CN109181610A

CN109181610A - 一种用于木材粘合的低成本无醛环保粘接剂及制备方法

Info

Publication number: CN109181610A
Application number: CN201811025823.4A
Authority: CN
Inventors: 陈庆; 曾军堂
Original assignee: Chengdu New Keli Chemical Science Co Ltd
Current assignee: Chengdu New Keli Chemical Science Co Ltd
Priority date: 2018-09-04
Filing date: 2018-09-04
Publication date: 2019-01-11

Abstract

本发明公开了一种用于木材粘合的低成本无醛环保粘接剂及制备方法。所述无醛粘接剂由以下步骤制得：a、将木质素、尿素、聚乙烯醇、水预配成胶状，送入往复式螺杆挤压机制得含活化木质素的复合胶体；b、将硅溶胶、玻璃纤维加入复合胶体中，低温干燥制得A料；c、以二异氰酸酯作为B料；d、使用时将A料和B料混合，即可制得双组份的无醛环保粘接剂。所述方法具有以下有益效果：本发明利用往复螺杆均化木质素并提高其外界面的活性，提高了粘结剂的粘结强度，进一步使玻璃纤维结合在胶黏剂中，增强了粘接牢固度，制备过程绿色环保，连续高效，成本低，易于推广。

Description

一种用于木材粘合的低成本无醛环保粘接剂及制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体涉及环保粘接剂的制备，尤其是涉及一种用于木材粘合的低成本无醛环保粘接剂及制备方法。

背景技术

目前建筑装饰、家具大量采用复合木板, 木材加工业对胶黏剂的需求量很大，由于木板复合采用大量的粘接剂,而这些粘接剂大都为脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂等含醛树脂，会长期释放醛，造成室内环境甲醛释放超标, 不仅给环境造成影响, 同时给人们的身体健康带来很大的危害。尽管目前采用一些对甲醛掩蔽、吸附、封闭等手段减少甲醛的释放，但只是减缓了甲醛的挥发时间。因此，生产和使用无醛环保黏合剂，对建筑复合木板的发展尤为重要。

木质素是存在于树木、麦草、秸秆、甘蔗渣等中的一种天然高分子。木质素本身具有较好的黏性，可直接用作胶黏剂。天然植物中木质素就像胶黏剂一样，分散在纤维的周围以及纤维内部的细小纤维之间，使之成为强有力的骨架结构，树木之所以能够挺立几十米甚至上百米不倒就是因为木质素粘结纤维作用。因此，将木质素用于木材粘接剂是一个较佳的途径。

专利申请号200910237831.X公开了一种木质素基木材用环保胶粘剂的制备方法：（1）将苯酚、甲醛溶液、木质素、第一批碱液、稀释水加入反应器，升温至75~85℃，反应2.5h~3.5h；甲醛与苯酚的摩尔量比为2.20∶1~2.40∶1；其中甲醛溶液分三批加入，各批加入的质量比为1.5:1.0:1.0，加入后各反应时间比为1.2∶1.0∶1.0；（2）降温至70℃，加入甲醛捕集剂和第二批碱性溶液，65~70℃反应20~50min；（3）降温至30~40℃，加入增强剂，搅拌10~30min，冷却出料。此发明可以替代50~60%的石油基苯酚原料，反应平稳易控制，易工业化生产，胶合板甲醛释放量达到E0级，胶合强度达到国家I类板要求，为环保生物质基木材胶粘剂的开发和废弃物的资源化利用提供了新的途径。

专利申请号201510819918.3公开了一种新型木材胶粘剂，由以下重量份数的原料制成：豆粕2.3~4.2份、大豆蛋白4.5~8.5份、可再生分散乳胶粉3.2~4.8份、邻苯二甲酸酯1.2~2.6份、松香2.5~4.2份、多聚甲醛0.5~1.5份、碱木质素1~2.3份和酰胺多胺树脂1.2~2.4份。此发明与现有的产品相比，可以粘结木材及各种人造板，在生产和使用过程中无甲醛释放，对工人和消费者不会造成甲醛导致的健康伤害；正常生产涂胶后环境温度30℃失水时间在120分钟以上，完全可以满足国内的生产需要；胶粘剂粘度大，涂胶均匀方便，固含物高，冷压效果好，改性反应完成后可在室温20℃环境下存放很久。

