CN115029084A - 一种ab双组份快干水基木工胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种AB双组份快干水基木工胶,由A组份胶料和B组份胶料组成,其中A组份胶料由质量比为30‑50:40‑70:2‑10份的合成聚醋酸乙烯酯乳胶、浆料和多胺类化合物混合而成,目前国内关于这类AB双组份快干水基木工胶的室温快速定位技术报道较少,本发明利用乙二醛与多胺类化合物在常温下能快速交联反应的特点,可以给木材粘接界面提供一个瞬间的高粘结强度,它不需要热压,在较短时间内就可以使胶层达到较高的粘结强度,在板材胶合过程中有助于节省能耗、提升效率,符合国家绿色环保低碳政策,有望助力板材生产制造行业向低碳节能方向发展。
Description
技术领域
本发明涉及到木材胶粘剂及木材加工领域,主要涉及一种AB双组份快干水基木工胶及其制备方法。
技术背景
在木材加工领域,各种水基胶粘剂常被用来实现木块、木料等木制品的拼接、胶合,从而制造出各种可供人类生产、生活使用的木制墙板、地板、建筑模板、家具、门板等各类木制板材。在激烈的行业竞争环境下,提升企业的生产制造效率、缩短供应链周期,有助于企业缩减成本、提升市场竞争力。通常情况下,板材生产企业从原材料木料到最终产成品胶合板的工艺制造流程包括开料、裁切、冷(热)压粘合、养护成型、二次加工等工序模块。其中冷(热)压粘合、成型养护等工序涉及到水基胶粘剂的应用,为了确保胶合后的板材能够快速满足二次加工或交付使用的强度要求,提升整体流通或加工效率,人们通常采用两种方法:一是对涂胶后的板材,在压合阶段采用高频热压工序,加速水基胶中水分的快速挥发从而缩短胶合板材达到较高粘接强度需要的时间,此种加工方式虽然效率较高,但设备投资大,能耗高;二是采用常规的冷压工序,通过延长胶合板材的养护时间来满足其强度要求,这种工序不需要大的设备投资,且冷压相对节能,但需要延长胶合后板材的养护时间,因此效率相对较低。
若能够开发出一款快干型水基胶粘剂,能够使胶合板材在短时间的冷压条件下就能获得较高的胶合强度,这不仅能提升整体板材生产制造效率,而且制造过程也更加节能、低碳。因此,开展对快干型水基胶粘剂的研发工作对板材制造企业具有重要的实用价值和经济价值。
目前,行业使用的水基快干木工胶主要有酸固化的脲醛胶体系、脲醛胶与普通白乳胶的共混乳胶体系以及高频热压聚醋酸乙烯酯白乳胶等,基于脲醛胶体系的快干胶有甲醛释放的缺陷,高频热压胶虽然健康环保,但需要较大的设备投资,且能耗高。已经报道的关于快干型水基木工胶的研究进展主要如下:林先核(DOI:10.13416/j.ca.2005.04.011)报道了一种A/B双组份的快干型木材粘合剂,其A组分胶由叔-醋-丙单体共聚得到,B组份为一种氨基改性的缩醛树脂,涂胶的板材两边压合后3-5min基本可以固化定型;专利CN101851475 A报道了一种基于聚醋酸乙烯酯白乳胶体系的节能环保抗流淌水性快干胶,其创新点主要注重于合成工艺的改进,它是用纳米蒙托土的添加等方法来改善水基胶的快干问题,且缺乏在具体领域应用的案例。
发明内容
本发明提供了一种AB双组份快干水基木工胶及其制备方法,本发明的一种AB双组份快干水基木工胶,使用时将A组份胶料和B组份胶料分别涂在两块木板的胶合面上,不需要热压,在较短时间内就可以使胶层达到较高的粘结强度,从而有助于节省能耗、提升效率,其能在木块压板胶领域上应用。
一种AB双组份快干水基木工胶,由A组份胶料和B组份胶料组成,
其中A组份胶料由质量比为30-50:40-70:2-10份的合成聚醋酸乙烯酯乳胶、浆料和多胺类化合物混合而成,
所述的B组份胶料为乙二醛的水溶液;
所述的合成聚醋酸乙烯酯乳胶由以下组分按照以下质量份数比制备而成:
水30-50份
聚乙烯醇2-6份
pH调节剂0.1-1.0份
乳化剂0.3-1.0份
消泡剂0.1-0.2份
引发剂0.5-2.0份
混合单体40-50份
增塑剂1-4份
防腐剂0.2-0.4份
所述的浆料由以下组分按照以下质量份数比制备而成:
水30-45份
聚乙烯醇2-7份
碳酸钙粉40-70份
消泡剂0.1-0.3份
防腐剂0.1-0.3份。
优选地,所述的PH调节剂为醋酸钠或碳酸氢钠。
优选地,所述的乳化剂为非离子烷基聚氧乙烯醚类乳化剂。
优选地,所述的消泡剂为矿物油类消泡剂。
优选地,所述引发剂为过硫酸铵引发剂。
优选地,所述增塑剂为二丙二醇二苯甲酸酯增塑剂。
优选地,所述防腐剂为异噻唑啉酮类防腐剂。
优选地,所述的碳酸钙粉为800目重质碳酸钙粉。
优选地,所述多胺类化合物为聚乙烯亚胺类化合物。
所述的B组份胶料中乙二醛的水溶液中的乙二醛的浓度为15-30wt%.
