生物基木材膠黏劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于精細化學(xué)品技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生物基木材膠黏劑及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國是個少林國家，森林覆蓋率僅為12%，大大低于世界平均水平，為提高木材資 源的利用率，將膠粘劑加入碎木、刨花和樹枝等，可壓制成膠合板、刨花板和纖維板統(tǒng)稱為 人造板。而這里面應(yīng)用膠粘劑的主導(dǎo)品種是脲醛樹脂膠，它與酚醛樹脂膠，三聚氰胺-甲醛 樹脂膠并稱為人造板工業(yè)用三大膠，然而，源于石油的三醛膠在生產(chǎn)和使用時由于會釋放 對人體有害的游離苯酚、甲醛會給環(huán)境和群眾身體帶來惡劣影響；尤其在室內(nèi)裝修和家具 板材中，因為甲醛并不完全縮聚，關(guān)鍵是固化樹脂因水解或者分解釋放出游離甲醛，逐步 向周圍散發(fā)而造成室內(nèi)環(huán)境污染。而且石油基膠黏劑制品屬于非生物可降解材料，長期大 量使用會形成廢物堆積和環(huán)境惡化，這些問題逐漸受到了大家的關(guān)注。
[0003] 木材膠粘劑品種繁多，性能各異，涉及面較廣，給分類工作帶來諸多不便，盡管分 類方法很多，但都各有其不足之處。隨著全球石油資源的日益減少，石油化工產(chǎn)品價格持 續(xù)攀升，加之環(huán)保意識的增強，人們把更多的目光的投向了豐富且可再生的生物質(zhì)資源。 開發(fā)森林資源來制造木材膠黏劑，從豐富森林資源中尋找原料制備木材用膠黏劑成為一種 可行的途徑。目前成功應(yīng)用的例子是以樹皮為原料，通過抽提合成工藝制得單寧劑。單寧 固化速度快、價格便宜、PH值中性、流動性能好、施膠容易，是木材工業(yè)膠黏劑的重要發(fā)展 方向；木質(zhì)素是儲存量十分豐富的天然可再生資源。其本身具有優(yōu)越的化學(xué)改性條件。從 木材中提取木質(zhì)素為原料，利用其含有甲氧基、羰基、酚羥基、羧基和羧甲基等多種活性官 能團和化學(xué)鍵的特點，對其進行化學(xué)改性制得膠黏劑也是木材工業(yè)膠黏劑的另一個重要發(fā) 展方向。另外針對天然高分子膠的改性研究制備天然高分子膠黏劑也是一個研究熱點，近 年來生物基木材膠黏劑的研究中較多的是采用大豆分離蛋白改性或者淀粉改性，其主要缺 陷是制得的膠黏劑粘度差，固化后膠成缺乏彈性，固化時間長等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種生物基木材膠黏劑及其制備方法，以豐富且可再生的生物質(zhì)資源 淀粉和蔗糖為原料，膠黏劑耐水、耐熱、耐老性能好，能在常溫低壓力下短時間固化，沒有毒 性及強烈的刺激性。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)手段為： 生物基木材膠黏劑，組分及各組分質(zhì)量份數(shù)如下：淀粉20~40份，蔗糖10~18份，果膠 5~8份，甲基纖維素3~5份，海藻酸丙二醇4~8份，丁二酸酐1~3份，高錳酸鉀2~5份，聚 乙烯醇5~10份，納米二氧化硅0. 01~0. 09份，碳酸鈣0. 02~0. 08份，氫氧化鈉2~5份，環(huán) 氧氯丙烷1~6份，尿素1~3份，十二烷基硫酸鈉1~3.5份，鄰苯二甲酸二丁酯3~7份，順戊 二烯1~5份，丙烯酸丁酯1~3份，過氧化苯甲酰0. 1~0.8份，水50~70份。
[0006] 所述淀粉為玉米淀粉、木薯淀粉或者土豆淀粉中的至少一種。
[0007] 生物基木材膠黏劑，組分及各組分質(zhì)量份數(shù)優(yōu)選如下：淀粉30份，蔗糖14份， 果膠6份，甲基纖維素4份，海藻酸丙二醇6份，丁二酸酐2份，高錳酸鉀3份，聚乙烯醇 8份，納米二氧化硅0.05份，碳酸鈣0.06份，氫氧化鈉4份，環(huán)氧氯丙烷3. 5份，尿素2 份，十二烷基硫酸鈉2. 6份，鄰苯二甲酸二丁酯5份，順戊二烯3份，丙烯酸丁酯2份，過 氧化苯甲酰0.4份，水60份。
[0008] 所述生物基木材膠黏劑的制備方法，包括如下步驟： 1) 、將淀粉與水混合，攪拌均勾，加入氫氧化鈉，以30~60rpm的轉(zhuǎn)速攪拌10~40min; 2) 向步驟1)的淀粉溶液中加入高錳酸鉀攪拌l~2h后加入剩余組分，升溫至90~1KTC， 反應(yīng)8~10h，得到生物基木材膠黏劑。
