CN108485535B - 一种短周期热压无机胶黏剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种短周期热压无机胶黏剂，其原料包括以下重量份的组分：三聚磷酸铝40~60份，硅酸钠60~80份，磷酸10~15份，润湿剂3~8份，增韧剂6~8份，松香粉5~8份，双酚A型氰酸酯树脂10~20份，水20~50份。本发明还提供一种上述短周期热压无机胶黏剂的制备方法及应用。本发明的无机胶黏剂中含有预锁剂双酚A型氰酸酯树脂和初粘剂松香，该无机胶黏剂用于人造板时，热压时间更短，热压时间可缩短50%以上。另外，本发明的无机胶黏剂制备得到的人造板无游离甲醛等有毒气体释放。

Description

一种短周期热压无机胶黏剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于胶黏剂领域，尤其涉及一种用于人造板的无机胶黏剂及其制备方法和应用。
背景技术
我国每年产生的农林加工剩余物超过15亿吨，其中农业秸秆约9亿吨，大部分农业秸秆都被焚烧或作为燃料使用，附加值低，还加重了雾霾，带来了环境污染问题。我国每年木材消耗量约为6亿立方米，而年供应量约3亿立方米，对外依存度超过50%。农林加工剩余物用于扩大人造板生产规模可以有效缓解我国木材资源短缺现状。
目前，我国人造板生产主要采用醛类胶黏剂，人造板存在游离甲醛释放高、耐水和防火性差等技术瓶颈。采用无机胶黏剂生产的人造板虽然具有无游离甲醛释放、防水和防火性能好等优点，但是，无机胶黏剂用于人造板冷压生产工艺时，需要大量的锁模架和垫板，投资大，加压养护时间长、生产效率低。另外，无机胶黏剂用于人造板热压生产工艺时，热压周期长，热压过程中失水严重，人造板强度会受到不利的影响。因此，研发一种热压周期短且胶合强度高的无机胶黏剂并应用于无机人造板热压工艺意义重大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种热压周期短、胶合强度高的无机胶黏剂，并相应提供其制备方法和应用。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种短周期热压无机胶黏剂，其原料包括以下重量份的组分：三聚磷酸铝40~60份，硅酸钠60~80份，磷酸10~15份，润湿剂3~8份，增韧剂6~8份，松香粉5~8份，双酚A型氰酸酯树脂10~20份，水20~50份。
上述短周期热压无机胶黏剂中，优选的，所述短周期热压无机胶黏剂的原料中还含有以下重量份的组分：磷酸10~15份，蛋白土5~10份。磷酸与蛋白土中的金属化合物反应可产生次要胶凝成分，与主要胶凝成分相配合可以提升无机胶黏剂的胶黏性能，同时，该次要胶凝成分水化产物湿稳定性好，可改善主要胶凝成分的耐水性能，主次两种胶凝成分相互配合，制备得到的胶黏剂的胶合性能与防水性能更加优异。本发明中的无机胶黏剂与其它无机胶黏剂相比胶合强度高、防水性能好，用其生产得到的人造板内结合强度可提高21%以上，弹性模量可提高30%以上，吸水厚度膨胀率降低60%以上。
上述短周期热压无机胶黏剂中，优选的，所述增韧剂为尼龙粉，所述固化剂为硼酸，所述润湿剂为天然甜菜素。硼酸可加速无机胶黏剂固化速度。增韧剂尼龙粉可增加无机胶黏剂制备得到的产品（如人造板）的韧性与弯曲强度，降低无机胶黏剂制备得到的产品的脆性。但尼龙粉为有机成分，与原料中的其他无机成分相容性差，添加润湿剂天然甜菜素可改善其润湿性能，以更好的与其他无机成分相容，另外，尼龙粉与天然甜菜素的适配性好，二者相互配合效果更好。