一种AB双组份快干水基木工胶的制备方法,
所述的合成聚醋酸乙烯酯乳胶由以下方法制备而成:
在常温条件下,向反应釜中加入30-50份水,控制反应釜内搅拌速率为110-200rpm,然后加入聚乙烯醇2-6份,逐渐升温至90-95℃,然后保温1-2h后开始降温;待降温到75-82℃后,加入0.1-1.0份PH调节剂、0.3-1.0份乳化剂、0.1-0.2份消泡剂和引发剂总量的25-45%,然后滴加混合单体;混合单体的滴加时间为4-6h,在单体滴加过程中每隔1h补加引发剂的7-12%;单体滴加完毕后,将反应温度升高到85-90℃保温反应1-2h后降温到30-50℃,加入计算量的1-4份增塑剂和0.2-0.4份防腐剂,搅拌均匀后即可出料,得到所述的合成聚醋酸乙烯酯乳胶;
所述的浆料由以下方法制备而成:
在常温条件下,向反应釜中加入30-45份水,然后设置反应釜中的搅拌速率为120-180rpm,接着将混合均匀后的2-7份聚乙烯醇粒状物与40-70份碳酸钙一起加入到反应釜中,接着加入0.1-0.3份消泡剂,升温至90-95℃,保温1-2h后开始降温;待温度降到35-45℃后加入0.1-0.3份防腐剂,继续搅拌5-10min后即得所述的浆料,
最后将合成聚醋酸乙烯酯乳胶、浆料和多胺类化合物按比例混合而成。
使用时,将A组分胶料按照涂胶量150g/m2涂刷在木块粘合面一边,将B组分乙二醛的水溶液刷在另一木块的胶合面上,立即将两个木块叠合(叠合面积为25mm×25mm)并施加0.5-1.0MPa的压力,持续压合指定时间后取下小木块立即进行压缩剪切强度测试。
本发明的有益之处:目前国内关于这类AB双组份快干水基木工胶的室温快速定位技术报道较少,本发明利用乙二醛与多胺类化合物在常温下能快速交联反应的特点,可以给木材粘接界面提供一个瞬间的高粘结强度,它不需要热压,在较短时间内就可以使胶层达到较高的粘结强度,在板材胶合过程中有助于节省能耗、提升效率,符合国家绿色环保低碳政策,有望助力板材生产制造行业向低碳节能方向发展。
附图说明
图1是不同PEI600添加量的90s定位压缩剪切强度图表。
图2是不同PEI分子量的90s定位压缩剪切强度图表。
图3是不同定位时间的压缩剪切强度图表。
具体实施方式
下面结合具体实施案例对本发明作进一步阐述,为了凸显本发明的关键技术节点,以实施例1中的合成乳胶和浆料为固定组分,着重探讨了A组分胶料中聚乙烯亚胺化合物的含量、分子量大小对桦木块定位后的压缩剪切强度的影响,并探讨了添加有PEI(聚乙烯亚胺)和未添加有PEI的A组分配方在不同定位时间作用后的压缩剪切强度。
实施例1
一种AB双组份快干水基木工胶A组份胶料由以下聚醋酸乙烯酯合成乳胶、浆料、多胺类化合物按照以下方式配制而成:
(1)聚醋酸乙烯酯乳胶合成:
在常温条件下,向反应釜中加入45份水,控制搅拌速率为150rpm,加入4份聚乙烯醇,逐渐升温至92℃,保温1h后开始降温;待降温到78℃后,加入0.3份PH调节剂、0.5份乳化剂、0.2份消泡剂,同时一次性加入引发剂总量(0.8份)35%的引发剂,并滴加46份单体,控制单体滴加时间为6h,在单体滴加过程中每隔1h补加10%的引发剂;单体滴加完毕,将反应温度升高到85℃保温反应1h后降温到40℃,加入3份增塑剂和0.2份防腐剂,搅拌均匀后即可出料,得到光亮、白色的乳胶。
(2)浆料制备:
