CN110272716A - 一种韧性无醛豆粕基木材胶黏剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种韧性无醛豆粕基木材胶黏剂及其制备方法，包括以下重量份的组分,主剂30‑33重量份、分散介质水70重量份、增强剂3‑6重量份，粘度调节剂0.1‑0.2重量份，交联剂2‑4重量份，催化剂0.3‑0.6重量份；其制备过程如下：首先按照重量配比称量各组分，将交联剂加入分散介质水中，后加入主剂和增强剂，用高压均质机，在30MPa压力和0.5MPa的乳化力作用下，均质乳化20分钟；然后将制得得到的混合物中加入催化剂，在80℃反应30min，降温30℃出料；本发明胶黏剂易形成交联结构，交联密度大，反应温度低，制备胶黏剂性能稳定、弱界面层明显下降，成本降低，干/湿强度好，产品质量稳定提高。

Description

一种韧性无醛豆粕基木材胶黏剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及胶合板制备领域，尤其涉及一种韧性无醛豆粕基木材胶黏剂及其制备方法。
背景技术
我国珍贵木材资源相对匮乏，人工林资源丰富，利用人工林速生材通过胶黏剂制备人造板是人居环境中家具地板、室内装饰装修的主要原材料， 2017年，我国人造板总产量2.95亿立方米，约占世界总产量的50%，其中60%以上为胶合板产品。按每吨胶黏剂平均生产9立方米人造板计算，2017年我国胶合板用胶黏剂消耗量约1800万吨（固体含量50%），其中脲醛树脂及其改性产品占胶黏剂总产量的90%以上，占主导地位。脲醛树脂胶黏剂因其原料充足、价格低廉、水溶性好等优势在木材工业中广泛使用，但存在制品甲醛释放问题。
随着人们生活水平提高，人居环境污染问题受到关注。采用生物质胶黏剂制备人造板能解决人造板游离甲醛释放量的问题，是一个重要的解决问题的途径，但多数生物质胶黏剂存在耐水胶接性能差的问题，限制其工业化应用。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种韧性无醛豆粕基木材胶黏剂及其制备方法，该胶黏剂交联密度高、耐水胶接性能好、稳定性高、干强度好；能够满足胶合板胶黏剂的耐水与工艺要求，胶黏剂成本低，保证了生物质胶黏剂的实用性能。
为达到上述目的，本发明采用的第一种技术方案为：一种韧性无醛豆粕基木材胶黏剂，包括以下重量份的组分,其特征在于：
主剂30-33重量份、分散介质水70重量份、增强剂3-6重量份，粘度调节剂0.1-0.2重量份，交联剂2-4重量份，催化剂0.3-0.6重量份。
本发明一个较佳实施例中，所述主剂为豆粕粉末，蛋白含量53%，粒径均250目。
本发明一个较佳实施例中，所述增强剂为支化长链淀粉。
本发明一个较佳实施例中，所述粘度调节剂为聚丙烯酰胺，阴离子，平均分子量1800万。
本发明一个较佳实施例中，所述交联剂为自制多官能度环氧类化合物。
本发明一个较佳实施例中，所述催化剂为50%重量分数的氢氧化钠溶液。
本发明一个较佳实施例中，所述分散介质水选择普通自来水或软化水。
本发明采用的第二种技术方案为：一种韧性无醛豆粕基木材胶黏剂的制备方法，包括步骤如下：
（1）按照重量配比称量各组分，将交联剂加入分散介质水中，后加入主剂和增强剂，用高压均质机，在30MPa压力和0.5MPa的乳化力作用下，均质乳化20分钟；
（2）将步骤（1）得到的混合物中加入催化剂，在80℃反应30min，降温30℃出料。
本发明一个较佳实施例中，所述增强剂使用支化长链淀粉，其制备过程：将20重量份长链淀粉与70重量份水混合，调节pH值4.8，加入10重量份的高碘酸钠，在60℃条件下反应3个小时，得到初期处理液A；0.8mol琥珀酸酐、0.9mol邻苯二酸、1mol的二乙烯三胺在160℃反应1小时，后在160℃下负压蒸馏水分3小时，降温110℃，加水调至50%溶液，为超支化氨基聚合物B；将重量份A:B=1:1.2混合，调节pH为9，在常温反应1小时，后加热到60摄氏度反应20分钟，后喷雾干燥或者浓缩得到支化长链淀粉。
