CN116714062A - 一种环保胶合板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及人造板材领域，具体为一种环保胶合板及其制备方法，由单板和胶黏剂制成，以重量份数计，所述胶黏剂由以下原料制成：脱脂豆粉30‑50份、环氧化端羟基聚丁二烯4‑6份、聚乙烯醇‑端羟基聚二甲基硅氧烷‑聚乙烯醇嵌段共聚物1‑3份、石墨烯3‑5份、硅酸钠0.5‑1.5份、增强纤维5‑10份、水80‑100份，本发明所制备的环保胶合板胶合强度高，耐水性能优良，且甲醛释放量低，更加绿色环保。
Description
技术领域
本发明涉及人造板材领域，具体为一种环保胶合板及其制备方法。
背景技术
胶合板是家具常用材料之一，也可供飞机、船舶、火车、汽车、建筑和包装箱等作用材。胶合板能提高木材利用率，是节约木材的一个主要途径。
目前，我国胶合板的年产量已超过3亿m3，需要使用大量的胶黏剂，其中甲醛类胶黏剂的消耗总量占胶黏剂总量的90％以上，其原料来源于化石染料，价格昂贵，更重要的是其释放的游离甲醛对生态环境和人体危害严重。大豆蛋白胶黏剂具有价格低、环保、可降解等优点，可以用来部分替代甲醛类胶黏剂，但也存在耐水性差，胶合强度低等缺点。
发明内容
发明目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种环保胶合板及其制备方法。
所采用的技术方案如下：
一种环保胶合板，由单板和胶黏剂制成；
以重量份数计，所述胶黏剂由以下原料制成：
脱脂豆粉30-50份、环氧化端羟基聚丁二烯4-6份、聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物1-3份、石墨烯3-5份、硅酸钠0.5-1.5份、增强纤维5-10份、水80-100份。
进一步地，所述单板为山樟木、杨木、桉木、杉木中的任意一种。
进一步地，所述聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物的制备方法如下：
将端羟基聚二甲基硅氧烷与对甲苯磺酰氯反应将端羟基修饰为易离去的对甲苯磺酸酯基，再利用聚乙烯醇的端羟基与甲苯磺酸酯基的亲核取代反应，引入聚乙烯醇链段，即可得到所述聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物。
更进一步地，所述聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物的制备方法如下：
将端羟基聚二甲基硅氧烷用溶剂溶解后，加入三乙胺，所得反应液移入冰水浴中搅拌10-30min，再将对甲苯磺酰氯用溶剂溶解后加入，保持冰水浴，继续搅拌反应30-60min后升温至40-60℃，保温反应18-24h，恢复室温后抽滤，所得滤液减压浓缩得到端甲苯磺酸酯基聚二甲基硅氧烷，将聚乙烯醇用溶剂溶解后，加入氢氧化钾，升温至50-70℃保温搅拌10-30min，再将所述端甲苯磺酸酯基聚二甲基硅氧烷用溶剂溶解后加入，继续反应24-48h，恢复室温后抽滤，所得滤液减压浓缩后用二氯甲烷溶解，依次用酸液、水洗涤至中性，减压浓缩即可。
进一步地，所述增强纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、棉纤维、剑麻纤维中的任意一种，优选为剑麻纤维。
进一步地，所述增强纤维经过低温等离子体改性处理。
本发明还提供了一种环保胶合板的制备方法：
将脱脂豆粉加入水中，搅拌均匀后滤去不溶物，再将环氧化端羟基聚丁二烯、聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物、石墨烯、硅酸钠、增强纤维加入，继续搅拌即可得到所述胶黏剂，在单板表面涂覆胶黏剂，再按照木纹方向将单板纵横交错铺装形成板坯，将得到的板坯先预压后热压，即可得到所述环保胶合板。
进一步地，胶黏剂的涂覆量为180-200g/m2。
进一步地，预压压力为0.3-0.6MPa，时间为30-60min。
进一步地，热压分为两段，一段热压温度为85-95℃，一段热压压力为1-1.5MPa，一段热压时间为10-20min；
