CN116038849A - 无醛阻燃型实木复合地板及改性木质素基阻燃型胶粘剂 - Google Patents

无醛阻燃型实木复合地板及改性木质素基阻燃型胶粘剂 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种无醛阻燃型实木复合地板及改性木质素基阻燃型胶粘剂，本发明提供的阻燃胶粘剂由20～30重量份乙醇木质素、20～30重量份氢氧化物、10～20重量份植酸盐、30～60重量份交联剂、30～50重量份高温豆粕粉、0.1～0.2重量份增粘剂组成，同时本发明提供其制备方法。首先将富含胺基的氢氧化物和植酸盐枝接到乙醇木质素上得到氢氧化物/植酸盐乙醇木质素，其次将获得的氢氧化物/植酸盐乙醇木质素与交联剂、高温豆粕粉混合，最后加入增粘剂，机械搅拌制备得到改性木质素基阻燃胶粘剂。本发明提供的阻燃胶粘剂无甲醛添加，阻燃性能优异，涂布性能佳，胶粘剂耐水性能好应用潜能巨大。

Description

无醛阻燃型实木复合地板及改性木质素基阻燃型胶粘剂
技术领域
本发明属于阻燃材料技术领域，尤其涉及一种无醛阻燃型实木复合地板及改性木质素基阻燃型胶粘剂。
背景技术
木质素是一种储量丰富的可再生生物质资源，也是第二大天然聚合物材料，广泛存在于植物资源中，如木材、高粱和玉米芯等。木质素在生物质结构中，属于无定形态结构，具有一定的黏性，可直接用作胶黏剂。天然植物中木质素就像胶黏剂一样，分布在纤维的周围以及纤维内部的细小纤维之间，使之成为强有力的骨架结构。木质素胶受热后形成的炭层可作为凝聚相隔绝氧气，并阻止可燃气体的扩散，进而抑制热裂解和燃烧反应，但木质素在单独作为阻燃材料时存在阻燃效率差的问题。
专利CN201811117318公开了一种木质素基无醛胶黏剂及其制备方法，木质素基无醛胶黏剂不以甲醛为原料合成，极大的降低了利用胶黏剂压制的人造板的甲醛释放量，对环境及人类健康有益，但是其未将木质素进行阻燃改性。目前，尚没有相关文献报道阻燃改性木质素制备阻燃胶粘剂。
发明内容
本发明目的之一在于提供一种改性木质素基阻燃型胶粘剂的制备方法，首先将富含胺基的氢氧化物/植酸盐枝接到乙醇木质素上得到氢氧化物/植酸盐乙醇木质素；其次将获得的氢氧化物/植酸盐乙醇木质素和交联剂以及高温豆粕粉混合，最后加入增粘剂，机械搅拌制备得到改性木质素基阻燃胶粘剂，具体步骤如下所示：
1)将20～30重量份氢氧化物和10～20重量份植酸盐悬浮于100～120重量份水中，超声分散后转入反应釜中，随后加入10～15重量份的正硅酸乙酯，在机械搅拌下，升温至45～50℃反应10～15h；再加入10～15重量份3-氨丙基三乙氧基硅烷，加热至60～65℃，保温2～3h，得到表面富含胺基的氢氧化物/植酸盐颗粒悬浮液；
2)将20～30重量份乙醇木质素加到步骤1)中的悬浮液中，随后在体系中加入35～55重量份乙二醛溶液，升温至60～70℃，反应4～6h，得到氢氧化物/植酸盐木质素悬浮液，待冷却至室温后，用氢氧化钠溶液调节pH值9.5～10.5，加入30～50重量份的高温豆粕粉和30～60重量份的交联剂以及0.1～0.5重量份增粘剂，机械搅拌得到改性木质素基阻燃胶粘剂。
