CN113046013B - 一种高粘结强度的专用于木材粘结的改性列克纳胶的制备方法 - Google Patents

一种高粘结强度的专用于木材粘结的改性列克纳胶的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高粘结强度的专用于木材粘结的改性列克纳胶的制备方法。该改性列克纳胶按质量份由下述组分组成：30～90份的TTI，1.8～5.4份的CR胶片，10.2～30.6份的溶剂。本发明的优点是以低毒的环己烷和乙酸乙酯复配成溶剂替代甲苯溶解CR胶片，大大降低了胶液的毒性。将低毒溶剂复配溶解的CR胶浆加入到TTI中制成改性列克纳胶与TTI相比抗流挂性能得到改善，抗流挂性能降低了91.62％，固化时间缩短，固化时间降低了37.5％，固化后的胶层韧性得到很大改善，并且可用于疏松多孔的木材的常温粘结。

Description

一种高粘结强度的专用于木材粘结的改性列克纳胶的制备 方法
技术领域
本发明属于粘合剂领域，具体涉及一种高粘结强度的专用于木材粘结的改性列克纳胶的制备。
背景技术
列克纳胶(TTI)是一种异氰酸酯胶粘剂，该胶粘剂由于具有较多的异氰酸酯基团(-NCO)使其有较大的极性和较高的反应活性，因此它对很多材料都有较高的粘附性能，但是TTI胶液稀，抗流挂性能差，固化时间慢，对于一些疏松多孔的木材无法粘结，并且存在粘结固化后的胶层硬度高且发脆的缺点。
为了提高TTI的抗流挂性和韧性，常用氯丁橡胶(CR)与TTI共混，使得TTI中的-NCO和CR中的活泼氢反应形成化学交联键，同时在分子链间形成物理缠结点，因此可有效地提高胶粘剂的性能从而实现木材的粘结。然而单独的CR不能均匀的混入TTI中，需要先用溶剂溶解CR后再与TTI共混。CR目前普遍使用的溶剂是甲苯，但是甲苯有中毒性、致癌性且严重污染环境。因此希望用一些低毒溶剂复配来溶解CR，例如，申请号为201310578410.X的专利申请公布了一种将甲苯、醋酸乙酯复配和氯丁橡胶、三苯基甲烷三异氰酸酯混合的聚氨酯胶粘剂，尽管该专利使用了低毒溶剂，但是没有做到完全替代甲苯。申请号为200410039520.X的专利申请公布了一种氯丁橡胶粘合剂及其制备方法，其中使用环戊烷B型溶剂、甲乙酮、醋酸乙酯、120#溶剂汽油做混合溶剂完全替代甲苯，苯甲酸和水作为催化剂制得氯丁橡胶胶粘剂，该专利中所用的甲乙酮有一定毒性且在制备胶粘剂过程中存在所用溶剂较多操作复杂等缺点。
现阶段木材粘结所用的胶粘剂大部分为脲醛树脂胶、酚醛树脂胶、三聚氰胺-甲醛树脂胶，其中脲醛树脂胶存在粘结过程有甲醛释放的缺点；酚醛树脂胶存在热压温度高、固化时间长的缺点；三聚氰胺-甲醛树脂胶存在成本较高、柔韧性差、贮存稳定性差的缺点。目前为减少环境污染，开发施工较为简便的胶粘剂，近年来聚醋酸乙烯酯乳液、丙烯酸酯乳液、热熔胶等低毒或无毒胶粘剂也被用于木材的粘结，但是聚醋酸乙烯酯乳液存在耐热性差的缺点；丙烯酸酯乳液存在固化速度过快，不适合大面积粘结且耐热、耐候性差的缺点；热熔胶存在耐热性不够，粘结强度不高、耐药品性差、需配备专门的热熔设备来施工、在粘结上会受气候季节的影响等缺点。
发明内容
为弥补现有技术的不足，本发明提供一种利用低毒性的氯丁橡胶(CR)溶剂制备具有适当的抗流挂性能、固化时间短、固化后的胶层韧性好，可应用于疏松多孔的木材粘结且粘结强度高，产品毒性更小的改性列克纳胶。
