CN114752326A - 一种多组分乙二醛树脂胶黏剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多组分乙二醛树脂胶黏剂及其制备方法与应用。所述的多组分乙二醛树脂胶黏剂由乙二醛分子链段、尿素分子链段、三聚氰胺分子链段和脂肪胺分子链段组成。制备方法包括乙二醛尿素初期聚合物GU制备、乙二醛‑尿素‑三聚氰胺初期聚合物GUM制备、多组分乙二醛树脂制备步骤。应用为所述的多组分乙二醛树脂胶黏剂在制备人造板中的应用。本发明以乙二醛替代甲醛合成胶黏剂并用于刨花板制造，产品轻质高强、性能优异且无甲醛释放隐患，同时，由于在刨花板制备过程中引入美拉德反应，可赋予刨花板产品特殊的香气，有利于消除刨花板难闻的气味。本发明的技术也可用于中密度纤维板、胶合板和其它木材胶合制品的生产。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种多组分乙二醛树脂胶黏剂及其制备方法与应用。
背景技术
甲醛树脂是人造板工业最重要的胶黏剂，广泛用于刨花板生产制造。由于合成过程中大量使用甲醛，导致刨花板使用过程中存在甲醛释放隐患。同时由于甲醛的官能度低，树脂胶黏剂性能整体性能不高，最终导致刨花板物理力学性能特别是尺寸稳定性不高，限制了刨花板使用范围。
由于刨花板制造过程中使用甲醛系列胶黏剂，以及干燥和热压过程中高温作用导致木材分子化学键断裂释放小分子化合物等原因，导致刨花板产品产生刺鼻的气味，而且还会延续一段时间，给用户带来不愉快的感觉。
为消除甲醛释放隐患，刨花板制造过程中可使用异氰酸酯类胶黏剂，但异氰酸酯类胶黏剂存在如下不足：1）异氰酸酯价格通常是甲醛系列树脂的3~5倍，生产成本高；2）使用异氰酸酯类胶黏剂生产刨花板时，容易发生粘热压板等问题，需要使用脱模剂；3）异氰酸酯易与水反应，因此计量和泵送系统不能有水存在，与目前广泛使用的水溶性树脂体系兼容性差；4）异氰酸酯单体毒性很强，通常需要在全封闭环境中生产。上述因素限制了异氰酸酯类胶黏剂在刨花板生产中的应用，市场份额占比仅为5%左右。
虽然也有使用生物质胶黏剂如大豆蛋白胶黏剂等生产刨花板的报道，但受生产技术和原料等因素限制，未能实现大规模工业化应用。
为了消除刨花板气味，部分工厂使用去味剂，但效果不明显。因此，开发一种能解决上述技术问题的方法是非常必要的。
发明内容
针对甲醛系列树脂缺陷和异氰酸酯类胶黏剂等不足，本发明提出了使用乙二醛替代甲醛生产刨花板的技术方法，旨在彻底消除甲醛释放隐患。同时，通过引入多种组分参与树脂合成，优化树脂分子结构，赋予刨花板优异的物理力学性能。本发明的多组分乙二醛树脂属于水溶性树脂，具备与常规脲醛树脂相似的反应活性和操作性能，同时，本发明的多组分乙二醛树脂基刨花板制备方法与常规刨花板制备方法相近，易于与现有生产技术相衔接。
使用乙二醛合成树脂的技术已在造纸和纺织工业领域获得广泛应用，但使用相关技术合成的乙二醛的树脂分子量小，难以形成三维网状树脂结构，无法满足刨花板产品性能要求。围绕以乙二醛为原料合成人造板胶黏剂的努力从未间断，包括与甲醛系列树脂共缩聚等，但受乙二醛反应活性限制以及合成反应中乙二醛分子易成环等困扰，乙二醛树脂一直未能在人造板工业领域实现工业化应用。
本发明针对上述问题，结合乙二醛化学特征，采用链段分步构建方法，根据反应不同阶段初期聚合物反应活性，引入不同单体参与合成反应，逐步延长分子链并赋予树脂不同性能，弥补了乙二醛反应活性低并消除了乙二醛分子易成环等缺陷。同时，本发明在刨花板制备过程中引入美拉德反应，有利于消除刨花板难闻的气味，赋予刨花板产品特殊的香气和愉悦的使用感。
