CN111171299B - 一种改性水性醇酸树脂的制备方法、大豆基胶黏剂及在竹、木刨花板中的应用 - Google Patents

一种改性水性醇酸树脂的制备方法、大豆基胶黏剂及在竹、木刨花板中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改性水性醇酸树脂的制备方法、大豆基胶黏剂及在竹、木刨花板中的应用，该制备方法包括：将KH590改性的蒙脱土分散在过量丙烯醇中，加入光引发剂，UV辐照，洗涤，干燥，制成羟基改性蒙脱土；在氮气氛围下，将20～50重量份植物油与5～28重量份三羟甲基丙烷混合，升温至100℃以上，加入少量氢氧化钠，升温至200℃以上进行反应，在所得反应物中加入适量二元酸使醇羟基相对过量，以及4～8重量份二甲苯和4～12重量份上述羟基改性蒙脱土，在200℃以上回流反应，在所得反应物中加入三乙胺进行中和，制得改性水性醇酸树脂。通过对蒙脱土进行一定的表面修饰，在其表面负载醇酸树脂，改善耐水性、阻燃性和力学强度，特别适合应用于大豆基胶黏剂。

Description

一种改性水性醇酸树脂的制备方法、大豆基胶黏剂及在竹、木 刨花板中的应用
技术领域
本发明涉及胶黏剂技术领域，具体涉及一种改性水性醇酸树脂的制备方法、大豆基胶黏剂及在竹、木刨花板中的应用。
背景技术
传统基于醛类化合物的木材胶黏剂应用广泛，效果好，但由于醛类胶黏剂粘合的木制品在室内应用过程中存在甲醛释放的问题，当甲醛浓度超过一定量时，对人体健康有严重危害。同时，醛类胶黏剂合成来源于石化资源，基于石化资源日益枯竭及其产品应用对自然环境产生的破坏，开发一种环保可再生的胶黏剂迫在眉睫。
大豆胶作为一种环保型胶黏剂，应用历史悠久，但是由于其耐水性较差，很难取代现有的合成胶黏剂。近年来，对大豆胶耐水性增强改性的研究和报道较多，如利用异氰酸酯、环氧树脂等合成树脂进行改性，这些方法虽然能有效提高豆胶耐水性，但其功能性单一等，无法进一步拓展其应用范围。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，第一方面，提供一种改性水性醇酸树脂的制备方法，通过对蒙脱土进行一定的表面修饰，在其表面负载醇酸树脂，改善耐水性、阻燃性和力学强度。
根据本发明第一方面实施例的改性水性醇酸树脂的制备方法，包括以下步骤：
将KH590改性的蒙脱土分散在过量丙烯醇中，加入光引发剂，UV辐照，洗涤，干燥，制成羟基改性蒙脱土；
在氮气氛围下，将20～50重量份植物油与5～28重量份三羟甲基丙烷混合，升温至100℃以上，加入少量氢氧化钠，升温至200℃以上进行反应，得到醇解反应物；
在上述醇解反应物中加入适量二元酸使醇羟基相对过量，以及4～8重量份二甲苯和4～12重量份上述羟基改性蒙脱土，在200℃以上回流反应，得到酯化反应物；
在上述酯化反应物中加入三乙胺进行中和，制得改性醇酸树脂。
根据本发明第一方面实施例的改性水性醇酸树脂的制备方法，至少具有如下有益效果：
利用硅烷偶联剂KH590与蒙脱土反应，将巯基反应接枝到纳米片层表面，在UV辐照下引发巯基-烯基光点击反应，接枝丙烯醇，形成一个外露的短链羟基，可参与醇酸树脂的酯化反应，在蒙脱土片层表面负载醇酸树脂，提高蒙脱土的相容性、分散性和稳定性，增强耐水性、阻燃性和力学强度。
第二方面，提供上述制备方法制得的改性水性醇酸树脂在大豆基胶黏剂中的应用。
第三方面，提供一种大豆基胶黏剂，包括以下按重量份计的原料：
改性豆胶乳液70～95份，上述制备方法制得的改性水性醇酸树脂5～30份，固化剂0.5～8份。
进一步，还可以添加适量防腐剂。
本方案中，改性豆胶乳液可采用本领域公知的改性方法，目的在于使大豆蛋白活性基团外露，提高反应活性和交联度。改性水性醇酸树脂在受热条件下发生氧化聚合，形成网状大分子，与大豆蛋白交联形成的网状分子相互缠绕，形成互穿网络结构，同时，改性水性醇酸树脂中存在少量羟基等活性基团，可以与大豆蛋白反应，增强豆胶的耐水性、阻燃性和强度。
第四方面，提供上述大豆基胶黏剂在竹、木刨花板中的应用。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的详细实施例了解到。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例作进一步地详细描述。此处所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，不能理解为对本申请保护范围的限制。
本发明实施例提供一种改性水性醇酸树脂的制备方法，包括步骤：
步骤一：制备羟基改性蒙脱土
先用KH590对蒙脱土进行有机改性，再将KH590改性的蒙脱土分散在过量丙烯醇中，加入光引发剂，UV辐照，洗涤，干燥，制成羟基改性蒙脱土。
KH590用于将巯基反应接枝到纳米粒子无机表面，通过巯基-烯基光点击反应，将丙烯醇接枝到纳米粒子表面，形成一个外露的短链羟基。光引发剂用量优选为0.5～2wt％，在示例性实施例中，光引发剂为1173(2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮)，紫外光波长340～360nm。
本实施例中，KH590改性的蒙脱土采用以下方法制得：
将蒙脱土分散在乙醇水溶液中，调节溶液pH接近4，滴加KH590，在60～80℃反应6～15h，混合液过滤、洗涤、干燥，得到KH590改性的蒙脱土。蒙脱土粒径优选为小于等于1微米，KH590用量优选为蒙脱土重量的3～15％，乙醇水溶液质量分数优选为75～90％。
步骤二：醇解
在氮气氛围下，将20～50重量份植物油与5～28重量份三羟甲基丙烷混合，升温至100℃以上，加入少量氢氧化钠，升温至200℃以上进行反应，得到醇解反应物。