在一些实施方式中，所述氢氧化物为氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化铁中的一种或者多种。氢氧化物在燃烧过程中会受热分解释放出的水蒸气，降低燃烧温度、稀释空气中的氧气，从而减缓燃烧过程；同时氢氧化物中金属离子填充进木质素形成的炭层中，起到稳固炭层的作用，同时氢氧化物本身具有很强的抑烟作用，和木质素协同作用减少烟气释放，提高阻燃效果。
在一些实施方式中，所述植酸盐为植酸铁、植酸锌、植酸镁中的一种或者多种，植酸盐中富含丰富的磷元素，磷元素在燃烧过程中起到催化炭形成的作用，加快炭层的形成。
在一些实施方式中，所述正硅酸乙酯和3-氨丙基三乙氧基硅烷与氢氧化物和植酸盐交联得到表面富含胺基的氢氧化物/植酸盐。
在一些实施方式中，所述乙醇木质素为生物乙醇木质素，生物质乙醇木质素廉价易得且未经高温高压及酸碱处理，天然性保存较好，具有较高的反应活性，乙醇木质素上的酚羟基与富含胺基的金属氧化物进行曼尼希反应，将表面富含胺基的氢氧化物/植酸盐枝接到木质素上，增加木质素的阻燃效果，同时乙醇木质素醇羟基和羟甲基与交联剂分子中羟甲基上或仲胺基上的氢脱水缩合，形成醚键或苯基酰胺的网络结构。
在一些实施方式中，所述交联剂为聚酰胺多胺环氧氯丙烷树脂溶液，固含量在10～12.5％之间。聚酰胺多胺环氧氯丙烷在碱性环境中可与木质素上的醇羟基和羟甲基进行交联，形成醚键或苯基酰胺的网络结构，提高耐水性能。
在一些实施方式中，所述高温豆粕粉在碱性环境中进一步活化，极性基团数量增加，乙醇木质素的羟基与聚酰胺多胺环氧氯丙烷树脂中的活性基团及豆粕粉的极性基团之间相互作用，反应所形成的交联网状结构能有效防止水分侵入，提高胶黏剂耐水性能，进而提高阻燃胶粘剂体系的胶结性能和耐水性能。
在一些实施方式中，所述增粘剂为聚丙烯酸钠，进一步提高改性木质素基阻燃胶粘剂的粘性，解决布胶过程中无法布胶以及布胶不均匀的问题。
本发明提供的改性木质素基阻燃型胶粘剂解决了由于添加阻燃剂造成的胶粘剂和阻燃剂相容性差、胶结性能差等问题，同时本发明通过将富含胺基的氢氧化物/植酸盐枝接到乙醇木质素，金属离子的强抑烟与磷元素催化木质素成炭作用形成协同效应，进一步提高了阻燃胶粘剂的阻燃效果。本发明使用的胶黏剂无甲醛添加，使用高温豆粕粉和聚丙烯酸钠后增强了体系的胶接耐水性能，使得体系的浸渍剥离性能达到实木复合地板国家标准的要求。
本发明另一个目的在于提供一种无醛阻燃型实木复合地板及其制备方法，无醛阻燃型实木复合地板包括油漆涂饰层、表板、阻燃胶层、阻燃多层基材层、阻燃胶层、背板，阻燃多层基材层由桉木单板与阻燃胶按实木复合地板用胶合板基材组坯而成；该制备方法包括以下步骤：
一、制备改性木质素基阻燃型胶粘剂
1)将20～30重量份氢氧化物和10～20重量份植酸盐悬浮于100～120重量份水中，超声分散后转入反应釜中，随后加入10～15重量份的正硅酸乙酯，在机械搅拌下，升温至45～50℃反应10～15h；再加入10～15重量份3-氨丙基三乙氧基硅烷，加热至60～65℃，保温2～3h，得到表面富含胺基的氢氧化物/植酸盐颗粒悬浮液。
2)将20～30重量份乙醇木质素加到步骤1)中的悬浮液中，随后在体系中加入20～40重量份乙二醛溶液，升温至60～70℃，反应4～6h，得到氢氧化物/植酸盐木质素悬浮液，待冷却到室温后，用氢氧化钠溶液调节pH值9.5～10.5，加入30～50重量份的高温豆粕粉和30～60重量份的交联剂以及0.1～0.5重量份增粘剂，机械搅拌得到改性木质素基阻燃胶粘剂。