本发明的发明构思是：本发明以低毒的环己烷和乙酸乙酯复配的溶剂可完全替代甲苯来溶解CR胶片，溶解时方法简单，便于操作，大大降低了胶液的毒性。选择环己烷和乙酸乙酯制备复配溶剂是因为其毒性最低且能溶解CR，获得的CR胶浆有一定的粘度，从而可改善抗流挂性能；环己烷和乙酸乙酯的沸点低，易挥发，从而使得改性后的列克纳胶的固化时间缩短。将复配溶剂溶解的CR胶浆加入TTI中制成改性列克纳胶与TTI相比抗流挂性能得到改善，具有固化时间短、固化后的胶层韧性好的特点，并且可用于疏松多孔的木材的常温粘结。
为实现上述目的，本发明高粘结强度的专用于木材粘结的改性列克纳胶的制备方法，按质量份，所述材料由下述组分组成：
TTI 30～90
CR胶片 1.8～5.4
溶剂 10.2～30.6
其中溶剂为环己烷和乙酸乙酯的复配溶剂。所述的环己烷和乙酸乙酯的质量比为3:7～1:1。
本发明同时请求保护上述高粘结强度的专用于木材粘结的改性列克纳胶的制备方法，具体包括如下步骤：
①分别称取质量份为30～90份的TTI，1.8～5.4份的CR胶片，3.06～15.30份的环己烷，7.14～15.30份的乙酸乙酯；
②将①称取好的环己烷和乙酸乙酯按不同比例配制成溶剂；
③将CR胶片放于②配制好的溶剂中先在室温状态下溶胀2-3h后，以250-350r/min的转速搅拌1.5-2.5h，得到CR胶浆；
④将③得到的10～30份氯丁胶浆与30～90份的TTI以250-350r/min的转速常温共混搅拌0.5h-1h后出料，即为改性列克纳胶。
进一步的，所述的CR胶片的质量为所用CR胶浆质量的15％。
进一步的，所述的溶剂的质量为所用CR胶浆质量的85％。
优选的，所述的TTI和CR胶浆的质量比为2.5:1。
本发明具有以下优点：
1.本发明所提供的改性列克纳胶在制备过程中所用CR胶浆的溶剂为环己烷与乙酸乙酯的混合溶剂，大大降低了改性列克纳胶的毒性；
2.本发明所制备的改性列克纳胶方法简单，易于操作；
3.本发明所制备的改性列克纳胶的抗流挂性能增强；
4.本发明所制备的改性列克纳胶的固化时间缩短；
5.本发明所制备的改性列克纳胶能应用疏松多孔的木材粘结。
附图说明
本发明附图4幅
图1是对比例1中，TTI固化后胶膜断面的扫描电镜图；
图2是实施例5中，环己烷与乙酸乙酯复配比例为3:7时改性列克纳胶固化后胶膜断面的扫描电镜图；
图3分别是实施例5中环己烷与乙酸乙酯复配比例为3:7时改性列克纳胶固化后胶膜和对比例1中TTI固化后胶膜的热失重曲线图；
图4分别是实施例5中环己烷与乙酸乙酯复配比例为3:7时改性列克纳胶固化后胶膜和对比例1中TTI固化后胶膜的失重速率曲线图。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
本发明用抗流挂性能反映胶粘剂的粘度，其测量方法是将40mm×40mm×10mm的铁框置于平板上，在铁框下边界划一条直线，将改性列克纳胶倒入铁框中，用刮刀抹压刮平，取走铁框，迅速将平板按一定角度放置，测量胶粘剂的下垂距离，用下垂距离表示抗流挂性能的好坏；胶液固化后形成的胶膜经过液氮脆断后，在JSM-6460扫描电镜上进行断面分析；粘结后的样条按GB/T 33333-2016木材胶粘剂拉伸剪切强度的试验方法在万能电子试验机上进行拉伸性能测试。
实施例1