本发明的技术也可用于中密度纤维板、胶合板和其它木材胶合制品的生产。
本发明公开了一种包含美拉德反应的多组分乙二醛树脂基刨花板及其制备方法，其特征在于该刨花板以多组分乙二醛树脂为胶黏剂，制备方法包括多组分乙二醛树脂合成工序和常规刨花板制备工序。分子结构中包含乙二醛分子链段A（-CH2-CH2-）、尿素分子链段B（-N-CO-N-）、三聚氰胺分子链段C[C3N3(NH-)3]和脂肪胺分子链段D（-CH2-NH-），其中链段构成比例为A:B:C:D=1:0.3~0.9:0.1~0.7:0~0.5。本发明所述的制备方法中，其中多组分乙二醛树脂合成工序，其特征在于链段分步构建，先合成乙二醛尿素分子链段，再嵌入三聚氰胺和脂肪胺分子链段。将多组分乙二醛树脂、刨花和美拉德反应试剂按绝干重量比1:5~10:0.01~0.1混合均匀后，再按照常规刨花板的铺装、预压、热压等工艺参数，完成包含美拉德反应的多组分乙二醛树脂基刨花板制造。
本发明所述的多组分乙二醛树脂同时满足如下条件：高支化度、高分子量、高官能度、良好的水溶性、具有类似甲醛系列树脂的反应活性，同时具备美拉德反应的官能团。
本发明的第一目的在于提供所述的多组分乙二醛树脂胶黏剂；第二目的在于提供所述的多组分乙二醛树脂胶黏剂的制备方法；第三目的在于提供所述的多组分乙二醛实质胶黏剂的应用。
本发明的第一目的是这样实现的，所述的多组分乙二醛树脂胶黏剂由乙二醛分子链段、尿素分子链段、三聚氰胺分子链段和脂肪胺分子链段组成。
本发明的第二目的是这样实现的，包括乙二醛尿素初期聚合物GU制备、乙二醛-尿素-三聚氰胺初期聚合物GUM制备、多组分乙二醛树脂制备，具体包括：
A、乙二醛尿素初期聚合物GU制备：将配方配比的乙二醛加入到反应釜中，搅拌下加入催化剂和配方配比的尿素，在温度50~100℃下反应10~60min得到乙二醛尿素初期聚合物GU；
B、乙二醛-尿素-三聚氰胺初期聚合物GUM制备：调整乙二醛尿素初期聚合物GU的pH值为4.0~7.5，搅拌条件下加入配方配比的三聚氰胺，在温度40~90℃下反应10~60min得到乙二醛-尿素-三聚氰胺初期聚合物GUM；
C、多组分乙二醛树脂制备：将配方配比的脂肪胺化合物在搅拌条件下加入到乙二醛-尿素-三聚氰胺初期聚合物GUM中，在温度40~90℃下反应20~60min，调整pH值为7.0~8.0得到目标物多组分乙二醛树脂胶黏剂。
本发明的多组分乙二醛树脂的合成工序，其特征在于链段分步构建，制备方法如下：
（1）向反应釜中加入计量的乙二醛，搅拌下加入催化剂和尿素，控制乙二醛与尿素的摩尔比为1: 0.3~0.9，控制温度在50~100℃之间，保温反应10-60分钟，得到乙二醛尿素初期聚合物GU；
（2）调整pH值在4.0-7.5之间，搅拌下向反应体系中加入计量三聚氰胺，控制乙二醛与三聚氰胺的摩尔比为1: 0.1~0.7，控制温度在40~90℃之间，保温反应10-60分钟，得到乙二醛-尿素-三聚氰胺初期聚合物GUM；
（3）搅拌下向反应体系中加入计量脂肪胺化合物，控制乙二醛与脂肪胺的摩尔比为1: 0~0.5，保温反应20-60分钟后，调整pH值，得到多组分乙二醛树脂。
本发明的第三目的是这样实现的，所述的多组分乙二醛树脂胶黏剂在制备人造板中的应用。
本发明的包含美拉德反应的多组分乙二醛树脂基刨花板制备方法，其特征在于将多组分乙二醛树脂、刨花和美拉德反应试剂按绝干重量比1:5~10: 0.01~0.1混合均匀后，再按照常规刨花板的铺装、预压、热压等工艺参数，完成多组分乙二醛树脂基刨花板制造。