二、制备无醛阻燃型实木复合地板
1)在桉木单板表面涂布步骤一制得的改性木质素基阻燃胶粘剂，按实木复合地板用多层胶合板每层纵横交错组坯，经冷压、热压后制成阻燃多层基材层；
2)阻燃多层基材层经平衡后，涂布步骤一制得的改性木质素基阻燃胶粘剂，上表面粘合表板、下表面粘合底板，组坯后经冷压、热压、养生、开片、砂光、开槽加工、油漆等工序制得无醛阻燃型实木复合地板。
在一些具体的实施方式中，步骤二1)中阻燃多层基材层改性木质素基阻燃胶粘剂单面涂布量为110～120g/m2，工艺条件为先冷压、后热压。冷压单位压力0.7±0.1MPa、冷压时间40～50min；热压采用三段式热压，第一段热压单位压力0.8～1.0MPa/m2、热压时间15～16min，第二段热压单位压力0.3～0.4MPa/m2、热压时间1～2min，第三段热压单位压力0.2～0.3MPa/m2、热压时间1～2min；步骤二2)中表板涂布量为100～110g/m2，冷压单位压力0.7±0.1MPa、冷压时间40～50min，热压单位压力为0.7～0.8MPa/m2，热压时间300～360s。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明创造性地使用可再生资源生物乙醇木质素为胶粘剂的原材料和阻燃剂成分，实现了可再生资源的高效利用，符合国家双碳背景下的环保政策。
2、本发明将表面富含胺基的氢氧化物/植酸盐枝接到生物乙醇木质素上，氢氧化物在燃烧过程中能达到稳固木质素炭层的作用，同时氢氧化物本身具有很强的抑烟作用，和木质素协同作用减少烟气释放，同时，植酸盐中富含丰富的磷元素，磷元素在燃烧过程中起到催化成炭的作用，加快炭层的形成，提高阻燃效果，避免了胶粘剂因添加阻燃剂产生的相容性差、胶合强度差等问题。
3、本发明以聚酰胺多胺环氧氯丙烷树脂为交联剂，同时加入高温豆粕粉为增强剂，聚丙烯酸钠为增粘剂使得乙醇木质素与聚酰胺多胺环氧氯丙烷树脂中的活性基团及大豆蛋白的极性基团之间相互作用，形成的交联网状结构能有效防止水分侵入，提高胶黏剂耐水性能，进而提高阻燃胶粘剂体系的浸渍剥离性能。
4、本发明得到的无醛阻燃型实木复合地板，不释放游离甲醛，从源头上杜绝了甲醛释放，且浸渍剥离性能好、耐水性好、阻燃性能可达到B1(C)级，烟气释放量小。
具体实施方式
下面具体实施方式对本发明作进一步详细的描述，本发明的优点和特点将全随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。在不偏离本发明实质的基础上，可以对本发明技术方案进行各种变型、组合或润饰，但这些变型、组合或润饰均属于本发明要求保护的范围。
下述实施例中所用的材料、设备、仪器等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。本发明中的“份数”指重量份数。
实施例1
第一步制备改性木质素基阻燃胶粘剂
1)将30重量份氢氧化铝和20重量份植酸铁悬浮于100重量份水中，超声分散后转入反应釜中，随后加入10重量份的正硅酸乙酯，在机械搅拌下，升温至50℃反应10h；再加入15重量份3-氨丙基三乙氧基硅烷，加热至65℃，保温2h，得到表面富含胺基的氢氧化铝/植酸铁颗粒悬浮液。
