CN116574452A - 一种胶合板用耐水型氯氧镁无机胶黏剂及其制备方法 - Google Patents
一种胶合板用耐水型氯氧镁无机胶黏剂及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种胶合板用耐水型氯氧镁无机胶黏剂及其制备方法，属于木材科学与技术中的人造板技术领域。上述无机胶粘剂为氧化镁、无水氯化镁、水、改性剂的混合物；所述改性剂由质量比为1:1‑8:3‑8:2‑7.5:5‑20的磷酸、纳米二氧化硅、氯化钙、异氰酸酯和EVA乳液组成。本发明选择磷酸、纳米二氧化硅、氯化钙、异氰酸酯和EVA乳液作为助剂，原料广泛，作为胶合板用胶黏剂，不含甲醛等有机挥发物，制备的无机胶合板具有较好的胶合强度和耐水性，可广泛用作家具材料和建筑材料。
Description
技术领域
本发明涉及木材科学与技术中的人造板技术领域，特别是指一种胶合板用耐水型氯氧镁无机胶黏剂及其制备方法。
背景技术
随着木材工业的快速发展，我国的人造板产出量逐年增长，而胶合板作为人造板最主要的产品，截至2020年，我国胶合板产量达到1.56亿立方米。2021年产量约1.62亿立方米。胶黏剂作为胶合板的主要原料之一，消耗量和使用量也逐年攀升，每年胶合板用胶黏剂消耗量达到1000万t，其中甲醛系胶黏剂消耗量占比在91％左右，主要为脲醛树脂、酚醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂等。三醛类胶黏剂在市场上使用最多，它们在生产和使用过程中会释放出游离甲醛等有害物质，不仅会污染空气，还会对人体的健康产生危害，消费者对家居环保健康越发关注，尤其是材料的甲醛释放问题。因此，胶合板用无醛胶黏剂的研究、制造和生产是我国未来胶合板行业发展的必然趋势。
氯氧镁无机胶黏剂是一种气硬性无机粘合剂，具有良好的粘合强度，它具有强度高、耐磨性好和耐火性能好的特点，已成功用作环保防火保温产品、轻质板。但作为一种木材粘合剂，它的过度流动和扩散会导致界面组成不稳定和胶层不连续，从而影响粘接强度。另外，它的耐水性差，脆性大，容易出现返卤泛霜等问题，影响制品强度，阻碍其商业化应用。
为了改善这一现象并延伸其应用范围，很多学者对氯氧镁无机胶黏剂的改性和应用进行不断研究和探索，通过加入各种改性剂来改变其晶相组成以提高其耐水性，但改善效果有限，因而目前公开的有关无醛胶合板的生产主要还是利用不含甲醛的有机胶粘剂，关于无机胶黏剂用于胶合板的生产还鲜有报道。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种胶合板用耐水型氯氧镁无机胶黏剂及其制备方法。本发明的胶合板采用氯氧镁胶黏剂作为胶合板的粘结材料生产新型无机胶黏剂胶合板，该无机胶黏剂具有优异的耐水性、高胶接性能，同时，本发明的氯氧镁无机胶黏剂的制备工艺简单、原料易得，易于实施，生产的胶合板胶合性能优良，易于实现工业化。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种氯氧镁无机胶黏剂，包括氧化镁、无水氯化镁、水及改性剂的混合物；所述改性剂包括磷酸、纳米二氧化硅、氯化钙、异氰酸酯和EVA乳液；所述磷酸、纳米二氧化硅、氯化钙、异氰酸酯和EVA乳液的质量比为1:(1-5):(3-8):(2-6):(5-20)。
