CN112521871B - 一种保温棉用水性胶粘剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种保温棉用水性胶粘剂及其制备方法和应用，包括组分：多糖5%‑60%，寡聚糖或单糖10%‑60%，不饱和羧酸或酸酐0.5%‑5%，二醛类化合物0.1‑30%，过硫酸盐0.1%‑5%，多元醇类化合物0.5%‑15%。本发明制备得到的胶粘剂为生物基胶粘剂，无甲醛及其他有害物质释放，绿色环保，可用于粘结玻璃纤维、矿物纤维等制备保温棉，保温棉制品具有很好的强度、硬挺度和防潮性能。该胶粘剂还可用作纸制品的定型剂及竹木重组材的制备。

Description

一种保温棉用水性胶粘剂及其制备方法

技术领域

本发明属于胶粘剂材料领域，具体涉及一种保温棉用水性胶粘剂及其制备方法和应用。

背景技术

保温棉包含岩棉、矿棉及玻璃棉等。岩棉或矿棉产品采用优质的玄武岩、白云石等主要原材料，经1450℃以上高温熔融后采用四轴离心机高速离心成纤维，同时喷入粘结剂，经集棉机收集通过摆锤法工艺，铺棉整理，固化，切割，形成岩棉或矿棉成品。玻璃棉通常采用石英砂、石灰石、白云石等天然矿石为主要原料，在融化状态下，借助外力追（吹）拉成细纤维，再喷入胶粘接，经棉的收集、整理、固化、裁切成形成不同用途的玻璃棉。

保温棉的原材料玄武岩、灰绿石、白云石、石英砂等具有无毒、无害、无污染、防火阻燃等特点，广泛应用于工业、建筑、船舶、农业等。建筑中的应用有外墙保温、内墙隔音保温、屋面及幕墙保温等。传统生产保温材料用的胶粘剂为酚醛树脂水溶液，为降低树脂中的甲醛，会加入大量尿素捕捉甲醛，在使用过程中，多余的尿素分解释放出氨气，产生VOC排放，同时此类胶粘剂制品在使用过程中存在甲醛释放，对环境造成污染，损害人体健康。中华人民共和国住房和城乡建设部标准定额研究所组织中国建筑工业出版社出版发行的标准GB50096-2011《住宅设计规范》中，规定室内环境空气中的甲醛需小于0.08mg/m³。与此同时因酚醛树脂水溶液为热固性树脂预聚体，其含有大量的活性羟甲基，在储存过程中会持续反应，导致分子量增加，水溶性下降，因此此类树脂的储存期往往较短。

关于保温材料用环保树脂，国外已有相关研究和报道，如专利CN 101287788B公开了一种包括(i) 胺和(ii)碳水化合物涉及梅拉德反应物的胶粘剂；专利CN 103687826A公开了一种用于矿物纤维的胶粘剂组合物，其包括至少一种非还原性糖，至少一种用于非还原性糖脱水的催化剂，至少一种胺，和至少一种具有一个或多个活化烯属不饱和的化合物。此上两件专利均涉及梅拉德反应，产品颜色成深棕色，影响成品外观。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的首要目的在于提供一种保温棉用水性胶粘剂，该保温棉用水性胶粘剂具有明显改善的强度、硬挺度、耐水性及储存稳定性。

本发明的另一目的在于提供上述保温棉用水性胶粘剂的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种保温棉用水性胶粘剂，包含固体树脂和水，所述固体树脂按重量百分比计，包括以下组分：

多糖 5%-60%

寡聚糖或单糖 10%-60%

不饱和羧酸或酸酐 0.5%-5%

二醛类化合物 0.1%-30%

过硫酸盐 0.1%-5%

多元醇类化合物 0.5%-15%。

本发明保温棉用水性胶粘剂同时使用多糖和寡聚糖或单糖作为树脂基体，多糖的加入，确保产品具有一定的初粘性，提高喷胶过程胶粘剂对纤维的附着力；而寡聚糖或单糖中含有较多的反应活性基团，可提高材料的交联度，进而提高产品的强度和防潮性。

