CN110591566A - 一种人造板用氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人造板用氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂及其制备方法，其是采用氧化石墨烯对PVA‑磷酸铝胶粘剂进行改性，得到一种粘度为150‑600 mPa·S、固含量为40‑80%的无醛环保人造板用胶粘剂，其具有强度好、耐高温、阻燃防霉等特点。本发明原料来源广泛、价格低廉、操作简便易行、生产过程不产生有毒有害物质，且产品具有良好的力学、阻燃防霉能性能等，有望成为新型的环保型人造板胶粘剂。

Description

一种人造板用氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂及其制备方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯改性人造板用磷铝无机胶的方法。

背景技术

氧化石墨烯（Graphene Oxide, GO）是由氧化石墨（Graphite Oxide）发生剥离而形成的石墨烯单片。氧化石墨是通过强氧化剂氧化鳞片石墨而制备获得的一种石墨衍生物。经过氧化处理后，氧化石墨烯单片上随机分布着羟基和环氧基，而在单片的边缘则引入了羧基和羰基。在氧化处理过程中虽然SP²杂化的碳原子网络结构会被破坏，但是GO仍然保持优异的力学性能。由于在石墨烯上引入了大量的氧基活性功能团，使得原本较为惰性的石墨烯表面变得异常活泼，基于这些活性功能团的化学反应也因此丰富多样。

聚乙烯醇（PVA）是一种在其C-C链上具有大量羟基的亲水性有机高分子聚合物。PVA主链上大量的羟基能与GO通过氢键、共价键相连。因此，GO/PVA复合材料具有优异的力学性能、光学性能、磁性和形状记忆特性。本发明的目的是利用氧化石墨烯来改性PVA-磷酸铝胶粘剂，从而提高其在胶合板中的力学强度。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种人造板用氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂及其制备方法，具有良好的力学、阻燃防霉能性能等，有望成为新型的环保型人造板胶粘剂。

为了实现本发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种人造板用氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂的制备方法，其包括以下步骤：

（1）以磷酸或磷酸氢盐与铝化合物为原料，按一定磷铝比设计胶粘剂的固含量；

（2）将一定量的磷酸或磷酸氢盐水浴加热后，加入一定量的PVA和催化剂反应一段时间；

（3）按磷铝比将一定量的铝化合物缓慢加入步骤（2）的混合物中反应一段时间；

（4）按照一定比例将氧化石墨烯加入步骤（3）的混合物中，超声波处理一定时间，使氧化石墨烯均匀分散在磷铝胶粘剂中，得人造板用氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂。

步骤（1）所述磷酸氢盐包括磷酸二氢盐、磷酸一氢盐；所述铝化合物包括氢氧化铝、氧化铝、氮化铝；所述磷铝比（磷元素与铝元素的摩尔比）为2.0:1-4.0:1；所述胶粘剂的固含量为40%-85%。

步骤（2）中水浴加热的温度为70-100℃；PVA的加入量为磷铝原料总质量的0.1-5.0%；所用催化剂为尿素，其加入量为磷铝原料总质量的0.1-10%；反应时间为20-300 min。

步骤（3）中反应时间为20-300 min。

步骤（4）中氧化石墨烯的添加量为所设计固含量的0.1-5.0%；超声波功率为10-4000W，超声波处理的时间为1-300min。

所得氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂的粘度为150-600 mPa·S。

利用所述氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂制备人造板的方法，是将所述氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂与固化剂均匀混合后，按一定的比例喷在刨花、纤维表面或直接涂在单板表面，然后将施胶的刨花、纤维或者单板以一定条件进行热压，形成人造板。

其中，所用固化剂的量为氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂质量的1-10%；所述固化剂为氧化镁、氧化铝、氧化铜、氧化锌、氧化铁或氮化铝。