专利申请号201710253542.3公开了一种原位碱木质素自催化合成的环氧树脂胶粘剂，其制备方法过程如下：第一步，将生物质原料用硫酸酸洗，过滤烘干，得到滤渣；第二步，用碱液与滤渣反应，过滤得到碱木质素原液；第三步，将酚类化合物直接加入到碱木质素原液中，进行原位酚化改性；第四步，将环氧氯丙烷或其衍生物直接加入到酚化木质素溶液中，进行分子原位聚合；第五步，迅速向反应液中加入冷的去离子水，所得沉淀用热的去离子水冲泡，最后的剩余粘性物质即为木质素改性环氧树脂胶粘剂。此发明中涉及的碱木质素分子提取、原位改性及原位合成环氧树脂胶粘剂的过程连续，大幅度提高效率。同时，碱木质素的原位改性及合成环氧树脂的过程中，无需额外添加催化剂，实现自催化反应。

专利申请号200710164080.4公开了一种新型无醛木材胶粘剂及其制备方法，以植物蛋白和木质素磺酸盐的混合物作为基材，通过改性蛋白质本身以获得高的耐水性，是真正的无醛木材胶粘剂；其干强度与脲醛胶和酚醛胶差不多，其耐水性远高于脲醛胶，已经接近酚醛胶的耐水性，该胶粘剂完全达到II类胶使用标准，而且其价格低廉，性能优良并易于涂装。

由此可见，现有技术中木质素活性低，影响了胶粘剂胶粘强度，通常将木质素与粘接性较好的脲醛树脂混合使用，未能完全消除醛的释放，将木质素与聚氨酯复合，一方面成本高，另一方面刚性的木质素造成胶粘剂的黏度升高，在合成胶粘剂中均一性差，使得木质素利用受到一定限制，影响其使用性能。

发明内容

为有效解决上述技术问题，本发明提出了一种用于木材粘合的低成本无醛环保粘接剂及制备方法，可有效改善木质素的活性，进而提高了粘结剂的粘结强度，降低了制备成本。

本发明的具体技术方案如下：

一种用于木材粘合的低成本无醛环保粘接剂的制备方法，所述低成本无醛环保粘接剂是由A料和B料组成，A料是通过往复式螺杆挤压机使木质素的酚羟基和醇羟基含量提高，然后与硅溶胶、玻璃纤维混合而制得，B料是二异氰酸酯；

所述低成本无醛环保粘接剂的具体制备步骤为：

a、将木质素、尿素、聚乙烯醇、水预配成胶状，送入往复式螺杆挤压机的进料口中，利用往复式螺杆挤压机的剪切、分散、往复拉伸，使木质素中结合力强的化学键断开，提高木质素的酚羟基和醇羟基含量，赋予木质素优异的活性，制得含活化木质素的复合胶体；

b、将硅溶胶、玻璃纤维加入步骤a制得的复合胶体中，进一步低温干燥，制得A料；

c、以二异氰酸酯作为B料；

d、使用时将A料和B料按一定的质量比例混合，即可制得双组份的无醛环保粘接剂。

优选的，所述步骤a中，木质素25~40重量份、尿素3~5重量份、聚乙烯醇5~8重量份、水47~67重量份。

优选的，所述步骤a中，往复式螺杆挤压机的螺杆直径为30~40mm，长径比为15:1~25:1，螺距为20~25mm。

优选的，所述步骤a中，螺杆挤压机的加热温度为45~55℃，螺杆转速为200~400r/min。

优选的，所述步骤b中，硅溶胶15~20重量份、玻璃纤维20~30重量份、复合胶体50~65重量份。

优选的，所述步骤b中，硅溶胶的二氧化硅质量含量为10-15%。

优选的，所述步骤b中，玻璃纤维的长度为20~50mm，单纤维的平均直径为6~8μm，平均孔径为200~300nm，孔隙率为98~99%。

优选的，所述步骤b中，低温干燥为微波干燥，温度为40~50℃，时间为4~8h。

优选的，所述步骤d中，A料和B料的混合质量比为3:1。

通常，对木质素进行酚化、氧化、脱甲基化等化学改性可使木质素大分子结构降解，粘接柔性和粘接活性有所提升，但由于相对分子质量过度降低，粘接木材后的强度较低，而且木质素在合成胶粘剂中的均一性差。本发明创造性地利用往复式螺杆挤压机的剪切、分散、往复拉伸，一方面可均化木质素，另一方面可使木质素外界面的活性大幅提高，增加与二异氰酸酯的反应，从而提高粘接性。同时，通过向活化的木质素中加入玻璃纤维和硅溶胶，使A料与B料混合后缓慢固化粘接，使玻璃纤维结合在胶黏剂中，增加粘接牢固度，并降低成本，避免了快速固化造成粘接剂报废的问题。