[0009] 步驟1)中攪拌轉(zhuǎn)速為45rpm，攪拌時間為25min。
[0010] 步驟2)中升溫至100°C，反應(yīng)9h。
[0011] 淀粉先與高錳酸鉀反應(yīng)，淀粉上的羥基被氧化為醛基，醛基會進一步重排變成烯 醇結(jié)構(gòu)，此時Mn4+或Mn3+離子會與稀醇反應(yīng)生成淀粉初級自由基，誘發(fā)單體與淀粉初級 自由基進行接枝共聚反應(yīng)，然后與蔗糖反應(yīng)，將蔗糖大分子共聚到淀粉結(jié)構(gòu)中，改性后提高 淀粉基膠黏劑的濕膠合強度和耐水性。
[0012] 有益效果： 本發(fā)明提供一種生物基木材膠黏劑，以豐富且可再生的生物質(zhì)資源淀粉和蔗糖為原 料，原料易得、價格低廉、無毒無害、可生物降解、對環(huán)境友好，所得膠粘劑有合適的粘度及 良好的潤濕性與流動性；膠接強度高，固化后膠層有一定的彈性。耐水、耐熱、耐老性能好； 便于使用、能在常溫低壓力下短時間固化，沒有毒性及強烈的刺激性。
【具體實施方式】
[0013] 實施例1 生物基木材膠黏劑，組分及各組分質(zhì)量份數(shù)如下：玉米淀粉30份，木薯淀粉10份，蔗 糖18份，果膠8份，甲基纖維素5份，海藻酸丙二醇8份，丁二酸酐3份，高錳酸鉀5份， 聚乙烯醇10份，納米二氧化硅0.09份，碳酸鈣0.08份，氫氧化鈉5份，環(huán)氧氯丙烷6份， 尿素3份，十二烷基硫酸鈉3. 5份，鄰苯二甲酸二丁酯7份，順戊二烯5份，丙烯酸丁酯3 份，過氧化苯甲酰0.8份，水70份。
[0014] 制備方法，包括如下步驟： 1) 、將淀粉與水混合，攪拌均勾，加入氫氧化鈉，以45rpm的轉(zhuǎn)速攪拌25min; 2) 向步驟1)的淀粉溶液中加入高錳酸鉀攪拌Ih后加入剩余組分，升溫至KKTC，反應(yīng) 9h，得到生物基木材膠黏劑。
[0015] 實施例2 生物基木材膠黏劑，組分及各組分質(zhì)量份數(shù)如下：土豆淀粉10份，玉米淀粉10份，蔗 糖10份，果膠5份，甲基纖維素3份，海藻酸丙二醇4份，丁二酸酐1份，高錳酸鉀2份， 聚乙烯醇5份，納米二氧化硅0.01份，碳酸鈣0.02份，氫氧化鈉2份，環(huán)氧氯丙烷1份， 尿素1份，十二烷基硫酸鈉1份，鄰苯二甲酸二丁酯3份，順戊二烯1份，丙烯酸丁酯1 份，過氧化苯甲酰0. 1份，水50份。
[0016] 制備方法，包括如下步驟： 1) 、將淀粉與水混合，攪拌均勾，加入氫氧化鈉，以45rpm的轉(zhuǎn)速攪拌25min; 2) 向步驟1)的淀粉溶液中加入高錳酸鉀攪拌Ih后加入剩余組分，升溫至KKTC，反應(yīng) 9h，得到生物基木材膠黏劑。
[0017] 實施例3 生物基木材膠黏劑，組分及各組分質(zhì)量份數(shù)如下：玉米淀粉30份，蔗糖14份，果膠6 份，甲基纖維素4份，海藻酸丙二醇6份，丁二酸酐2份，高錳酸鉀3份，聚乙烯醇8份，納 米二氧化硅0.05份，碳酸鈣0.06份，氫氧化鈉4份，環(huán)氧氯丙烷3. 5份，尿素2份，十二 烷基硫酸鈉2. 6份，鄰苯二甲酸二丁酯5份，順戊二烯3份，丙烯酸丁酯2份，過氧化苯甲 酰0.4份，水60份。制備方法，包括如下步驟： 1) 、將淀粉與水混合，攪拌均勾，加入氫氧化鈉，以45rpm的轉(zhuǎn)速攪拌25min; 2) 向步驟1)的淀粉溶液中加入高錳酸鉀攪拌Ih后加入剩余組分，升溫至KKTC，反應(yīng) 9h，得到生物基木材膠黏劑。
[0018] 對比例1 生物基木材膠黏劑，組分及各組分質(zhì)量份數(shù)如下：玉米淀粉30份，果膠6份，海藻酸 丙二醇6份，丁二酸酐2份，高錳酸鉀3份，聚乙烯醇8份，納米二氧化硅0.05份，碳酸鈣 0.06份，氫氧化鈉4份，環(huán)氧氯丙烷3. 5份，尿素2份，十二烷基硫酸鈉2. 6份，鄰苯二甲 酸二丁酯5份，順戊二烯3份，丙烯酸丁酯2份，過氧化苯甲酰0.4份，水60份。（實施例 3配方刪除蔗糖和甲基纖維素） 對實施例1~3和對比例1的生物基木材膠黏劑進行性能測試，依照GB/T14074. 10-2006 (《木材膠黏劑及其樹脂檢測方法》第十部分[69]:膠合強度和內(nèi)結(jié)合強度 測定）標(biāo)準測定膠黏劑的膠合強度； 耐水性能測試：將試件在（20±2) °C，相對濕度（65±5)%條件下固化3d后放置恒 重，浸置于60±3°C溫水中，記錄試件從開始浸入到開膠時間作為耐水時間。