其中，植物油可采用蓖麻油、桐油、大豆油等传统油脂，氢氧化钠用量优选为植物油重量的0.1～0.3％。
步骤三：酯化
在步骤二的醇解反应物中加入适量二元酸使醇羟基相对过量，以及4～8重量份二甲苯和4～12重量份上述羟基改性蒙脱土，在200℃以上回流反应，得到酯化反应物。
其中，二元酸可以为邻苯二甲酸酐(PA)、间苯二甲酸(IPA)、对苯二甲酸(TPA)、顺丁烯二酸酐(MA)、己二酸(AA)、癸二酸(SE)等类型。二元酸用量根据醇解产物的羟值确定，保证醇羟基略微过量。羟基改性蒙脱土可部分参与醇酸树脂的酯化反应，在蒙脱土片层表面负载醇酸树脂，进一步提高蒙脱土的相容性、分散性和稳定性，增强耐水性、阻燃性和力学强度。
步骤四：中和
在步骤三的酯化反应物中加入三乙胺进行中和，制得改性水性醇酸树脂。三乙胺用量可在1～5wt％之间选择，在加入三乙胺之前可对酯化反应物进行稀释，稀释剂可以为乙二醇单丁醚。中和反应后，可根据需要加适量去离子水进行稀释。
上述方法制得的改性水性醇酸树脂可用于大豆基胶黏剂中，改性水性醇酸树脂在受热条件下发生氧化聚合，形成网状大分子，与大豆蛋白交联形成的网状分子相互缠绕，形成互穿网络结构，同时，改性水性醇酸树脂中存在少量羟基等活性基团，可以与大豆蛋白反应，增强豆胶的耐水性、阻燃性和强度。
本发明实施例的大豆基胶黏剂，包括以下按重量份计的原料：改性豆胶乳液70～95份，上述改性水性醇酸树脂5～30份，固化剂0.5～8份。
改性豆胶乳液可采用本领域公知的改性方法，目的在于使大豆蛋白活性基团外露，提高反应活性和交联度。
示例的改性豆胶乳液的制备方法如下：取豆粕、脱脂豆粉、大豆蛋白中的至少一种，制成质量分数10～30％的水溶液，加入质量分数0.5～2％的改性剂，制成改性豆胶乳液。其中，改性剂可使用尿素、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二烷基硫酸钠(SDS)等类型。
固化剂可采用氨基树脂、环烷酸锌、环烷酸钴等类型，优选采用氨基树脂与环烷酸锌或环烷酸钴复配，优选复配比例为0.5～5:0.5～2，氨基树脂优选为聚酰胺多胺环氧氯丙烷(PAE)。
根据需要，还可以添加适量防腐剂，优选用量0.5～4wt％，对防腐剂类型没有特备限定，在具体实施例中，防腐剂为咪唑。
上述大豆基胶黏剂特别适合于用于竹、木刨花板等人造板中，固化温度优选为120～130℃，可施胶量优选为刨花干重的15～18％。
以下将通过示例性实施例进行详细说明。
羟基改性蒙脱土制备方法如下：将粒径小于等于1微米的蒙脱土分散在80wt％乙醇水溶液中，调节溶液pH接近4，滴加KH590，KH590用量为蒙脱土重量的5％，在80℃反应12h，混合液过滤、洗涤、干燥，得到KH590改性的蒙脱土，将其分散在过量丙烯醇中，加入0.5～2wt％光引发剂1173，用340～360nm紫外光辐照，反应物洗涤，干燥，制成羟基改性蒙脱土。
实施例1
(1)醇解：在氮气保护的反应装置中，加入蓖麻油30重量份、三羟甲基丙烷15重量份，升温至120℃，加入氢氧化钠(蓖麻油重量的0.1～0.3％)，继续缓慢升温到230℃，保温反应1～3h，得到醇解反应物。
(2)酯化：将上述醇解反应物降温至170℃，加入PA，保证体系中醇羟基略微过量，以及8重量份二甲苯和4重量份上述羟基改性蒙脱土，升温至220℃反应1h。
(3)中和：将体系温度降至110℃后，按85％固含量加入乙二醇单丁醚助溶，继续降温至60℃，加入适量三乙胺反应至pH呈中性，加入适量去离子水稀释至黏度范围≤1200cp，得到改性水性醇酸树脂。
(4)大豆基胶黏剂制备：将脱脂豆粉制成质量分数20％的水溶液，加入质量分数1％的尿素，常温搅拌1h，制成改性豆胶乳液；将上述改性水性醇酸树脂20重量份与改性豆胶乳液80重量份混合，加入3重量份PAE，1重量份环烷酸锌，2重量份咪唑，制成大豆基胶黏剂。
实施例2
与实施例1相比，区别在于，羟基改性蒙脱土用量为6重量份。
实施例3
与实施例1相比，区别在于，羟基改性蒙脱土用量为8重量份。
实施例4
与实施例1相比，区别在于，羟基改性蒙脱土用量为10重量份。
实施例5
与实施例3相比，区别在于，改性水性醇酸树脂为5重量份，改性豆胶乳液95重量份。
实施例6
与实施例3相比，区别在于，改性水性醇酸树脂为30重量份，改性豆胶乳液70重量份。
对比例1
将脱脂豆粉制成质量分数20％的水溶液，取该豆胶乳液80重量份，加入3重量份PAE，1重量份环烷酸锌，2重量份咪唑，制成大豆基胶黏剂。
对比例2
与实施例3相比，区别在于，步骤(2)中未添加羟基改性蒙脱土。
对比例3
与实施例3相比，区别在于，步骤(2)中添加未经改性的蒙脱土。
对比例4
与实施例3相比，区别在于，步骤(2)中未添加羟基改性蒙脱土，在步骤(4)的大豆基胶黏剂中加入等量的羟基改性蒙脱土。
对比例5
与实施例3相比，区别在于，步骤(2)中未添加羟基改性蒙脱土，在步骤(4)的大豆基胶黏剂中加入等量的未经改性的蒙脱土。
以下仅以竹刨花为例，说明各实施例和对比例所制备的大豆基胶黏剂的性能。
按竹刨花绝干重量的16％施加上述大豆基胶黏剂，将施胶后的刨花铺设至模具中，密度为0.75kg/m3，厚度为7mm，在室温、1.6MPa条件下进行冷压组坯，再进行热压及后处理后即得刨花板，热压操作的温度为120℃，压力为1.6MPa，热压时间为30min，热压结束后堆板陈放4～8h，制成刨花板。对制得的刨花板中胶黏剂的性能分级标准参照GB/T 4897-2015，潮湿状态下使用的家具型刨花板要求(P6型)，测试方法参照GB/T 17657-2013规定的要求。阻燃测试依据标准GB/T 20284-2006，分级依据标准GB/T 8624-2012。测试性能如表1所示：
表1
Figure BDA0002376354740000081

