CN111234755A - 一种常温固化的板材胶黏剂的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种常温固化的板材胶黏剂的制备方法及其应用。胶黏剂的制备中采用不饱和丙烯酸酯、聚乙二醇丙烯酸酯、氨基化合物和溶剂组成初始混合物，通过pH调节、油浴、过滤除盐、纯化后得到目标胶黏剂；该胶黏剂工艺简单，具有常温固化、无甲醛的特点，可应用于生物质人造板材的制备及板材的拼接、组装，同时可添加不同助剂，提高板材特定性能，比如韧性、强度和耐火性等；制作的板材具有工艺简单、无甲醛、静曲强度、内结合强度及吸水厚度膨胀率等性能俱佳的优点。

Description

一种常温固化的板材胶黏剂的制备方法及其应用
技术领域
本发明属于胶黏剂和板材领域，具体涉及一种常温固化的板材胶黏剂的制备方法及其应用。
背景技术
按照应用方法，胶黏剂可分为热固型、热熔型、常温固化型等。通常，胶黏剂需要在加热工艺下制作板材，能耗较大，如专利申请号CN201510235275.8，CN201510356754.5；专利申请号201910152846.X公布了一种生物质原料室温固化胶黏剂及其制备方法，该胶黏剂原料来源于生物质，以环境微生物制备活菌发酵液，再将活菌发酵液与植物蛋白粉混合，经灭菌后制备成胶黏剂。该方法工艺复杂且生产周期较长，如发酵阶段需要36-96h，且需要耐压不锈钢容器，设备投入大，给大规模工业生产带来不便。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的能耗大，工艺复杂，设备投入大等不足，提供一种可常温固化的板材胶黏剂的制备方法及其应用；胶黏剂的制备工艺简单，无甲醛；制备的胶黏剂可用于植物秸秆或废木料在常温下压制板材工艺。
本发明提供的一种常温固化的板材胶黏剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将不饱和丙烯酸酯，聚乙二醇二丙烯酸酯，氨基化合物和溶剂同时加入反应瓶中，将混合物搅拌直至澄清；
(2)用碱性化合物调节pH至7.5～11.5后，将混合物置于避光环境中40～120℃油浴中搅拌反应1-10小时；
(3)过滤除盐后，将澄清溶液用沉淀剂纯化；
(4)将所得产物蒸馏或真空干燥除去残留的溶剂和沉淀剂，得目标胶黏剂。
进一步地，所述的初始混合物各组分的含量为：不饱和丙烯酸酯9～45g，聚乙二醇二丙烯酸酯20～30g，氨基化合物65～80g、溶剂400～450mL；
所述的不饱和丙烯酸酯是四丙烯酸异戊四酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三聚氰酸三烯丙酯、异氰脲酸三烯丙酯、对苯二甲酸二烯丙酯、邻苯二甲酸二烯丙酯和1,3,5-苯三羧酸三烯丙酯的任意一种；聚乙二醇丙烯酸酯为分子量为200～1000的聚乙二醇二丙烯酸酯、聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯或聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯；氨基化合物为十六胺、十四胺、十三胺、1,12-二氨基十二烷、十二烷基胺、1,10-二氨基癸烷、氨基癸烷、多巴胺及其盐酸盐、6-羟基多巴胺及其盐酸盐和5-羟基多巴胺及其盐酸盐的组合物的任意一种；溶剂为二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、乙醇、四氢呋喃或乙腈；调节pH值的碱性化合物为三乙胺，氨水，乙二胺和/或乙胺；沉淀剂为丙二醇丁醚，二丙二醇丁醚和/或甲基叔丁基醚。
本发明所述的胶黏剂可应用于板材的制备，具体步骤：
(1)取生物质，使其干净且含水率保持在5～40％；
(2)将生物质和生物质质量0.5％～35％的上述胶黏剂混合，搅拌均匀；
(3)常温加压到1～40MP并保持10～180分钟，脱模后熟化，即得板材成品。
所述步骤(2)还可以根据性能要求添加生物质质量0.5％～8％的助剂。
进一步地，所述的生物质包括：花生秧、花生壳、玉米秸秆、高粱秸秆、水稻秸秆、棉花秸秆、麦秸秆、大豆秸秆、松针、木屑、油菜杆、蕨类植物等，可以根据板材用途和性能要求调节原料的组成和比例；助剂为增强增韧助剂和防火助剂，其中增强增韧助剂包括：碳纤维、玻璃纤维、尼龙和/或塑料等，防火助剂包括：二氧化硅、碳酸钙、氢氧化铝和/或三聚氰胺磷酸等。
可以在步骤(3)制备的板材成品进行覆膜；通过热压工艺直接将高分子材料(如聚甲基丙烯酸甲酯)在熔融状态下压制在板材表面；或通过胶粘剂常温粘贴覆膜(如塑料膜)。