优选地，所述氧化镁、无水氯化镁、水、磷酸、纳米二氧化硅、氯化钙、异氰酸酯和EVA乳液的质量比为110:(30-45):(90-120):1:(1-5):(3-8):(2-6):(5-20)。研究表明，在此比例范围内，所得氯氧镁无机胶黏剂具有更好的综合性能。
第二方面，本发明还提供了上述氯氧镁无机胶黏剂的制备方法，包括：
(1)将纳米二氧化硅和水混合，用超声破碎仪超声处理，获得均匀分散的第一溶液；
(2)在步骤(1)中按配比缓慢加入无水氯化镁，搅拌至均匀，静置于室温环境中冷却十分钟；
(3)在步骤(2)中按配比加入磷酸、氯化钙、异氰酸酯和EVA乳液，搅拌至均匀；
(4)在步骤(4)中按配比加入氧化镁，搅拌得到均匀的无机胶黏剂。
第三方面，本发明还提供一种利用上述无机胶黏剂制备的无机胶合板，具体的胶合板的制备方法包括：
S1：杨木单板的制取：采用旋切机将速生杨木材切割成厚度为1.5-3.0mm的单板；
S2：芯板涂胶：将调制好的氯氧镁无机胶黏剂与一定比例的增稠剂混合，用板刷均匀的涂在杨木单板两面，氯氧镁胶黏剂的涂胶量为200-800g/m3；
S3：胶合板胶合：将步骤(6)得到的单板采用奇数层和对称的原则进行组坯，在冷压得到无机胶合板，加压时间为8-72小时；
S4：板材养护：冷却后的无机胶合板在室温中自然养护7-20天。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明选择磷酸、纳米二氧化硅、氯化钙、异氰酸酯和EVA乳液作为助剂，利用磷酸中的酸根离子与镁离子反应，形成不溶性保护涂层包覆在5相表面，阻碍氢氧化镁的形成，改善其耐水性；纳米二氧化硅与体系中的离子反应生成新凝结相填充孔隙，改善结构稳定性；氯化钙可以提高水化热或与组成中离子形成类似石膏的早强物质；异氰酸酯具有极性和高反应活性，与一些活性点易形成氢键进行交联反应，提高胶接强度；EVA乳液与氯氧镁胶黏剂有良好的相容性，自身具有柔韧性，可以充分扩散在纤维和晶体的骨架中，提高基体间连接，利于界面粘结。
2.本发明所述氯氧镁无机胶黏剂的制备工艺简单、原料广泛，作为胶合板用胶黏剂，不含甲醛等有机挥发物，耐水性能良好，有助于解决人造板耐水性差的问题。
3.本发明的生产工艺是先将纳米二氧化硅和水混合，再加入无水氯化镁，然后加其余物质和氧化镁并搅拌均匀，采用涂刷的方式涂胶，经过组坯和冷压成型得到无机胶合板，其物理力学性能优良，工艺简单，可工业化生产。
4.本发明研究了氯氧镁无机胶黏剂与木质材料的复合材料，扩大了氯氧镁无机胶粘剂在人造板领域的应用。
5.本发明制得的无机胶合板为真正的无甲醛添加，板材的胶合性能优良，耐水性能良好，可广泛用作家具材料和建筑材料。
附图说明
图1为本发明实施例1-6和对比例1-5制备的氯氧镁胶黏剂自然养护7天的抗折强度；
图2为本发明实施例1-6和对比例1-5制备的氯氧镁胶黏剂自然养护7天及泡水7天后的抗压强度；
图3为本发明实施例1-6和对比例1-5制备的氯氧镁胶黏剂自然养护7天后的软化系数；
图4为本发明实施例1-6和对比例1-5制备的氯氧镁胶黏剂自然养护7天后的XRD图中各物相成分及含量分析；
图5为本发明实施例1-6和对比例1-5制备的氯氧镁胶黏剂泡水7天后的XRD图中各物相成分及含量分析；
图6为本发明实施例7-12和对比例6-10自然养护19天后制备的氯氧镁胶黏剂胶合板的干、湿胶合强度；