刨花和纤维的施胶量均为所制备人造板绝干质量的8%-30%；单板按100-300g/m²进行双面施胶。

刨花和纤维的热压温度为150℃-200℃，热压时间为0.5-2min/mm，热压压力为0.5-2.0MPa；

单板的热压温度为150℃-200℃，热压时间为0.5-2min/mm，热压压力为0.5-2.0MPa。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）本发明提供的是一种人造板用无醛磷酸铝胶粘剂，其原材料来源丰富、价格低廉，生产过程简单无污染，废弃物对环境无污染，可自然降解。

（2）利用所得磷酸铝胶粘剂制备的人造板力学强度好、防霉耐腐等相关理化性能都有所提高；特别是阻燃性能得到了显著增强，阻燃等级达到《建筑内部装修设计防火规范》规定的B2级，并且在燃烧过程中发烟量少。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

实施例1

将300g磷酸用水稀释至65%，倒入三口烧瓶，水浴加热至90℃后加入5gPVA和3g催化剂尿素反应120min，随后按磷铝比2.8加入72g氢氧化铝，反应30min后冷却装瓶，得固含量为65%的胶粘剂；按固含量的0.6%加入氧化石墨烯，500w超声30min，得氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂。

将制备好的氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂与胶粘剂质量3%的固化剂氧化铁均匀混合后，按双面施胶量200g/m²涂在单板表面，然后将单板进行热压（热压温度：160℃，热压时间：2min/mm，热压压力：1.0MPa）制备胶合板。

利用旋转流变仪及按照中国国家标准（GB /T8924-2005、GB/T 17657-2013和GB/T18261-2013）分别对改性及未改性的胶粘剂和用其制备的胶合板样品的粘度、氧指数、力学性能和防霉性能进行测定，结果为：未改性的胶粘剂的粘度为350 mPa·S，样品氧指数为32.1%，干强度2.11 MPa，湿强度为0.66MPa，弹性模量3210 Mpa，静曲强度38 MPa，霉菌防治效力75%；而按本实施例制备的改性胶粘剂的粘度为380 mPa·S，样品氧指数为32.5%，干强度2.65 MPa，湿强度为1.58 MPa，弹性模量3200 Mpa，静曲强度45 MPa，霉菌防治效力81%，证明采用氧化石墨烯改性可提高磷酸铝胶粘剂的粘度，且用其制备的胶合板力学性能及防霉性能得到明显改善。

实施例2

将320g磷酸用水稀释至65%，倒入三口烧瓶，水浴加热至92℃后加入4gPVA和2g催化剂尿素反应125min，随后按磷铝比2.9加入74g氢氧化铝，反应35min后冷却装瓶，得固含量为67%的胶粘剂；按固含量的0.8%加入氧化石墨烯，500w超声35min，得氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂。

将制备好的氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂与胶粘剂质量3.1%的固化剂氧化铁均匀混合后，按双面施胶量210g/m²涂在单板表面，然后将单板进行热压（热压温度：165℃，热压时间：1.5min/mm，热压压力：1.1MPa）制备胶合板。

利用旋转流变仪及按照中国国家标准（GB /T8924-2005、GB/T 17657-2013和GB/T18261-2013）分别对改性及未改性的胶粘剂用其制备的胶合板的粘度、氧指数、力学性能和防霉性能进行测定，结果为：未改性的胶粘剂的粘度为360 mPa·S，样品氧指数为32.2%，干强度1.98 MPa，湿强度为0.61MPa，弹性模量3010 Mpa，静曲强度35 MPa，霉菌防治效力72%；而按本实施例制备的改性胶粘剂的粘度为410 mPa·S，样品氧指数为32.3%，干强度2.58MPa，湿强度为1.61MPa，弹性模量3300 Mpa，静曲强度43MPa，霉菌防治效力84%，证明采用氧化石墨烯改性可提高磷酸铝胶粘剂的粘度，且用其制备的胶合板力学性能及防霉性能得到明显改善。

实施例3

将350g磷酸用水稀释至63%，倒入三口烧瓶，水浴加热至95℃后加入8gPVA和4g催化剂尿素反应115min，随后按磷铝比2.7加入87g氢氧化铝，反应40min后冷却装瓶，得固含量为62%的胶粘剂；按固含量的0.7%加入氧化石墨烯，500w超声38min，得氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂。