优选的，所述多糖选自木薯淀粉、玉米淀粉、氧化淀粉、氨基淀粉或麦芽糊精中的一种或几种的混合。

优选的，所述寡聚糖或单糖选自蔗糖、麦芽糖、葡萄糖、果糖、乳糖、半乳糖、核糖或脱氧核糖中的一种或几种的混合。

本发明采用不饱和羧酸或酸酐作为反应单体和交联剂，其可与多元醇类化合物及糖类化合物发生酯化反应，同时在使用环境下，过硫酸盐分解产生自由基，引发不饱和羧酸或酸酐的自由基聚合，提高聚酯树脂的交联密度，进而提高产品的强度、硬挺度和耐水性。

优选的，所述不饱和羧酸或酸酐选自马来酸、马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸或肉桂酸中的一种或几种的混合。

本发明采用的二醛类化合物具有活泼的化学性质，可与糖类化合物或多元醇类化合物发生交联反应，可以提高树脂的交联密度，从而大幅度提高产品的硬挺度和耐水性，且其反应条件相较于羧酸与羟基的反应，条件更加温和，生产能耗更低。优选的，所述二醛类化合物选自乙二醛、丙二醛、丁二醛或戊二醛中的一种或几种的混合。

本发明采用过硫酸盐作为自由基引发剂，过硫酸盐受热分解，可引发不饱和羧酸或酸酐中不饱和键发生自由基聚合，过硫酸盐的分解产物硫酸盐可作为脱水剂催化羧酸与羟基的酯化反应。优选的，所述过硫酸盐选自过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠中的一种或几种的混合。

本发明采用高沸点低分子量多元醇类化合物，其在喷胶过程中起到润湿剂的作用，可以提高胶粘剂与材料的附着力，当温度升高时，醇羟基可与醛、羧酸等发生交联反应，形成三维网状树脂，且无可溶性或易挥发性小分子释放，绿色环保。优选的，所述多元醇类化合物选自丙二醇、乙二醇、二乙二醇、聚乙二醇（分子量为400-2000）、丙三醇、二缩三乙二醇、一缩二丙二醇或三羟甲基丙烷中的一种或几种的混合。

根据实际性能需要，本发明所述的保温棉用水性胶粘剂，按重量百分比计，还包括0-1%增稠剂、0.1-1%表面活性剂。

所述的增稠剂包括但不仅限于甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、明胶、干酪素、瓜尔胶、甲壳胺、阿拉伯树胶、黄原胶、大豆蛋白胶、琼脂、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、卡波树脂、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸酯共聚乳液等中的一种或多种。

所述的表面活性剂为非离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂或两性离子表面活性剂，包括但不仅限于：长链脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基酰胺、椰油酸二乙醇酰胺、单硬脂酸甘油酯、失水山梨醇酯、蔗糖酯、炔二醇乙氧基化合物、十六烷基三甲基季铵溴化物、十八烷基二甲基苄基季铵氯化物、月桂酰胺丙基氧化胺、阳离子瓜尔胶、阳离子硅油、十二烷基二甲基氧化胺、月桂基亚氨基二乙酸二钠、十二烷基二甲基甜菜碱、羚酸盐型咪唑嘛等中的一种或多种。

优选的，所述固体树脂和水的质量比为2:1~1:4。

本发明还提供了上述的保温棉用水性胶粘剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）向反应釜中加入水、多糖、寡聚糖或单糖，加热至50-70℃溶解；