图7为本发明实施例7-12和对比例6-10自然养护19天后制备的氯氧镁胶黏剂胶合板的强度保留系数。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
本发明中，所使用的材料及试剂未有特殊说明的，均可从商业途径得到。
本发明提供一种胶合板用耐水型氯氧镁无机胶黏剂及其制备方法和应用，具体实施例如下。
实施例1
一种胶合板用耐水型氯氧镁无机胶黏剂的制备方法，包括：
(1)将1份纳米二氧化硅和120份水混合，用超声破碎仪超声处理，获得均匀分散的第一溶液；
(2)在步骤(1)中按配比缓慢加入40份无水氯化镁，搅拌至均匀，静置于室温环境中冷却十分钟；
(3)在步骤(2)中按配比加入1份磷酸、3份氯化钙、3份异氰酸酯和5份EVA乳液，搅拌至均匀；
(4)在步骤(4)中按配比加入110份氧化镁，搅拌得到均匀的无机胶黏剂。
实施例2
一种胶合板用耐水型氯氧镁无机胶黏剂的制备方法，包括：
(1)将3份纳米二氧化硅和120份水混合，用超声破碎仪超声处理，获得均匀分散的第一溶液；
(2)在步骤(1)中按配比缓慢加入40份无水氯化镁粉，搅拌至均匀，静置于室温环境中冷却十分钟；
(3)在步骤(2)中按配比加入1份磷酸、3份氯化钙、3份异氰酸酯和5份EVA乳液，搅拌至均匀；
(4)在步骤(4)中按配比加入110份氧化镁粉，搅拌得到均匀的无机胶黏剂。
实施例3
一种胶合板用耐水型氯氧镁无机胶黏剂的制备方法，包括：
(1)将1份纳米二氧化硅和120份水混合，用超声破碎仪超声处理，获得均匀分散的第一溶液；
(2)在步骤(1)中按配比缓慢加入40份无水氯化镁粉，搅拌至均匀，静置于室温环境中冷却十分钟；
(3)在步骤(2)中按配比加入1份磷酸、3份氯化钙、3份异氰酸酯和10份EVA乳液，搅拌至均匀；
(4)在步骤(4)中按配比加入110份氧化镁粉，搅拌得到均匀的无机胶黏剂。
实施例4
一种胶合板用耐水型氯氧镁无机胶黏剂的制备方法，包括：
(1)将3份纳米二氧化硅和120份水混合，用超声破碎仪超声处理，获得均匀分散的第一溶液；
(2)在步骤(1)中按配比缓慢加入40份无水氯化镁粉，搅拌至均匀，静置于室温环境中冷却十分钟；
(3)在步骤(2)中按配比加入1份磷酸、3份氯化钙、3份异氰酸酯和10份EVA乳液，搅拌至均匀；
(4)在步骤(4)中按配比加入110份氧化镁粉，搅拌得到均匀的无机胶黏剂。
实施例5
一种胶合板用耐水型氯氧镁无机胶黏剂的制备方法，包括：
(1)将5份纳米二氧化硅和90份水混合，用超声破碎仪超声处理，获得均匀分散的第一溶液；
(2)在步骤(1)中按配比缓慢加入30份无水氯化镁粉，搅拌至均匀，静置于室温环境中冷却十分钟；
(3)在步骤(2)中按配比加入1份磷酸、5份氯化钙、2份异氰酸酯和20份EVA乳液，搅拌至均匀；
(4)在步骤(4)中按配比加入110份氧化镁粉，搅拌得到均匀的无机胶黏剂。
实施例6
一种胶合板用耐水型氯氧镁无机胶黏剂的制备方法，包括：
(1)将4份纳米二氧化硅和110份水混合，用超声破碎仪超声处理，获得均匀分散的第一溶液；
(2)在步骤(1)中按配比缓慢加入45份无水氯化镁粉，搅拌至均匀，静置于室温环境中冷却十分钟；
(3)在步骤(2)中按配比加入1份磷酸、8份氯化钙、6份异氰酸酯和15份EVA乳液，搅拌至均匀；
(4)在步骤(4)中按配比加入110份氧化镁粉，搅拌得到均匀的无机胶黏剂。
为进一步说明本发明的有益效果，因篇幅有限，构建对比例如下。
对比例1
