入真菌提取物继续搅拌混合45min，再向混料机中加入真菌提取物质量0.04倍的硅藻土，再将混料机物料中转入超声分散仪，于超声频率为50kHz条件下，超声分散45min，得分散液，再将分散液置于梨形烧瓶内，将梨形烧瓶固定于旋转蒸发仪，调节旋转蒸发仪的压力为800Pa，温度为40℃，转速为500r/min条件下，减压浓缩4h，即得一种改性水玻璃粘结剂。所述真菌是木耳。所述硅丙乳液型号为硅丙乳液LR-7220。所述硅丙乳液的固含量为48%。所述水玻璃的模数为3.5。所述改性水玻璃粘结剂中还可以添加真菌提取物质量0.04倍的硅藻土。
实例2
按重量份数计，依次取100份水，10份琼脂，40份硅丙乳液和180份水玻璃，先将琼脂和水加入烧杯中，于温度98℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌溶解10min，得琼脂液，随后将琼脂液置于4℃的冰水浴中，于转速为600r/min搅拌冷却30min，得冷却琼脂液；并将所得冷却琼脂液转入混料机，再向混料机中加入硅丙乳液和水玻璃，于转速为1600r/min条件下，高速搅拌50min，再将混料机物料中转入超声分散仪，于超声频率为50kHz条件下，超声分散45min，得分散液，再将分散液置于梨形烧瓶内，将梨形烧瓶固定于旋转蒸发仪，调节旋转蒸发仪的压力为800Pa，温度为40℃，转速为500r/min条件下，减压浓缩4h，即得一种改性水玻璃粘结剂。所述硅丙乳液型号为硅丙乳液LR-7220。所述硅丙乳液的固含量为48%。所述水玻璃的模数为3.5。
实例3
将真菌用去离子水洗涤5次，置于真空冷冻干燥箱中干燥30min，得干燥真菌，再将干燥真菌置于冷冻粉碎机中冷冻粉碎25min，得菌体粉末，将菌体粉末与水加入烧杯中，并将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为40℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌混合20min，得混合液，再将混合液过滤，得滤液，将滤液置于梨形烧瓶内，将梨形烧瓶固定于旋转蒸发仪，调节旋转蒸发仪的压力为800Pa，温度为38℃，减压浓缩40min，得浓缩液，将浓缩液真空冷冻干燥2h，得真菌提取物；随后按重量份数计，依次取40份真菌提取物，100份水，40份硅丙乳液和180份水玻璃，先将水加入混料机，再向混料机中加入硅丙乳液和水玻璃，于转速为1600r/min条件下，高速搅拌50min，随后向混料机中加入真菌提取物继续搅拌混合45min，再向混料机中加入真菌提取物质量0.04倍的硅藻土，再将混料机物料中转入超声分散仪，于超声频率为50kHz条件下，超声分散45min，得分散液，再将分散液置于梨形烧瓶内，将梨形烧瓶固定于旋转蒸发仪，调节旋转蒸发仪的压力为800Pa，温度为40℃，转速为500r/min条件下，减压浓缩4h，即得一种改性水玻璃粘结剂。所述真菌是木耳。所述硅丙乳液型号为硅丙乳液LR-7220。所述硅丙乳液的固含量为48%。所述水玻璃的模数为3.5。所述改性水玻璃粘结剂中还可以添加真菌提取物质量0.04倍的硅藻土。
实例4
将真菌用去离子水洗涤5次，置于真空冷冻干燥箱中干燥30min，得干燥真菌，再将干燥真菌置于冷冻粉碎机中冷冻粉碎25min，得菌体粉末，将菌体粉末与水加入烧杯中，并将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为40℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌混合20min，得混合液，再将混合液过滤，得滤液，将滤液置于梨形烧瓶内，将梨形烧瓶固定于旋转蒸发仪，调节旋转蒸发仪的压力为800Pa，温度为