CN108641673A - 一种无甲醛释放胶合板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种无甲醛释放胶合板的制备方法，包括以下步骤：木质单板干燥；施胶：采用豆基蛋白胶黏剂对木质单板进行涂胶，其中，所述豆基蛋白胶黏剂包括以下重量份的各原料：50～100份豆粕、5～15份碱、5～30份尿素、20～100份交联剂和50～300份水；组坯；预压；热压；陈放，即可。本发明采用豆基蛋白胶黏剂作为胶合板制备的胶黏剂，得到的胶合板其甲醛释放量达到E0级要求，实现无甲醛释放的目的；且板材的力学性能优越，符合胶合板国家标准要求；另外，本发明胶合板的制备过程可直接利用现有的胶合板生产线无需改造即可实现产业化生产，经济、社会效益显著，市场前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及人造板制造技术领域。更具体地，涉及一种无甲醛释放胶合板的制备方法。
背景技术
二十一世纪以来，中国人造板产业得到了飞速发展，已成为世界人造板生产、消费和进出口贸易的第一大国，胶合板产品的产量和出口量一直以来位居人造板产品首位。然而，由于当前胶合板主要是采用“三醛胶”树脂制造的板材，其最突出的问题是释放出的甲醛对人体产生巨大的危害。
随着生活水平的提高，人们健康意识、环保意识的不断加强，对健康美好生活的追求日益迫切，从而对室内空气质量提出更高的要求。作为家庭装修板材及家具板材来源的胶合板在使用的过程中，缓慢释放出有毒物质游离甲醛，造成室内空气污染，严重威胁人居环境安全同时也限制了其应用领域。加之国际上对胶合板产品质量的要求越来越高，尤其是对产品甲醛释放量的要求越来越严格，对中国胶合板产品的出口形成了技术性贸易壁垒。
因此，开发环保无甲醛释放胶合板产品已成为提高人居室内环境，保持中国胶合板产品在国际市场上的竞争力，促进中国胶合板产业转型升级迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无甲醛释放胶合板的制备方法，该胶合板以豆基蛋白胶黏剂作为胶合板制造的胶黏剂，无甲醛释放，力学性能优越，并在现有常规胶合板生产线上无需改造即可实现产业化，经济社会效益显著，市场前景广阔。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明提供了一种无甲醛释放胶合板的制备方法，包括以下步骤：
1)木质单板干燥；
2)施胶：采用豆基蛋白胶黏剂对木质单板进行涂胶，其中，所述豆基蛋白胶黏剂包括以下重量份的各原料：50～100份豆粕、5～15份碱、5～30份尿素、20～100份交联剂和50～300份水；
3)组坯；
4)预压；
5)热压；
6)陈放。
进一步，所述豆粕为脱脂大豆豆粕，粒度为50～400目。
所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、氢氧化钡中的一种或几种的混合碱。
所述交联剂为尿素、乙二醛、戊二醛、异氰酸酯类、酰胺类聚合物中的一种或任意几种的混合物；
其中，所述异氰酸酯类为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯和苯二亚甲基二异氰酸酯中的任意一种；所述酰胺类聚合物为聚丙烯酰胺、聚酰胺环氧氯丙烷和聚酰胺多胺环氧氯丙烷中的任意一种。
进一步，所述豆基蛋白胶黏剂的固体含量为40～55％wt，粘度为200～2000mPa.s，活性期为15～30天。
进一步，上述豆基蛋白胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
1)按各原料的重量份称取豆粕、碱、尿素、交联剂和水；
2)将碱和尿素分散于水后，在搅拌条件下加入豆粕，搅拌回流反应，冷却，得到豆粕降解液；
3)向豆粕降解液中加入交联剂，共聚，得到豆基蛋白胶黏剂。
进一步，所述搅拌条件为机械搅拌，转速600～1800转/分钟；所述搅拌回流反应的温度为50～100℃，时间为1～5小时；所述共聚的温度为75～85℃，时间为30～50分钟。
进一步，所述木质单板干燥中的木质单板为杨木、桉木或桦木，优选杨木或桉木；木质单板的厚度为1～3mm，干燥后的木质单板的含水率控制在5～12％。
进一步，所述施胶的施胶量为220～320g/m2。
进一步，所述组坯按照相邻层单板木材纤维纹理方向互相垂直的原则进行。
进一步，所述预压的时间为0.5～1小时，压力为0.5～1Mpa。