本发明的有益效果：本发明制备的胶黏剂，可实现板材常温固化，减少了能耗；只需粉碎、搅拌使胶黏剂和原料混合均匀，压制成型即可，工艺简单，减少了设备，更有利于自动化生产；本发明采用植物秸秆、废木料等生物质为原料，变废为宝；制备的胶黏剂可用于生物质人造板材的制备及板材的拼接、组装，且无甲醛等有毒有害物质释放，制作工艺简单，板材性能参数达到或优于国际P2型家具。
附图说明
图1.100mm×100mm×10mm的麦秸秆板材平面
图2.100mm×100mm×10mm的花生壳颗粒板材平面
图3.50mm×50mm×10mm的麦秸秆板材平面
图4.50mm×50mm×10mm的麦秸秆板材侧面
图5.亚克力覆膜以后50mm×50mm×10mm的麦秸秆和松针混合板材平面
具体实施方式
下面所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，这些实施例只是用于进一步详细说明本发明，不是对本发明保护范围的限制。实施例中所述的蕨类植物为石松的枝杆。
实施例1
胶黏剂的制备：将20g四丙烯酸异戊四酯，20g聚乙二醇二丙烯酸酯，70g盐酸多巴胺和450mL N,N-二甲基甲酰胺同时加入到烧瓶中。将混合物搅拌至澄清，然后滴加氨水将pH调节至8.5。将反应在黑暗中置于70℃油浴中搅拌5小时。聚合反应完成后，抽滤除去反应过程中产生的盐。然后将澄清溶液用沉淀剂甲基叔丁基醚纯化3次。最后，将产物蒸馏以除去残留的溶剂和沉淀剂。
板材的制备：将麦秸秆整理干净，粉碎成0.5～5cm的小段，并使其含水率保持在15％，然后将粉碎的秸秆与秸秆质量8％的上述制备的胶黏剂搅拌均匀，置于100mm×100mm×10mm的模具中，常温加压到18MP并保持30分钟，脱模后熟化36小时即得板材成品。
实施例2
胶黏剂的制备：30g 1,3,5-苯三羧酸三烯丙酯，30g聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯，65g6-羟基多巴胺盐酸盐和450mL乙醇同时加入到烧瓶中。将混合物搅拌直至澄清，然后滴加乙胺将pH调节至11。将反应在黑暗中置于85℃油浴中搅拌4小时。聚合反应完成后，抽滤除去反应过程中产生的盐。然后将澄清溶液用丙二醇丁醚纯化3次。最后，将产物蒸馏以除去残留的溶剂和丙二醇丁醚。
板材的制备：将花生壳颗粒整理干净，粉碎成2～4mm的小颗粒，并使其含水率保持在20％，然后将粉碎的花生壳与花生壳质量15％的所制备胶黏剂，搅拌均匀，置于100mm×100mm×10mm的模具中，常温加压到35MP并保持70分钟，脱模后熟化40小时即得板材成品。
实施例3
胶黏剂的制备：将9g异氰脲酸三烯丙酯、30g聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯，65g 5-羟基多巴胺盐酸盐和400mL二甲基亚砜同时加入烧瓶中。将混合物搅拌直至澄清，然后滴加三乙胺将pH调节至8。将反应在黑暗中置于90℃在油浴中搅拌2.5小时。聚合反应完成后，抽滤除去反应过程中产生的盐。然后将澄清溶液用二丙二醇丁醚纯化3次。最后，将产物真空干燥以除去残留的溶剂和二丙二醇丁醚。
板材的制备：将废木料整理干净，粉碎成2～4的颗粒，并使其含水率保持在20％，然后将粉碎的废木料与废木料质量5％的所制备胶黏剂搅拌均匀，置于100mm×100mm×10mm的模具中，常温加压到15MP并保持45分钟，脱模后熟化48小时即得板材成品。
实施例4
胶黏剂的制备：将45g三聚氰酸三烯丙酯，30g聚乙二醇二丙烯酸酯，80g1,10-二氨基癸烷和400mL乙腈同时加入到烧瓶中。将混合物搅拌直至澄清，然后滴加乙二胺将pH调节至10。将反应在黑暗中置于60℃在油浴中搅拌10小时。聚合反应完成后，将澄清溶液用沉淀剂丙二醇丁醚纯化3次。最后，将产物蒸馏以除去残留的溶剂和沉淀剂。
板材的制备：将原料蕨类植物和麦秸秆(质量比1：2)整理干净，粉碎成约3～10mm的小段，并使其含水率保持在10％，然后将粉碎的原料与原料质量20％的所制备胶黏剂，0.5％2mm碳纤维搅拌均匀，置于100mm×100mm×10mm的模具中，常温加压到20MP并保持50分钟，脱模后熟化20小时可得增强增韧的板材成品。
实施例5
将麦秸秆整理干净，粉碎成0.5～5cm的小段，并使其含水率保持在12％，然后将粉碎的麦秸秆与麦秸秆质量0.5％的碳纤维和10％的实施例1所制备胶黏剂搅拌均匀，置于100mm×100mm×10mm的模具中，常温加压到16MP并保持45分钟，脱模后熟化36小时即得板材成品。
实施例6
将麦秸秆整理干净，粉碎成0.5～5cm的小段，并使其含水率保持在12％，然后将粉碎的麦秸秆与麦秸秆质量5％的氢氧化铝、3％的二氧化硅和10％的实施例1所制备胶黏剂搅拌均匀，置于100mm×100mm×10mm的模具中，常温加压到12MP并保持90分钟，脱模后熟化36小时即得板材成品。