在常温条件下,向反应釜中加入40份水,控制搅拌速率为170rpm,将5份聚乙烯醇与54.6份碳酸钙混合好后一起加入到反应釜中,并加入0.2份消泡剂,逐渐升温至95℃,保温1h后开始降温;待温度降到40℃左右时加入0.2份防腐剂,继续搅拌10min后出料,得到灰白色光亮、流动性好的浆料。
(3)A组分胶料的配制:
取35份合成聚醋酸乙烯酯乳胶和65份浆料混合好作为100份混合胶料,向混合胶料中加入3份的聚乙烯亚胺(分子量600,简称PEI600)化合物,在分散机下混合均匀即得到可以直接使用的A组分胶料。使用时,将A组分胶料按照涂胶量150g/m2涂刷在桦木块粘合面一边,将B组分乙二醛的水溶液刷在另一桦木块的胶合面上,立即将两个木块叠合(叠合面积为25mm×25mm)并施加0.5-1.0MPa的压力,持续压合90s后取下小木块立即进行压缩剪切强度测试,平均测试结果为1.82MPa。
为了对比测试结果,实施例2-4也采用实施例1配制的混合胶料100份,分别测试添加不同PEI600质量份的A组份胶料,在桦木块上90s冷压定位后的压缩剪切强度。
实施例2
如实施例1中所制备的混合胶料100份;
PEI600添加量占混合胶料0wt%;
常温下90s定位后的压缩剪切强度平均测试结果为0.3MPa;
实施例3
如实施例1中所制备的混合胶料100份;
PEI600添加量为1.5份;
常温下90s定位后的压缩剪切强度平均测试结果为1.19MPa;
实施例4
实施例1中制备的混合胶料100份;
PEI600添加量占为3.9份;
常温下90s定位后的压缩剪切强度平均测试结果为2.56MPa;
为了更加清晰的看到PEI600的添加量对小木块90s定位后胶合强度的影响,绘制了说明书附图1的测试结果图。从附图1中可以看到,随着PEI600添加量的增加,桦木块90s定位后压缩剪切强度逐渐增大,当添加量达3.9wt%时,木块定位后的压缩剪切强度相比于零添加时提升了7.5倍。这主要是由于PEI类化合物加入A组份主胶后,当A/B双组份接触压合时,A组份中的PEI分子和B组份中的乙二醛分子在胶合界面相互渗透,PEI分子中的伯、仲氨基快速与醛基发生加成反应形成化学键合,从而使胶接面在短时间内获得极高的胶合强度,从而实现板材的快速定位。
实施例5-6进一步考察了A组分胶料中PEI分子量大小对常温下90s定位后桦木块胶合强度的影响,结果如下:
实施例5
如实施例1中所制备的混合胶料100份;
PEI5W(表示PEI数均分子量50000)添加量占混合胶料3wt%;
常温下90s定位后的压缩剪切强度平均测试结果为2.00MPa;
实施例6
如实施例1中所制备的混合胶料100份;
PEI15W(表示PEI数均分子量150000)添加量占混合胶料3wt%;
常温下90s定位后的压缩剪切强度平均测试结果为2.15MPa;
A组分胶料中,添加有不同分子量的PEI配方对桦木块在常温下90s定位后压缩剪切强度的测试结果绘制成图2。从图2可以看出,在相同的添加量时,随着PEI分子量增大,在桦木块上测试的压缩剪切强度也逐渐增大,但整体增加幅度也不是很大。这主要是由于高分子量的PEI尽管可以在木材胶合界面瞬间产生多种键合(与木材基面的氢键、与乙二醛之间的化学键等)效果,但高分子量的PEI分子链段的运动受限较大,相比之下低分子量PEI的分子链更加容易渗透到胶合界面的孔隙中,从而提高粘接强度。因此,最终高分子量PEI配方的胶合强度相对于低分子量PEI并没有高出很多。