38℃，减压浓缩40min，得浓缩液，将浓缩液真空冷冻干燥2h，得真菌提取物；随后按重量份数计，依次取40份真菌提取物，100份水，和180份水玻璃，先将水加入混料机，再向混料机中加入水玻璃，于转速为1600r/min条件下，高速搅拌50min，随后向混料机中加入真菌提取物继续搅拌混合45min，再向混料机中加入真菌提取物质量0.04倍的硅藻土，再将混料机物料中转入超声分散仪，于超声频率为50kHz条件下，超声分散45min，得分散液，再将分散液置于梨形烧瓶内，将梨形烧瓶固定于旋转蒸发仪，调节旋转蒸发仪的压力为800Pa，温度为40℃，转速为500r/min条件下，减压浓缩4h，即得一种改性水玻璃粘结剂。所述真菌是木耳。所述水玻璃的模数为3.5。所述改性水玻璃粘结剂中还可以添加真菌提取物质量0.04倍的硅藻土。
对比例：青岛某化学科技有限公司生产的水玻璃粘结剂
将实例1至4所得改性水玻璃粘结剂及对比例产品应用于木材粘结，具体应用方法如下：取厚5mm的平整的松木板（含水量13%（质量分数）），在试材的胶合面分别涂胶，涂胶量为100g/m2（单面），然后将2片试材平行顺纹对合在一起，在1.0MPa的压力下，室温保持24h。
1.胶黏剂黏合强度及抗溃散性能测试：参照GB/T14074-2006进行硅烷偶联剂改性水玻璃胶黏剂、复合改性水玻璃胶黏剂的黏合强度测试。用游标卡尺测量胶接面的长度与宽度，将制好的试件装入拉力试验机夹具，进行拉伸测试，试验以5.880kN/min的速度均匀加荷直至破坏，读取最大破坏荷重。
L=N/S
本式中：L为黏合强度；N为最大破坏荷重；S为胶接面积。在拉伸测试过程中，黏合强度越大，则对应产品的抗溃散性能越好。
2.胶黏剂耐水性测试：按GB/T14074-2006制好木板黏结样品（黏结面积为2.25cm2），浸入25℃水中，观察木板脱胶时间并以其作为评价胶黏剂耐水性的依据。
具体检测结果如表1所示：
表1
实例1 实例2 实例3 实例4 对比例
剪切剥离强度/MPa 4.03 3.21 3.34 2.93 2.72
耐水时间/h 14 13 13 10 8
由表1检测结果可知，本发明所得的改性水玻璃粘结剂兼具优良的粘结性、耐水性且不易溃散。

Claims (6)

1.一种改性水玻璃粘结剂，其特征在于：是由以下重量份数的原料组成：30～40份真菌提取物、8～10份的琼脂、80～100份水、30～40份的硅丙乳液和160～180份水玻璃；
所述真菌是木耳、香菇或金针菇中的任意一种；
所述改性水玻璃粘结剂具体配置过程为：按原料组成称量各原料，先将琼脂放入水中加热搅拌溶解，冷却后加入硅丙乳液和水玻璃高速搅拌30～50min，再加入真菌提取物继续搅拌混合，再经减压浓缩，即得改性水玻璃粘结剂。
2.根据权利要求1所述的一种改性水玻璃粘结剂，其特征在于：所述真菌提取物的具体提取过程为：
（1）将真菌洗涤、干燥后冷冻粉碎，得菌体粉末；
（2）将菌体粉末与水恒温搅拌混合，再经过滤、浓缩和干燥，得真菌提取物。
3.根据权利要求1所述的一种改性水玻璃粘结剂，其特征在于：所述硅丙乳液型号为硅丙乳液LR-7220、硅丙乳液LR-750和硅丙乳液LR-720A中的任意一种；所述硅丙乳液的固含量为45～48%。
4.根据权利要求1所述的一种改性水玻璃粘结剂，其特征在于：所述水玻璃的模数为1.5～3.5。
5.根据权利要求1所述的一种改性水玻璃粘结剂，其特征在于：所述改性水玻璃粘结剂中还可以添加真菌提取物质量0.03～0.04倍的硅藻土。
6.根据权利要求1所述的一种改性水玻璃粘结剂，其特征在于：所述减压浓缩条件为：浓缩温度为35～40℃，浓缩压力为600～800Pa，浓缩时间为2～4h。
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