CN114085629A - 一种胶黏剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及胶黏剂技术领域，尤其涉及一种胶黏剂及其制备方法和应用。本发明提供了一种胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：将交联剂、糖类物质和水混合，进行均相反应，得到胶黏剂；所述交联剂包括多元酸和/或酸酐类物质；所述糖类物质以葡萄糖为结构单元。本发明所述的制备方法以多元酸和/或酸酐类物质作为交联剂对糖类物质进行交联改性，通过酯化反应相互连接形成三维交联结构的大分子酯化糖基构成的胶黏剂；然后将所述胶黏剂应用到板材中后，由于板材需要进行热加工，所述热加工使所述胶黏剂结构进一步聚合形成稳定的胶层，以有效提高了胶黏剂的结合强度和耐水性。且所述制备方法简单，成本低廉，易于实现工业化生产。

Description

一种胶黏剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及胶黏剂技术领域，尤其涉及一种胶黏剂及其制备方法和应用。
背景技术
人造板作为提高木材利用率的重要途径，在现有工艺条件下，主要是以木材或木质纤维为原料，加工成一定单元后，在胶黏剂和其它添加剂作用下热压而成的一种木质制品。全球每年人造板产量超过5×108立方米。其中，胶黏剂在人造板生产过程中，起着至关重要的作用。传统人造板胶黏剂以甲醛系胶黏剂(酚醛树脂、脲醛树脂以及三聚氰胺甲醛树脂)为主，这类胶黏剂无法满足可再生与环保的要求，在生产和使用过程中还会有大量有害的可挥发性有机物(如甲醛)的释放，造成严重的环境问题，危害人类健康。为了解决上述问题，以淀粉、植物蛋白和单宁等天然产物为原料的环保型胶黏剂受到研究者的广泛关注。
以葡萄糖为基本结构单元的糖类物质(如纤维素、淀粉、蔗糖和葡萄糖)具有价格低廉、储量巨大且可再生、可降解以及安全无毒等优点。常见的，将糊化后的淀粉作为胶黏剂的应用已有悠久的历史，其主要的粘结机理是淀粉分子链上的羟基之间形成氢键，构成交互网络结构以此达到粘结目的。但是，淀粉中含有大量的亲水性羟基，基团之间形成的氢键稳定性不佳，遇水后起主要胶结作用的分子间氢键断裂，导致耐水性变差。其余的以葡萄糖为基本结构单元的糖类物质因为羟基数量较多，也存在与淀粉胶黏剂一样耐水性差，进而导致结合强度低的问题。
目前，为解决上述耐水性差的问题，主要是采用生物(主要为生物降解)、化学(氧化、接枝、酸解和交联)和物理改性的方法。其中，化学方法最为常用，以淀粉为例，淀粉的酸解通常是解决其低反应活性最有效的方式，将淀粉大分子降解成分子量更小的物质(如水解淀粉或葡萄糖)，便于进一步的改性或施胶；但是上述化学方法都存在工艺复杂的共性问题，而且所使用的改性剂多含有毒性(如环氧氯丙烷、异氰酸酯等)，不利于生产和使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种胶黏剂及其制备方法和应用，所述胶黏剂的制备方法简单，安全无毒，且制备得到的胶黏剂耐水性好。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
将交联剂、糖类物质和水混合，进行均相反应，得到胶黏剂；
所述交联剂包括多元酸和/或酸酐类物质；
所述糖类物质以葡萄糖为结构单元。
优选的，所述交联剂和糖类物质的质量比为(0～3)：1；
且所述交联剂的用量不为0。
优选的，所述糖类物质和水的质量比为1：(0～5)。
优选的，所述多元酸为顺丁烯二酸、磷酸、磷酸三乙酯、乙二酸、丙二酸、丙酸乙酯、丁二酸、柠檬酸、衣康酸和柠康酸中的一种或几种。
优选的，所述酸酐类物质为顺丁烯二酸酐、衣康酸酐、柠康酸酐、琥珀酸酐和十二烷基琥珀酸酐中的一种或几种。
优选的，所述糖类物质为葡萄糖、蔗糖、淀粉和纤维素中的一种或几种。
优选的，所述均相反应的温度为60～140℃，时间≥0.5h。
优选的，所述均相反应完成后，还包括冷却。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的胶黏剂。
本发明还提供了上述技术方案所述的胶黏剂在人造板中的应用。
本发明提供了一种胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：将交联剂、糖类物质和水混合，进行均相反应，得到胶黏剂；所述交联剂包括多元酸和/或酸酐类物质；所述糖类物质以葡萄糖为结构单元。本发明所述的制备方法以多元酸和/或酸酐类物质作为交联剂对糖类物质进行交联改性，通过酯化反应相互连接形成三维交联结构的大分子酯化糖基构成的胶黏剂；然后将所述胶黏剂应用到板材中后，由于板材需要进行热加工，所述热加工使所述胶黏剂结构进一步聚合形成稳定的胶层，以有效提高了胶黏剂的结合强度和耐水性。且所述制备方法简单，成本低廉，易于实现工业化生产。
