CN114525079A - 一种无醛阻燃氯氧镁水泥基木材胶黏剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无机胶黏剂技术领域，尤其涉及一种无醛阻燃氯氧镁水泥基木材胶黏剂及其制备方法。所述胶黏剂，按重量份计，其包括：轻烧氧化镁100‑150份，六水合氯化镁60‑100份，以及，生物炭5‑40份。本发明提供的胶黏剂具有耐水性能好、抗压强度高、阻燃、无甲醛释放、胶接强度高、成本低的特点，同时可缓解木材滤过效应，实现木材胶接界面处氯氧镁水泥的结构调控，消除弱界面层，能够满足胶黏剂的工艺要求和实用性能。
Description
技术领域
本发明涉及无机胶黏剂技术领域，尤其涉及一种无醛阻燃氯氧镁水泥基木材胶黏剂及其制备方法。
背景技术
近年来，珍贵木材资源相对匮乏，人工林资源丰富，利用人工林速生材通过胶黏剂制备人造板是人居环境中家具地板、室内装饰装修的主要原材料。目前，人造板工业用胶黏剂绝大多数为脲醛树脂及其改性产品，该类胶黏剂因其原料充足、价格低廉、水溶性好等优势在木材工业中广泛应用，但此类木制品存在甲醛释放和火灾隐患的问题。随着人们生活水平提高，人居环境安全问题受到关注。采用无机胶黏剂制备人造板能解决人造板游离甲醛释放及火灾隐患问题，是一个重要的发展方向。
氯氧镁水泥是一种低碳水泥，与建筑中最常使用的硅酸盐水泥相比，具有高强度、低碱性、气硬性、与木材相容性好等优势，适合用于木质材料粘接。此外，氯氧镁水泥的应用可以增加钾肥产业废弃物氯化镁的增值利用，减少其对环境的危害。但氯氧镁水泥耐水性较差，且木材滤过效应会在胶接界面处形成弱界面层，影响其最终胶接强度和制品稳定性，限制其工业化应用。氯氧镁水泥耐水性差与其强度相5相晶体(5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O)在水中或湿环境中易水解成氢氧化镁有关。在之前的研究中，通常采用各种酸根离子或含活性SiO2类物质来改善氯氧镁水泥耐水性，然而加入这些改性剂会降低水泥的抗压强度。可见，开发一种兼顾耐水性和抗压强度的氯氧镁水泥胶黏剂，是本领域研发人员亟需解决的技术难题。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种胶黏剂，该胶黏剂可以有效解决传统胶黏剂存在的甲醛污染和火灾隐患的问题，以及氯氧镁水泥基胶黏剂耐水性差、胶接界面处存在弱界面层的问题；本发明的另一目的在于提供该胶黏剂的制备方法。
具体地，本发明提供以下技术方案：
本发明提供一种(无醛阻燃氯氧镁水泥基木材)胶黏剂，按重量份计，其包括：轻烧氧化镁100-150份，六水合氯化镁60-100份，以及，生物炭5-40份。
本发明意外发现，以轻烧氧化镁和六水合氯化镁为主要组分、以生物炭为性能增强剂，得到的胶黏剂具有墨鱼骨多孔结构，是一种具有稳定多重相互作用的氯氧镁水泥基胶黏剂；该胶黏剂在提高水泥耐水性能和抗压强度的同时，还能够缓解木材的滤过效应，消除弱界面层，实现木材胶接界面处氯氧镁水泥的结构调控，促进胶接接头处主要强度相5相的生成，从而提高木质复合材料的胶接强度。
具体而言，生物炭天然的多孔结构在氯氧镁水泥结晶过程中可以与水化产物形成保护性核壳结构，具有提高5相稳定性、阻止裂纹扩展、避免应力集中以及承受载荷的能力，从而提高氯氧镁水泥的耐水性能和抗压强度。此外，生物炭的引入可提高氯氧镁水泥基胶黏剂的渗透性，从而稳定木材胶接界面处各组分的合理配比并缓解木材滤过效应。同时，生物炭表面丰富的活性官能团(羧基、酚羟基、羟基)可以与Mg2+离子形成稳定的多重相互作用(物理吸附、静电吸引及表面络合)，为5相晶体的生成提供更多的成核位点，提高氯氧镁水泥的内聚强度，从而进一步提升胶黏剂性能。