二段热压温度为120-130℃，二段热压压力为1.5-2MPa，二段热压时间为3-6min。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种环保胶合板，环氧化端羟基聚丁二烯中的环氧基可以与大豆蛋白中氨基、羧基及羟基反应，形成致密的交联结构，提高胶黏剂成膜的平整度和致密度，而且聚丁二烯链段还可以改善胶黏剂固化后的力学性能及耐水性能，聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物的结构中引入了低表面能的聚硅氧烷链段，可以改善胶合板的耐水性能，而且通过与聚乙烯醇链段形成嵌段共聚物，使其在胶黏剂中可以更好的分散，起到更好的防水效果，石墨烯具有良好的加强和调控功能，可以有效提升大豆胶黏剂的胶结强度，硅酸钠作为稠化剂和胶体安定剂，有助于调节胶黏剂的粘度和流变特性，并能够防止胶黏剂的因振动或剪切力而分层或析出，增强纤维具有增强黏合力，防止胶合板压制时开裂，本发明所制备的环保胶合板胶合强度高，耐水性能优良，且甲醛释放量低，更加绿色环保。
附图说明
图1为本发明实施例1中胶黏剂成膜后的SEM图；
图2为本发明对比例1中胶黏剂成膜后的SEM图；
通过对比可知，环氧化端羟基聚丁二烯的加入可以促进交联，提高胶黏剂成膜的平整度和致密度。
具体实施方式
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本发明未提及的技术均参照现有技术，除非特别指出，以下实施例和对比例为平行试验，采用同样的处理步骤和参数。
实施例1：
一种环保胶合板，由尺寸为1.8mm×350mm×350mm的杨木单板和胶黏剂制成：
以重量份数计，胶黏剂由以下原料制成：
脱脂豆粉45份、环氧化端羟基聚丁二烯5份、聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物2份、石墨烯3份、硅酸钠1份、低温等离子体改性剑麻纤维8份、水90份。
其中，聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物的制备方法如下：
将500g端羟基聚二甲基硅氧烷(Mn＝2000)用5000ml THF溶解后，加入303g三乙胺，搅拌均匀后的反应液移入冰水浴中搅拌20min，再将572g对甲苯磺酰氯用5000ml THF溶解后逐滴滴入，保持冰水浴环境，继续搅拌反应30min后撤去冰水浴，油浴升温至50℃，保温反应24h，恢复室温后抽滤，所得滤液减压浓缩得到端甲苯磺酸酯基聚二甲基硅氧烷，将120g聚乙烯醇(Mn＝600)用2400ml THF溶解后，加入224g氢氧化钾，搅拌升温至60℃保温反应30min，再将231g端甲苯磺酸酯基聚二甲基硅氧烷用1000ml THF溶解后缓慢加入，继续反应48h，恢复室温后抽滤，所得滤液减压浓缩后用适量二氯甲烷溶解，依次用稀盐酸和水洗涤直到中性，再经减压浓缩即可。
低温等离子体改性剑麻纤维的制备方法如下：
首先用水在50℃浸泡剑麻纤维24h，去除纤维表面的附着物，取出后放入50℃的真空烘箱中干燥10h后粉碎，将干燥后的剑麻纤维放入低温等离子体处理腔内，抽压至3-4Pa后以30L/min的流量通入O2，再抽真空，如此重复以上操作3次，以保证腔体内无其他气体杂质，然后再次向腔体中通入O2，并保持腔体中的压力恒定为30Pa，因为处理时间过长或功率过大，等离子体的刻蚀作用会将极性基团剥离，处理时间过短或功率过小，改性效果不明显，所以本实施例选择在800W功率下处理5min。
上述环保胶合板的制备方法：
将脱脂豆粉加入水中，搅拌30min后滤去不溶物，再将环氧化端羟基聚丁二烯、聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物、石墨烯、硅酸钠、低温等离子体改性剑麻纤维加入，继续搅拌30min即可得到胶黏剂，在单板表面涂覆胶黏剂，单面胶黏剂的涂覆量为200g/m2，再按照木纹方向将单板纵横交错铺装组坯三层胶合板，将得到的板坯先于室温下0.5MPa预压60min，再一段升温至90℃，控制压力为1.2MPa，热压20min，再升温至120℃，控制压力为1.5MPa，热压5min，撤去压力后自然冷却至室温即可。
实施例2：
一种环保胶合板，由尺寸为1.8mm×350mm×350mm的杨木单板和胶黏剂制成：
以重量份数计，胶黏剂由以下原料制成：
脱脂豆粉50份、环氧化端羟基聚丁二烯6份、聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物3份、石墨烯5份、硅酸钠1.5份、低温等离子体改性剑麻纤维10份、水100份。
其中，聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物、低温等离子体改性剑麻纤维的制备方法同实施例1。
上述环保胶合板的制备方法：