实施例7
将麦秸秆整理干净，粉碎成0.5～5cm的小段，并使其含水率保持在12％，然后将粉碎的麦秸秆和麦秸秆质量25％的实施例1所制备胶黏剂搅拌均匀，置于100mm×100mm×10mm的模具中，常温加压到15MP并保持90分钟，脱模后熟化36小时即得板材成品。在所得板材表面平铺麦秸秆质量10％的聚甲基丙烯酸甲酯，在160℃，14MPa的压力下施压5min，冷却，得PMMA覆膜的生物质板材。
实施例8
将麦秸秆整理干净，粉碎成0.5～5cm的小段，并使其含水率保持在12％，然后将粉碎的麦秸秆和麦秸秆质量25％的实施例1所制备胶黏剂搅拌均匀，置于500mm×500mm×10mm的模具中，常温加压到40MP并保持50分钟，脱模后熟化36小时即得板材成品。
将实施例1-8所得生物质板材按国标《GB T 4897-2015刨花板》及《GB 18580-2017室内装饰装修材料—人造板及其制品中甲醛释放限量》进行性能检测，并与国标所要求的性能指标比较，结果如表1：
表1所制得生物质板材性能测试表
Figure BDA0002365323780000051

Claims (10)

1.一种常温固化的板材胶黏剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将初始混合物不饱和丙烯酸酯、聚乙二醇丙烯酸酯、氨基化合物和溶剂同时加入反应容器中，搅拌直至澄清；
(2)用碱性化合物调节pH至7.5～11.5，将混合物置于避光环境中40～120℃油浴中搅拌反应1-10小时；
(3)过滤除盐后，将澄清溶液用沉淀剂纯化；
(4)将所得产物蒸馏或真空干燥除去残留的溶剂和沉淀剂，得目标胶黏剂。
2.如权利要求1所述的一种常温固化的板材胶黏剂的制备方法，其特征在于，所述的初始混合物各组分的含量为：不饱和丙烯酸酯9～45g，聚乙二醇二丙烯酸酯20～30g，氨基化合物65～80g、溶剂400～450mL。
3.如权利要求1或2所述的一种常温固化的板材胶黏剂的制备方法，其特征在于，所述的不饱和丙烯酸酯是四丙烯酸异戊四酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三聚氰酸三烯丙酯、异氰脲酸三烯丙酯、对苯二甲酸二烯丙酯、邻苯二甲酸二烯丙酯和1,3,5-苯三羧酸三烯丙酯中的任意一种。
4.如权利要求1或2所述的一种常温固化的板材胶黏剂的制备方法，其特征在于，所述的聚乙二醇丙烯酸酯为分子量200～1000的聚乙二醇二丙烯酸酯、聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯或聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯；所述的氨基化合物是十六胺、十四胺、十三胺、1,12-二氨基十二烷、十二烷基胺、1,10-二氨基癸烷、氨基癸烷、多巴胺及其盐酸盐、6-羟基多巴胺及其盐酸盐和5-羟基多巴胺及其盐酸盐的组合物中的任意一种。
5.如权利要求1或2所述的一种常温固化的板材胶黏剂的制备方法，其特征在于，所述的溶剂为二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、乙醇、四氢呋喃或乙腈；所述的调节pH值的碱性化合物为三乙胺、氨水、乙二胺或乙胺；所述的沉淀剂为丙二醇丁醚、二丙二醇丁醚或甲基叔丁基醚。
6.一种常温固化制备板材的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)取生物质，使其干净且含水率保持在5～40％；
(2)将生物质与生物质质量0.5％～35％的权利要求1～5任一方法制备的胶黏剂混合，搅拌均匀；
(3)常温加压到1～40MP并保持10～180分钟，脱模后熟化，即得板材成品。
7.如权利要求6所述的一种常温固化制备板材的方法，其特征在于，步骤(2)中还添加生物质质量0.5％～8％的助剂。
8.如权利要求7所述的一种常温固化制备板材的方法，其特征在于，所述的助剂为增强增韧助剂和防火助剂；增强增韧助剂为碳纤维、玻璃纤维、尼龙和/或塑料；防火助剂为二氧化硅、碳酸钙、氢氧化铝和/或三聚氰胺磷酸。
9.如权利要求6或7所述的一种常温固化制备板材的方法，其特征在于，所述的生物质是花生秧、花生壳、玉米秸秆、高粱秸秆、水稻秸秆、棉花秸秆、麦秸秆、大豆秸秆、油菜杆、蕨类植物、松针和/或木屑。
10.如权利要求6或7所述的一种常温固化制备板材的方法，其特征在于，在步骤(3)制备的板材成品进行覆膜。
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