一种绿色非甲醛木材胶粘剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及胶黏剂制备领域，尤其是一种绿色非甲醛木材胶粘剂及其制备方法。
背景技术
木材胶黏剂行业在经历了短暂的快速发展之后遇到了巨大危机，以酚醛树脂和脲醛树脂为代表的传统木材胶黏剂在使用过程中存在着有毒物质的挥发问题，尤其是甲醛，早在2006 年就被世界卫生组织列为 1 类致癌物质。木材胶黏剂技术一直为人们所关注。
CN107641479A涉及一种无醛木材胶粘剂的制备方法，属于材料加工技术领域。本发明取胰蛋白胨、酵母膏和氯化钠溶液，调节pH，得培养基；取水百合，用蒸馏水洗净，浸于乙醇溶液中，再用无菌水冲洗；用无菌刀切片，将切片置于培养基表面，调节温度，培养，挑取菌落，将菌落与去离子水混合过滤，得菌种悬浮液；取糯米粉和去离子水，于电饭煲中煮沸后继续熬制，期间每半小时搅拌一次，制成糯米浆；将菌种悬浮液入至糯米浆中，放置于恒温摇床，震荡，即得改性糯米浆；取多巴胺，将多巴胺溶解在Tris-HCl缓冲液中，配制成多巴胺盐酸盐溶液；取改性糯米浆、多巴胺盐酸盐溶液、偶联剂和防腐剂，置于反应釜中，搅拌即得一种无醛木材胶粘剂。
CN106928888A涉及环保型木材防腐胶黏剂的制备方法，包括如下步骤：（1）制备主剂：以酚醛树脂胶黏剂为基料，调pH值至中性，升温至50-60℃，加入适量环氧树脂，维持恒温反应5-15min，然后冷却至常温；（2）制备功能剂：适量蜂胶粉和有机膨润土充分混合均匀，加热至60-70℃，形成稳定的熔融态粘稠流体，滤去颗粒杂质备用；（3）制备胶黏剂成品：主剂、功能剂和溶剂以适宜的比例混合均匀，静置处理8-12h；（4）步骤（3）的物料真空脱出溶剂，经干燥、粉碎获得成品环保型木材防腐胶黏剂。该发明胶黏剂的原料选择合理，配伍适当，制备得到的胶黏剂与现有的胶水相比，具有优异的耐水性、胶合性能，干燥过程均一性好，平整性好。
CN106433557A涉及一种复合木材胶黏剂的制备方法，属于胶黏剂制备技术领域。该发明首先将大豆分离蛋白用尿素改性后再与贻贝粘蛋白在碱性条件下反应，得到改性大豆分离蛋白，再从爬山虎吸盘中酶解得到黏性多糖，最后混合即可得到胶黏剂，该发明在碱性条件下，用尿素诱导大豆蛋白变性，再引入贻贝蛋白的多巴胺结构与大豆蛋白分子之间形成稳定的结构，使改性大豆蛋白具有两者的优点，使其具有高防水性和流动性，爬山虎黏性多糖使胶黏剂的强度增加，该发明解决了大豆基胶黏剂普遍存在粘结强度、耐水性差和流动性差的问题，制备的胶黏剂的剥离强度达到了1.8～2.0kN/m，板材间的粘结强度达到了85～88MPa。
木材行业当前使用的胶黏剂原料主要来自石油资源， 石油资源的不可再生性和人们对环境问题以及胶黏剂中有毒挥发性物质的日益关注，迫使人们寻找一种可再生的，能够制备非甲醛木材胶黏剂的替代物。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种绿色非甲醛木材胶粘剂及其制备方法。
一种绿色非甲醛木材胶粘剂及其制备方法，其方法操作如下：
按重量份数计，将3-8份的N,N-二甲基双丙烯酰胺、10-18份的丙烯酰胺、60-80份的淀粉、40-53份的改性木质素和400-580份的水加入到反应釜中，搅拌混合均匀后控温 70-95℃，反应1-5h，后将30-50份的溶有3-8份的引发剂水溶液在120-180min内缓慢加入到反应釜中，完成后保温3-6h，用质量分数为5%-15%的氨水溶液调节pH至7.6-9.2，然后将20-30份的双氧水，控温75-95℃，搅拌反应45-90min，然后球磨30-60min后，即得一种绿色非甲醛木材胶粘剂。
