CN112646500B - 一种膜状胶黏剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种膜状胶黏剂及其制备方法和应用，该膜状胶黏剂的制备包括：将大豆蛋白和水性聚氨酯溶液进行接枝改性处理，得膏状混合物，然后涂膜、干燥；其中所述大豆蛋白和聚氨酯固体含量的比例为1:1～1:5。本发明在无醛胶黏剂的基础上，开发一种方便运输、工艺简单的膜状大豆蛋白木材胶黏剂。

Description

一种膜状胶黏剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及胶黏剂领域，具体涉及一种膜状胶黏剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着人们生活水平的提高和环保意识的增强，一系列的无醛胶黏剂和低醛胶黏剂进入人们的视野。其中，不含甲醛的生物蛋白胶、聚氨酯胶和异氰酸酯等胶黏剂成为主要的研究对象。

目前的本领域的现状是大多数胶黏剂如植物蛋白胶黏剂均为液态，由于大量的水溶剂存在，增加了胶黏剂的运输成本。大豆蛋白具有产量大、可再生、可生物降解和价格低廉的优势，引起了科学材料领域的普遍关注。目前本领域中大豆蛋白因其具有较好的初粘性，经常被用作胶合板用胶增粘物质。但是，大豆蛋白胶粘剂的使用依然存在两点问题：(1)大豆蛋白依然作为传统三醛胶的增粘物质，使用时采用涂覆方式，使得生产效率受影响；(2)大豆蛋白胶黏剂作为木材胶黏剂，其吸水膨胀、抗菌、耐水性等问题始终难以解决，需要进行和其他胶黏剂复配或改性，如环氧树脂、异氰酸酯等。因此，目前亟需在无醛胶黏剂的基础上，开发一种方便运输、工艺简单且胶合强度和耐水性能良好的胶黏剂。

发明内容

本发明实施例提供一种膜状胶黏剂的制备方法，本发明在无醛胶黏剂的基础上，开发一种方便运输、工艺简单且胶合强度和耐水性良好的膜状大豆蛋白木材胶黏剂。

本发明实施例提供一种膜状胶黏剂的制备方法包括：将大豆蛋白和水性聚氨酯溶液进行接枝改性处理，然后涂膜、干燥；其中所述大豆蛋白和聚氨酯固体含量的比例为1:1～1:5。

优选的，所述大豆蛋白和聚氨酯固体含量的比例为1:3。

本发明提供的木材胶黏胶制备工艺，具有操作简单且无甲醛、胶合强度高、耐水性好，而且易于运输存储。

在一些优选实施例中，所述水性聚氨酯溶液由异氰酸酯与聚己内醇为原料经反应制备；其中，异氰酸酯与聚己内醇的摩尔比为4.5:1～2.0:1。优选3.6：1。所述水性聚氨酯溶液的制备方法优选为：取24g聚己内酯加入烧瓶中，在80℃加热1h去除水分，滴加9.6g IPDI试剂，并在80℃以180rpm的搅拌速度反应3h，随后降温至75℃，加入2,2-二羟甲基丙酸1.6g，反应1h，降温至50℃，加入1.2g三乙胺，反应30min，最后加入水84g，在1100rpm速度下搅拌1h，形成固含为30％的水性聚氨酯溶液。本发明中，通过采用上述特定的水性聚氨酯溶液，能够实现聚氨酯端基为异氰酸根基团，增加聚氨酯与大豆蛋白和木材表面的化学反应位点，克服了大豆蛋白胶粘剂亲水性问题，具有很好抗吸水膨胀和力学增强的效果。

在一些优选实施例中，所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、赖氨酸二异氰酸酯(LDI)中的一种或多种；优选的，所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯和/或二苯基甲烷二异氰酸酯；更优选，所述异氰酸酯为摩尔比为1：1～1.2:1的异佛尔酮二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物。

本发明中，通过采用上述特定异氰酸酯，经与聚己内醇进行聚合反应，从而提供柔性和刚性长链混合分子结构，能够克服短链分子脆性问题，具有力学增强和抗湿胀的作用，提高胶合板的内结合强度和尺寸稳定性。

在一些优选实施例中所述大豆蛋白分2～4次加入所述水性聚氨酯溶液中，每次加入后均进行均质处理，优选的，所述均质处理的转速为5000～20000rad/min，每次均质处理的时间为5s～2min。本发明中，通过采用该加料方式协同均质处理的方式实现了膏状混合物均匀，能够提高大豆蛋白的分散效果，解决了涂膜不均匀的问题。

在一些优选实施例中，所述涂膜的厚度控制为0.1～5mm，优选的，所述涂膜的厚度控制为2～3mm。本发明中，通过控制涂膜器的厚度，确保水性聚氨酯和大豆蛋白混合胶粘剂的涂膜厚度，能够提高膜状胶粘剂的使的效果，解决了常规胶粘剂涂覆不均匀的问题。

在一些优选实施例中，所述干燥的温度为25～60℃，所述干燥的时间为15～30h。优选的，所述干燥的温度为25～40℃，所述干燥的时间为23～25h；干燥方式为自然干燥或烘箱干燥，或采用多干燥方式混合干燥。

