CN111560225B - 多层胶合板用脲醛树脂用填料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多层胶合板用脲醛树脂用填料及其制备方法，所述填料由以下重量份的原料制备而成：煤矸石粉30~40重量份、棉粕粉30~50重量份、沸石粉5~10份，纳米沸石和木质素复合颗粒10~15份、增强剂1~3重量份、增稠剂4~8重量份、酸性剂8~12重量份。本发明方法中以无机填料和棉粕为主要原料配合少量助剂制备脲醛树脂填料，并且进一步有效利用了木质素，成本低，可有效利用工业副产物代替面粉填料，节约资源；并可有效增强脲醛树脂胶粘剂强度、降低甲醛释放量、增加预压性能；并且能够进一步提高使用本发明脲醛树脂填料制作的多层胶合板的机械性能和防火性能。

Description

多层胶合板用脲醛树脂用填料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种胶合板填料，具体地说是一种用于制备胶合板的多层胶合板用脲醛树脂用填料及其制备方法，属于胶合板填料领域。
背景技术
随着人民生活水平的提高和建筑、装饰装修、包装等行业的持续稳定发展，我国人造板产量迅速增长。人造板总产量、胶合板产量、家具产量、木质地板产量连续多年位居世界首位。2018年，我国人造板总产量2.99亿m3，约占世界总产量的50%。按每吨胶粘剂平均生产10m3人造板计算，2018年我国木材胶粘剂消耗量约2000万吨（固体含量50%），其中脲醛树脂及其改性产品占胶粘剂总产量的80%以上，占主导地位。其中约有1000万吨用于胶合板生产，每年消耗面粉填料约3000万吨，在现在粮食资源紧缺的情况下，这是一个巨大的浪费。
其中常用的填料主要有：①淀粉类（如面粉、淀粉、高粱粉和木薯粉等）。这类填料具有吸水作用，可防止胶液过度渗透至单板中造成缺胶而影响胶接质量， 还可以增加初粘性，是一种比较常用的填料。②蛋白质类（如豆粉和血粉等）。这类填料因含有蛋白质，并能与树脂中的游离甲醛作用，故分子间易产生交联，生成不可逆产物（蛋白质凝胶）；另外，血粉可提高胶粘剂的耐水性和胶接强度，豆粉可延长胶粘剂的适用期。因此，这是一类非常好的填料，但是价格昂贵。③纤维素类（如树皮粉、花生壳粉、木粉和水解玉米芯粉等）。由于这类填料大多含有木素一类的多酚化合物， 因此可以与甲醛反应生成共聚物，具有提高胶接质量的作用，但是此类填料黏度小（木质素类黏度过大），施胶性能差、预压性能差。④矿石类（如石英粉、白垩土粉、瓷粉和膨润土等）。这类填料的特点是来源广、成本低，但通常密度较大，当胶液浓度较小时易发生沉淀现象，粘度小、预压性差。综上所述，上述措施虽然能够替代脲醛树脂用面发，但存在较多问题，或由于生产成本过高等原因而无法推广。
申请人之前采用煤矸石粉和棉粕粉作为主要原料制备多层胶合板用脲醛树脂用填料（参见专利CN104762026），但是在此基础上进一步研究发现，该填料还有进一步改进的空间，得到性能更好的脲醛树脂用填料。
发明内容
为了解决上述问题，本发明设计了一种多层胶合板用脲醛树脂用填料及其制备方法。
本发明的技术方案为：
一种多层胶合板用脲醛树脂用填料，由以下重量份的原料制备而成：煤矸石粉30~40重量份、棉粕粉30~50重量份、沸石粉5~10份，纳米沸石和木质素复合颗粒10~15份、增强剂1~3重量份、增稠剂4~8重量份、酸性剂8~12重量份。
优选的，所述纳米沸石和木质素复合颗粒制备方法，包括以下步骤：
1）采用2mm厚的石英玻璃阻挡放电对pH为11.4的木质素溶液进行常温常压等离子体处理，处理时间5~10s，处理功率50~150W，处理气体为空气，气体流量1L/min，处理后得到的木质素溶液进行过滤并烘干后待用；
2）将纳米沸石在乙醇和水的混合体系中进行超声分散，搅拌条件下加入步骤1）得到的木质素，并调节pH至2~5，反应20~60分钟后，离心过滤并洗涤沉淀物，干燥后得到纳米沸石和木质素复合颗粒。
优选的，所述木质素为碱木质素。
优选的，所述沸石粉为200目。
优选的，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素或者羟乙基纤维素乙基醚中一种；所述增强剂为异氰尿酸三缩水甘油酯；所述酸性剂为钛白工业副产物硫酸亚铁。
优选的，所述增强剂的制备方法为：将1mol异氰尿酸置于四口烧瓶中恒温至60℃,加入1%四氯化锡和0.05mol的氢氧化钠, 后缓慢滴入4mol的环氧氯丙烷单体在90~100℃反应5小时，后降温至50℃，加入0.15mol氢氧化钠，搅拌20分钟，中和多余的碱，减压蒸馏残余环氧氯丙烷，在乙醇中精制出所述增强剂。
优选的，所述棉粕粉为100目；所述煤矸石粉为300目。
优选的，所述的多层胶合板用脲醛树脂用填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将棉粕磨粉至100目得到棉粕粉，在反应釜中加入棉粕粉30重量份和70重量份的水，后加入氢氧化钠3重量份和尿素6重量份，搅拌20分钟，升温至80摄氏度继续搅拌1小时降温干燥，烘干后磨制为300目粉末；