本发明具有如下优点：
（1）本发明方法操作简单，不改变现有脲醛树脂的合成方法和合成装置，不改变现有刨花板生产设备和生产工艺流程。
（2）本发明的刨花板具有与甲醛系列树脂刨花板相同的物理力学性能，且具有更优异的内结合强度。
（3）本发明在刨花板制备过程中引入美拉德反应，有利于消除刨花板难闻的气味，赋予刨花板产品特殊的香气和愉悦的使用感。
（4）本发明的技术也可用于中密度纤维板、胶合板和其它木材胶合制品的生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
本发明所述的多组分乙二醛树脂胶黏剂由乙二醛分子链段、尿素分子链段、三聚氰胺分子链段和脂肪胺分子链段组成。
所述的乙二醛分子链段、尿素分子链段、三聚氰胺分子链段和脂肪胺分子链段的构成比例为：1：（0.3~0.9）：（0.1~0.7）：（0~0.5）。
所述的多组分乙二醛树脂胶黏剂为浅黄色水溶性树脂，固体含量为45~65%。
本发明所述的多组分乙二醛树脂胶黏剂的制备方法，包括乙二醛尿素初期聚合物GU制备、乙二醛-尿素-三聚氰胺初期聚合物GUM制备、多组分乙二醛树脂制备，具体包括：
A、乙二醛尿素初期聚合物GU制备：将配方配比的乙二醛加入到反应釜中，搅拌下加入催化剂和配方配比的尿素，在温度50~100℃下反应10~60min得到乙二醛尿素初期聚合物GU；
B、乙二醛-尿素-三聚氰胺初期聚合物GUM制备：调整乙二醛尿素初期聚合物GU的pH值为4.0~7.5，搅拌条件下加入配方配比的三聚氰胺，在温度40~90℃下反应10~60min得到乙二醛-尿素-三聚氰胺初期聚合物GUM；
C、多组分乙二醛树脂制备：将配方配比的脂肪胺化合物在搅拌条件下加入到乙二醛-尿素-三聚氰胺初期聚合物GUM中，在温度40~90℃下反应20~60min，调整pH值为7.0~8.0得到目标物多组分乙二醛树脂胶黏剂。
A步骤中所述的催化剂为NaOH、Na2CO3、单乙醇胺、或二乙醇胺。
本发明所述的应用为所述的多组分乙二醛树脂胶黏剂在制备人造板中的应用。所述的人造板为密度纤维板、胶合板或刨花板。
所述的刨花板的制备方法是将所述的多组分乙二醛树脂胶黏剂、刨花和美拉德反应试剂混合均匀后，再按照常规刨花板的铺装、预压、热压即制备得到多组分乙二醛树脂刨花板。
所述的多组分乙二醛树脂胶黏剂、刨花和美拉德反应试剂的绝干重量比为1：（5~10）：（0.01~1）。
下面以具体实施案例对本发明做进一步说明：
实施例1
（1）向反应釜中加入计量的乙二醛，搅拌下加入催化剂和尿素，控制乙二醛与尿素的摩尔比为1: 0.3~0.9，控制温度在50℃，保温反应10分钟，得到乙二醛尿素初期聚合物GU；
（2）调整pH值在4.0-7.5之间，搅拌下向反应体系中加入计量三聚氰胺，控制乙二醛与三聚氰胺的摩尔比为1: 0.1~0.7，控制温度在40℃，保温反应60分钟，得到乙二醛-尿素-三聚氰胺初期聚合物GUM；
（3）搅拌下向反应体系中加入计量脂肪胺化合物，控制乙二醛与脂肪胺的摩尔比为1: 0~0.5，保温反应20分钟后，调整pH值，得到多组分乙二醛树脂；
（4）将多组分乙二醛树脂、刨花和美拉德反应试剂按绝干重量比1:5~10: 0.01~0.1混合均匀后，再按照常规刨花板的铺装、预压、热压等工艺参数，完成包含美拉德反应的多组分乙二醛树脂基刨花板制造。
实施例所得到的刨花板性能如下：
实施例2
