CN115093812B - 改性球粘土/pva复合木材胶粘剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了改性球粘土/PVA复合木材胶粘剂的制备方法，该方法包括如下操作步骤：(1)先将聚丙烯酸钠加入蒸馏水溶解形成聚丙烯酸钠溶液，然后加入球粘土形成浆状混合液，再将浆状混合液置于密闭、过量的冰醋酸挥发环境中熏蒸，再用去离子水反复离心洗涤，去除醋乙酸残留物，直至中性，即得到改性球粘土；(2)将改性球粘土与PVA胶乳混合，其中改性球粘土的用量为PVA胶乳固体分重量的0.5‑5.5％，经机械高速搅拌均匀后负压去除气泡，即得到改性球粘土/PVA复合木材胶粘剂。在木质材料胶接中使用本发明复合木材胶粘剂，可以在木材表面形成耐高温、抗剪切的胶合层，在高温环境中，球粘土的剥离和分散行为阻碍了热量的扩散，使其具有较好的耐高温性能，同时由于具有较高的比表面积，使球粘土颗粒在PVA基质中良好分散同时提高了剪切强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种胶粘剂，具体是一种改性球粘土/PVA复合木材胶粘剂的制备方法。
背景技术
木材胶粘剂可以通过化合物来改性，通常加入增粘剂、键合剂或填料来改变特定性能。传统的化合物有时会以牺牲其他性能为代价来改性，同时，在某些情况下，传统化合物所取得的改进程度有限。因此纳米技术的应用为引入木材胶粘剂的开发新一代粘合剂提供了机会。
尽管不同纳米复合系统有了坚实的发展，但很少有人关注将球粘土引入木材胶粘剂以实现潜在优势。
随着木质工程材料使用的越来越多，功能木材胶粘剂的使用量也大大增加。人们越来越关注建筑物的防火性能，无论是对居住者还是消防员的安全。因此，木材胶粘剂的耐高温性能成为热点问题。
在木质材料加工领域，聚乙酸乙烯酯胶乳(PVA)常常用于指接材加工。但PVA有三个主要缺点：1)对水和湿气的抵抗力低；2)高温性能差；3)易蠕变。这源于PVA的线性无定形结构，分子链间的极性相互作用较弱，玻璃化转变温度相对较低。
PVA热稳定性差，在市场常见配方中，温度达到75℃时机械性能就会大幅度下降，防火性能差。因此，急需一种能够提高剪切强度的同时提高耐高温性能的木材胶粘剂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种改性球粘土/PVA复合木材胶粘剂的制备方法，使制备得到的复合木材胶粘剂具有耐高温性能，且可以提高木材胶接后在高温中的剪切强度。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
本发明改性球粘土/PVA复合木材胶粘剂的制备方法，包括如下操作步骤：
(1)先将聚丙烯酸钠加入蒸馏水溶解形成聚丙烯酸钠溶液，然后加入球粘土形成浆状混合液，再将浆状混合液置于密闭、过量的冰醋酸挥发环境中熏蒸24小时，再用去离子水反复离心洗涤，去除醋乙酸残留物，直至中性，即得到改性球粘土；
(2)将步骤(1)得到的改性球粘土与PVA胶乳混合，其中改性球粘土的用量为PVA胶乳固体分重量的0.5-5.5％，经机械高速搅拌均匀后负压去除气泡，即得到改性球粘土/PVA复合木材胶粘剂。
本发明步骤(1)中，所述聚丙烯酸钠、蒸馏水、球粘土的用量配比为：聚丙烯酸钠200g:蒸馏水1000ml:球粘土200g。
本发明步骤(2)中，机械高速搅拌是以2000rpm搅拌混合15分钟。
本发明步骤(2)中，所述PVA胶乳的固体份含量为40-60％。
本发明具有如下有益效果：
1)由于本发明采用改性球粘土，在高温环境中，改性球粘土在受热过程中的剥离和分散，促进了热量向大分子的扩散，使改性球粘土/PVA复合木材胶粘剂耐热性能提高，同时由于具有较高的比表面积，使球粘土颗粒在PVA基质中良好分散同时提高了剪切强度。
2)相对未添加球粘土的产品，本发明改性球粘土/PVA复合木材胶粘剂可以在木材表面形成耐高温、抗剪切的胶合层，干燥状态剪切强度可达25.2MPa，相比未添加球粘土样品提高40.8％；潮湿状态剪切强度可达4.9MPa，提高81.5％；100℃高温状态剪切强度可达2.69MPa，提高123.1％。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明技术方案的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