2）将煤矸石磨制为300目得到煤矸石粉，然后与步骤（1）中制备的粉末、沸石粉、纳米沸石和木质素复合颗粒增强剂、酸性剂、增稠剂混合搅拌均匀，得到产品。
本发明的优点在于：
1）本发明方法中以无机填料和棉粕为主要原料配合少量助剂制备脲醛树脂填料，并且进一步有效利用了木质素，成本低，可有效利用工业副产物代替面粉填料，节约资源；
2）本发明方法中填料可有效增强脲醛树脂胶粘剂强度、降低甲醛释放量、增加预压性能；并且能够进一步提高使用本发明脲醛树脂填料制作的多层胶合板的机械性能和防火性能；
3）采用等离子体对木质素进行处理，在控制特定的处理强度和处理条件下，可以提高木质素的亲水性，改善木质素的分散性能，并且经过等离子体处理的木质素表面变得粗糙，再将处理过的木质素与纳米复合沸石制备得到纳米沸石和木质素复合颗粒，复合后的颗粒，在填料中的分散效果好。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为重量百分数。
实施例1-3
一种多层胶合板用脲醛树脂用填料，各实施例原料配比见下表1：
表1 填料原料配比
Figure 694005DEST_PATH_IMAGE002
所述纳米沸石和木质素复合颗粒制备方法，包括以下步骤：
1）采用2mm厚的石英玻璃阻挡放电对pH为11.4的木质素溶液进行常温常压等离子体处理，处理时间5~10s，处理功率50~150W，处理气体为空气，气体流量1L/min，处理后得到的木质素溶液进行过滤并烘干后待用；
2）将纳米沸石在乙醇和水的混合体系中进行超声分散，搅拌条件下加入步骤1）得到的木质素，并调节pH至2~5，反应20~60分钟后，离心过滤并洗涤沉淀物，干燥后得到纳米沸石和木质素复合颗粒。
所述木质素为碱木质素。
所述沸石粉为200目。
所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素或者羟乙基纤维素乙基醚中一种；所述增强剂为异氰尿酸三缩水甘油酯；所述酸性剂为钛白工业副产物硫酸亚铁。
所述增强剂的制备方法为：将1mol异氰尿酸置于四口烧瓶中恒温至60℃,加入1%四氯化锡和0.05mol的氢氧化钠, 后缓慢滴入4mol的环氧氯丙烷单体在90~100℃反应5小时，后降温至50℃，加入0.15mol氢氧化钠，搅拌20分钟，中和多余的碱，减压蒸馏残余环氧氯丙烷，在乙醇中精制出所述增强剂。
所述棉粕粉为100目；所述煤矸石粉为300目。
所述的多层胶合板用脲醛树脂用填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将棉粕磨粉至100目得到棉粕粉，在反应釜中加入棉粕粉30重量份和70重量份的水，后加入氢氧化钠3重量份和尿素6重量份，搅拌20分钟，升温至80摄氏度继续搅拌1小时降温干燥，烘干后磨制为300目粉末；
2）将煤矸石磨制为300目得到煤矸石粉，然后与步骤（1）中制备的粉末、沸石粉、纳米沸石和木质素复合颗粒增强剂、酸性剂、增稠剂混合搅拌均匀，得到产品。
实施例1~3所得产品性能指标见下表：
表2 产品性能表
Figure 948269DEST_PATH_IMAGE004
对比实施例1
对比实施例1同实施例1，区别在于，未加入沸石粉。
对比实施例2
对比实施例1同实施例2，区别在于，纳米沸石和木质素复合颗粒制备过程中，木质素未经过等离子体处理。
对比实施例3
对比实施例3同实施例2，区别在于，纳米沸石和木质素复合颗粒制备过程中，木质素经过等离子体处理，处理时间20s，且未采用石英玻璃阻挡。
对比实施例4
对比实施例4同实施例2，区别在于，纳米沸石和木质素复合颗粒制备过程中，木质素经过等离子体处理，处理气体为氧气。
实验例
制备摩尔比为1.1、三聚氰胺添加量为8%的三聚氰胺~尿素~甲醛树脂胶粘剂，将实施例与比较例的填料30重量份加入制备的100重量份的脲醛树脂，后加入0.6%氯化铵和0.4%柠檬酸，制造三层400×400mm胶合板。
桉木单板：含水率干燥到8~12％；厚1.5mm；
单板胶粘剂采用本发明实施例1~3的产品和比较例的产品。
按以下正常工艺制备胶合板：
施胶：芯板双面施胶，涂胶量为300~320g/m2；
陈化方式及时间：闭合陈化，20~30分钟；
预压压力及时间：预压40分钟，压力0.9MPa；
热压压力：1.0MPa，热压温度为120~130℃，热压时间为高压80s/mm，低压40s/mm。
按GB/T17657~1999《人造板及饰面人造板理化性能实验方法》检测方法对生产的胶合板产品进行性能检测，检测结果见表5。
表5 胶接胶合板的甲醛释放量与胶合强度
Figure 738807DEST_PATH_IMAGE006
*预压性为预压后强度
实验结果表明，本发明技术制备脲醛树脂填料可以有效降低胶合板甲醛释放量，提高耐水胶接性能，达到国标中II类胶合板标准（杨木≥0.70MPa）。
本发明中所用原料均为本领域生产中常用原料，均可从市场中得到，且对于生产结果不会产生影响；本发明中所采用的各种设备，均为本领域生产工艺中使用的常规设备，且各设备的操作、参数等均按照常规操作进行，并无特别之处。