实施例7-9进一步考察了在相同PEI分子量、添加量条件下,不同定位时间作用后,桦木块间的压缩剪切强度,为了形成对比,实施例10测试了未添加有PEI的A组分胶料在常温120s定位后的压缩剪切强度。
实施例7
如实施例1中所制备的混合胶料100份;
PEI600添加量为3份;
常温下30s定位后的压缩剪切强度平均测试结果为1.10MPa;
实施例8
如实施例1中所制备的混合胶料100份;
PEI600添加量为3份;
常温下60s定位后的压缩剪切强度平均测试结果为1.52MPa;
实施例9
如实施例1中所制备的混合胶料100份;
PEI600添加量为3份;
常温下120s定位后的压缩剪切强度平均测试结果为3.28MPa;
实施例10
如实施例1中所制备的混合胶料100份;
PEI600添加量为0份;
常温下120s定位后的压缩剪切强度平均测试结果为0.65MPa;
在相同PEI分子量及添加量的A组分胶料中,不同定位时间对桦木块压缩剪切强度的测试结果绘制成图3,为了凸显PEI在配方中使用效果,对比测试了未添加PEI600的配方在常温下120s定位后在桦木块上的压缩剪切强度,并一起绘制在图3中。从图3中可以看到,添加有PEI600的配方随着定位时间的延长,定位强度逐渐升高,2min定位后的强度高达3.28MPa,是30s定位强度的约3倍,表明定位强度会随着时间逐渐增大,这是由于随着时间延长,胶合界面处A组分中的PEI化合物和B组分的乙二醛充分进行化学反应,因而可以在短时间内形成很高的粘接强度。为了说明PEI化合物在该系列配方中的重要作用,配制了未添加有PEI600的A组分胶料,在相同的条件下进行了120s的定位,测试的压缩剪切强度的平均结果为0.65MPa,而在相同定位120s时间添加有3wt%PEI600的配方定位强度高达3.28MPa,后者强度约是前者的5倍,且该值0.65MPa也远远低于只定位30s、添加有3wt%PEI600配方的1.10MPa。这些结果充分说明PEI化合物对A/B双组分快干胶快速定位强度的贡献,也即本发明报道的A/B双组分快干水基胶黏剂可以大幅缩短桦木块在常温下的压合定位时间,且能获得更高的胶合强度。
上述实施例均参照HG/T 2727-2010标准进行了制样,桦木块胶接面为25mm×25mm,实验时将20wt%乙二醛水溶液(B组份)刷在其中一个小木块胶接面一边,然后将配制好的A组份胶料涂刷在另一个小木块胶接面上,用0.5-1.0MPa压力在常温下压合如实施例所述的若干秒后,取下小木块立即进行木块的压缩剪切强度测试。
实施例11
一种AB双组份快干水基木工胶,由A组份胶料和B组份胶料组成,
其中A组份胶料由质量比为30:70:10份的合成聚醋酸乙烯酯乳胶、浆料和多胺类化合物混合而成,
所述的B组份胶料为乙二醛的水溶液;
所述的合成聚醋酸乙烯酯乳胶由以下组分按照以下质量份数比制备而成:
水30份
聚乙烯醇6份
pH调节剂1.0份
乳化剂1.0份
消泡剂0.15份
引发剂2.0份
混合单体50份
增塑剂4份
防腐剂0.4份
所述的浆料由以下组分按照以下质量份数比制备而成:
水30份
聚乙烯醇7份
碳酸钙粉70份
消泡剂0.3份
防腐剂0.3份。
所述的B组份胶料中乙二醛的水溶液中的乙二醛的浓度为15wt%.