本发明一个较佳实施例中，所述交联剂使用自制多官能度环氧类化合物，其制备过程：将琥珀酸酐0.8mol、马来酸酐0.2mol与二乙烯三胺1.5mol在140℃，反应3小时，降温加水调至质量分数为25%超支化氨基聚合物。将该聚合物50g与25g环氧氯丙烷混合在60℃、pH=6的条件下反应3小时，后加入氢氧化钠溶液调节溶液pH=8，制备超支化环氧类交联剂。
本发明一个较佳实施例中，采用上述化学试剂配合处理方法，交联剂柔性支化结构和淀粉上刚性支化结构以及长链淀粉形成分子尺度软硬相分离的支化交联结构，纳米纤维素可以与淀粉活性羟基和氨基反应，融合到交联结构中形成微观结构软硬相分离结构，通过应力传导和分散进一步提高胶黏剂耐水胶接性能。并且增强剂的加入其支化结果有效提高胶黏剂密度，降低交联剂使用量。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：
（1）本发明采用邻苯二甲酸制备具有刚性结构的超支化氨基聚合物，并接枝改性长链淀粉作为增强剂，可以在豆粕基木材胶黏剂体系构建支化交联结构，提高胶黏剂交联密度，提高胶黏剂耐水胶接性能。另一方面长链支化结构的淀粉与豆粕形成一体交联体系可以提高胶黏剂韧性，有利于应力平衡和制备胶合板胶接性能提高。
（2）利用高压均质过程一方面使胶黏剂各组分分散均匀，另一方面可以使豆粕蛋白球状聚集体打开，增加与增强剂和交联剂的接触面积，可协同提高性能，并且有利于胶黏剂体系均匀稳定。
（3）本发明的交联剂合成过程简单、高效、水溶性、具有柔性支化结构，可与豆粕以及其他组分兼容，并且在较低温度下发生化学反应，其引入柔性结构可与增强剂上的刚性结构性能软硬相分离结构从而有效提高胶黏剂交联结构的韧性，并且在氢氧化钠的催化作用下，可更好的与豆粕反应，从而提高胶黏剂交联密度，增强胶接性能，胶黏剂均一性好，胶黏剂工艺性能好。
（4）本发明中的预反应过程，能有效提高胶黏剂体系分子量，提高胶黏剂预压性和胶接性能，降低胶黏剂热压温度和时间，胶黏剂工艺性增强。
（5）本发明对豆粕基木材胶黏剂不添加有毒物质，利用在纳米纤维素、高压均质过程、交联剂、豆粕合成胶黏剂，效率高、无有害物质释放物、产物反应活性高、工艺性好、成本低，可工业化应用。
（6）本发明胶黏剂易形成交联结构，交联密度大，反应温度低，制备胶黏剂性能稳定、弱界面层明显下降，成本降低，干/湿强度好，产品质量稳定提高。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。
若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。此外，实施例中所使用的所有各组分原料均为已知的市售产品。
本发明中涉及到的百分号“%”，若未特别说明，指质量百分比；但溶液的百分比，除另有规定外，是指溶液100ml中含有溶质若干克；液体之间的百分比，是指20℃时容量的比例。
一种韧性无醛豆粕基木材胶黏剂，包括以下重量份的组分,其特征在于：
主剂30-33重量份、分散介质水70重量份、增强剂3-6重量份，粘度调节剂0.1-0.2重量份，交联剂2-4重量份，催化剂0.3-0.6重量份。
主剂为豆粕粉末，蛋白含量53%，粒径均250目；增强剂为支化长链淀粉；粘度调节剂为聚丙烯酰胺，阴离子，平均分子量1800万；交联剂为自制多官能度环氧类化合物；催化剂为50%重量分数的氢氧化钠溶液；分散介质水选择普通自来水或软化水。
实施例1
本实施例提供了一种韧性无醛豆粕基木材胶黏剂的制备方法，所述胶黏剂按以下重量配比进行备料：
改性豆粕基木材 30 kg
支化长链淀粉 3 kg
聚丙烯酰胺 0.1kg
自制多官能度环氧类化合物 2kg
氢氧化钠溶液 0.3kg
本实施例同时提供了上述胶黏剂的制备方法，具体制备步骤如下：
（1）按照重量配比称量各组分，将支化长链淀粉加入分散介质水中，超声15分钟，后加入一半重量的改性豆粕基木材，用高压均质机，在30MPa压力和0.5MPa的乳化力作用下，均质乳化20分钟；
（2）将步骤（1）得到的混合物中加入剩余改性豆粕基木材，混合均匀后加入交联剂和剩余催化剂，在80℃反应30min，降温30℃出料。
实施例2
本实施例提供了一种韧性无醛豆粕基木材胶黏剂的制备方法，所述胶黏剂按以下重量配比进行备料：
改性豆粕基木材 33kg
支化长链淀粉 6kg
聚丙烯酰胺 0.2kg
自制多官能度环氧类化合物 4kg
氢氧化钠溶液 0.6kg
本实施例所述胶黏剂的制备方法同实施例1。