在一些优选实施例中，所述水性聚氨酯溶液浓度为20～60％；优选的，所述水性聚氨酯溶液浓度为30～35％。

在一些优选实施例中，所述大豆蛋白为豆粕或大豆分离蛋白。优选的，所述大豆分离蛋白中蛋白质含量≥90％。

本发明中，采用蛋白质含量≥90％的大豆蛋白和水性聚氨酯为原料，经高速均质处理，使液体和固体原料形成具有可涂覆特点的膏体形态，实现可控厚度涂覆，保证胶黏效果，尤其是，通过干燥成膜后，使用于胶合板中，可实现胶合板生产快速、高效；同时保证了胶合板抗湿胀、强度高的特性。

本发明实施例还提供一种所述的膜状胶黏剂的制备方法制得的膜状大豆蛋白木材胶黏剂。

本发明实施例还提供一种所述的膜状胶黏剂的制备方法制得的膜状胶黏剂或所述的膜状胶黏剂的应用，以铺装的方式在单板上进行施胶，叠加单板，热压成型，其中，热压温度为80～180℃，热压压力为0.8～2.5MPa，热压时间为5～10min。

在一些优选实施例中，具体包括以下步骤：

1)取第一木材单板为表板，铺上所述膜状大豆蛋白木材胶黏剂；

2)取第二木材单板为芯板，按纤维方向与第一木材单板相互垂直重叠，再次铺上一张所述膜状大豆蛋白木材胶黏剂；

3)取第三木材单板按其纤维方向与芯板垂直，并以松面与芯板胶面接触重叠，组合后，进行热压成型。

本发明的有益效果至少在于：

1)膜状大豆蛋白木材胶黏剂完全不含甲醛和有机挥发性物质，在胶合板制造和使用过程中无污染。

2)膜状大豆蛋白木材胶黏剂制备的胶合板在43℃水浴中浸渍3h，胶合强度实际检测可大于2.0MPa。

3)膜状大豆蛋白木材胶黏剂制备的胶合板使用具有可降解特性的原料作为胶黏剂，降解性优于普通板材，更加绿色环保。

3)膜状大豆蛋白木材胶黏剂呈膜状固体，便于使用、运输和存储，存储周期较长。

4)膜状大豆蛋白木材胶黏剂的施胶方式由传统的涂装改为铺装，工艺简单、便利，人造板制造过程中热压工艺不变，极大地改善了工人的生产环境。

5)膜状大豆蛋白木材胶黏剂的性价比高，用量少，对单板的含水率要求低，热压过程中不产生气泡。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中，实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。本发明中所用的化工原料均可在国内化工产品市场方便买到。以下实例中，所采用的大豆分离蛋白购买于蛋白质含量≥90％的食品级分离蛋白。

实施例1

本实施例提供一种膜状大豆蛋白木材胶黏剂的制备方法，其原料包括：IPDI、聚己内酯、2,2-二羟甲基丙酸、三乙胺和大豆分离蛋白；步骤包括如下：

步骤1)，制备水性聚氨酯：取24g聚己内酯加入烧瓶中，在80℃加热1h去除水分，滴加9.6g IPDI试剂，并在80℃以180rpm的搅拌速度反应3h，随后降温至75℃，加入2,2-二羟甲基丙酸1.6g，反应1h，降温至50℃，加入1.2g三乙胺，反应30min，最后加入水84g，在1100rpm速度下搅拌1h，形成固含为30％的水性聚氨酯溶液。

步骤2)，取60g步骤1)中制备的水性聚氨酯溶液，分3次加入6g大豆分离蛋白，每次加入后采用均质机高速(转速为10000rad/min)混合均匀(每次1min)，形成膏状。

步骤3)，将20cm×20cm的脱模纸置于平面钢板上，采用涂抹器将步骤2)中膏状体均匀涂覆在脱模纸上，涂抹器控制厚度3mm。

步骤4)，将均匀涂抹的胶黏剂在室温(25℃)下干燥24h，即得膜状大豆蛋白木材胶黏剂。

本实施例提供由上述方法制备得到膜状大豆蛋白木材胶黏剂。该木材胶黏剂可用于胶合板的制备。

实施例2

本实施例提供一种膜状大豆蛋白木材胶黏剂的制备方法，步骤包括如下：

步骤1)，取固含为50％的MDI型水型聚氨酯50g和豆粕6g。

步骤2)，将6g豆粕分2次加入到水性聚氨酯溶液中，每次加入后采用均质机高速(转速为20000rad/min)混合均匀(每次2min)，形成膏状。

步骤3)，将20cm×20cm的脱模纸置于平面钢板上，采用涂抹器将步骤2)中膏状体均匀涂覆在脱模纸上，涂抹器控制厚度1mm。

步骤4)，将均匀涂抹的胶黏剂在40℃烘箱干燥24h，即得膜状大豆蛋白木材胶黏剂。该胶黏剂可用于胶合板的制备。

实验例1

原料：巨尾桉单板(1.5mm×250mm×250mm 3张)，实施例1中膜状大豆蛋白木材胶黏剂。

操作步骤：取一张单板为表板，分别铺上实施例1中膜状大豆蛋白木材胶黏剂，另取一张单板为芯板，按纤维方向与第一张单板相互垂直重叠，再次铺上一张膜状大豆蛋白木材胶黏剂，取第三张单板按其纤维方向与芯板垂直并以松面与芯板胶面接触重叠，组合完成，进行热压成型；热压条件120℃，1.5MPa，7min。