[0019] 儲存穩(wěn)定性能測試：按照GB/T14074. 9-2006 (《木材膠黏劑及其樹脂檢測方法》第 九部分：儲存穩(wěn)定性測定）標(biāo)準進行測定。
[0020] 黏度測定：在室溫為20°C~25°C溫度下，利用旋轉(zhuǎn)粘度計對膠黏劑樣品進行黏 度測定，單位:mPas。
[0021] 交聯(lián)度測定：本測試利用沉降體積來標(biāo)示交聯(lián)度。方法如下：用電子天平稱取 〇.5g樣品至于燒杯中，用蒸餾水稀釋配成2%濃度的乳液。在80~82°C條件下的恒溫水 鍋域中保溫攪拌2min，取出冷卻至25°C左右。在兩支離心管中分別裝入IOmL的乳液， 在高速離心機上以4000r/min的轉(zhuǎn)速離心2min，取出分離上清液，讀出上清液的體積V (mL)，計算沉降體積為10-V，數(shù)值越小，說明交聯(lián)度越高。測試結(jié)果見表1 :
【主權(quán)項】
1. 生物基木材膠黏劑，其特征在于組分及各組分質(zhì)量份數(shù)如下：淀粉20~40份，蔗糖 1〇~18份，果膠5~8份，甲基纖維素3~5份，海藻酸丙二醇4~8份，丁二酸酐1~3份，高錳 酸鉀2~5份，聚乙烯醇5~10份，納米二氧化硅0. 01~0. 09份，碳酸鈣0. 02~0. 08份，氫氧 化鈉2~5份，環(huán)氧氯丙烷1~6份，尿素1~3份，十二烷基硫酸鈉1~3.5份，鄰苯二甲酸二丁 酯3~7份，順戊二烯1~5份，丙烯酸丁酯1~3份，過氧化苯甲酰0. 1~0.8份，水50~70份。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物基木材膠黏劑，其特征在于：所述淀粉為玉米淀粉、木薯 淀粉或者土豆淀粉中的至少一種。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物基木材膠黏劑，其特征在于：組分及各組分質(zhì)量份數(shù)如 下：淀粉30份，蔗糖14份，果膠6份，甲基纖維素4份，海藻酸丙二醇6份，丁二酸酐2 份，高錳酸鉀3份，聚乙烯醇8份，納米二氧化硅0.05份，碳酸鈣0.06份，氫氧化鈉4份， 環(huán)氧氯丙烷3. 5份，尿素2份，十二烷基硫酸鈉2. 6份，鄰苯二甲酸二丁酯5份，順戊二烯 3份，丙烯酸丁酯2份，過氧化苯甲酰0.4份，水60份。4. 權(quán)利要求1所述生物基木材膠黏劑的制備方法，其特征在于包括如下步驟： 1) 、將淀粉與水混合，攪拌均勾，加入氫氧化鈉，以30~60rpm的轉(zhuǎn)速攪拌10~40min ; 2) 向步驟1)的淀粉溶液中加入高錳酸鉀攪拌l~2h后加入剩余組分，升溫至90~1 KTC， 反應(yīng)8~10h，得到生物基木材膠黏劑。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述生物基木材膠黏劑的制備方法，其特征在于：步驟1)中攪拌轉(zhuǎn) 速為45rpm，攪拌時間為25min。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述生物基木材膠黏劑的制備方法，其特征在于：步驟2)中升溫至 l〇〇°C，反應(yīng) 9h。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種生物基木材膠黏劑及其制備方法，淀粉20~40份，蔗糖10~18份，果膠5~8份，甲基纖維素3~5份，海藻酸丙二醇4~8份，丁二酸酐1~3份，高錳酸鉀2~5份，聚乙烯醇5~10份，納米二氧化硅0.01~0.09份，碳酸鈣0.02~0.08份，氫氧化鈉2~5份，環(huán)氧氯丙烷1~6份，尿素1~3份，十二烷基硫酸鈉1~3.5份，鄰苯二甲酸二丁酯3~7份，順戊二烯1~5份，丙烯酸丁酯1~3份，過氧化苯甲酰0.1~0.8份，水50~70份。以豐富且可再生的生物質(zhì)資源淀粉和蔗糖為原料，膠黏劑耐水、耐熱、耐老性能好，能在常溫低壓力下短時間固化。
【IPC分類】C08F251/00, C09J151/02
【公開號】CN105086894
【申請?zhí)枴緾N201510344552
【發(fā)明人】夏戊君, 金可心, 凌云, 凌天陽
【申請人】蘇州佑君環(huán)境科技有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年6月19日