进一步，所述热压的温度为105～160℃，压力为1.0～1.4MPa，时间为40～80s/mm。
本发明的有益效果如下：
本发明采用豆基蛋白胶黏剂作为胶合板制备的胶黏剂，得到的胶合板其甲醛释放量达到E0级要求，实现无甲醛释放的目的；且板材的力学性能优越符合胶合板国家标准要求；另外，本发明胶合板的制备过程可直接利用现有的胶合板生产线无需改造即可实现产业化生产，经济、社会效益显著，市场前景广阔。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明实施例提供了一种无甲醛释放胶合板的制备方法，包括以下步骤：
1)木质单板干燥；2)施胶：采用豆基蛋白胶黏剂对木质单板进行涂胶，其中，所述豆基蛋白胶黏剂包括以下重量份的各原料：50～100份豆粕、5～15份碱、5～30份尿素、20～100份交联剂和50～300份水；3)组坯；4)预压；5)热压；6)陈放。
本发明提供的一种无甲醛释放胶合板采用豆基蛋白胶黏剂作为胶合板制备的胶黏剂，得到的胶合板其甲醛释放量达到E0级要求，实现无甲醛释放的目的；且板材的力学性能优越，符合胶合板国家标准要求；另外，本发明胶合板的制备过程可直接利用现有的胶合板生产线无需改造即可实现产业化生产，经济、社会效益显著，市场前景广阔。
所述豆基蛋白胶黏剂包括以下重量份的各原料：50～100份豆粕、5～15份碱、5～30份尿素、20～100份交联剂和50～300份水。本发明实施例提供的豆基蛋白胶黏剂，其组成简单，成本低廉，且无甲醛成分，在上述重量份的各原料间的协同复配作用，能够有效提高豆基蛋白胶黏剂的固体含量，节约人造板制造过程中的干燥能耗，降低成本；具体地，本发明实施例提供的豆基蛋白胶黏剂中豆粕的重量份数可以为50份、60份、70份、80份、90份、100份等；碱的重量份数可以为5份、7份、9份、11份、13份、15份等，尿素的重量份数可以为5份、10份、15份、20份、25份、30份等，交联剂的重量份数可以为20份、40份、60份、80份、100份等，水为50份、100份、150份、200份、250份、300份等。如此设置各原料的重量份数，在降解工艺中有利于提高豆粕降解液的固体含量，于高温强碱条件下，得到低粘度的豆粕降解液；在共聚交联工艺中，可以使交联剂和豆基蛋白充分反应，保证豆蛋白分子与交联剂接枝共聚，形成豆基蛋白聚合物，利于提高胶黏剂本身的稳定性，增强胶合强度。最终豆基蛋白胶黏剂的固体含量为40～55％wt，粘度为200～2000mPa.s，活性期为15～30天。
具体地，为了提高豆基蛋白胶黏剂的固体含量和胶合强度，所用到的豆粕为脱脂大豆豆粕，粒度为50～400目，例如可以为50目、100目、150目、200目、250目、300目、350目、400目等。
具体地，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、氢氧化钡中的一种或几种的混合碱。所述碱为豆粕创造碱性环境，利于豆粕中大豆蛋白水解，打开蛋白的球状结构，提高大豆蛋白的溶解性，同时降低体系的粘度。
具体地，所述交联剂为尿素、乙二醛、戊二醛、异氰酸酯类、酰胺类聚合物中的一种或任意几种的混合物。其中，所述异氰酸酯类为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯和苯二亚甲基二异氰酸酯中的任意一种；所述酰胺类聚合物为聚丙烯酰胺、聚酰胺环氧氯丙烷和聚酰胺多胺环氧氯丙烷中的任意一种。所述交联剂结构中含有可以与降解肽链结构中的活性基团反应的官能团，提高豆基蛋白胶黏剂的胶合强度。
具体地，所述豆基蛋白胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
1)按各原料的重量份称取豆粕、碱、尿素、交联剂和水；
2)将碱和尿素分散于水后，在搅拌条件下加入豆粕，搅拌回流反应，得到豆粕降解液；
3)向豆粕降解液中加入交联剂，共聚，冷却，得到豆基蛋白胶黏剂。
具体地，在搅拌条件下加入豆粕，所述搅拌条件为机械搅拌，转速600～1800转/分钟，例如可以为600转/分钟、800转/分钟、1000转/分钟、1200转/分钟、1400转/分钟、1600转/分钟、1800转/分钟。该搅拌条件下，可加速豆粕溶解，使豆粕中大豆蛋白在碱性条件下水解，打开蛋白的球状结构，使肽链中的活性基团如氨基、羧基、羟基和其他的反应性基团较多的暴露出来，降低肽链分子量，提高大豆蛋白的溶解性，同时降低体系的粘度。