一种氯氧镁无机胶黏剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将40份无水氯化镁粉缓慢加入120份水中，搅拌至均匀，静置于室温环境中冷却十分钟；
(2)在步骤(1)中按配比加入110份氧化镁粉，搅拌得到均匀的无机胶黏剂。
对比例2
本对比例中省略纳米二氧化硅，其余条件与实施例2相同。
对比例3
本对比例中省略氯化钙，其余条件与实施例2相同。
对比例4
本对比例中省略异氰酸酯，其余条件与实施例2相同。
对比例5
本对比例中省略EVA乳液，其余条件与实施例2相同。
按下述方法对本发明上述实施例和对比例制备的氯氧镁无机胶黏剂进行如下性能测试，具体测试结果见表1和图1-5。
表1
1、力学强度
按照GB/T 17671-2021《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》标准规定的方法对胶粘剂进行抗折强度和抗压强度的测试。
图1为实施例1-6和对比例1-5制备的氯氧镁胶黏剂自然养护7天后的抗折强度，图2为实施例1-6和对比例1-5制备的氯氧镁胶黏剂自然养护7天及泡水7天后的抗压强度。从图中和表1可以看出，养护7天后实施例1-6的抗折强度和抗压强度均高于对比例，抗折强度和抗压强度最高可达12.42MPa和70.58MPa，相比于对比例1分别提高了88.18％和42.30％。
2、软化系数
实施例1-6和对比例1-5制备的氯氧镁胶黏剂自然养护7天后的软化系数，软化系数为耐水性能好坏的判断指标，计算公式为：软化系数(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。从图中和表1可以看出，实施例1-6和对比例2-5的耐水性能均高于对比例1，泡水7天后软化系数最高可达0.94，相比于对比例提高了38.2％以上。
且由表1数据可知，本发明的氯氧镁胶黏剂由磷酸、纳米二氧化硅、氯化钙、异氰酸酯和EVA乳液组成，特定组成相对于对比例其软化系数提高14.7-108.9％。
3、XRD相组成分析
图4为实施例1-6和对比例1-5制备的氯氧镁胶黏剂自然养护7天后的各物相成分及含量分析，从图中可以看出添加改性剂后，实施例1-6和对比例2-5的5相晶体含量与对比例1相差不多，说明改性剂的加入几乎不影响氯氧镁胶黏剂本身的物相组成。
图5为实施例1-6和对比例1-5制备的氯氧镁胶黏剂泡水7天后的XRD图，图中可以看出，对比例1中Mg(OH)2特征峰强度变高，5相晶体强度较弱，说明5相晶体大量水解生成Mg(OH)2，而实施例1-6和对比例2-5主要显示5相晶体的特征峰，Mg(OH)2特征峰明显变弱，表明改性剂在氯氧镁胶黏剂中形成了不溶性螯合物，可以抑制5相晶体的水解。
本发明还提供一种利用上述氯氧镁无机胶黏剂制备无机胶合板的方法，具体实施例如下。
实施例7
一种无机胶合板的制备方法，包括：
S1：杨木单板的制取：采用旋切机将速生杨木材切割成厚度为1.8mm的杨木单板；
S2：芯板涂胶：将实施例1制备的氯氧镁无机胶黏剂用板刷均匀的涂在杨木单板两面，氯氧镁胶黏剂的涂胶量为500g/m3；
S3：胶合板胶合：将步骤S2得到的杨木单板采用奇数层和对称的原则进行组坯，在冷压得到无机胶合板，冷压时间为32小时，单位压力2.0MPa；
S4：板材养护：冷却后的无机胶合板在室温中自然养护19天。
实施例8
一种无机胶合板的制备方法，包括：
S1：杨木单板的制取：采用旋切机将速生杨木材切割成厚度为1.8mm的杨木单板；
