CN109609068A - 尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂及其制备方法。制备方法包括:(1)将双醛淀粉糊化;(2)调节糊化淀粉的pH值,加入尿素,升温至85℃~95℃,保温反应0.5 h~1.5 h后降温至35℃~45℃;(3)调节步骤(2)所得混合物的pH值,加入甲醛和三聚氰胺后升温至85℃~95℃,保温反应0.5 h~1 h;(4)调节步骤(3)所得混合物的pH值,反应至混合物的粘度为20 s~60 s;(5)调节步骤(4)所得混合物的pH值,加入尿素,降温至80℃~85℃,保温反应0.5 h~1 h后降温出料。本发明制备的胶黏剂胶合性能及耐水性能优良,能满足木材、竹材、秸秆的粘接要求,可用于胶合板、刨花板、纤维板、细木工板及家具的生产与制造。
Description
技术领域
本发明涉及木材胶黏剂技术领域,具体涉及一种环保型的尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂及其制备方法。
背景技术
脲醛树脂胶黏剂由尿素与甲醛在碱性或酸性催化剂作用下缩聚而成,具有制备工艺简单、生产成本低廉、固化速度快、胶接性能优良、操作方便等优势,已被广泛应用于刨花板、中密度纤维板、胶合板等人造板和室内家居家具装饰等行业,其需求量超过木材工业总用胶量的90%。然而,脲醛树脂胶黏剂存在游离甲醛含量高、胶合性能和耐水性能较差、脆性大等缺陷,其中最大的缺陷就是其用于人造板后会释放大量甲醛,危害人们的身体健康。在现有技术中,通过降低甲醛/尿素摩尔比、优化合成工艺、添加各类改性剂以及合理选择固化剂等方法可有效降低游离甲醛含量、提高胶合强度等性能,但是这些方法均是以提高生产成本或降低树脂胶黏剂其他性能为代价。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足,采用可再生、来源丰富的生物质资源双醛淀粉代替部分甲醛,提供一种粘接性能好、耐水性能优良、固化时间短、低毒环保、高韧性的尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂及其制备方法。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
一种尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂,按重量份计,所述胶黏剂的原料组份包括:60~60.1份尿素,48.5~146.1份甲醛水溶液,16.2~81份双醛淀粉,0.6~3份三聚氰胺以及24.3~324份水。
上述的胶黏剂,优选的,所述尿素为60.06重量份,所述甲醛水溶液为48.58~146.09重量份。
上述的胶黏剂,优选的,所述双醛淀粉中醛基含量≥80%。
上述的胶黏剂,优选的,所述甲醛水溶液的质量分数为37%。
作为一个总的技术构思,本发明还提供了上述尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂的制备方法。
本发明的尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)将16.2~81重量份双醛淀粉溶于24.3~324重量份水中,配制成双醛淀粉乳溶液后进行糊化处理,得到糊化双醛淀粉乳溶液;
(2)将步骤(1)所得糊化双醛淀粉乳溶液的pH值调至8.0~9.0,加入36.04~48.05重量份尿素,升温至85℃~95℃,保温反应0.5 h~1.5 h后降温至35℃~45℃,得到第一反应混合物;
(3)将步骤(2)所得第一反应混合物的pH值调至8.0~9.0,先后加入48.58~146.09重量份甲醛水溶液和0.6~3重量份三聚氰胺,升温至85℃~95℃,保温反应0.5 h~1 h,得到第二反应混合物;
(4)在85℃~95℃条件下,将步骤(3)所得第二反应混合物的pH值调至5.0~5.5,反应得到第三反应混合物,所述第三反应混合物的粘度为20 s~60 s;
(5)将步骤(4)所得第三反应混合物的pH值调至7.0~8.0,加入12.01~24.02重量份尿素,降温至80℃~85℃,保温反应0.5 h~1 h后降温至40℃以下,出料,即得所述尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂。
上述的制备方法,优选的,所述步骤(1)中,双醛淀粉乳溶液的质量分数为20%~40%。
上述的制备方法,优选的,所述步骤(1)中,双醛淀粉乳溶液的糊化温度为60℃~80℃;糊化时间为0.5 h~2 h。
上述的制备方法,优选的,所述步骤(2)、步骤(3)以及步骤(5)中,使用质量分数为10%~30%的氢氧化钠水溶液进行pH值调节。
上述的制备方法,优选的,所述步骤(4)中,使用质量分数为30%~60%的甲酸水溶液进行pH值调节。
上述的制备方法,优选的,所述步骤(4)中,第三反应混合物的粘度通过涂-4杯在25℃~30℃条件下测得。
本发明所使用的双醛淀粉参照中国专利文献CN 105646723 B《一种双醛淀粉及其制备方法》所述的方法制备得到。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
1)本发明的尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂粘接性能好、耐水性能优良、固化时间短、低毒环保,能够满足木材、竹材、秸秆的粘接要求,可代替常规的脲醛树脂胶黏剂用于胶合板、刨花板、纤维板、细木工板以及家具等的生产与制造。