将脱脂豆粉加入水中，搅拌30min后滤去不溶物，再将环氧化端羟基聚丁二烯、聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物、石墨烯、硅酸钠、低温等离子体改性剑麻纤维加入，继续搅拌30min即可得到胶黏剂，在单板表面涂覆胶黏剂，单面胶黏剂的涂覆量为200g/m2，再按照木纹方向将单板纵横交错铺装组坯三层胶合板，将得到的板坯先于室温下0.6MPa预压60min，再一段升温至95℃，控制压力为1.5MPa，热压20min，再升温至130℃，控制压力为2MPa，热压6min，撤去压力后自然冷却至室温即可。
实施例3：
一种环保胶合板，由尺寸为1.8mm×350mm×350mm的杨木单板和胶黏剂制成：
以重量份数计，胶黏剂由以下原料制成：
脱脂豆粉30份、环氧化端羟基聚丁二烯4份、聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物1份、石墨烯3份、硅酸钠0.5份、低温等离子体改性剑麻纤维5份、水80份。
其中，聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物、低温等离子体改性剑麻纤维的制备方法同实施例1。
上述环保胶合板的制备方法：
将脱脂豆粉加入水中，搅拌30min后滤去不溶物，再将环氧化端羟基聚丁二烯、聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物、石墨烯、硅酸钠、低温等离子体改性剑麻纤维加入，继续搅拌30min即可得到胶黏剂，在单板表面涂覆胶黏剂，单面胶黏剂的涂覆量为180g/m2，再按照木纹方向将单板纵横交错铺装组坯三层胶合板，将得到的板坯先于室温下0.3MPa预压30min，再一段升温至85℃，控制压力为1MPa，热压10min，再升温至120℃，控制压力为1.5MPa，热压3min，撤去压力后自然冷却至室温即可。
实施例4：
一种环保胶合板，由尺寸为1.8mm×350mm×350mm的杨木单板和胶黏剂制成：
以重量份数计，胶黏剂由以下原料制成：
脱脂豆粉50份、环氧化端羟基聚丁二烯4份、聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物3份、石墨烯3份、硅酸钠1.5份、低温等离子体改性剑麻纤维5份、水100份。
其中，聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物、低温等离子体改性剑麻纤维的制备方法同实施例1。
上述环保胶合板的制备方法：
将脱脂豆粉加入水中，搅拌30min后滤去不溶物，再将环氧化端羟基聚丁二烯、聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物、石墨烯、硅酸钠、低温等离子体改性剑麻纤维加入，继续搅拌30min即可得到胶黏剂，在单板表面涂覆胶黏剂，单面胶黏剂的涂覆量为180g/m2，再按照木纹方向将单板纵横交错铺装组坯三层胶合板，将得到的板坯先于室温下0.6MPa预压30min，再一段升温至95℃，控制压力为1MPa，热压20min，再升温至120℃，控制压力为2MPa，热压3min，撤去压力后自然冷却至室温即可。
实施例5：
一种环保胶合板，由尺寸为1.8mm×350mm×350mm的杨木单板和胶黏剂制成：
以重量份数计，胶黏剂由以下原料制成：
脱脂豆粉30份、环氧化端羟基聚丁二烯6份、聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物1份、石墨烯5份、硅酸钠0.5份、低温等离子体改性剑麻纤维10份、水100份。
其中，聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物、低温等离子体改性剑麻纤维的制备方法同实施例1。
上述环保胶合板的制备方法：
将脱脂豆粉加入水中，搅拌30min后滤去不溶物，再将环氧化端羟基聚丁二烯、聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物、石墨烯、硅酸钠、低温等离子体改性剑麻纤维加入，继续搅拌30min即可得到胶黏剂，在单板表面涂覆胶黏剂，单面胶黏剂的涂覆量为180g/m2，再按照木纹方向将单板纵横交错铺装组坯三层胶合板，将得到的板坯先于室温下0.3MPa预压60min，再一段升温至85℃，控制压力为1.5MPa，热压10min，再升温至130℃，控制压力为1.5MPa，热压6min，撤去压力后自然冷却至室温即可。
对比例1：