2)将20重量份乙醇木质素加到步骤1)中的悬浮液中，随后在体系中加入35重量份乙二醛溶液，升温至70℃，反应6h，得到氢氧化铝/植酸铁木质素悬浮液，待冷却到室温后，用氢氧化钠溶液调节pH值10，加入50重量份的高温豆粕粉和60重量份的交联剂以及0.1重量份增粘剂，机械搅拌得到改性木质素基阻燃胶粘剂。
第二步制备无醛阻燃实木复合地板
1)在桉木单板表面涂布步骤一制得的改性木质素基阻燃胶粘剂，单面涂布量为120g/m2按实木复合地板用多层胶合板每层纵横交错组坯，经冷压、热压后制成阻燃多层基材层，其中冷压单位压力0.7±0.1MPa、冷压时间40～50min，，采用三段式热压，第一段热压单位压力0.8～1.0MPa/m2，热压时间15～16min，第二段热压单位压力0.3～0.4MPa/m2,热压时间1～2min，第三段热压单位压力0.2～0.3MPa/m2，热压时间1～2min；
2)阻燃多层基材层经平衡后，涂布步骤一制得的改性木质素基阻燃胶粘剂，涂布量为110g/m2，上表面粘合表板、下表面粘合底板，组坯后经冷压、热压、养生、开片、砂光、开槽加工、油漆等工序制成，其中，冷压单位压力0.7±0.1MPa、冷压时间40～50min，热压单位压力为0.7～0.8MPa/m2，热压时间300s。
实施例2
第一步制备改性木质素基阻燃胶粘剂
1)将30重量份氢氧化镁和20重量份植酸锌悬浮于100重量份水中，超声分散后转入反应釜中，随后加入10重量份的正硅酸乙酯，在机械搅拌下，升温至50℃反应10h；再加入15重量份3-氨丙基三乙氧基硅烷，加热至65℃，保温2h，得到表面富含胺基的氢氧化镁/植酸锌颗粒悬浮液。
2)将20重量份乙醇木质素加到步骤1)中的悬浮液中，随后在体系中加入35重量份乙二醛溶液，升温至70℃，反应6h，得到氢氧化镁/植酸锌木质素悬浮液，待冷却到室温后，用氢氧化钠溶液调节pH值10，加入50重量份的高温豆粕粉和60重量份的交联剂以及0.1重量份增粘剂，机械搅拌得到改性木质素基阻燃胶粘剂。
第二步制备无醛阻燃实木复合地板
1)在桉木单板表面涂布步骤一制得的改性木质素基阻燃胶粘剂，单面涂布量为120g/m2按实木复合地板用多层胶合板每层纵横交错组坯，经冷压、热压后制成阻燃多层基材层，其中，冷压单位压力0.7MPa、冷压时间50min，热压采用三段式热压，第一段热压单位压力0.8MPa/m2，热压时间16min，第二段热压单位压力0.4MPa/m2,热压时间2min，第三段热压单位压力0.2MPa/m2，热压时间2min；
2)阻燃多层基材层经平衡后，涂布步骤一制得的改性木质素基阻燃胶粘剂，涂布量为110g/m2，上表面粘合表板、下表面粘合底板，组坯后经冷压、热压、养生、开片、砂光、开槽加工、油漆等工序制成，其中，冷压单位压力0.7MPa、冷压时间40min，热压单位压力为0.8MPa/m2，热压时间300s。
对比例1
第一步制备木质素基阻燃胶粘剂
1)20份乙醇木质素溶于100份水溶液中，超声溶解得到乙醇木质素溶液；用氢氧化钠溶液调节pH值10，加入50重量份的高温豆粕粉和60重量份的交联剂以及0.1重量份增粘剂，机械搅拌得到木质素基阻燃胶粘剂。
第二步制备无醛阻燃实木复合地板