Claims (7)

1.一种多层胶合板用脲醛树脂用填料，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：煤矸石粉30~40重量份、棉粕粉30~50重量份、沸石粉5~10份，纳米沸石和木质素复合颗粒10~15份、增强剂1~3重量份、增稠剂4~8重量份、酸性剂8~12重量份；
所述纳米沸石和木质素复合颗粒制备方法，包括以下步骤：
1）采用2mm厚的石英玻璃阻挡放电对pH为11.4的木质素溶液进行常温常压等离子体处理，处理时间5~10s，处理功率50~150W，处理气体为空气，气体流量1L/min，处理后得到的木质素溶液进行过滤并烘干后待用；
2）将纳米沸石在乙醇和水的混合体系中进行超声分散，搅拌条件下加入步骤1）得到的木质素，并调节pH至2~5，反应20~60分钟后，离心过滤并洗涤沉淀物，干燥后得到纳米沸石和木质素复合颗粒。
2.根据权利要求1所述多层胶合板用脲醛树脂用填料，其特征在于，所述木质素为碱木质素。
3.根据权利要求1所述多层胶合板用脲醛树脂用填料，其特征在于，所述沸石粉为200目。
4.根据权利要求1所述的多层胶合板用脲醛树脂用填料，其特征在于，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素或者羟乙基纤维素乙基醚中一种；所述增强剂为异氰尿酸三缩水甘油酯；所述酸性剂为钛白工业副产物硫酸亚铁。
5.据权利要求1所述的多层胶合板用脲醛树脂用填料，其特征在于，所述增强剂的制备方法为：将1mol异氰尿酸置于四口烧瓶中恒温至60℃,加入1%四氯化锡和0.05mol的氢氧化钠, 后缓慢滴入4mol的环氧氯丙烷单体在90~100℃反应5小时，后降温至50℃，加入0.15mol氢氧化钠，搅拌20分钟，中和多余的碱，减压蒸馏残余环氧氯丙烷，在乙醇中精制出所述增强剂。
6.根据权利要求1所述的多层胶合板用脲醛树脂用填料，其特征在于，所述棉粕粉为100目；所述煤矸石粉为300目。
7.一种如权利要求1~6任意一项所述的多层胶合板用脲醛树脂用填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将棉粕磨粉至100目得到棉粕粉，在反应釜中加入棉粕粉30重量份和70重量份的水，后加入氢氧化钠3重量份和尿素6重量份，搅拌20分钟，升温至80摄氏度继续搅拌1小时降温干燥，烘干后磨制为300目粉末；
2）将煤矸石磨制为300目得到煤矸石粉，然后与步骤（1）中制备的粉末、沸石粉、纳米沸石和木质素复合颗粒、 增强剂、酸性剂、增稠剂混合搅拌均匀，得到产品。
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CN107058424A (zh) * 2016-04-13 2017-08-18 江苏师范大学 一种木质纤维素预处理方法

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