（2）溶解结束，冷却至35℃以下，加入不饱和羧酸或酸酐、二醛类化合物和多元醇类化合物，搅拌至完全溶解，继续冷却；

（3）在30℃以下，加入过硫酸盐、增稠剂和表面活性剂，搅拌成均匀液体即可。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明制备得到的胶粘剂为生物基胶粘剂，无甲醛及其他有害物质释放，绿色环保，可用于粘结玻璃纤维、矿物纤维等制备保温棉，保温棉制品具有很好的强度、硬挺度和防潮性能。该胶粘剂还可用作纸制品的定型剂及竹木重组材的制备。

本发明工艺涉及多个反应，包含羟基与酸的酯化反应、不饱和键的自由基聚合反应、羟基与醛基的交联反应，最终形成交联密度高、强度好、防潮性高的三维网状树脂，且原料易得，成本低廉，生产操作简便，产品储存期长。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明实施例及对比例所用的原材料均来源于市购，但不限于这些材料：

各性能测试方法：

压缩强度：按照GB/T 25975-2018、GB/T 13480和GB/T 13350-2017方法检测；

抗拉强度：按照GB/T 25975-2018和GB/T 30804方法检测；

憎水率：按照GB/T 25975-2018、GB/T 10299和和GB/T 13350-2017方法检测。

实施例1-6与对比例1-2：

按表1配比，向反应釜中加入水、多糖、寡聚糖或单糖，加热至50-70℃溶解；溶解结束，冷却至35℃以下，加入不饱和羧酸或酸酐、二醛类化合物和多元醇类化合物，搅拌至完全溶解，继续冷却；在30℃以下，加入过硫酸盐、增稠剂和表面活性剂，搅拌成均匀液体得到水性胶粘剂。

将上述得到的水性胶粘剂，通过调胶、过滤、喷胶等工艺，制备成满足表2所示参数（有机物含量、保温棉类型、厚度和容重）的保温棉，并对保温棉的性能进行评价，评价结果见表2。

表1实施例1-6及对比例1-2中各组分的含量（重量百分比）

表2 性能测试结果

由上述结果可以看出，本发明通过各组分协同作用，由得到的水性胶粘剂制备的保温棉制品具有很好的强度、硬挺度和防潮性能。

Claims (4)

1.一种保温棉用水性胶粘剂，由树脂和水组成，其特征在于，所述树脂按重量百分比计，由以下组分制成：

多糖 20%-60%

寡聚糖或单糖 15%-60%

不饱和羧酸或酸酐 0.5%-5%

二醛类化合物 0.1%-30%

过硫酸盐 0.1%-5%

多元醇类化合物 0.5%-15%

增稠剂 0-1%

表面活性剂 0.1-1%；

所述二醛类化合物选自乙二醛、丙二醛、丁二醛、戊二醛中的一种或几种的混合；

多元醇类化合物选自丙二醇、乙二醇、二乙二醇、聚乙二醇、丙三醇、二缩三乙二醇、一缩二丙二醇、三羟甲基丙烷中的一种或几种的混合；

多糖选自木薯淀粉、玉米淀粉、氧化淀粉、氨基淀粉、麦芽糊精中的一种或几种的混合；

所述寡聚糖或单糖选自蔗糖、麦芽糖、葡萄糖、果糖、乳糖、半乳糖中的一种或几种的混合；

所述不饱和羧酸或酸酐选自马来酸、马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、肉桂酸中的一种或几种的混合。

2.根据权利要求1所述的保温棉用水性胶粘剂，其特征在于，所述过硫酸盐选自过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种或几种的混合。

3.根据权利要求1所述的保温棉用水性胶粘剂，其特征在于，所述树脂和水的质量比为2:1~1:4。

4.权利要求1-3任一项所述的保温棉用水性胶粘剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）向反应釜中加入水、多糖、寡聚糖或单糖，加热至50-70℃溶解；

（2）溶解结束，冷却至35℃以下，加入不饱和羧酸或酸酐、二醛类化合物和多元醇类化合物，搅拌至完全溶解，继续冷却；

（3）在30℃以下，加入过硫酸盐、增稠剂和表面活性剂，搅拌成均匀液体即可。