2)本发明的制备方法中采用可再生、来源丰富的生物质资源双醛淀粉代替部分甲醛,可有效降低使用量巨大的脲醛树脂胶黏剂对石油资源的依赖性。
3)本发明的制备方法中采用三聚氰胺作为交联改性剂,它既可以与双醛淀粉中的醛基和氢基进行反应,又可以与甲醛中的醛基进行反应,从而在脲醛树脂和双醛淀粉之间形成互穿网络结构,有效提高树脂胶黏剂的胶合强度和耐水性能,并显著降低游离甲醛含量,环保低毒。
具体实施方式
以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述,但并不因此而限制本发明的保护范围。
以下实施例中所采用的各种试剂、原料和仪器均为可以从市场上购买或者可以通过公知的方法制得的产品。
以下实施例中,胶黏剂的性能检测方法参照GB/T 17047-2017和GB/T 17657-2013。
实施例1
一种本发明的尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂,按重量份计,其原料组份包括: 60.06份尿素,146.09份质量分数为37%的甲醛水溶液,16.2份醛基含量≥80%的双醛淀粉,0.6份三聚氰胺以及64.8份水。
本实施例的尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)将16.2重量份双醛淀粉溶于64.8重量份水中,配制成质量分数为20%的双醛淀粉乳溶液后加入反应釜中,将反应釜温度升温至60℃,使双醛淀粉糊化0.5h,得到糊化双醛淀粉乳溶液。
(2)使用质量分数为30%的氢氧化钠水溶液将步骤(1)所得糊化双醛淀粉乳溶液的pH值调至9.0,加入36.04重量份尿素,升温至90℃~92℃,保温反应0.5 h后降温至40℃,得到第一反应混合物。
(3)使用质量分数为30%的氢氧化钠水溶液将步骤(2)所得第一反应混合物的pH值调至9.0,先后加入146.09重量份甲醛水溶液和0.6重量份三聚氰胺,升温至90℃~92℃,保温反应0.5 h,得到第二反应混合物。
(4)在90℃~92℃条件下,使用质量分数为60%的甲酸水溶液将步骤(3)所得第二反应混合物的pH值调至5.0,反应得到粘度为60s的第三反应混合物,第三反应混合物的粘度通过涂-4杯在30℃条件下测得。
(5)使用质量分数为30%的氢氧化钠水溶液将步骤(4)所得第三反应混合物的pH值调至7.0,加入24.02重量份尿素,降温至85℃,保温反应1 h后降温至40℃以下,出料,即得尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂。
以上原料组分可以1g为1重量份,但不仅限于此,根据实际情况来确定,其它实施例同此说明。
实施例2
一种本发明的尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂,按重量份计,其原料组份包括: 60.06份尿素,97.39份质量分数为37%的甲醛水溶液,48.6份醛基含量≥80%的双醛淀粉,1.8份三聚氰胺以及121.5份水。
本实施例的尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)将48.6重量份双醛淀粉溶于72.9重量份水中,配制成质量分数为40%的双醛淀粉乳溶液后加入反应釜中,将反应釜温度升温至70℃,使双醛淀粉糊化1 h,得到糊化双醛淀粉乳溶液。
(2)使用质量分数为30%的氢氧化钠水溶液将步骤(1)所得糊化双醛淀粉乳溶液的pH值调至8.5,加入42.04重量份尿素,升温至90℃~92℃,保温反应1 h后降温至40℃,得到第一反应混合物。
(3)使用质量分数为30%的氢氧化钠水溶液将步骤(2)所得第一反应混合物的pH值调至8.5,先后加入97.39重量份甲醛水溶液和1.8重量份三聚氰胺,升温至90℃~92℃,保温反应0.8 h,得到第二反应混合物。
(4)在90℃~92℃条件下,使用质量分数为60%的甲酸水溶液将步骤(3)所得第二反应混合物的pH值调至5.2,反应得到粘度为40s的第三反应混合物,第三反应混合物的粘度通过涂-4杯在30℃条件下测得。
(5)使用质量分数为30%的氢氧化钠水溶液将步骤(4)所得第三反应混合物的pH值调至7.5,加入18.02重量份尿素,降温至83℃,保温反应0.8 h后降温至40℃以下,出料,即得尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂。
实施例3
一种本发明的尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂,按重量份计,其原料组份包括: 60.06份尿素,40.58份质量分数为37%的甲醛水溶液,81份醛基含量≥80%的双醛淀粉,3份三聚氰胺以及189份水。
本实施例的尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)将81重量份双醛淀粉溶于189重量份水中,配制成质量分数为30%的双醛淀粉乳溶液后加入反应釜中,将反应釜温度升温至80℃,使双醛淀粉糊化2 h,得到糊化双醛淀粉乳溶液。
(2)使用质量分数为30%的氢氧化钠水溶液将步骤(1)所得糊化双醛淀粉乳溶液的pH值调至8.0,加入48.05重量份尿素,升温至90℃~92℃,保温反应1.5 h后降温至40℃,得到第一反应混合物。
(3)使用质量分数为30%的氢氧化钠水溶液将步骤(2)所得第一反应混合物的pH值调至8.0,先后加入40.58重量份甲醛水溶液和3重量份三聚氰胺,升温至90℃~92℃,保温反应1 h,得到第二反应混合物。