将制备好的氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂与胶粘剂质量3.3%的固化剂氧化铁均匀混合后，按双面施胶量220g/m²涂在单板表面，然后将单板进行热压（热压温度：168℃，热压时间：1.2min/mm，热压压力：1.2MPa）制备胶合板。

利用旋转流变仪及按照中国国家标准（GB /T8924-2005、GB/T 17657-2013和GB/T18261-2013）分别对改性及未改性的胶粘剂用其制备的胶合板的粘度、氧指数、力学性能和防霉性能进行测定，结果为：未改性的胶粘剂的粘度为380 mPa·S，样品氧指数为32.3%，干强度1.91 MPa，湿强度为0.58MPa，弹性模量3015 Mpa，静曲强度34 MPa，霉菌防治效力72%；而按本实施例制备的改性胶粘剂的粘度为415 mPa·S，样品氧指数为32.4%，干强度2.7MPa，湿强度为1.55 MPa，弹性模量3400 Mpa，静曲强度45 MPa，霉菌防治效力84%，证明采用氧化石墨烯改性可提高磷酸铝胶粘剂的粘度，且用其制备的胶合板力学性能及防霉性能得到明显改善。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种人造板用氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）以磷酸或磷酸氢盐与铝化合物为原料，按一定磷铝比设计胶粘剂的固含量；

（2）将一定量的磷酸或磷酸氢盐水浴加热后，加入一定量的PVA和催化剂反应一段时间；

（3）按磷铝比将一定量的铝化合物缓慢加入步骤（2）的混合物中反应一段时间；

（4）按照一定比例将氧化石墨烯加入步骤（3）的混合物中，超声波处理一定时间，得人造板用氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂。

2.根据权利要求1所述的人造板用氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述磷酸氢盐包括磷酸二氢盐、磷酸一氢盐；所述铝化合物包括氢氧化铝、氧化铝、氮化铝；所述磷铝比为2.0:1-4.0:1；

所述胶粘剂的固含量为40%-85%。

3. 根据权利要求1所述的人造板用氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）中水浴加热的温度为70-100℃；PVA的加入量为磷铝原料总质量的0.1-5.0%；所用催化剂为尿素，其加入量为磷铝原料总质量的0.1-10%；反应时间为20-300 min。

4. 根据权利要求1所述的人造板用氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）中反应时间为20-300 min。

5.根据权利要求1所述的人造板用氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂的制备方法，其特征在于：步骤（4）中氧化石墨烯的添加量为所设计固含量的0.1-5.0%；超声波功率为10-4000W，超声波处理时间为1-300min。

6. 一种如权利要求1所述方法制得的氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂，其特征在于：所述氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂的粘度为150-600 mPa·S。

7.一种利用权利要求6所述氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂制备人造板的方法，其特征在于：将所述氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂与固化剂均匀混合后，按一定的比例喷在刨花、纤维表面或直接涂在单板表面，然后将施胶的刨花、纤维或者单板以一定条件进行热压，形成人造板。

8.根据权利要求7所述的利用氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂制备人造板的方法，其特征在于：所用固化剂的量为氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂质量的1-10%；

所述固化剂为氧化镁、氧化铝、氧化铜、氧化锌、氧化铁或氮化铝。

9.根据权利要求7所述的利用氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂制备人造板的方法，其特征在于：刨花和纤维的施胶量均为所制备人造板绝干质量的8%-30%；单板是按100-300g/m²进行双面施胶。

10.根据权利要求7所述的利用氧化石墨烯改性磷酸铝胶粘剂制备人造板的方法，其特征在于：刨花和纤维的热压温度为150℃-200℃，热压时间为0.5-2min/mm，热压压力为0.5-2.0MPa；

单板的热压温度为150℃-200℃，热压时间为0.5-2min/mm，热压压力为0.5-2.0MPa。