作为优选，按重量份计，所述胶黏剂还包括：水30-60份。
为了进一步提高胶黏剂的各方面性能，本发明对其配方进行了优化，具体如下：
作为优选，所述胶黏剂包括如下重量份的组分：轻烧氧化镁100-120份，六水合氯化镁60-70份，水30-45份，生物炭5-25份。
作为优选，所述胶黏剂包括如下重量份的组分：轻烧氧化镁100-110份，六水合氯化镁60-70份，水35-45份，生物炭5-21份。
作为优选，所述胶黏剂包括如下重量份的组分：轻烧氧化镁106份，六水合氯化镁64份，水40份，生物炭5-21份。
作为优选，所述生物炭是由玉米秸秆在高温、无氧条件下经裂解、炭化得到；按照上述方式制备生物炭，有利于生态环境保护和农业废弃物的高效高值化利用，降低胶黏剂使用成本。
作为优选，所述生物炭的粒径为200±5目。
作为优选，所述轻烧氧化镁的活性为60-70％，氧化镁含量为80-90％。
作为优选，所述水选自自来水、软化水、去离子水中的一种或几种。
如此，本发明即提供了一种无醛阻燃氯氧镁水泥基木材胶黏剂，该胶黏剂具有耐水性能好、抗压强度高、阻燃、无甲醛释放、胶接强度高、成本低的特点，同时可缓解木材滤过效应，实现木材胶接界面处氯氧镁水泥的结构调控，消除弱界面层，能够满足胶黏剂的工艺要求和实用性能。
本发明还提供以上所述的胶黏剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将六水合氯化镁和水混合均匀，得分散液；
(2)将轻烧氧化镁、生物炭和所述分散液混合均匀，即得。
作为优选，所述混合均在室温(25±2℃)条件下进行。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过仿生、物理和化学协同改性制备了具有墨鱼骨多孔结构和多重相互作用的阻燃、无醛氯氧镁水泥基胶黏剂，不仅解决了室内胶合板甲醛污染和火灾隐患问题，而且符合可持续发展理念。
(2)本发明利用生物炭天然的多孔结构和丰富的活性官能团，提高了氯氧镁水泥的耐水性能和抗压强度；同时提高了胶黏剂的渗透性和稳定性，缓解木材滤过效应，实现木材胶接界面处氯氧镁水泥的结构调控并消除弱界面层，从而赋予木质复合材料良好的胶接强度。
(3)本发明以生物炭为增强剂，其主要来源于农林废弃物，来源广泛，价格便宜，有助于实现废弃物的高效高值化利用，减少对化石资源的依赖，有利于生态环境保护。
(4)本发明提供的无醛阻燃氯氧镁水泥基木材胶黏剂遵循环保可持续发展的原则，制备方法简单、成本低、原材料来源广泛，有利于实现建筑材料的可持续发展及工业化应用。
经实验证明：本发明的胶黏剂形成墨鱼骨多孔结构，具有耐水性能好、抗压强度高、干/湿胶合强度高、阻燃、无甲醛释放等优点，可解决木材的滤过效应，消除弱界面层，实现木材胶接界面处氯氧镁水泥胶黏剂的结构调控，而且产品性能稳定。
附图说明
图1为实施例1-4和对比例自然养护3天、7天和28天制备的氯氧镁水泥基胶黏剂的抗压强度；
图2为实施例1-4和对比例自然养护7天后再泡水7天的氯氧镁水泥基胶黏剂的残余抗压强度和耐水系数；
图3为实施例2和对比例自然养护28天后制备的氯氧镁水泥基胶黏剂的SEM图对比；
图4为利用实施例1-4和对比例的氯氧镁水泥基胶黏剂制备木质复合材料，测得的干/湿胶合强度；
图5为实施例1-4和对比例制备的氯氧镁水泥基胶黏剂在木材胶接界面处胶层的物相成分及含量分析；
图6为实施例2和对比例制备的氯氧镁水泥基胶黏剂在木材胶接界面处胶层的断裂面SEM图对比；