所述的改性木质素，其制备方法如下：
按照质量份数，在溶液中加入40-58份的木质素和20-30份的3-(三甲基硅烷基)-4-戊烯酸，0.5-2.5份磷酸氢钠，300-480份的水混合均匀，控温60-80℃，搅拌反应100-200min，加入0.5-0.9份的二烯丙基二甲基氯化胺与0.05-0.1份的乙烯基二茂铁，将30-50份的溶有3-8份的引发剂水溶液在120-180min内缓慢加入到反应釜中，控温60-80℃，搅拌混合45-90min，蒸发除去水分，得到改性木质素。
所述的双氧水得的质量浓度为25%-30%。
所述的引发剂为过磷酸氢钠铵或过磷酸氢钠钾或过氧化苯甲酰。
所述的淀粉为土豆淀粉或红薯淀粉。
本发明的一种绿色非甲醛木材胶粘剂及其制备方法，本发明制备的一种绿色非甲醛木材胶粘剂具有以下特点：本发明的非甲醛胶黏剂完全不会有甲醛或其他有害物质挥发，是一种真正绿色健康的木材胶黏剂；本发明的胶黏剂的主要原材料是来自于天然植物的淀粉和木质素，具有材料来源广泛和廉价易得的优点；本发明的胶黏剂的制备方法简单可靠，稳定型高，重复性好，具备实际工业化价值；本发明的胶黏剂具有较好的粘结强度，具有较好的耐湿性，在潮湿环境下也具有较高的粘结性，性能优异，适合应用于家装等各个领域。
附图说明
图1为实施例2制备的绿色非甲醛木材胶粘剂的傅里叶红外光谱图：
在2944cm-1附近存在碳氢的伸缩吸收峰，在1067cm-1附近存在醚键的反对称伸缩吸收峰，在3341/1372cm-1附近存在羟基的伸缩/面内弯曲吸收峰，说明淀粉参与了反应；在1610/1498/1460cm-1附近存在苯环的伸缩吸收峰，在1250cm-1附近存在苯醚的醚键的吸收峰，说明改性木质素胶水参与了反应；在1724cm-1附近存在酯羰基的吸收峰，说明丙烯酸酯参与了反应；在1296cm-1附近存在碳氮单键的吸收峰，说明丙烯酰胺和N,N-二甲基双丙烯酰胺参与了反应。
具体实施方式
下面通过具体实施例对该发明作进一步说明：
实施例1
一种绿色非甲醛木材胶粘剂及其制备方法，其方法操作如下：
将3kg的N,N-二甲基双丙烯酰胺、10kg的丙烯酰胺、60kg的淀粉、40kg的改性木质素和400kg的水加入到反应釜中，搅拌混合均匀后控温 70℃，反应1h，后将30kg的溶有3kg的引发剂水溶液在120min内缓慢加入到反应釜中，完成后保温3h，用质量分数为5%的氨水溶液调节pH至7.6，然后将20kg的双氧水，控温75℃，搅拌反应45min，然后球磨30min后，即得一种绿色非甲醛木材胶粘剂。
所述的改性木质素，其制备方法如下：
在溶液中加入40kg的木质素和20kg的3-(三甲基硅烷基)-4-戊烯酸，0.5kg磷酸氢钠，300kg的水混合均匀，控温60℃，搅拌反应100min，加入0.5kg的二烯丙基二甲基氯化胺与0.05kg的乙烯基二茂铁，将30kg的溶有3kg的引发剂水溶液在120min内缓慢加入到反应釜中，控温60℃，搅拌混合45min，蒸发除去水分，得到改性木质素。
所述的双氧水的质量浓度为25%。
所述的引发剂为过磷酸氢钠铵。
所述的淀粉为土豆淀粉。
实施例2
一种绿色非甲醛木材胶粘剂及其制备方法，其方法操作如下：