具体地，在豆粕溶解后，搅拌回流反应，搅拌回流反应的温度为50～100℃，时间为1～5小时，例如温度可以为50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃等，时间可以为1小时、2小时、3小时、4小时、5小时等，本发明中搅拌回流温度和时间对豆粕降解液的粘度和水解程度有着直接的影响，回流温度低，水解反应速率较慢，回流时间短，水解程度较低，不利于降低豆粕降解液的粘度，从而影响后期共聚改性得到的豆基蛋白胶黏剂的性能。
具体地，向豆粕降解液中加入交联剂，共聚，共聚的温度为75～85℃，时间为30～50分钟，例如温度可以为75℃、78℃、80℃、82℃、85℃等，时间可以为30分钟、35分钟、40分钟、45分钟、50分钟等，所述交联剂结构中含有可以与降解肽链结构中的活性基团反应的官能团，通过控制共聚温度和时间，可制备出高胶合强度的豆基蛋白胶黏剂。
具体地，木质单板干燥中的木质单板为杨木、桉木或桦木，优选杨木或桉木；木质单板的厚度为1～3mm，例如可以为1mm、2mm、3mm等，干燥后的木质单板的含水率控制在5～12％，例如可以为5％、7％、9％、10％、12％等。单板含水率高会引起鼓泡和局部开胶，甚至透胶现象而降低胶合强度，单板含水率过低，影响热压过程温度传导，降低胶的固化程度，影响胶合强度，因此优选单板含水率5-12％。
具体地，施胶的施胶量为220～320g/m2，例如可以为220g/m2、250g/m2、280g/m2、300g/m2、320g/m2等。胶量过大，成本量高；而且胶层过厚，内应力增大，同时容易透胶；胶量过小，不利于胶液浸润，胶层会不完整，胶合强度差，因此优选施胶的施胶量为220～320g/m2。
具体地，组坯按照相邻层单板木材纤维纹理方向互相垂直的原则进行；
具体地，预压的时间为0.5～1小时，压力为0.5～1Mpa；例如预压的时间可以为30分钟、35分钟、40分钟、45分钟、50分钟、60分钟等；压力可以为0.5Mpa、0.6Mpa、0.7Mpa、0.8Mpa、0.9Mpa、1Mpa等，在该预压条件下，可以防止板坯在搬动过程中因单板错位而产生芯板叠芯或离芯等缺陷，同时利于豆基蛋白胶黏剂在单板表面形成良好的连续胶膜，避免局部缺胶、干胶的产生，提高胶合板的质量。
具体地，热压的温度为105～160℃，压力为1.0～1.4MPa，时间为40～80s/mm；例如热压的温度可以为105℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃等，压力可以为1.0Mpa、1.1Mpa、1.2Mpa、1.3Mpa、1.4Mpa等，时间为40s/mm、50s/mm、60s/mm、70s/mm、80s/mm等，本发明中热压温度高，利于缩短热压时间，提高热压效率，但温度过高，产品将产生大的热压应力，影响胶合板质量，通过测定豆基蛋白胶黏剂的固化时间，优选出热压温度为105-160℃；热压时间过短，胶黏剂固化不完全，直接影响胶合强度，热压时间过长，增加能耗，降低产率，结合试验和中试测试，优选40-80s/mm；热压压力可以保证单板之间胶合面紧密接触，提高胶合强度，但是压力如果过大，会压溃单板，导致其结构受破坏，致使胶合强度较低，结合杨木木材本身特性，优选1-1.4MPa。
以下将通过具体实施例进一步地描述本发明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
本发明中按照国家标准GB/T 17657-2013规定，胶合板的II类胶合强度测试如下：将胶合板锯成A型试样，将A型试样在63℃下浸泡3小时，然后在室温冷却十分钟马上在万用拉伸机测试。
实施例1
本实施例提供了一种无甲醛释放胶合板的制备方法，包括以下步骤：1)厚度为1mm的杨木单板干燥至含水率8％；2)施胶：采用涂胶机对木质单板进行涂胶，保证涂胶均匀其中，其中，涂胶采用的胶黏剂为豆基蛋白胶黏剂，施胶量为280g/m2；3)组坯：涂胶后的木质单板按照相邻层单板木材纤维纹理方向互相垂直进行组坯；4)预压：组坯好的板坯放在冷压机中进行预压，预压的时间0.5小时，压力为1Mpa；5)热压：将预压后的板坯送入热压机进行热压，热压的温度为110℃，压力为1.0MPa，时间为40s/mm；6)陈放24h，即得。
其中，豆基单板胶黏剂的制备方法为：1)将9份氢氧化钠、15份尿素分散于200份水中，在转速为1000转/分钟的搅拌条件下加入100份脱脂大豆豆粕(粒度为50目)，升温至65℃，搅拌回流3小时，得到豆粕降解液；2)豆粕降解液中加入20份戊二醛，在75℃保持0.5小时，冷却至室温，得到豆基蛋白胶黏剂。经测试，所得的豆基蛋白胶黏剂的粘度为1250mPa.s，固体含量为41.2％。