S2：芯板涂胶：将实施例2制备的氯氧镁无机胶黏剂用板刷均匀的涂在杨木单板两面，氯氧镁胶黏剂的涂胶量为500g/m3；
S3：胶合板胶合：将步骤S2得到的杨木单板采用奇数层和对称的原则进行组坯，在冷压得到无机胶合板，冷压时间为32小时，单位压力2.0MPa；
S4：板材养护：冷却后的无机胶合板在室温中自然养护19天。
实施例9
一种无机胶合板的制备方法，包括：
S1：杨木单板的制取：采用旋切机将速生杨木材切割成厚度为1.8mm的杨木单板；
S2：芯板涂胶：将实施例3制备的氯氧镁无机胶黏剂用板刷均匀的涂在杨木单板两面，氯氧镁胶黏剂的涂胶量为500g/m3；
S3：胶合板胶合：将步骤S2得到的杨木单板采用奇数层和对称的原则进行组坯，在冷压得到无机胶合板，冷压时间为32小时，单位压力2.0MPa；
S4：板材养护：冷却后的无机胶合板在室温中自然养护19天。
实施例10
一种无机胶合板的制备方法，包括：
S1：杨木单板的制取：采用旋切机将速生杨木材切割成厚度为3mm的杨木单板；
S2：芯板涂胶：将实施例4制备的氯氧镁无机胶黏剂用板刷均匀的涂在杨木单板两面，氯氧镁胶黏剂的涂胶量为200g/m3；
S3：胶合板胶合：将步骤S2得到的杨木单板采用奇数层和对称的原则进行组坯，在冷压得到无机胶合板，冷压时间为32小时,单位压力2.0MPa；
S4：板材养护：冷却后的无机胶合板在室温中自然养护19天。
实施例11
一种无机胶合板的制备方法，包括：
S1：杨木单板的制取：采用旋切机将速生杨木材切割成厚度为2mm的杨木单板；
S2：芯板涂胶：将实施例5制备的氯氧镁无机胶黏剂用板刷均匀的涂在杨木单板两面，氯氧镁胶黏剂的涂胶量为800g/m3；
S3：胶合板胶合：将步骤S2得到的杨木单板采用奇数层和对称的原则进行组坯，在冷压得到无机胶合板，冷压时间为32小时,单位压力2.0MPa；
S4：板材养护：冷却后的无机胶合板在室温中自然养护19天。
实施例12
一种无机胶合板的制备方法，包括：
S1：杨木单板的制取：采用旋切机将速生杨木材切割成厚度为2mm的杨木单板；
S2：芯板涂胶：将实施例6制备的氯氧镁无机胶黏剂用板刷均匀的涂在杨木单板两面，氯氧镁胶黏剂的涂胶量为500g/m3；
S3：胶合板胶合：将步骤S2得到的杨木单板采用奇数层和对称的原则进行组坯，在冷压得到无机胶合板，冷压时间为32小时,单位压力2.0MPa；
S4：板材养护：冷却后的无机胶合板在室温中自然养护19天。
为进一步说明本发明制备的无机胶合板有益效果，构建如下对比例。
对比例6
一种胶合板制备方法，包括：
S1：杨木单板的制取：采用旋切机将速生杨木材切割成厚度为1.8mm的杨木单板；
S2：芯板涂胶：将对比例1调制好的氯氧镁无机胶黏剂用板刷均匀的涂在杨木单板两面，氯氧镁胶黏剂的涂胶量为500g/m3；
S3：胶合板胶合：将步骤(4)得到的杨木单板采用奇数层和对称的原则进行组坯，在冷压得到无机胶合板；
S4：板材养护：冷却后的无机胶合板在室温中自然养护19天。
对比例7
本对比例中使用对比例2制备的胶粘剂，其余条件与实施例8相同。
对比例8
本对比例中使用对比例3制备的胶粘剂，其余条件与实施例8相同。
对比例9
本对比例中使用对比例4制备的胶粘剂，其余条件与实施例8相同。
对比例10
本对比例中使用对比例5制备的胶粘剂，其余条件与实施例8相同。按下述方法对本发明上述实施例和对比例制备的无机胶合板进行性能测试，结果见表2和图6-7。