实施例1中胶黏剂制备的胶合板，经43℃水浸泡3h后，其胶合强度为2.61MPa。经循环泡水10次后，胶合强度为≥2.34MPa。

实验例2

原料：巨尾桉单板(1.5mm×250mm×250mm 3张)，实施例2中膜状大豆蛋白木材胶黏剂。

操作步骤：取一张单板为表板，分别铺上实施例2中膜状大豆蛋白木材胶黏剂，另取一张单板为芯板，按纤维方向与第一张单板相互垂直重叠，再次铺上一张膜状大豆蛋白木材胶黏剂，取第三张单板按其纤维方向与芯板垂直并以松面与芯板胶面接触重叠，组合完成，进行热压成型；热压条件120℃，1.5MPa，7min。

实施例2中胶黏剂制备的胶合板，经43℃水浸泡3h后，其胶合强度为1.87MPa。

实施例3

采用同实施例1的方法制备，区别仅在于：采用的异氰酸酯为IPDI和MDI摩尔比1:1为原料制备。

实验例3

采用实验例1的方法对采用实施例3中胶黏剂的胶合板进行检测，检测结果为:经43℃水浸泡3h后，其胶合强度为2.95MPa。经循环泡水10次后，胶合强度为≥2.55MPa。

实施例4

采用同实施例1的方法制备，区别仅在于：涂抹器控制厚度1mm。

实验例4

采用实验例1的方法对采用实施例4中胶黏剂的胶合板进行检测，检测结果为:经43℃水浸泡3h后，其胶合强度为2.05MPa。经循环泡水10次后，胶合强度为≥1.96MPa。

实施例5

采用同实施例1的方法制备，区别仅在于：每次加入后采用均质机高速(转速为5000rad/min)混合均匀(每次30s)，形成膏状。

实验例5

采用实验例1的方法对采用实施例5中胶黏剂的胶合板进行检测，检测结果为:经43℃水浸泡3h后，其胶合强度为2.43MPa。经循环泡水10次后，胶合强度为≥2.07MPa。

对比例1

采用同实施例1的方法制备，区别仅在于：采用市场购买的固含为50％的水性聚氨酯。采用同实验例1的方法对采用对比例1中胶黏剂的胶合板进行检测，检测结果：经43℃水浸泡3h后，其胶合强度为1.45MPa。经循环泡水10次后，胶合强度为1.35MPa。

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，皆应属于本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种膜状胶黏剂的制备方法，其特征在于，包括：大豆蛋白分2~4次加入水性聚氨酯溶液中，每次加入后均进行均质处理，将所述大豆蛋白和所述水性聚氨酯溶液进行接枝改性处理，得膏状混合物，然后涂膜、干燥；其中所述水性聚氨酯溶液浓度为30~35%；所述大豆蛋白为大豆分离蛋白，所述大豆分离蛋白中蛋白质含量≥90%；所述大豆蛋白和聚氨酯固体含量的比例为1:1~1:5，所述水性聚氨酯溶液由异氰酸酯与聚己内酯为原料经反应制备；其中，异氰酸酯与聚己内酯的摩尔比为4.5:1~2.0:1。

2.根据权利要求1所述膜状胶黏剂的制备方法，其特征在于，所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述膜状胶黏剂的制备方法，其特征在于，所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯和/或二苯基甲烷二异氰酸酯。

4.根据权利要求3所述膜状胶黏剂的制备方法，其特征在于，所述异氰酸酯为摩尔比为1:1~1.2:1的异佛尔酮二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物。

5.根据权利要求1所述膜状胶黏剂的制备方法，其特征在于，所述均质处理的转速为5000~20000rad/min，时间为5s~2min。

6.根据权利要求5所述膜状胶黏剂的制备方法，其特征在于，所述涂膜的厚度控制为0.1~5 mm。

7.根据权利要求6所述膜状胶黏剂的制备方法，其特征在于，所述涂膜的厚度控制为2~3 mm。

8.根据权利要求1所述膜状胶黏剂的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为25~60℃，所述干燥的时间为15~30h。

9.权利要求1-8任一项所述的膜状胶黏剂的制备方法制得的膜状胶黏剂。

10.权利要求1-8任一项所述的膜状胶黏剂的制备方法制得的膜状胶黏剂或权利要求9所述的膜状胶黏剂的应用，其特征在于，以铺装的方式在单板上进行施胶，叠加单板，热压成型，其中，热压温度为80~180℃，热压压力为0.8~2.5 MPa，热压时间为5~10 min。