具体实施方式
本发明提供了一种胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
将交联剂、糖类物质和水混合，进行均相反应，得到胶黏剂；
所述交联剂包括多元酸和/或酸酐类物质；
所述糖类物质以葡萄糖为结构单元。
在本发明中，若无特殊说明，所有制备原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
在本发明中，所述交联剂包括多元酸和/或酸酐类物质；所述多元酸优选为顺丁烯二酸、磷酸、磷酸三乙酯、乙二酸、丙二酸、丙酸乙酯、丁二酸、柠檬酸、衣康酸和柠康酸中的一种或几种；所述酸酐类物质为顺丁烯二酸酐、衣康酸酐、柠康酸酐、琥珀酸酐和十二烷基琥珀酸酐中的一种或几种；当所述交联剂为上述具体选择中的两种以上时，本发明对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。在本发明中，当所述多元酸为磷酸时，所述磷酸优选为磷酸水溶液，本发明对所述磷酸水溶液的浓度没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的浓度即可。在本发明中，当所述多元酸为磷酸水溶液时，所述磷酸的用量优选以所述磷酸水溶液中的磷酸的用量计。
在本发明中，所述糖类物质以葡萄糖为结构单元；所述糖类物质优选为葡萄糖、蔗糖、淀粉和纤维素中的一种或几种；所述淀粉优选为可溶性淀粉，更优选为红薯淀粉、玉米淀粉和木薯淀粉中的一种或几种；当所述糖类物质为上述具体选择中的两种以上时，本发明对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。
在本发明中，所述水优选为去离子水。
在本发明中，所述交联剂和糖类物质的质量比优选为(0～3)：1，更优选为(0.6～1.8)：1，最优选为(1.0～1.2)：1；且所述交联剂的用量不为0。将所述交联剂和糖类物质的质量比控制在上述范围内能够保证三维交联结构的生成。
在本发明中，所述糖类物质和水的质量比优选为1：(0～5)，更优选为1：(0.2～2.5)，最优选为1：(0.5～2.0)。
本发明对所述混合的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
在本发明中，所述均相反应优选在回流的条件下进行；所述均相反应的温度优选为60～140℃，更优选为80～130℃，最优选为90～120℃；时间优选为≥0.5h，更优选为0.5～4h，最优选为0.5～2h。在本发明中，所述均相反应优选在搅拌的条件下进行，本发明对所述搅拌的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本发明中，所述均相反应优选为多元酸中的羧基与糖类物质中的羟基发生酯化反应，形成交联结构。在本发明中，将所述均相反应的时间控制在上述范围内，可以较好的控制酯化反应的程度，为后续将所述胶黏剂应用到板材中后，由于板材需要进行热加工，所述热加工使所述胶黏剂结构进一步聚合形成稳定的胶层提供更有利的条件。
所述均相反应完成后，本发明还优选包括冷却；本发明对所述冷却的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行并冷却至室温即可。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的胶黏剂。
本发明还提供了上述技术方案所述的胶黏剂在人造板中的应用。本发明对所述应用的方法没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方法进行即可。
下面结合实施例对本发明提供的胶黏剂及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将20g玉米淀粉、4g顺丁烯二酸和100g去离子水混合，140℃回流搅拌5h，冷却至室温，得到胶黏剂。
实施例2
将20g蔗糖、8g顺丁烯二酸和80g去离子水混合，120℃回流搅拌4h，冷却至室温，得到胶黏剂。
实施例3
将20g葡萄糖、12g顺丁烯二酸和60g去离子水混合，100℃回流搅拌3h，冷却至室温，得到胶黏剂。
实施例4
将20g葡萄糖、18.8g质量浓度为85wt％的磷酸水溶液和40g去离子水混合，80℃回流搅拌2h，冷却至室温，得到胶黏剂。