（1）向反应釜中加入计量的乙二醛，搅拌下加入催化剂和尿素，控制乙二醛与尿素的摩尔比为1: 0.3~0.9，控制温度在100℃，保温反应60分钟，得到乙二醛尿素初期聚合物GU；
（2）调整pH值在4.0-7.5之间，搅拌下向反应体系中加入计量三聚氰胺，控制乙二醛与三聚氰胺的摩尔比为1: 0.1~0.7，控制温度在90℃，保温反应10分钟，得到乙二醛-尿素-三聚氰胺初期聚合物GUM；
（3）搅拌下向反应体系中加入计量脂肪胺化合物，控制乙二醛与脂肪胺的摩尔比为1: 0~0.5，保温反应60分钟后，调整pH值，得到多组分乙二醛树脂；
（4）将多组分乙二醛树脂、刨花和美拉德反应试剂按绝干重量比1:5~10: 0.01~0.1混合均匀后，再按照常规刨花板的铺装、预压、热压等工艺参数，完成包含美拉德反应的多组分乙二醛树脂基刨花板制造。
本实施例所得到的刨花板性能如下：
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种多组分乙二醛树脂胶黏剂，其特征在于，所述的多组分乙二醛树脂胶黏剂由乙二醛分子链段、尿素分子链段、三聚氰胺分子链段和脂肪胺分子链段组成。
2.根据权利要求1所述的多组分乙二醛树脂胶黏剂，其特征在于，所述的乙二醛分子链段、尿素分子链段、三聚氰胺分子链段和脂肪胺分子链段的构成比例为：1：（0.3~0.9）：（0.1~0.7）：（0~0.5）。
3.根据权利要求1或2所述的多组分乙二醛树脂胶黏剂，其特征在于，所述的多组分乙二醛树脂胶黏剂为浅黄色水溶性树脂，固体含量为45~65%。
4.一种权利要求1~3任一所述的多组分乙二醛树脂胶黏剂的制备方法，其特征在于包括乙二醛尿素初期聚合物GU制备、乙二醛-尿素-三聚氰胺初期聚合物GUM制备、多组分乙二醛树脂制备，具体包括：
A、乙二醛尿素初期聚合物GU制备：将配方配比的乙二醛加入到反应釜中，搅拌下加入催化剂和配方配比的尿素，在温度50~100℃下反应10~60min得到乙二醛尿素初期聚合物GU；
B、乙二醛-尿素-三聚氰胺初期聚合物GUM制备：调整乙二醛尿素初期聚合物GU的pH值为4.0~7.5，搅拌条件下加入配方配比的三聚氰胺，在温度40~90℃下反应10~60min得到乙二醛-尿素-三聚氰胺初期聚合物GUM；
C、多组分乙二醛树脂制备：将配方配比的脂肪胺化合物在搅拌条件下加入到乙二醛-尿素-三聚氰胺初期聚合物GUM中，在温度40~90℃下反应20~60min，调整pH值为7.0~8.0得到目标物多组分乙二醛树脂胶黏剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，A步骤中所述的催化剂为NaOH、Na2CO3、单乙醇胺、或二乙醇胺。
6.一种权利要求1~3任一所述的多组分乙二醛树脂胶黏剂的应用，其特征在于所述的多组分乙二醛树脂胶黏剂在制备人造板中的应用。
7.根据权利要求6所述的多组分乙二醛树脂胶黏剂的应用，其特征在于所述的人造板为密度纤维板、胶合板或刨花板。
8.根据权利要求7所述的多组分乙二醛树脂胶黏剂的应用，其特征在于所述的刨花板的制备方法是将所述的多组分乙二醛树脂胶黏剂、刨花和美拉德反应试剂混合均匀后，再按照常规刨花板的铺装、预压、热压即制备得到多组分乙二醛树脂刨花板。
9.根据权利要求8所述的多组分乙二醛树脂胶黏剂的应用，其特征在于所述的多组分乙二醛树脂胶黏剂、刨花和美拉德反应试剂的绝干重量比为1：（5~10）：（0.01~1）。
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