实施例2
本实施例提供了一种无甲醛释放胶合板的制备方法，包括以下步骤：1)厚度为2mm的桉木单板干燥至含水率10％；2)施胶：采用涂胶机对木质单板进行涂胶，保证涂胶均匀，其中，涂胶采用的胶黏剂为豆基蛋白胶黏剂，施胶量为300g/m2；3)组坯：涂胶后的木质单板按照相邻层单板木材纤维纹理方向互相垂直进行组坯；4)预压：组坯好的板坯放在冷压机中进行预压，预压的时间45分钟，压力为0.75Mpa；5)热压：将预压后的板坯送入热压机进行热压，热压的温度为120℃，压力为1.25MPa，时间为60s/mm；6)陈放24h，即得。
其中，豆基单板胶黏剂的制备方法为：1)将5份氢氧化钠、4份氢氧化钾和20份尿素分散于200份水中，在转速为600转/分钟的搅拌条件下加入100份脱脂大豆豆粕(粒度为400目)，升温至95℃，搅拌回流2小时，得到豆粕降解液；2)豆粕降解液中加入50份聚酰胺多胺环氧氯丙烷，在85℃保持50分钟，冷却至室温，出料，得到豆基蛋白胶黏剂。经测试，所得的豆基蛋白胶黏剂的粘度为1960mPa.s，固体含量为46.8％。
实施例3
本实施例提供了一种无甲醛释放胶合板的制备方法，包括以下步骤：1)厚度为3mm的桦木单板干燥至含水率12％；2)施胶：采用涂胶机对木质单板进行涂胶，保证涂胶均匀，涂胶采用的胶黏剂为豆基蛋白胶黏剂，施胶量为320g/m2；3)组坯：涂胶后的木质单板按照相邻层单板木材纤维纹理方向互相垂直进行组坯；4)预压：组坯好的板坯放在冷压机中进行预压，预压的时间60分钟，压力为0.5Mpa；5)热压：将预压后的板坯送入热压机进行热压，热压的温度为135℃，压力为1.30MPa，时间为75s/mm；6)陈放24h，即得。
其中，豆基单板胶黏剂的制备方法为：1)将10.5份氢氧化钠、20份尿素分散于300份水中，在转速为1800转/分钟的搅拌条件下加入100份脱脂大豆豆粕(粒度为200目)，升温至85℃，搅拌回流1小时，得到豆粕降解液；2)豆粕降解液中加入35份戊二醛，在80℃保持40分钟，冷却至室温，得到豆基蛋白胶黏剂。经测试，所得的豆基蛋白胶黏剂的粘度为960mPa.s，固体含量为35.6％。
按照国标GB/T 17657-2013中《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》中II类胶合强度和甲醛释放量-干燥器法的要求对实施例的胶合板进行测试，测试结果如表1所示，从表中可以看出，所制备无甲醛释放胶合板在胶合强度和甲醛释放量上均达到国家标准的要求。
表1胶合板强度和甲醛释放量的测试结果
| 标准 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 胶合强度MPa | 0.7 | 0.92 | 1.38 | 1.13 |
| 甲醛释放量mg/L | 0.5 | 未检出 | 未检出 | 未检出 |
试验例1
本试验例分析了共聚时间和共聚温度对于豆基蛋白胶黏剂粘度和胶合强度的影响。
1)将11份氢氧化钠、20份尿素分散于150份水中，在转速为800转/分钟的搅拌条件下加入100份脱脂大豆豆粕(粒度为200目)，升温至80℃，搅拌回流3小时，得到豆粕降解液；
2)豆粕降解液中加入50份聚丙烯酰胺，共聚，所述共聚的温度和时间如表2所示，冷却至室温，得到豆基蛋白胶黏剂。
测试所得的豆基蛋白胶黏剂的粘度，并将其用于三层杨木胶合板的压制，并进行II类胶合强度的测试，测得胶合强度。结果如表2所示。
表2共聚温度和时间正交试验结果
| 实验编号 | 共聚温度 | 共聚时间 | 产物粘度/mPa.s | 胶合强度/MPa | 固体含量/％ |
| 1 | 85℃ | 50min | 680 | 0.52 | 41.49 |
| 2 | 85℃ | 40min | 685 | 0.69 | 42.20 |
| 3 | 85℃ | 30min | 395 | 1.26 | 42.89 |
| 4 | 80℃ | 50min | 430 | 0.78 | 41.70 |
| 5 | 80℃ | 40min | 298 | 1.24 | 42.41 |
| 6 | 80℃ | 30min | 255 | 0.46 | 43.09 |
| 7 | 75℃ | 50min | 305 | 1.06 | 41.92 |
| 8 | 75℃ | 40min | 330 | 0.46 | 42.61 |