上述短周期热压无机胶黏剂中，优选的，所述固化剂、润湿剂、增韧剂、松香粉与双酚A型氰酸酯树脂均为过200目筛后的粉末颗粒。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述短周期热压无机胶黏剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将三聚磷酸铝、水和硅酸钠充分混合后加热反应，冷却后经研磨、过筛得到300目混合粉末；该步骤主要作用在于生成主要胶凝成分，三聚磷酸铝水解提供的H+可以代替Na+，能够促进硅酸钠凝胶作用生成主要胶凝成分；
（2）将固化剂与水充分混合，搅匀后再加入步骤（1）中得到的混合粉末，搅拌得到混合物a；
（3）向步骤（2）中得到的混合物a中加入磷酸与蛋白土，搅拌得到混合物b；该步骤的主要作用在于生成次要胶凝成分，磷酸与蛋白土中的金属化合物反应可产生次要胶凝成分；
（4）向步骤（3）中得到的混合物b中加入松香粉、增韧剂、润湿剂和双酚A型氰酸酯树脂后搅拌均匀，得到无机胶黏剂。
上述制备方法中，优选的，所述步骤（1）中加热反应的反应温度为200-250℃，反应时间为0.5-1h。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述短周期热压无机胶黏剂的应用。
上述应用中，优选的，利用所述无机胶黏剂与农林加工剩余物制备人造板，所述人造板的制备方法包括以下步骤：将无机胶黏剂与农林加工剩余物混合后依次经热-冷分步固化（即快速热压固化、常温常压下码垛堆放冷固化）、齐边、砂光制备得到。
上述应用中，优选的，所述农林加工剩余物为30-70份，所述农林加工剩余物控制为4-30目，所述无机胶黏剂为40-70份。
上述应用中，优选的，所述热压时控制热压温度为120-180℃，热压压力为3-5MPa，热压时间为4-10min。
本发明的原理如下：1）本发明中的无机胶黏剂用于人造板热压生产工艺时，无机胶黏剂中的预锁剂双酚A型氰酸酯树脂在压力和温度共同作用下迅速固化，预锁剂双酚A型氰酸酯树脂与初粘剂松香粉一起在板坯中快速构建预锁网络，该网络在无机胶粘剂中的其它无机胶凝成分大部分没有固化的情况下将板坯形状锁定，热压机在几分钟内卸压打开后板坯码垛堆放厚度不反弹、不变形，人造板热压时间可显著缩短。2）本发明组分中的三聚磷酸铝水解提供的H+可以代替Na+，能够促进硅酸钠凝胶作用生成主要胶凝成分，磷酸与蛋白土中的金属化合物反应产生次要胶凝成分，次要胶凝成分可改善主要胶凝成分的耐水性能，主次两种胶凝成分相互配合，制备得到的胶黏剂的胶合性能与防水性能更加优异。3）本发明的无机胶黏剂中添加了固化剂、增韧剂与润湿剂，固化剂可以增加无机胶黏剂的固化速度。增韧剂可增加无机胶黏剂制备得到的产品（如人造板）的韧性与弯曲强度，降低无机胶黏剂制备得到的产品的脆性。润湿剂可增加增韧剂的润湿性，以更好的与其他无机胶凝组分相容。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的无机胶黏剂中含有预锁剂双酚A型氰酸酯树脂和初粘剂松香，该无机胶黏剂用于人造板时，热压时间更短，热压时间可缩短50%以上。
2、本发明的无机胶黏剂中添加了固化剂、润湿剂和增韧剂，增韧剂可以改善无机胶黏剂制备得到的产品（如人造板）的韧性和弯曲强度，固化剂可以加速无机胶粘剂的固化，润湿剂用来改善增韧剂的润湿性，从而提高增韧剂与其无机胶凝成分的相容性，上述各组分与主次胶凝成分相互配合、协同作用，最终得到的无机胶黏剂的性能更加优异。
3、本发明的无机胶黏剂制备得到的人造板无游离甲醛等有毒气体释放。
4、本发明的无机胶黏剂的配方成分易得，成本低，制备工艺简单。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种短周期热压无机胶黏剂，由以下重量份的组分配制而成：自来水30份，三聚磷酸铝50份，硅酸钠60份，磷酸10份，硼酸8份，蛋白土5份，天然甜菜素7份，松香粉7份，尼龙粉7份，双酚A型氰酸酯树脂15份。上述硼酸、天然甜菜素、尼龙粉、松香粉与双酚A型氰酸酯树脂均为过200目筛后的产品。