实施例5
将20g蔗糖、12g柠檬酸和20g去离子水混合，60℃回流搅拌1h，冷却至室温，得到胶黏剂。
实施例6
将20g蔗糖、24g顺丁烯二酸酐和100g去离子水混合，100℃回流搅拌0.5h，冷却至室温，得到胶黏剂。
对比例1
将20g葡萄糖和40g去离子水混合，110℃至全部溶解，得到葡萄糖水溶液。
对比例2
将20g蔗糖和40g去离子水混合，110℃至全部溶解，得到蔗糖水溶液。
对比例3
将20g淀粉和80g去离子水混合，110℃至全部溶解，得到淀粉水溶液。
对比例4
将20g淀粉和80g去离子水混合均匀后，水浴加热至65℃，调节体系pH为8～9，反应30min；加入10g质量浓度为10wt.％聚乙烯醇溶液和0.5g过硫酸铵，充分混合后，调节体系pH至为2，反应1h；加入2％四硼酸钠溶液，反应30min，冷却出料，得到氧化淀粉胶黏剂。
测试例
采用实施例1～6制备得到的胶黏剂、对比例1制备得到的葡萄糖水溶液、对比例2制备得到的蔗糖水溶液和对比例3制备得到的淀粉水溶液作为胶黏剂制备三层胶合板；
所述三层胶合板的制备方法为：
将厚度为1.5mm，含水率为8～9％的速生杨木进行双面施胶，每面的施胶量均为320g/m2，然后200℃，1MPa热压6min，得到单层胶合板；
按照GB/T 17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》中的相关方法，对三层胶合板的干态和湿态胶合强度进行测试。湿强度试样处理方法为：将所述三层胶合板置于置于热水(63±3℃)中浸泡3h，浸泡结束后将样品去除，并在半个小时以内进行测试，测试结果如表1所示：
表1三层胶合板的干态和湿态胶合强度
实施例 干态胶合强度 湿态胶合强度
实施例1 1.29±0.07 0.65±0.02
实施例2 1.20±0.06 0.73±0.07
实施例3 1.07±0.04 0.86±0.13
实施例4 1.01±0.09 1.00±0.15
实施例5 1.35±0.04 1.12±0.06
实施例6 1.24±0.08 1.18±0.02
对比例1 —— ——
对比例2 —— ——
对比例3 1.08±0.09 ——
对比例4 1.21±0.07 0.39±0.05
由表1可知，本发明所述的制备方法在引入多元酸后，可以使胶黏剂具有一定的胶合强度，且随着多元酸和糖类物质的质量比的增加有显著改善。利用本发明所述的制备方法制备得到的胶黏剂具有较好的力学性能和耐水性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种胶黏剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将交联剂、糖类物质和水混合，进行均相反应，得到胶黏剂；
所述交联剂包括多元酸和/或酸酐类物质；
所述糖类物质以葡萄糖为结构单元。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述交联剂和糖类物质的质量比为(0～3)：1；
且所述交联剂的用量不为0。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述糖类物质和水的质量比为1：(0～5)。
4.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述多元酸为顺丁烯二酸、磷酸、磷酸三乙酯、乙二酸、丙二酸、丙酸乙酯、丁二酸、柠檬酸、衣康酸和柠康酸中的一种或几种。
5.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述酸酐类物质为顺丁烯二酸酐、衣康酸酐、柠康酸酐、琥珀酸酐和十二烷基琥珀酸酐中的一种或几种。
6.如权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述糖类物质为葡萄糖、蔗糖、淀粉和纤维素中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述均相反应的温度为60～140℃，时间≥0.5h。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述均相反应完成后，还包括冷却。
9.权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到的胶黏剂。
10.权利要求9所述的胶黏剂在人造板中的应用。
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