分别称取质量份为90份的TTI，5.4份的CR胶片，15.3份的环己烷，15.3份的乙酸乙酯。将环己烷和乙酸乙酯按比例配制成溶剂；将CR胶片放于溶剂中先在室温状态下溶胀2-3h后，以250-350r/min的转速搅拌1.5-2.5h，得到CR胶浆；CR胶浆与TTI以250-350r/min的转速共混搅拌0.5-1h后出料，即为低毒改性列克纳胶。
实施例2
分别称取质量份为75份的TTI，4.5份的CR胶片，11.48份的环己烷，14.02份的乙酸乙酯。将环己烷和乙酸乙酯按比例配制成溶剂；将CR胶片放于溶剂中先在室温状态下溶胀2-3h后，以250-350r/min的转速搅拌1.5-2.5h，得到CR胶浆；CR胶浆与TTI以250-350r/min的转速共混搅拌0.5-1h后出料，即为低毒改性列克纳胶。
实施例3
分别称取质量份为60份的TTI，3.6份的CR胶片，8.16份的环己烷，12.24份的乙酸乙酯。将环己烷和乙酸乙酯按比例配制成溶剂；将CR胶片放于溶剂中先在室温状态下溶胀2-3h后，以250-350r/min的转速搅拌1.5-2.5h，得到CR胶浆；CR胶浆与TTI以250-350r/min的转速共混搅拌0.5-1h后出料，即为低毒改性列克纳胶。
实施例4
分别称取质量份为45份的TTI，2.7份的CR胶片，5.36份的环己烷，9.94份的乙酸乙酯。将环己烷和乙酸乙酯按比例配制成溶剂；将CR胶片放于溶剂中先在室温状态下溶胀2-3h后，以250-350r/min的转速搅拌1.5-2.5h，得到CR胶浆；CR胶浆与TTI以250-350r/min的转速共混搅拌0.5-1h后出料，即为低毒改性列克纳胶。
实施例5
分别称取质量份为30份的TTI，1.8份的CR胶片，3.06份的环己烷，7.14份的乙酸乙酯。将环己烷和乙酸乙酯按比例配制成溶剂；将CR胶片放于溶剂中先在室温状态下溶胀2-3h后，以250-350r/min的转速搅拌1.5-2.5h，得到CR胶浆；CR胶浆与TTI以250-350r/min的转速共混搅拌0.5-1h后出料，即为低毒改性列克纳胶。
对比例1
称取质量份为100份的TTI为胶粘剂，进行木材的粘结实验。
对比例2
分别称取质量份为90份的TTI，5.4份的CR胶片，30.6份的甲苯。将CR胶片放于甲苯中先在室温状态下溶胀2-3h后，以250-350r/min的转速搅拌1.5-2.5h，得到CR胶浆；CR胶浆与TTI以250-350r/min的转速共混搅拌0.5-1h后出料，即为低毒改性列克纳胶。
对比例3
分别称取质量份为75份的TTI，4.5份的CR胶片，25.5份的环己烷。将CR胶片放于环己烷中先在室温状态下溶胀2-3h后，以250-350r/min的转速搅拌1.5-2.5h，得到CR胶浆；CR胶浆与TTI以250-350r/min的转速共混搅拌0.5-1h后出料，即为低毒改性列克纳胶。
对比例4
分别称取质量份为60份的TTI，3.6份的CR胶片，20.4份的乙酸乙酯。将CR胶片放于乙酸乙酯中先在室温状态下溶胀2-3h后，以250-350r/min的转速搅拌1.5-2.5h，得到CR胶浆；CR胶浆与TTI以250-350r/min的转速共混搅拌0.5-1h后出料，即为低毒改性列克纳胶。
对比例5
分别称取质量份为45份的TTI，2.7份的CR胶片，0.77份的环己烷，14.53份的乙酸乙酯。将环己烷和乙酸乙酯按比例配制成溶剂；将CR胶片放于溶剂中先在室温状态下溶胀2-3h后，以250-350r/min的转速搅拌1.5-2.5h，得到CR胶浆；CR胶浆与TTI以250-350r/min的转速共混搅拌0.5-1h后出料，即为低毒改性列克纳胶。