1)在桉木单板表面涂布步骤一制得的改性木质素基阻燃胶粘剂，单面涂布量为120g/m2按实木复合地板用多层胶合板每层纵横交错组坯，经冷压、热压后制成阻燃多层基材层，其中，冷压单位压力0.7MPa、冷压时间50min，热压采用三段式热压，第一段热压单位压力0.8MPa/m2，热压时间16min，第二段热压单位压力0.4MPa/m2,热压时间2min，第三段热压单位压力0.2MPa/m2，热压时间2min；
2)阻燃多层基材层经平衡后，涂布步骤一制得的改性木质素基阻燃胶粘剂，涂布量为110g/m2，上表面粘合表板、下表面粘合底板，组坯后经冷压、热压、养生、开片、砂光、开槽加工、油漆等工序制成，其中，冷压单位压力0.7MPa、冷压时间40min，热压单位压力为0.8MPa/m2，热压时间300s。
对比例2
第一步制备改性木质素基阻燃胶粘剂
1)将10份氢氧化铝和5份植酸铁以及20重量份乙醇木质素超声悬浮于100份水中，用氢氧化钠溶液调节pH值10，加入50重量份的高温豆粕粉和60重量份的交联剂以及0.1重量份增粘剂，机械搅拌得到改性木质素基阻燃胶粘剂。
第二步制备无醛阻燃实木复合地板
1)在桉木单板表面涂布步骤一制得的改性木质素基阻燃胶粘剂，单面涂布量为120g/m2按实木复合地板用多层胶合板每层纵横交错组坯，经冷压、热压后制成阻燃多层基材层，其中，冷压单位压力0.7MPa、冷压时间50min，热压采用三段式热压，第一段热压单位压力0.8MPa/m2，热压时间16min，第二段热压单位压力0.4MPa/m2,热压时间2min，第三段热压单位压力0.2MPa/m2，热压时间2min；
2)阻燃多层基材层经平衡后，涂布步骤一制得的改性木质素基阻燃胶粘剂，涂布量为110g/m2，上表面粘合表板、下表面粘合底板，组坯后经冷压、热压、养生、开片、砂光、开槽加工、油漆等工序制成，其中，冷压单位压力0.7MPa、冷压时间40min，热压单位压力为0.8MPa/m2，热压时间300s。
对比例3
第一步制备改性木质素基阻燃胶粘剂
1)将30重量份氢氧化铝和20重量份植酸铁悬浮于100重量份水中，超声分散后转入反应釜中，随后加入10重量份的正硅酸乙酯，在机械搅拌下，升温至50℃反应10h；再加入15重量份3-氨丙基三乙氧基硅烷，加热至65℃，保温2h，得到表面富含胺基的氢氧化铝/植酸铁颗粒悬浮液。
2)将20重量份乙醇木质素加到步骤1)中的悬浮液中，随后在体系中加入30重量份乙二醛溶液，升温至70℃，反应6h，得到氢氧化铝/植酸铁木质素悬浮液，待冷却到室温后，用氢氧化钠溶液调节pH值10，加入50重量份的高温豆粕粉和60重量份的交联剂，机械搅拌得到改性木质素基阻燃胶粘剂，该胶粘剂没有粘性，涂布性能差，无法完成布胶工序。根据GBT 18103-2013《实木复合地板》测试阻燃型实木复合地板的的浸渍剥离和甲醛释放量，根据GBT 20284-2006《建筑材料或制品的单体燃烧试验》测试阻燃型实木复合地板试件的燃烧性能和产烟特性，结果见下表所示。
表1
Figure BDA0003983448550000071
由表1中可以看出，对比例1与实施例1相比：不加入金属氢氧化物和植酸盐，产品的燃烧性能指标均有所下降，其中临界辐射通量由8.9kW/m2变成3.2kW/m2，20s内焰尖高度由小于150mm变为＞150mm，烟气总值由247/％×min变为768/％×min，燃烧等级达不到B1(B)级。这是由于没有氢氧化铝受热分解释放出的水蒸气，未能降低燃烧温度、稀释空气中的氧气减缓燃烧过程；以及没有植酸铁不利于催化炭层形成及炭层的稳固，基材没有形成有效保护作用。