(4)在90℃~92℃条件下,使用质量分数为60%的甲酸水溶液将步骤(3)所得第二反应混合物的pH值调至5.5,反应得到粘度为20s的第三反应混合物,第三反应混合物的粘度通过涂-4杯在30℃条件下测得。
(5)使用质量分数为30%的氢氧化钠水溶液将步骤(4)所得第三反应混合物的pH值调至8.0,加入12.01重量份尿素,降温至80℃,保温反应0.5 h后降温至40℃以下,出料,即得尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂。
本发明的上述三个实施例制得的三聚氰胺改性的尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂与三聚氰胺改性的普通脲醛树脂胶黏剂的各项性能数据如表1所示。由表1可见,在本发明的实施例1至实施例3中,随着双醛淀粉对甲醛替代率、糊化温度以及糊化时间的增加,制得的尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂的各项性能都发生了显著变化,树脂胶黏剂的粘度逐渐增大、固化时间显著缩短、湿状胶合强度显著提高以及游离甲醛含量明显降低。本发明各实施例制得的尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂的各项性能均优于相应的普通脲醛树脂胶黏剂。
表1 胶黏剂的各项性能数据
注:以上普通脲醛树脂胶黏剂1、2和3分别指与本发明实施例1、2和3相比较,除不添加双醛淀粉,但添加与双醛淀粉量对应的甲醛外,其他物料配比和制备工艺完全相同的条件下制得的脲醛树脂胶黏剂。以上性能测试中粘度、固化时间和游离甲醛含量参照GB/T17047-2017测得,湿状胶合强度参照GB/T 17657-2013测得。
本发明在降低甲醛/尿素摩尔比的前提下,采用来源丰富、无毒环保、可再生且反应活性高的双醛淀粉为共缩聚原料,制备得到一种环保低毒型的尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂。本发明的制备方法可在一定程度上降低脲醛树脂胶黏剂对石油资源的依赖性,实现脲醛树脂胶黏剂超低毒、快固化、高韧性等优点,具有重要的科学意义和应用价值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂,其特征在于:按重量份计,所述胶黏剂的原料组份包括:60~60.1份尿素,48.5~146.1份甲醛水溶液,16.2~81份双醛淀粉,0.6~3份三聚氰胺以及24.3~324份水。
2.根据权利要求1所述的尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂,其特征在于:所述双醛淀粉中醛基含量≥80%。
3.根据权利要求1或2所述的尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂,其特征在于:所述甲醛水溶液的质量分数为37%。
4.一种如权利要求1至3中任一项所述的尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)将16.2~81重量份双醛淀粉溶于24.3~324重量份水中,配制成双醛淀粉乳溶液后进行糊化处理,得到糊化双醛淀粉乳溶液;
(2)将步骤(1)所得糊化双醛淀粉溶液的pH值调至8.0~9.0,加入36.04~48.05重量份尿素,升温至85℃~95℃,保温反应0.5 h~1.5 h后降温至35℃~45℃,得到第一反应混合物;
(3)将步骤(2)所得第一反应混合物的pH值调至8.0~9.0,先后加入48.58~146.09重量份甲醛水溶液和0.6~3重量份三聚氰胺,升温至85℃~95℃,保温反应0.5 h~1 h,得到第二反应混合物;
(4)在85℃~95℃条件下,将步骤(3)所得第二反应混合物的pH值调至5.0~5.5,反应得到第三反应混合物,所述第三反应混合物的粘度为20 s~60 s;
(5)将步骤(4)所得第三反应混合物的pH值调至7.0~8.0,加入12.01~24.02重量份尿素,降温至80℃~85℃,保温反应0.5 h~1 h后降温至40℃以下,出料,即得所述尿素-双醛淀粉-甲醛共缩聚树脂胶黏剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中,双醛淀粉乳溶液的质量分数为20%~40%。
6.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中,双醛淀粉乳溶液的糊化温度为60℃~80℃;糊化时间为0.5 h~2 h。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)、步骤(3)以及步骤(5)中,使用质量分数为10%~30%的氢氧化钠水溶液进行pH值调节。
8.根据权利要求4至6中任一项所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(4)中,使用质量分数为30%~60%的甲酸水溶液进行pH值调节。
9.根据权利要求4至6中任一项所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(4)中,所述第三反应混合物的粘度通过涂-4杯在25℃~30℃条件下测得。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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