上述无机胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将三聚磷酸铝、自来水和硅酸钠充分混合后送入密闭容器中，在200℃下加热1h，冷却后经研磨、过筛得到300目混合粉末；
（2）将硼酸与自来水充分混合，搅匀后再加入步骤（1）中得到的混合粉末，搅拌10min得到混合物a；
（3）向步骤（2）中得到的混合物a中加入磷酸，搅拌8min后再加入蛋白土，搅拌10min得到混合物b；
（4）向步骤（3）中得到的混合物b中加入松香粉、尼龙粉、天然甜菜素和双酚A型氰酸酯树脂后搅拌均匀，得到无机胶黏剂。
本实施例还提供一种上述无机胶黏剂的应用，即利用该无机胶黏剂制备人造板，该人造板由上述无机胶黏剂与农业秸秆纤维制备得到。具体制备方法如下：
（1）将70份上述无机胶黏剂与30份6目的农业秸秆纤维送入搅拌机搅拌10min，得到混合物料；
（2）再将混合物料送入人造板铺装机铺装成90mm厚的农业秸秆纤维基人造板板坯，然后将板坯送入130℃热压机在5MPa压力下热压7min，得到农业秸秆纤维基人造板半成品；
（3）然后将多块半成品码成板垛堆放14天，使无机胶黏剂完全固化；
（4）再经齐边、砂光即得农业秸秆纤维基人造板。
经测定，本实施例制备得到的人造板的内结合强度为1.78MPa，弹性模量为4850MPa，吸水厚度膨胀率为0.53%。
对比例1：
本对比例与实施例1相比，不同之处在于无机胶黏剂的配方中未加入双酚A型氰酸酯树脂和松香粉。本对比例中制备得到的人造板的性能数据如下：内结合强度为1.22MPa，弹性模量为3460MPa，吸水厚度膨胀率为1.3%。由对比例1可知，本对比例中未加入双酚A型氰酸酯树脂和松香粉，最终制备得到的人造板的各项性能均劣于实施例1。
对比例2：
本对比例与实施例1相比，不同之处在于无机胶黏剂的配方中未加入双酚A型氰酸酯树脂和松香粉，且热压时间为15min。本对比例中制备得到的人造板的性能数据如下：内结合强度为1.17MPa，弹性模量为3520MPa，吸水厚度膨胀率为1.34%。本对比例2中热压时间延长至15min后，最终制备得到的人造板的各项性能数据仍劣于实施例1，因此，由对比例2可知，使用实施例1中的无机胶黏剂制备人造板可大大减少热压时间。
对比例3：
本对比例与实施例1相比，不同之处在于无机胶黏剂的配方中未加入天然甜菜素与尼龙粉。本对比例中制备得到的人造板的性能数据如下：内结合强度为1.64MPa，弹性模量为2630MPa，吸水厚度膨胀率为1.54%。本对比例制备得到的人造板的各项性能数据均劣于实施例1。
实施例2：
一种短周期热压无机胶黏剂，由以下重量份的组分配制而成：自来水40份，三聚磷酸铝40份，硅酸钠70份，磷酸13份，硼酸7份，蛋白土7份，天然甜菜素6份，松香粉4份，尼龙粉6份，双酚A型氰酸酯树脂18份。上述硼酸、天然甜菜素、尼龙粉、松香粉与双酚A型氰酸酯树脂均为过200目筛后的产品。
上述无机胶黏剂的制备方法同实施例1。
本实施例还提供一种上述无机胶黏剂的应用，即利用该无机胶黏剂制备人造板，该人造板由上述无机胶黏剂与木材加工剩余物纤维制备得到。具体制备方法如下：
（1）将65份上述无机胶黏剂与35份10目的木材加工剩余物纤维送入搅拌机搅拌10min，得到混合物料；
（2）再将混合物料送入人造板铺装机铺装成90mm厚的木材加工剩余物纤维基人造板板坯，然后将板坯送入170℃热压机在4.5MPa压力下热压8min，得到木材加工剩余物纤维基人造板半成品；
（3）然后将多块半成品码成板垛堆放14天，使无机胶黏剂完全固化；