图7为实施例2和对比例制备的氯氧镁水泥基胶黏剂垂直于木材胶接界面的断面SEM图及能谱图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
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。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
以下实例中所涉及的轻烧氧化镁购于广州丹林贸易有限公司，其氧化镁含量为84％，活性为64％。
实施例1
本实施例提供一种胶黏剂，其包括如下重量份的组分：轻烧氧化镁106份，六水合氯化镁64份，水40份，生物炭5.25份。
本实施例还提供上述胶黏剂的制备方法：包括如下步骤：
(1)将六水合氯化镁分散在水中，在室温条件下搅拌均匀；
(2)将轻烧氧化镁和生物炭缓慢加入到步骤(1)得到的分散液中，在室温条件下搅拌均匀，即得具有墨鱼骨多孔结构的氯氧镁水泥基胶黏剂。
实施例2
本实施例提供一种胶黏剂，其包括如下重量份的组分：轻烧氧化镁106份，六水合氯化镁64份，水40份，生物炭10.5份。
本实施例还提供上述胶黏剂的制备方法：包括如下步骤：
(1)将六水合氯化镁分散在水中，在室温条件下搅拌均匀；
(2)将轻烧氧化镁和生物炭缓慢加入到步骤(1)得到的分散液中，在室温条件下搅拌均匀，即得具有墨鱼骨多孔结构的氯氧镁水泥基胶黏剂。
实施例3
本实施例提供一种胶黏剂，其包括如下重量份的组分：轻烧氧化镁106份，六水合氯化镁64份，水40份，生物炭15.75份。
本实施例还提供上述胶黏剂的制备方法：包括如下步骤：
(1)将六水合氯化镁分散在水中，在室温条件下搅拌均匀；
(2)将轻烧氧化镁和生物炭缓慢加入到步骤(1)得到的分散液中，在室温条件下搅拌均匀，即得具有墨鱼骨多孔结构的氯氧镁水泥基胶黏剂。
实施例4
本实施例提供一种胶黏剂，其包括如下重量份的组分：轻烧氧化镁106份，六水合氯化镁64份，水40份，生物炭21份。
本实施例还提供上述胶黏剂的制备方法：包括如下步骤：
(1)将六水合氯化镁分散在水中，在室温条件下搅拌均匀；
(2)将轻烧氧化镁和生物炭缓慢加入到步骤(1)得到的分散液中，在室温条件下搅拌均匀，即得具有墨鱼骨多孔结构的氯氧镁水泥基胶黏剂。
对比例
本对比例提供一种胶黏剂，其包括如下重量份的组分：轻烧氧化镁106份，六水合氯化镁64份，水40份。
本对比例还提供上述胶黏剂的制备方法：包括如下步骤：
(1)将六水合氯化镁分散在水中，在室温条件下搅拌均匀；
(2)将轻烧氧化镁缓慢加入到步骤(1)得到的分散液中，在室温条件下搅拌均匀，即得氯氧镁水泥基胶黏剂。
试验例
对实施例和对比例的胶黏剂进行性能测试，具体如下：
1、抗压强度
图1为实施例1-4和对比例自然养护3天、7天和28天制备的氯氧镁水泥基胶黏剂的抗压强度。抗压强度实验是利用万能力学试验机(WD W-50)以5mm/分钟的加载速率测得。由图1可知，实施例1-4制备的氯氧镁水泥基胶黏剂自然养护3天、7天和28天后抗压强度均高于对比例，且抗压强度最高可达42.73MPa、60.8MPa和73.96MPa，相比于对比例分别提高了6.93％、19.17％和32.33％。
2、耐水性能
图2为实施例1-4和对比例自然养护7天后再泡水7天的氯氧镁水泥基胶黏剂的残余抗压强度和耐水系数。由图2可知，实施例1-4制备的氯氧镁水泥基胶黏剂耐水性能均高于对比例，泡水7天后残余抗压强度和耐水系数最高可达53.22MPa和0.87，相比于对比例分别提高了140.92％和102.33％。
耐水系数由以下公式计算得出：
耐水系数(7天)＝自然养护7天后再泡水7天的抗压强度/自然养护7天的抗压强度。
3、SEM表征