一种AB双组份快干水基木工胶A组分胶料的制备方法,
所述的合成聚醋酸乙烯酯乳胶由以下方法制备而成:
在常温条件下,向反应釜中加入30份水,控制反应釜内搅拌速率为110rpm,然后加入聚乙烯醇6份,逐渐升温至90℃,然后保温1h后开始降温;待降温到75℃后,加入1.0份PH调节剂、1.0份乳化剂、0.2份消泡剂和引发剂总量的25%,然后滴加混合单体;混合单体的滴加时间为4h,在单体滴加过程中每隔1h补加引发剂的7%;单体滴加完毕后,将反应温度升高到85℃保温反应1h后降温到30℃,加入计算量的4份增塑剂和0.4份防腐剂,搅拌均匀后即可出料,得到所述的合成聚醋酸乙烯酯乳胶;
所述的浆料由以下方法制备而成:
在常温条件下,向反应釜中加入30份水,然后设置反应釜中的搅拌速率为120rpm,接着将混合均匀后的7份聚乙烯醇粒状物与70份碳酸钙一起加入到反应釜中,接着加入0.3份消泡剂,升温至95℃,保温1h后开始降温;待温度降到35℃后加入0.3份防腐剂,继续搅拌5min后即得所述的浆料。
经测试,在桦木块上90s定位后的压缩剪切强度平均结果为2.64MPa。
实施例12
一种AB双组份快干水基木工胶,由A组份胶料和B组份胶料组成,
其中A组份胶料由质量比为50:50:2份的合成聚醋酸乙烯酯乳胶、浆料和多胺类化合物混合而成,
所述的B组份胶料为乙二醛的水溶液;
所述的合成聚醋酸乙烯酯乳胶由以下组分按照以下质量份数比制备而成:
水50份
聚乙烯醇2份
pH调节剂0.1份
乳化剂0.3份
消泡剂0.1份
引发剂0.5份
混合单体40份
增塑剂1份
防腐剂0.4份
所述的浆料由以下组分按照以下质量份数比制备而成:
水45份
聚乙烯醇2份
碳酸钙粉40份
消泡剂0.1份
防腐剂0.1份。
所述的B组份胶料中乙二醛的水溶液中的乙二醛的浓度为30wt%.
一种AB双组份快干水基木工胶A组分胶料的制备方法,
所述的合成聚醋酸乙烯酯乳胶由以下方法制备而成:
在常温条件下,向反应釜中加入50份水,控制反应釜内搅拌速率为200rpm,然后加入聚乙烯醇2份,逐渐升温至95℃,然后保温2h后开始降温;待降温到82℃后,加入0.1份PH调节剂、0.3份乳化剂、0.1份消泡剂和引发剂总量的45%,然后滴加混合单体;混合单体的滴加时间为6h,在单体滴加过程中每隔1h补加引发剂的12%;单体滴加完毕后,将反应温度升高到90℃保温反应2h后降温到50℃,加入计算量的1份增塑剂和0.4份防腐剂,搅拌均匀后即可出料,得到所述的合成聚醋酸乙烯酯乳胶;
所述的浆料由以下方法制备而成:
在常温条件下,向反应釜中加入45份水,然后设置反应釜中的搅拌速率为180rpm,接着将混合均匀后的2份聚乙烯醇粒状物与40份碳酸钙一起加入到反应釜中,接着加入0.1份消泡剂,升温至95℃,保温2h后开始降温;待温度降到45℃后加入0.1份防腐剂,继续搅拌10min后即得所述的浆料。
经测试,在桦木块上90s定位后的压缩剪切强度平均结果为1.39MPa。以上实施例的混合单体可以由醋酸乙烯与丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯、叔碳酸乙烯酯中的一种或两种以上任意比例共聚制得,上述实施例的混合单体由质量比为(85~95):(15~5)的醋酸乙烯和丙烯酸丁酯混合而成,具体选择85:15。
所述的PH调节剂为醋酸钠或碳酸氢钠。
所述的乳化剂为非离子烷基聚氧乙烯醚类乳化剂。
所述的消泡剂为矿物油类消泡剂。
所述引发剂为过硫酸铵引发剂。
所述增塑剂为二丙二醇二苯甲酸酯增塑剂。