Claims (10)

1.一种改性水性醇酸树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将KH590改性的蒙脱土分散在过量丙烯醇中，加入光引发剂，UV辐照，洗涤，干燥，制成羟基改性蒙脱土；
在氮气氛围下，将20～50重量份植物油与5～28重量份三羟甲基丙烷混合，升温至100℃以上，加入少量氢氧化钠，升温至200℃以上进行反应，得到醇解反应物；
在上述醇解反应物中加入适量二元酸使醇羟基相对过量，以及4～8重量份二甲苯和4～12重量份上述羟基改性蒙脱土，在200℃以上回流反应，得到酯化反应物；
在上述酯化反应物中加入三乙胺进行中和，制得改性水性醇酸树脂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述KH590改性的蒙脱土采用以下方法制得：
将粒径小于等于1微米的蒙脱土分散在乙醇水溶液中，调节溶液pH接近4，滴加KH590，在60～80℃反应6～15h，混合液过滤、洗涤、干燥，得到KH590改性的蒙脱土。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述植物油包括蓖麻油、桐油、大豆油中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二元酸为邻苯二甲酸酐、间苯二甲酸、对苯二甲酸、顺丁烯二酸酐、己二酸、癸二酸中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在加入三乙胺之前，还包括对所述酯化反应物进行稀释的步骤。
6.权利要求1至5任一项所述的制备方法制得的改性水性醇酸树脂在大豆基胶黏剂中的应用。
7.一种大豆基胶黏剂，其特征在于，包括以下按重量份计的原料：
改性豆胶乳液70～95份，改性水性醇酸树脂5～30份，固化剂0.5～8份；
所述改性水性醇酸树脂采用权利要求1至5任一项所述的制备方法制得。
8.根据权利要求7所述的大豆基胶黏剂，其特征在于，所述固化剂包括氨基树脂0.5～5份，环烷酸锌或环烷酸钴0.5～2份。
9.根据权利要求7或8所述的大豆基胶黏剂，其特征在于，还包括防腐剂。
10.权利要求7至9任一项所述的大豆基胶黏剂在竹、木刨花板中的应用。
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