对比例6
分别称取质量份为30份的TTI，1.8份的CR胶片，9.69份的环己烷，0.51份的乙酸乙酯。将环己烷和乙酸乙酯按比例配制成溶剂；将CR胶片放于溶剂中先在室温状态下溶胀2-3h后，以250-350r/min的转速搅拌1.5-2.5h，得到CR胶浆；CR胶浆与TTI以250-350r/min的转速共混搅拌0.5-1h后出料，即为低毒改性列克纳胶。
表1
表2
表3
表1中实施例和对比例的测试数据说明，本发明改性列克纳胶的抗流挂性和固化时间能明显优于对比例1的抗流挂性能和固化时间，当环己烷和乙酸乙酯复配比例为3:7时改性列克纳胶的抗流挂性能和固化时间最优，分别降低了91.62％和37.5％，结果表明使用低毒溶剂复配溶解CR来改性TTI能有效地提高TTI的抗流挂性能和固化时间。
表2中实施例和对比例的木-木粘结的样条拉伸测试数据说明，本发明改性列克纳胶的最大载荷和剪切强度与甲苯做溶剂时在同水平下，且明显优于其他对比例的最大载荷和剪切强度，当环己烷和乙酸乙酯复配比例为3:7时改性列克纳胶拉伸性能最优，最大载荷达到了1538.63N，剪切强度达到了2.74N/mm2，结果表明使用低毒溶剂复配溶解CR来改性TTI能有效地粘结木材并且有很好的粘结效果。
表3中实施例和对比例的热失重数据说明，当环己烷和乙酸乙酯溶液复配比例为3:7时改性列克纳胶比未改性列克纳胶的初始分解温度和第一阶段最大分解温度均上升，分别升高了55.38℃和92.06℃，结果表明使用低毒溶剂复配溶解CR橡胶改性列克纳胶可提高列克纳胶的耐热性。
由扫描电镜图观察可见，图1未改性TTI固化后材料断面较光滑、平整，呈典型的脆性断裂特征。当加入低毒溶解的CR胶片时如图2，改性列克纳胶固化后胶层断面裂纹明显增多，裂纹走向呈斜线，有阻止微裂纹进一步生长的趋势，使得材料本身韧性有所提高。

Claims (3)

1.一种高粘结强度的专用于木材粘结的改性列克纳胶，其特征在于，按质量份，所述改性列克纳胶由下述组分组成：
TTI 30~90
CR胶片 1.8~5.4
溶剂 10.2~30.6
其中溶剂为环己烷和乙酸乙酯的复配溶剂；所述的环己烷和乙酸乙酯的质量比为3:7。
2.权利要求1所述的一种高粘结强度的专用于木材粘结的改性列克纳胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
①分别称取质量份为30~90份的TTI，1.8~5.4份的CR胶片，3.06~15.30份的环己烷，7.14~15.30份的乙酸乙酯；
②将①称取好的环己烷和乙酸乙酯按质量比3:7配制成溶剂；
③将CR胶片放于②配制好的溶剂中先在室温状态下溶胀2-3h后，以250-350r/min的转速在室温状态下搅拌1.5-2.5h，得到CR胶浆，CR胶片的质量为所用CR胶浆质量的15%，溶剂的质量为所用CR胶浆质量的85%；
④将③得到的10~30份CR胶浆与30~90份的TTI以250-350r/min的转速常温共混搅拌0.5h-1h后出料，即为改性列克纳胶。
3.根据权利要求2所述的改性列克纳胶的制备方法，其特征在于，所述的TTI和CR胶浆的质量比为2.5:1。
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