图3为实施例2和对比例自然养护28天后制备的氯氧镁水泥基胶黏剂的SEM图对比。由图3可知，生物炭改性后的氯氧镁水泥基胶黏剂结构致密连续，没有裂纹，并且与水化产物形成了保护性的核壳结构。
4、胶合强度
图4为利用实施例1-4和对比例的氯氧镁水泥基胶黏剂制备木质复合材料，测得的干/湿胶合强度。木质复合材料采用以下制备工艺参数：
板材：椴木，含水率约4％，厚度4mm；
施胶：400g/m2涂胶量，25mm×25mm涂胶面积；
固化：固化时间7天，固化温度25±2℃，固化湿度60±5％；
冷压：冷压温度25℃，冷压压力0.8MPa，冷压时间24小时。
由图4可知，利用实施例1-4的氯氧镁水泥基胶黏剂制备的木质复合材料的干/湿态胶合强度均高于对比例，干/湿态胶合强度最高可达3.08MPa和1.63MPa，相比于对比例提高了15.80％和31.45％。
5、胶层物相含量
图5为实施例1-4和对比例制备的氯氧镁水泥基胶黏剂在木材胶接界面处胶层的物相成分及含量分析。由图5可知，实施例1-4的氯氧镁水泥基胶黏剂在木材胶接界面处胶层中的5相含量均高于对比例，且氧化镁含量均低于对比例，表明生物炭改性的氯氧镁水泥基胶黏剂有效改善了木材滤过效应，实现了氯氧镁水泥结构调控，消除了弱界面层形成。
6、胶层断裂面SEM表征
图6为实施例2和对比例制备的氯氧镁水泥基胶黏剂在木材胶接界面处胶层的断裂面SEM图对比。由图6可知，生物炭改性的氯氧镁水泥基胶黏剂胶接断裂面呈现出纤维拉出形貌及大量针棒状5相晶体结构，表明改性的氯氧镁水泥基胶黏剂与木材之间形成了更多的胶钉及界面相互作用，改善了木材滤过效应。
7、胶层渗透性
图7为实施例2和对比例制备的氯氧镁水泥基胶黏剂垂直于木材胶接界面的断面SEM图及能谱图。由图7可知，生物炭改性后提高了氯氧镁水泥基胶黏剂的渗透性并改善了木材滤过效应。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种胶黏剂，其特征在于，按重量份计，其包括：轻烧氧化镁100-150份，六水合氯化镁60-100份，以及，生物炭5-40份。
2.根据权利要求1所述的胶黏剂，其特征在于，按重量份计，其还包括：水30-60份。
3.根据权利要求1或2所述的胶黏剂，其特征在于，其包括如下重量份的组分：轻烧氧化镁100-120份，六水合氯化镁60-70份，水30-45份，生物炭5-25份。
4.根据权利要求1-3任一项所述的胶黏剂，其特征在于，其包括如下重量份的组分：轻烧氧化镁100-110份，六水合氯化镁60-70份，水35-45份，生物炭5-21份。
5.根据权利要求1-4任一项所述的胶黏剂，其特征在于，其包括如下重量份的组分：轻烧氧化镁106份，六水合氯化镁64份，水40份，生物炭5-21份。
6.根据权利要求1-5任一项所述的胶黏剂，其特征在于，所述生物炭是由玉米秸秆在高温、无氧条件下经裂解、炭化得到。
7.根据权利要求1-6任一项所述的胶黏剂，其特征在于，所述生物炭的粒径为200±5目。
8.根据权利要求1-7任一项所述的胶黏剂，其特征在于，所述轻烧氧化镁的活性为60-70％，氧化镁含量为80-90％。
9.权利要求1-8任一项所述的胶黏剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将六水合氯化镁和水混合均匀，得分散液；
(2)将轻烧氧化镁、生物炭和所述分散液混合均匀，即得。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述混合均在室温条件下进行。
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