将5kg的N,N-二甲基双丙烯酰胺、12kg的丙烯酰胺、62kg的淀粉、45kg的改性木质素和460kg的水加入到反应釜中，搅拌混合均匀后控温 77℃，反应2h，后将38kg的溶有7kg的引发剂水溶液在150min内缓慢加入到反应釜中，完成后保温4h，用质量分数为7%的氨水溶液调节pH至8.2，然后将25kg的双氧水，控温79℃，搅拌反应55min，然后球磨50min后，即得一种绿色非甲醛木材胶粘剂。
所述的改性木质素，其制备方法如下：
在溶液中加入52kg的木质素和25kg的3-(三甲基硅烷基)-4-戊烯酸，1kg磷酸氢钠，350kg的水混合均匀，控温70℃，搅拌反应150min，加入0.7kg的二烯丙基二甲基氯化胺与0.07kg的乙烯基二茂铁，将38kg的溶有5kg的引发剂水溶液在150min内缓慢加入到反应釜中，控温70℃，搅拌混合60min，蒸发除去水分，得到改性木质素。
所述的双氧水的质量浓度为28%。
所述的引发剂为过磷酸氢钠钾。
所述的淀粉为红薯淀粉。
实施例3
一种绿色非甲醛木材胶粘剂及其制备方法，其方法操作如下：
将8kg的N,N-二甲基双丙烯酰胺、18kg的丙烯酰胺、80kg的淀粉、53kg的改性木质素和480kg的水加入到反应釜中，搅拌混合均匀后控温 95℃，反应5h，后将50kg的溶有8kg的引发剂水溶液在180min内缓慢加入到反应釜中，完成后保温6h，用质量分数为15%的氨水溶液调节pH至9.2，然后将30kg的双氧水，控温95℃，搅拌反应90min，然后球磨60min后，即得一种绿色非甲醛木材胶粘剂。
所述的改性木质素，其制备方法如下：
在溶液中加入58kg的木质素和30kg的3-(三甲基硅烷基)-4-戊烯酸， 2.5kg磷酸氢钠，480kg的水混合均匀，控温80℃，搅拌反应200min，加入0.9kg的二烯丙基二甲基氯化胺与0.1kg的乙烯基二茂铁，将50kg的溶有8kg的引发剂水溶液在180min内缓慢加入到反应釜中，控温80℃，搅拌混合90min，蒸发除去水分，得到改性木质素。
所述的双氧水的质量浓度为30%。
所述的引发剂为过氧化苯甲酰。
所述的淀粉为红薯淀粉。
实施例4
一种绿色非甲醛木材胶粘剂及其制备方法，其方法操作如下：
将3kg的N,N-二甲基双丙烯酰胺、18kg的丙烯酰胺、60kg的淀粉、53kg的改性木质素和420kg的水加入到反应釜中，搅拌混合均匀后控温 95℃，反应5h，后将30kg的溶有3kg的引发剂水溶液在180min内缓慢加入到反应釜中，完成后保温6h，用质量分数为5%的氨水溶液调节pH至7.6，然后将20kg的双氧水，控温95℃，搅拌反应90min，然后球磨30min后，即得一种绿色非甲醛木材胶粘剂。
所述的改性木质素，其制备方法如下：
在溶液中加入40kg的木质素和30kg的3-(三甲基硅烷基)-4-戊烯酸，0.5kg磷酸氢钠，480kg的水混合均匀，控温60℃，搅拌反应100min，加入0.9kg的二烯丙基二甲基氯化胺与0.1kg的乙烯基二茂铁，将30kg的溶有3kg的引发剂水溶液在180min内缓慢加入到反应釜中，控温60℃，搅拌混合90min，蒸发除去水分，得到改性木质素。
所述的双氧水的质量浓度为25%。
所述的引发剂为过磷酸氢钠铵。
所述的改性木质素为丙烯酸丁酯。
所述的淀粉为土豆淀粉。
对比例1
一种绿色非甲醛木材胶粘剂及其制备方法，其方法操作如下：