对照例1
本对照例提供了一种韧性无醛豆粕基木材胶黏剂的制备方法，所述胶黏剂按以下重量配比进行备料：
改性豆粕基木材 33kg
支化长链淀粉 6kg
聚丙烯酰胺 0.2kg
氢氧化钠溶液 0.6kg
本对照例所述胶黏剂的制备方法同实施例1。
对照例2
本对照例提供了一种韧性无醛豆粕基木材胶黏剂的制备方法，所述胶黏剂按以下重量配比进行备料：
改性豆粕基木材 33kg
聚丙烯酰胺 0.2kg
自制多官能度环氧类化合物 4kg
氢氧化钠溶液 0.6kg
本对照例所述胶黏剂的制备方法同实施例1。
对照例3
对照例3为普通E0级脲醛树脂胶黏剂。
对照例1-3分别与实施例1-2相比，对照组1为实例组2无交联剂；对照组2为实例组2无增强剂；对照组3为普通E0级脲醛树脂胶黏剂。
试验例
分别采用本发明实施例1-2和对照例1-3的胶黏剂制备三层胶合板。
杨木单板：含水率干燥到10％；尺寸40cm*40cm*0.15cm。
按以下正常制备工艺：
施胶：涂胶量为400g/m2。
压力、温度、时间：0.8MPa，115℃，6分钟。
按GB/T17657-1999《人造板及饰面人造板理化性能实验方法》检测方法对横拼材产品进行性能检测，检测结果见表1。
表1 胶合板胶合强度
实验结果表明，本发明豆粕基木材基胶黏剂制备胶合板的胶合强度按II胶合板检测在1.30MPa以上，干强度1.6以上，标准偏差计算显示豆粕基木材胶黏剂制备胶黏剂稳定性明显提升，增强效果显著。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。

Claims (10)

1.一种韧性无醛豆粕基木材胶黏剂，包括以下重量份的组分,其特征在于：
主剂30-33重量份、分散介质水70重量份、增强剂3-6重量份，粘度调节剂0.1-0.2重量份，交联剂2-4重量份，催化剂0.3-0.6重量份。
2.根据权利要求1所述的一种韧性无醛豆粕基木材胶黏剂，其特征在于：所述主剂为豆粕粉末，蛋白含量53%，粒径均250目。
3.根据权利要求1所述的一种韧性无醛豆粕基木材胶黏剂，其特征在于：所述增强剂为支化长链淀粉。
4.根据权利要求1所述的一种韧性无醛豆粕基木材胶黏剂，其特征在于：所述粘度调节剂为聚丙烯酰胺。
5.根据权利要求1所述的一种韧性无醛豆粕基木材胶黏剂，其特征在于：所述交联剂为自制多官能度环氧类化合物。
6.根据权利要求1所述的一种韧性无醛豆粕基木材胶黏剂，其特征在于：所述催化剂为50%重量分数的氢氧化钠溶液。
7.根据权利要求1所述的一种韧性无醛豆粕基木材胶黏剂，其特征在于：所述分散介质水选择普通自来水或软化水。
8.根据权利要求1所述的胶黏剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按照重量配比称量各组分，将交联剂加入分散介质水中，后加入主剂和增强剂，用高压均质机，在30MPa压力和0.5MPa的乳化力作用下，均质乳化20分钟；
（2）将步骤（1）得到的混合物中加入催化剂，在80℃反应30min，降温30℃出料。
9.根据权利要求8所述的胶黏剂的制备方法（1）中，其特征在于：所述增强剂使用支化长链淀粉，其制备过程：将20重量份长链淀粉与70重量份水混合，调节pH值4.8，加入10重量份的高碘酸钠，在60℃条件下反应3个小时，得到初期处理液A；0.8mol琥珀酸酐、0.9mol邻苯二酸、1mol的二乙烯三胺在160℃反应1小时，后在160℃下负压蒸馏水分3小时，降温110℃，加水调至50%溶液，为超支化氨基聚合物B；将重量份A:B=1:1.2混合，调节pH为9，在常温反应1小时，后加热到60摄氏度反应20分钟，后喷雾干燥或者浓缩得到支化长链淀粉。
10.根据权利要求8所述的胶黏剂的制备方法（1）中，其特征在于：所述交联剂使用自制多官能度环氧类化合物，其制备过程：将琥珀酸酐0.8mol、马来酸酐0.2mol与二乙烯三胺1.5mol在140℃，反应3小时，降温加水调至质量分数为25%超支化氨基聚合物。将该聚合物50g与25g环氧氯丙烷混合在60℃、pH=6的条件下反应3小时，后加入氢氧化钠溶液调节溶液pH=8，制备超支化环氧类交联剂。
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