表2
4、胶合强度
根据GB/T 17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》对改性氯氧镁胶黏剂胶合板进行干、湿胶合强度测试。
图6为实施例7-12和对比例6-10制备的氯氧镁胶黏剂胶合板自然养护19天后的干、湿胶合强度，从图中和表1可以看出，养护19天后实施例7-12和对比例7-10的干、湿胶合强度均高于对比例6，干胶合强度和湿胶合强度最高可达3.36MPa和2.29MPa，相比于对比例分别提高了25.37％和68.38％。
图7为实施例7-12和对比例6-10制备的氯氧镁胶黏剂胶合板自然养护19天后的强度保留系数，计算公式为：强度保留系数(7天)＝自然养护7天后再泡水7天的湿胶合强度/自然养护7天的干胶合强度。从图中和表2可以看出，实施例7-12和对比例7-10的强度保留系数均高于对比例6，泡水7天后强度保留系数最高可达0.68，相比于对比例提高了33.33％。
综上，本发明所述氯氧镁无机胶黏剂的制备工艺简单、原料广泛，作为胶合板用胶黏剂，不含甲醛等有机挥发物，耐水性能良好，有助于解决人造板耐水性差的问题。
以上所述是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，作出若干改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种胶合板用耐水型氯氧镁无机胶黏剂，其特征在于，所述氯氧镁无机胶黏剂为氧化镁、无水氯化镁、水、改性剂的混合物；所述改性剂由质量比为1:1-8:3-8:2-7.5:5-20的磷酸、纳米二氧化硅、氯化钙、异氰酸酯和EVA乳液组成。
2.根据权利要求1所述的胶合板用耐水型氯氧镁无机胶黏剂，其特征在于，所述氧化镁、无水氯化镁、水、磷酸、纳米二氧化硅、氯化钙、异氰酸酯和EVA乳液的质量比为110:30-45:90-120:1:1-5:3-8:2-6:5-20。
3.权利要求1-2任一项所述的胶合板用耐水型氯氧镁无机胶黏剂的制备方法，其特征在于，包括：
(1)将纳米二氧化硅和水混合，用超声破碎仪超声处理，获得均匀分散的第一溶液；
(2)在步骤(1)中按配比缓慢加入无水氯化镁，搅拌均匀，静置于室温环境中冷却十分钟；
(3)在步骤(2)中按配比加入磷酸、氯化钙、异氰酸酯和EVA乳液，搅拌均匀；
(4)在步骤(3)中按配比加入氧化镁，搅拌均匀，得到无机胶黏剂。
4.一种无机胶合板，其特征在于，使用权利要求1-2任一所述的耐水型氯氧镁无机胶黏剂作为胶合板用胶黏剂。
5.根据权利要求4所述的无机胶合板，其特征在于，制备方法包括：
S1：杨木单板的制取：采用旋切机将速生杨木材切割成厚度为1.5mm-3.0mm的杨木单板；
S2：芯板涂胶：将权利要求1-3任一所述的氯氧镁无机胶黏剂用板刷均匀的涂在杨木单板两面，氯氧镁胶黏剂的涂胶量为200-800g/m3；
S3：胶合板胶合：将步骤(2)得到的单板采用奇数层和对称的原则进行组坯，冷压得到无机胶合板，加压时间为8-72小时；
S4：板材养护：冷却后的无机胶合板在室温中自然养护7-20天。
6.根据权利要求5所述的无机胶合板，其特征在于，所述步骤S4中，冷压时间8-72h，单位压力1.0-3.0MPa。
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