将3kg的N,N-二甲基双丙烯酰胺、10kg的丙烯酰胺、60kg的淀粉、40kg的木质素和400kg的水加入到反应釜中，搅拌混合均匀后控温 70℃，反应1h，后将30kg的溶有3kg的引发剂水溶液在120min内缓慢加入到反应釜中，完成后保温3h，用质量分数为5%的氨水溶液调节pH至7.6，然后将20kg的双氧水，控温75℃，搅拌反应45min，然后球磨30min后，即得一种绿色非甲醛木材胶粘剂。
所述的双氧水的质量浓度为25%。
所述的引发剂为过磷酸氢钠铵。
所述的淀粉为土豆淀粉。
对比例2
一种绿色非甲醛木材胶粘剂及其制备方法，其方法操作如下：
将3kg的N,N-二甲基双丙烯酰胺、10kg的丙烯酰胺、60kg的淀粉、40kg的改性木质素和400kg的水加入到反应釜中，搅拌混合均匀后控温 70℃，反应1h，后将30kg的溶有3kg的引发剂水溶液在120min内缓慢加入到反应釜中，完成后保温3h，用质量分数为5%的氨水溶液调节pH至7.6，然后将20kg的双氧水，控温75℃，搅拌反应45min，然后球磨30min后，即得一种绿色非甲醛木材胶粘剂。
所述的改性木质素，其制备方法如下：
在溶液中加入40kg的木质素和20kg的3-(三甲基硅烷基)-4-戊烯酸，0.5kg磷酸氢钠，300kg的水混合均匀，控温60℃，搅拌反应100min，加入0.5kg的二烯丙基二甲基氯化胺，将30kg的溶有3kg的引发剂水溶液在120min内缓慢加入到反应釜中，控温60℃，搅拌混合45min，蒸发除去水分，得到改性木质素。
所述的双氧水的质量浓度为25%。
所述的引发剂为过磷酸氢钠铵。
所述的淀粉为土豆淀粉。
对比例3
一种绿色非甲醛木材胶粘剂及其制备方法，其方法操作如下：
将3kg的N,N-二甲基双丙烯酰胺、10kg的丙烯酰胺、60kg的淀粉、40kg的改性木质素和400kg的水加入到反应釜中，搅拌混合均匀后控温 70℃，反应1h，后将30kg的溶有3kg的引发剂水溶液在120min内缓慢加入到反应釜中，完成后保温3h，用质量分数为5%的氨水溶液调节pH至7.6，然后将20kg的双氧水，控温75℃，搅拌反应45min，然后球磨30min后，即得一种绿色非甲醛木材胶粘剂。
所述的改性木质素，其制备方法如下：
在溶液中加入40kg的木质素和20kg的3-(三甲基硅烷基)-4-戊烯酸，0.5kg磷酸氢钠，300kg的水混合均匀，控温60℃，搅拌反应100min，加入0.05kg的乙烯基二茂铁，将30kg的溶有3kg的引发剂水溶液在120min内缓慢加入到反应釜中，控温60℃，搅拌混合45min，蒸发除去水分，得到改性木质素。
所述的双氧水的质量浓度为25%。
所述的引发剂为过磷酸氢钠铵。
所述的淀粉为土豆淀粉。
为测试实施例中胶黏剂的性能，实验选用尺寸为300mm×300mm×1.5mm的桦木单板。为了提升单板表面粗糙度及对胶黏剂的渗透性能，利用180目的砂纸对单板粘接面进行打磨处理。将三块单板按照纹路交叉排列，使用毛刷对表板内表面和芯板的双面均匀施胶，然后叠合形成三层板坯，进行热压，具体热压工艺为：热压温度120℃，热压压力8MPa，热压时间8min，施胶量0.08g/cm2，最终制备得三层胶合板。制备成型的胶合板在室温条件下放置48h后，进行力学性能测试。将胶合板按国标（GB/T 9846.1-2004）制成标准试件，每组不少于10个；将试件在25℃的冷水中浸泡24h后，在湿态条件下进行力学性能的测定得到湿胶合强度。
以上实施例样品的胶合强度的测试，其结果统计结果如下：