（4）再经齐边、砂光即得木材加工剩余物基人造板。
经测定，本实施例制备得到的人造板的内结合强度为1.92MPa，弹性模量为4900MPa，吸水厚度膨胀率为0.42%。
实施例3：
一种短周期热压无机胶黏剂，由以下重量份的组分配制而成：自来水50份，三聚磷酸铝50份，硅酸钠70份，磷酸15份，硼酸5份，蛋白土10份，天然甜菜素8份，松香粉3份，尼龙粉8份，双酚A型氰酸酯树脂20份。上述硼酸、天然甜菜素、尼龙粉、松香粉与双酚A型氰酸酯树脂均为过200目筛后的产品。
上述无机胶黏剂的制备方法同实施例1。
本实施例还提供一种上述无机胶黏剂的应用，即利用该无机胶黏剂制备人造板，该人造板由上述无机胶黏剂与竹材加工剩余物纤维制备得到。具体制备方法如下：
（1）将55份上述无机胶黏剂与45份4目的竹材加工剩余物纤维送入搅拌机搅拌10min，得到混合物料；
（2）再将混合物料送入人造板铺装机铺装成150mm厚的竹材加工剩余物纤维基人造板板坯，然后将板坯送入150℃热压机在5MPa压力下热压8min，得到竹材加工剩余物纤维基人造板半成品；
（3）然后将多块半成品码成板垛堆放12天，使无机胶黏剂完全固化；
（4）再经齐边、砂光即得竹材加工剩余物纤维基人造板。
经测定，本实施例制备得到的人造板的内结合强度为1.85MPa，弹性模量为4930MPa，吸水厚度膨胀率为0.46%。

Claims (8)

1.一种短周期热压无机胶黏剂，其特征在于，其原料包括以下重量份的组分：三聚磷酸铝40~60份，硅酸钠60~80份，固化剂5~10份，润湿剂3~8份，增韧剂6~8份，松香粉5~8份，双酚A型氰酸酯树脂10~20份，水20~50份；
所述短周期热压无机胶黏剂的原料中还含有以下重量份的组分：磷酸10~15份，蛋白土5~10份；
所述增韧剂为尼龙粉，所述固化剂为硼酸，所述润湿剂为天然甜菜素。
2.根据权利要求1所述的短周期热压无机胶黏剂，其特征在于，所述固化剂、润湿剂、增韧剂、松香粉与双酚A型氰酸酯树脂均为过200目筛后的粉末颗粒。
3.一种如权利要求1或2所述的短周期热压无机胶黏剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将三聚磷酸铝、水和硅酸钠充分混合后加热反应，冷却后经研磨、过筛得到混合粉末；
（2）将固化剂与水充分混合，搅匀后再加入步骤（1）中得到的混合粉末，搅拌得到混合物a；
（3）向步骤（2）中得到的混合物a中加入磷酸与蛋白土，搅拌得到混合物b；
（4）向步骤（3）中得到的混合物b中加入松香粉、增韧剂、润湿剂和双酚A型氰酸酯树脂后搅拌均匀，得到无机胶黏剂。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中加热反应的反应温度为200-250℃，反应时间为0.5-1h。
5.一种如权利要求1或2所述的或如权利要求3或4所述的制备方法制备得到的短周期热压无机胶黏剂的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，利用所述无机胶黏剂与农林加工剩余物制备人造板，所述人造板的制备方法包括以下步骤：将无机胶黏剂与农林加工剩余物混合后依次经热-冷分步固化、齐边、砂光即制备得到人造板。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述农林加工剩余物为30-70份，所述农林加工剩余物控制为4-30目，所述无机胶黏剂为40-70份。
8.根据权利要求6或7所述的应用，其特征在于，所述热压时控制热压温度为120-180℃，热压压力为3-5MPa，热压时间为4-10min。
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