| 9 | 75℃ | 30min | 315 | 0.57 | 43.29 |
从表2中可以看出，共聚时间和共聚温度对豆基蛋白胶黏剂粘度、胶合强度和固体含量的具有一定的影响，当共聚的温度为75～85℃，时间为30～50分钟时均具有较优的粘度、胶合强度和固体含量，结合实际生产需求，确定最佳共聚温度80℃；共聚时间40min。
试验例2
本试验例以80℃共聚温度，40min共聚时间分析不同重量份的各原料得到的豆基蛋白胶黏剂粘度、胶合强度和固体含量的情况。
1)将碱、尿素分散于水中，在转速为1200转/分钟的搅拌条件下加入脱脂大豆豆粕(粒度为200目)，升温至80℃，搅拌回流3小时，得到豆粕降解液；
2)豆粕降解液中加入交联剂，在80℃保持40分钟，冷却至室温，得到豆基蛋白胶黏剂。
其中，所述碱、尿素、脱脂大豆豆粕、水和交联剂的重量份如表3所示。测试所得的豆基蛋白胶黏剂的粘度和固体含量，并将其用于三层杨木胶合板的压制，并进行II类胶合强度的测试，测得胶合强度。结果如表3所示，从表3可以看出在以80℃共聚温度，40min共聚时间的情况下得到的豆基蛋白胶黏剂的粘度、固体含量、胶合强度均较优。
表3不同重量份的各原料的豆基蛋白胶黏剂的试验结果
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种无甲醛释放胶合板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
木质单板干燥；
施胶：采用豆基蛋白胶黏剂对木质单板进行涂胶，其中，所述豆基蛋白胶黏剂包括以下重量份的各原料：50～100份豆粕、5～15份碱、5～30份尿素、20～100份交联剂和50～300份水；
组坯；
预压；
热压；
陈放。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述豆粕为脱脂大豆豆粕，粒度为50～400目。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、氢氧化钡中的一种或几种的混合碱。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述交联剂为尿素、乙二醛、戊二醛、异氰酸酯类、酰胺类聚合物中的一种或任意几种的混合物；
其中，所述异氰酸酯类为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯和苯二亚甲基二异氰酸酯中的任意一种；所述酰胺类聚合物为聚丙烯酰胺、聚酰胺环氧氯丙烷和聚酰胺多胺环氧氯丙烷中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述豆基蛋白胶黏剂的固体含量为40～55％wt，粘度为200～2000mPa.s，活性期为15～30天。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述豆基蛋白胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
按各原料的重量份称取豆粕、碱、尿素、交联剂和水；
将碱和尿素分散于水后，在搅拌条件下加入豆粕，搅拌回流反应，冷却，得到豆粕降解液；
向豆粕降解液中加入交联剂，共聚，得到豆基蛋白胶黏剂。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌条件为转速600～1800转/分钟；所述搅拌回流反应的温度为50～100℃，时间为1～5小时；所述共聚的温度为75～85℃，时间为30～50分钟。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述木质单板干燥中的木质单板为杨木、桉木或桦木，优选的为杨木或桉木；木质单板的厚度为1～3mm，干燥后的木质单板的含水率控制在5～12％。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述施胶的施胶量为220～320g/m2；优选的，所述组坯按照相邻层单板木材纤维纹理方向互相垂直的原则进行。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预压的时间为0.5～1小时，压力为0.5～1Mpa；优选的，所述热压的温度为105～160℃，压力为1.0～1.4MPa，时间为40～80s/mm。
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