本发明上述内容还提出一种用于木材粘合的低成本无醛环保粘接剂，由以下步骤制得：a、将木质素、尿素、聚乙烯醇、水预配成胶状，送入往复式螺杆挤压机制得含活化木质素的复合胶体；b、将硅溶胶、玻璃纤维加入复合胶体中，低温干燥制得A料；c、以二异氰酸酯作为B料；d、使用时将A料和B料混合即可。

本发明的有益效果为：

1.提出了利用往复螺杆处理木质素制备用于木材粘合的低成本无醛环保粘接剂的方法。

2.本发明利用往复螺杆均化木质素并提高其外界面的活性，增加与二异氰酸酯的反应，进而提高了粘结剂的粘结强度，进一步使玻璃纤维结合在胶黏剂中，增强了粘接牢固度。

3.本发明从原料到生产到成品全过程绿色环保，连续高效，成本低，易于推广。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。

实施例1

a、将木质素、尿素、聚乙烯醇、水预配成胶状，送入往复式螺杆挤压机的进料口中，制得含活化木质素的复合胶体；

c、以二异氰酸酯作为B料；

步骤b中，硅溶胶的二氧化硅质量含量为10-15%，玻璃纤维的平均长度为35mm，单纤维的平均直径为7μm，平均孔径为250nm，孔隙率为989%；步骤d中，A料和B料的混合质量比为3:1；

步骤a中，木质素32重量份、尿素4重量份、聚乙烯醇6重量份、水58重量份；步骤b中，硅溶胶18重量份、玻璃纤维25重量份、复合胶体57重量份；

步骤a中，往复式螺杆挤压机的螺杆直径为35mm，长径比为20:1，螺距为22mm，螺杆挤压机的加热温度为50℃，螺杆转速为300r/min；步骤b中，低温干燥为微波干燥，温度为45℃，时间为6h。

实施例2

c、以二异氰酸酯作为B料；

步骤b中，硅溶胶的二氧化硅质量含量为10-15%，玻璃纤维的平均长度为20mm，单纤维的平均直径为6μm，平均孔径为200nm，孔隙率为98%；步骤d中，A料和B料的混合质量比为3:1；

步骤a中，木质素25重量份、尿素3重量份、聚乙烯醇5重量份、水67重量份；步骤b中，硅溶胶15重量份、玻璃纤维20重量份、复合胶体65重量份；

步骤a中，往复式螺杆挤压机的螺杆直径为30mm，长径比为15:1，螺距为20mm，螺杆挤压机的加热温度为45℃，螺杆转速为200r/min；步骤b中，低温干燥为微波干燥，温度为40℃，时间为8h。

实施例3

c、以二异氰酸酯作为B料；

步骤b中，硅溶胶的二氧化硅质量含量为10-15%，玻璃纤维的平均长度为30mm，单纤维的平均直径为6μm，平均孔径为220nm，孔隙率为98%；步骤d中，A料和B料的混合质量比为3:1；

步骤a中，木质素30重量份、尿素3重量份、聚乙烯醇6重量份、水61重量份；步骤b中，硅溶胶17重量份、玻璃纤维23重量份、复合胶体60重量份；

步骤a中，往复式螺杆挤压机的螺杆直径为32mm，长径比为15:1，螺距为225mm，螺杆挤压机的加热温度为46℃，螺杆转速为360r/min；步骤b中，低温干燥为微波干燥，温度为43℃，时间为7h。

实施例4

c、以二异氰酸酯作为B料；

步骤b中，硅溶胶的二氧化硅质量含量为10-15%，玻璃纤维的平均长度为50mm，单纤维的平均直径为8μm，平均孔径为300nm，孔隙率为99%；步骤d中，A料和B料的混合质量比为3:1；

步骤a中，木质素40重量份、尿素5重量份、聚乙烯醇8重量份、水47重量份；步骤b中，硅溶胶20重量份、玻璃纤维30重量份、复合胶体50重量份；

步骤a中，往复式螺杆挤压机的螺杆直径为40mm，长径比为25:1，螺距为25mm，螺杆挤压机的加热温度为55℃，螺杆转速为400r/min；步骤b中，低温干燥为微波干燥，温度为50℃，时间为4h。

实施例5

c、以二异氰酸酯作为B料；

步骤b中，硅溶胶的二氧化硅质量含量为10-15%，玻璃纤维的平均长度为40mm，单纤维的平均直径为8μm，平均孔径为270nm，孔隙率为99%；步骤d中，A料和B料的混合质量比为3:1；