本发明改性球粘土/PVA复合木材胶粘剂的制备方法如下：
将200g的聚丙烯酸钠加入1000mL蒸馏水中搅拌得到均匀的溶液，再加入200g球粘土形成浆状混合液，置于密闭的4000mL冰醋酸挥发环境中熏蒸24小时，然后用去离子水反复离心洗涤，去除乙酸残留物，直至中性，即得到改性球粘土；再将改性球粘土与PVA胶乳(PVA胶乳为市售产品，其固体份含量为40-60％)混合，并进行机械搅拌，改性球粘土的用量为PVA胶乳固体分重量的0.5％、3.5％、5.5％三个梯度，并以2000rpm的搅拌速度混合15分钟。混合后采用负压去除气泡，即得到本发明三种复合木材胶粘剂样品。使用时，将其涂饰于木质材料表面，用胶量为100-500g/m2，冷压固化。
剪切强度测试方法：
将木材含水率控制在12％±1％，通过指榫机制榫，使用本发明复合木材胶粘剂将木材接头粘合，施胶量为250g/m2。通过剪切试验证明改性球粘土对PVA粘结强度的影响。在木材榫头表面涂上本发明复合木材胶粘剂后，使用冷压机压制，将胶合样品置于温度25℃和相对湿度65％的环境下陈化两周。每组配方测试50个样品。使用力学试验机测试干燥状态、潮湿状态以及高温状态下木材接头的剪切强度。其中，湿态测试的方法是将样品在水中浸泡24小时后直接从水中取出马上测试，在测试之前擦去样品表面多余的水。高温状态是指将烘箱温度加热至100℃，放入样品约30分钟，使其芯部温度达到100℃维持15分钟以后，然后立即进行剪切试验。
实验结果：
使用本发明三种复合木材胶粘剂样品与传统纯PVA胶乳在三种状态下的剪切强度对比列表如下：
①干燥状态：向PVA中添加少量改性球粘土只能小幅度增加PVA粘合接头的剪切强度，尽管添加了少量球粘土，干燥状态下的剪切强度值略高于纯PVA。强度的持续增加可能与其与基质的相容性有关。球粘土颗粒具有固有的高比表面积与体积比，导致填料和基质之间的界面接触面积大，即每个填料颗粒周围都有一个相互作用，它相对于纯聚合物基质显著改变了物理性质，例如更高或更低的聚合物流动性、缠结密度和改变的模量。此外，聚合物-球粘土纳米复合材料与聚合物的界面作用力非常强，这是由于高分子链限制在粘土粒晶的通道内。聚合物-球粘土相互作用的限制会在一定程度上影响局部链动力学。粘土颗粒在聚合物基质中的良好分散通常会提高杨氏模量。
②潮湿状态：改性球粘土能增强了指接材的耐水性。在负载0.5％的用量下，改性球粘土不会显著改变强度。但随着改性球粘土负载量的增加，剪切强度显著提高，最高可达81.5％。
③高温状态：用纯PVA粘合的接头在低载荷下会失去完整性。添加改性球粘土对剪切强度的影响提升。
通过上述实验证明了本发明复合木材胶粘剂具有更好的热稳定性归因于阻碍挥发性分解产物的向外扩散，球粘土剥离和分散过程中，阻碍了热量的扩散，起到了耐热的保护作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.改性球粘土/PVA复合木材胶粘剂的制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：
(1)先将聚丙烯酸钠加入蒸馏水溶解形成聚丙烯酸钠溶液，然后加入球粘土形成浆状混合液，再将浆状混合液置于密闭、过量的冰醋酸挥发环境中熏蒸24小时，再用去离子水反复离心洗涤，去除醋乙酸残留物，直至中性，即得到改性球粘土；所述聚丙烯酸钠、蒸馏水、球粘土的用量配比为：聚丙烯酸钠200g:蒸馏水1000ml:球粘土200g；
(2)将步骤(1)得到的改性球粘土与PVA胶乳混合，所述PVA胶乳的固体份含量为40-60％，改性球粘土的用量为PVA胶乳固体分重量的0.5-5.5％，经机械高速搅拌均匀后负压去除气泡，即得到改性球粘土/PVA复合木材胶粘剂。
2.根据权利要求1所述改性球粘土/PVA复合木材胶粘剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，机械高速搅拌是以2000rpm搅拌混合15分钟。
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