与实施例1基本相同，区别在于，不加入环氧化端羟基聚丁二烯。
对比例2：
与实施例1基本相同，区别在于，不加入聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物。
对比例3：
与实施例1基本相同，区别在于，用聚乙烯醇代替聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物。
对比例4：
与实施例1基本相同，区别在于，剑麻纤维不经过低温等离子体改性。
性能测试：
将本发明实施例1-5及对比例1-4中所制备的环保胶合板作为试件；
依据GB/T 17657-2013中4.17所规定的Ⅱ类胶合板胶合强度测试方法分别对试件处理前后的胶合强度进行测试；
胶合强度的试件处理方法具体为在(63±3)℃热水中浸渍3h然后在室温下冷却10min；
甲醛释放量依据GB18580-2017标准进行测试；
结果如表1所示：
表1：
由上表1可知，本发明所制备的环保胶合板胶合强度高，耐水性能优良，且甲醛释放量低，更加绿色环保。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种环保胶合板，其特征在于，由单板和胶黏剂制成；
以重量份数计，所述胶黏剂由以下原料制成：
脱脂豆粉30-50份、环氧化端羟基聚丁二烯4-6份、聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物1-3份、石墨烯3-5份、硅酸钠0.5-1.5份、增强纤维5-10份、水80-100份。
2.如权利要求1所述的环保胶合板，其特征在于，所述单板为山樟木、杨木、桉木、杉木中的任意一种。
3.如权利要求2所述的环保胶合板，其特征在于，所述聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物的制备方法如下：
将端羟基聚二甲基硅氧烷与对甲苯磺酰氯反应将端羟基修饰为易离去的对甲苯磺酸酯基，再利用聚乙烯醇的端羟基与甲苯磺酸酯基的亲核取代反应，引入聚乙烯醇链段，即可得到所述聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物。
4.如权利要求3所述的环保胶合板，其特征在于，所述聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物的制备方法如下：
将端羟基聚二甲基硅氧烷用溶剂溶解后，加入三乙胺，所得反应液移入冰水浴中搅拌10-30min，再将对甲苯磺酰氯用溶剂溶解后加入，保持冰水浴，继续搅拌反应30-60min后升温至40-60℃，保温反应18-24h，恢复室温后抽滤，所得滤液减压浓缩得到端甲苯磺酸酯基聚二甲基硅氧烷，将聚乙烯醇用溶剂溶解后，加入氢氧化钾，升温至50-70℃保温搅拌10-30min，再将所述端甲苯磺酸酯基聚二甲基硅氧烷用溶剂溶解后加入，继续反应24-48h，恢复室温后抽滤，所得滤液减压浓缩后用二氯甲烷溶解，依次用酸液、水洗涤至中性，减压浓缩即可。
5.如权利要求1所述的环保胶合板，其特征在于，所述增强纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、棉纤维、剑麻纤维中的任意一种，优选为剑麻纤维。
6.如权利要求5所述的环保胶合板，其特征在于，所述增强纤维经过低温等离子体改性处理。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述的环保胶合板的制备方法，其特征在于，将脱脂豆粉加入水中，搅拌均匀后滤去不溶物，再将环氧化端羟基聚丁二烯、聚乙烯醇-端羟基聚二甲基硅氧烷-聚乙烯醇嵌段共聚物、石墨烯、硅酸钠、增强纤维加入，继续搅拌即可得到所述胶黏剂，在单板表面涂覆胶黏剂，再按照木纹方向将单板纵横交错铺装形成板坯，将得到的板坯先预压后热压，即可得到所述环保胶合板。
8.如权利要求7所述的环保胶合板的制备方法，其特征在于，胶黏剂的涂覆量为180-200g/m2。
9.如权利要求7所述的环保胶合板的制备方法，其特征在于，预压压力为0.3-0.6MPa，时间为30-60min。
10.如权利要求7所述的环保胶合板的制备方法，其特征在于，热压分为两段，一段热压温度为85-95℃，一段热压压力为1-1.5MPa，一段热压时间为10-20min；
二段热压温度为120-130℃，二段热压压力为1.5-2MPa，二段热压时间为3-6min。
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