步骤a中，木质素37重量份、尿素4重量份、聚乙烯醇7重量份、水52重量份；步骤b中，硅溶胶18重量份、玻璃纤维28重量份、复合胶体54重量份；

步骤a中，往复式螺杆挤压机的螺杆直径为38mm，长径比为25:1，螺距为24mm，螺杆挤压机的加热温度为52℃，螺杆转速为350r/min；步骤b中，低温干燥为微波干燥，温度为48℃，时间为5h。

对比例1

a、将木质素、尿素、聚乙烯醇、水预配成复合胶体；

c、以二异氰酸酯作为B料；

步骤b中，低温干燥为微波干燥，温度为45℃，时间为6h。

上述实施例1~5及对比例1制得的粘结剂，测试其木质素醇羟基含量、粘结强度及成本，测试表征的方法或条件如下：

木质素醇羟基含量：取1g本发明处理的木质素，利用水相电位滴定法，采用瑞士Metrohm公司809 Tittrando自动点位滴定仪，测定木质素醇羟基含量。

粘结强度：将本发明制得的胶黏剂均匀涂抹在500mm×500mm×2mm的木板上，采用双面涂胶法，涂胶量为120g/m²，按照木纹的交错方式粘合在一起，采用热压机先用1.4MPa压力下冷压，然后在150℃下热压7min，利用CMT5504电子万能材料试验机测定粘结强度，拉伸速度为1mm/min，测定5次计算平均值。

结果如表1所示。

表1：

测试项目	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	对比例1
							木质素醇羟基含量（mmol/g）	5012	5005	5009	5014	5010	1640
粘结强度（MPa）	2.45	2.35	2.42	2.41	2.38	1.86
							成本（元/kg）	4.2	4.3	4.6	4.3	4.5	4.6

Claims

1.一种用于木材粘合的低成本无醛环保粘接剂的制备方法，其特征在于：所述低成本无醛环保粘接剂是由A料和B料组成，A料是通过往复式螺杆挤压机使木质素的酚羟基和醇羟基含量提高，然后与硅溶胶、玻璃纤维混合而制得，B料是二异氰酸酯；

所述低成本无醛环保粘接剂的具体制备步骤为：

a、将木质素、尿素、聚乙烯醇、水预配成胶状，送入往复式螺杆挤压机的进料口中，利用往复式螺杆挤压机的剪切、分散、往复拉伸，使木质素中结合力强的化学键断开，提高木质素的酚羟基和醇羟基含量，赋予木质素活性，制得含活化木质素的复合胶体；

c、以二异氰酸酯作为B料；

2.根据权利要求1所述一种用于木材粘合的低成本无醛环保粘接剂的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，木质素25~40重量份、尿素3~5重量份、聚乙烯醇5~8重量份、水47~67重量份。

3.根据权利要求1所述一种用于木材粘合的低成本无醛环保粘接剂的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，往复式螺杆挤压机的螺杆直径为30~40mm，长径比为15:1~25:1，螺距为20~25mm。

4.根据权利要求1所述一种用于木材粘合的低成本无醛环保粘接剂的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，螺杆挤压机的加热温度为45~55℃，螺杆转速为200~400r/min。

5.根据权利要求1所述一种用于木材粘合的低成本无醛环保粘接剂的制备方法，其特征在于：所述步骤b中，硅溶胶15~20重量份、玻璃纤维20~30重量份、复合胶体50~65重量份。

6.根据权利要求1所述一种用于木材粘合的低成本无醛环保粘接剂的制备方法，其特征在于：所述步骤b中，硅溶胶的二氧化硅质量含量为10-15%。

7.根据权利要求1所述一种用于木材粘合的低成本无醛环保粘接剂的制备方法，其特征在于：所述步骤b中，玻璃纤维的长度为20~50mm，单纤维的平均直径为6~8μm，平均孔径为200~300nm，孔隙率为98~99%。

8.根据权利要求1所述一种用于木材粘合的低成本无醛环保粘接剂的制备方法，其特征在于：所述步骤b中，低温干燥为微波干燥，温度为40~50℃，时间为4~8h。

9.根据权利要求1所述一种用于木材粘合的低成本无醛环保粘接剂的制备方法，其特征在于：所述步骤d中，A料和B料的混合质量比为3:1。

10.权利要求1~9任一项所述方法制备得到的一种用于木材粘合的低成本无醛环保粘接剂。