所述防腐剂为异噻唑啉酮类防腐剂。
所述的碳酸钙粉为800目重质碳酸钙粉。
所述多胺类化合物为聚乙烯亚胺类化合物。
基于本发明的测试结果,本发明报道的A/B双组分快干水基胶黏剂可以大幅缩短板材达到高强度的时间,且不需要热压工序,有助于提升板材制造企业的生产效率并节约能耗,有望助力胶合板材制造行业向高效、绿色、低碳、节能方向发展。
Claims (10)
1.一种AB双组份快干水基木工胶,其特征在于:由A组份胶料和B组份胶料组成,
其中A组份胶料由质量比为30-50:40-70:2-10份的合成聚醋酸乙烯酯乳胶、浆料和多胺类化合物混合而成,
所述的B组份胶料为乙二醛的水溶液;
所述的合成聚醋酸乙烯酯乳胶由以下组分按照以下质量份数比制备而成:
水30-50份
聚乙烯醇2-6份
pH调节剂0.1-1.0份
乳化剂0.3-1.0份
消泡剂0.1-0.2份
引发剂0.5-2.0份
混合单体40-50份
增塑剂1-4份
防腐剂0.2-0.4份
所述的浆料由以下组分按照以下质量份数比制备而成:
水30-45份
聚乙烯醇2-7份
碳酸钙粉40-70份
消泡剂0.1-0.3份
防腐剂0.1-0.3份。
2.根据权利要求1所述的一种AB双组份快干水基木工胶,其特征在于:所述的PH调节剂为醋酸钠或碳酸氢钠。
3.根据权利要求1所述的一种AB双组份快干水基木工胶,其特征在于:所述的乳化剂为非离子烷基聚氧乙烯醚类乳化剂。
4.根据权利要求1所述的一种AB双组份快干水基木工胶,其特征在于:所述的消泡剂为矿物油类消泡剂。
5.根据权利要求1所述的一种AB双组份快干水基木工胶,其特征在于:所述引发剂为过硫酸铵引发剂。
6.根据权利要求1所述的一种AB双组份快干水基木工胶,其特征在于:所述增塑剂为二丙二醇二苯甲酸酯增塑剂。
7.根据权利要求1所述的一种AB双组份快干水基木工胶,其特征在于:所述防腐剂为异噻唑啉酮类防腐剂。
8.根据权利要求1所述的一种AB双组份快干水基木工胶,其特征在于:所述的碳酸钙粉为800目重质碳酸钙粉。
9.根据权利要求1所述的一种AB双组份快干水基木工胶,其特征在于:所述多胺类化合物为聚乙烯亚胺类化合物。
10.一种权利要求1所述的一种AB双组份快干水基木工胶的制备方法,其特征在于:
所述的合成聚醋酸乙烯酯乳胶由以下方法制备而成:
在常温条件下,向反应釜中加入30-50份水,控制反应釜内搅拌速率为110-200rpm,然后加入聚乙烯醇2-6份,逐渐升温至90-95℃,然后保温1-2h后开始降温;待降温到75-82℃后,加入0.1-1.0份PH调节剂、0.3-1.0份乳化剂、0.1-0.2份消泡剂和引发剂总量的25-45%,然后滴加混合单体;混合单体的滴加时间为4-6h,在单体滴加过程中每隔1h补加引发剂总量的7-12%;单体滴加完毕后,将反应温度升高到85-90℃保温反应1-2h后降温到30-50℃,加入1-4份增塑剂和0.2-0.4份防腐剂,搅拌均匀后即可出料,得到所述的合成聚醋酸乙烯酯乳胶;
所述的浆料由以下方法制备而成:
在常温条件下,向反应釜中加入30-45份水,然后设置反应釜中的搅拌速率为120-180rpm,接着将混合均匀后的2-7份聚乙烯醇粒状物与40-70份碳酸钙一起加入到反应釜中,接着加入0.1-0.3份消泡剂,升温至90-95℃,保温1-2h后开始降温;待温度降到35-45℃后加入0.1-0.3份防腐剂,继续搅拌5-10min后即得所述的浆料。
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