对比列2与实施例1相比，虽然对比例2中加入了氢氧化铝和植酸铁，但是没有经过胺基化处理，导致氢氧化铝和植酸铁影响胶粘剂的耐水性能，导致浸渍剥离不合格，同时氢氧化铝和植酸铁未能和胶粘剂混合均匀，导致燃烧性能大幅下降。
对比例3与实施例1相比，两者都加入了氢氧化铝和植酸铁改性木质素，且氢氧化铝和植酸铁均经过胺基化，枝接到木质素上，但是对比例3未加增粘剂入聚丙烯酸钠，导致胶粘剂无法完成布胶。
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)

1.一种无醛阻燃型实木复合地板，其特征在于，该无醛阻燃型实木复合地板通过如下制备方法获得：
一、制备改性木质素基阻燃型胶粘剂
1)将20～30重量份氢氧化物和10～20重量份植酸盐悬浮于100～120重量份水中，超声分散后转入反应釜中，随后加入10～15重量份的正硅酸乙酯，在机械搅拌下，升温至45～50℃反应10～15h；再加入10～15重量份3-氨丙基三乙氧基硅烷，加热至60～65℃，保温2～3h，得到表面富含胺基的氢氧化物/植酸盐颗粒悬浮液；
2)将20～30重量份乙醇木质素加到步骤1)中的悬浮液中，随后在体系中加入20～40重量份乙二醛溶液，升温至60～70℃，反应4～6h，得到氢氧化物/植酸盐木质素悬浮液，待冷却到室温后，用氢氧化钠溶液调节pH值9.5～10.5，加入30～50重量份的高温豆粕粉和30～60重量份的交联剂以及0.1～0.5重量份增粘剂，机械搅拌得到改性木质素基阻燃胶粘剂；
二、制备无醛阻燃型实木复合地板
1)在桉木单板表面涂布步骤一制得的改性木质素基阻燃胶粘剂，按实木复合地板用多层胶合板每层纵横交错组坯，经冷压、热压后制成阻燃多层基材层；
2)阻燃多层基材层经平衡后，涂布步骤一制得的改性木质素基阻燃胶粘剂，上表面粘合表板、下表面粘合底板，组坯后经冷压、热压、养生、开片、砂光、开槽加工、油漆工序制得无醛阻燃型实木复合地板。
2.如权利要求1所述的无醛阻燃型实木复合地板，其特征在于，乙醇木质素为生物乙醇木质素。
3.如权利要求书1所述的无醛阻燃型实木复合地板，其特征在于，所述氢氧化物为氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化铁中的一种或者多种。
4.如权利要求书1所述的无醛阻燃型实木复合地板，其特征在于，所述植酸盐为植酸铁、植酸镁、植酸锌中的一种或多种。
5.如权利要求书1所述的无醛阻燃型实木复合地板，其特征在于，所述氢氧化钠溶液质量浓度为20％～30％。
6.如权利要求书1所述的无醛阻燃型实木复合地板，其特征在于，所述乙二醛溶液质量分数在30％～47％之间。
7.如权利要求书1所述的无醛阻燃型实木复合地板，其特征在于，所述交联剂为聚酰胺多胺环氧氯丙烷树脂溶液，固体含量为10～12.5％。
8.如权利要求书1所述的无醛阻燃型实木复合地板，其特征在于，所述增粘剂为聚丙烯酸钠。
9.如权利要求书1所述的无醛阻燃型实木复合地板，其特征在于，其特征在于，所述高温豆粕粉由德清虎马中环佳科技有限公司提供。
10.一种如权利要求1～9任意一项所述的改性木质素基阻燃型胶粘剂。
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