專利名稱：一種環(huán)保型木材工業(yè)用膠粘劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)膠粘劑，具體地說是一種特別適于木材工業(yè)用的膠粘劑。
背景技術(shù)：
目前，在木材工業(yè)用膠粘劑市場中，脲醛樹脂膠、酚醛樹脂膠和三聚氰胺-甲醛樹脂膠(簡稱三醛膠)占據(jù)主導(dǎo)地位。這三種膠具有許多優(yōu)異的特性，但也存在一些難以克服的缺點(diǎn)，特別是其所含有的游離甲醛，嚴(yán)重地影響其進(jìn)一步的廣泛應(yīng)用。以脲醛樹脂膠為例，該樹脂膠曾以具有膠合強(qiáng)度高、固化快、固化膠層無色、制造簡單、性能優(yōu)良以及成本低廉、原料來源廣泛的優(yōu)點(diǎn)而備受市場青睞。但近年來，隨著人們健康意識(shí)、環(huán)保意識(shí)的不斷提升，脲醛樹脂膠的甲醛釋放量越來越受到人們的關(guān)注。從所周知，甲醛是一種反應(yīng)活性很強(qiáng)的醛類化合物，它能與人體的蛋白質(zhì)反應(yīng)生成氮次甲基化合物，從而使蛋白質(zhì)發(fā)生變性，引起眼睛、鼻子等部位的粘膜發(fā)炎而產(chǎn)生痛感。最新研究還表明，甲醛還可增加紅細(xì)胞的溶血作用，抑制乙酰膽堿酯酶活力和引起可滴定巰基含量降低，同時(shí)使磷酸甘油醛氫酶、乳酸脫氫酶活力提高和促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)Ca2+的泄漏，故甲醛嚴(yán)重威協(xié)著人體的健康和環(huán)保安全。而脲醛樹脂膠無論在生產(chǎn)過程中、使用過程中還是在使用由脲醛樹脂膠制備的產(chǎn)品過程中均會(huì)釋放出甲醛。其來源大致有幾個(gè)方面①樹脂合成過程中未參加反應(yīng)的游離甲醛；②樹脂固化過程中，在電解質(zhì)的作用下，膠體粒子周圍形成的吸附雙離子層遭到破壞，釋放出甲醛；③制品在使用過程中，受到溫度、濕度、酸堿、光照等環(huán)境因素影響發(fā)生降解而釋放甲醛；④在高溫、高濕的環(huán)境下，木材中的半纖維素分解，木素中一些甲氧基鍵斷裂，釋放出甲醛。
為了滿足人們對(duì)健康與環(huán)保的要求，許多研究人員把研究的重點(diǎn)放在了如何降低脲醛樹脂膠甲醛含量方面，但目前的研究成果尚不盡如人意。例如，有人致力于降低甲醛尿素比(F/U)的研究，以期降低產(chǎn)品的毒性，但隨著F/U摩爾比的降低，樹脂的水溶性會(huì)隨之下降，產(chǎn)品的貯存期縮短、固化時(shí)間延長、物理力學(xué)性能、耐老化能力及耐水性均有所降低。因而，單方面降低F/U的摩爾比其效果并不理想。為了保持膠粘劑的綜合性能，仍需從其他方面對(duì)其進(jìn)行改性，如加入三聚氰胺、苯酚或多種合成乳液來增強(qiáng)其耐水、耐熱性。但是該方法雖使游離醛降低了、性能提高了，而成本卻大幅度提升，并且隨之又出現(xiàn)了新的有害物質(zhì)(酚及其他有機(jī)揮發(fā)物)；有人致力于改進(jìn)合成工藝，采用工藝流程多階段縮聚、分多次投放尿素。該方法雖然也可降低游離甲醛量，但其在實(shí)際生產(chǎn)中由于加脲次數(shù)太多而使工藝繁雜，且因樹脂中殘存游離脲較多還會(huì)使膠合產(chǎn)品耐水性下降；有人在配方中采用甲醛吸收劑(如尿素、亞硫酸鹽、三聚氰胺、苯酸、間苯二酚)，該方法可使樹脂中的游離醛降低60％以上，但膠液的粘度和貯存穩(wěn)定性也隨之有所下降，尤其是膠液的初粘性其性能更差。詳見化學(xué)工業(yè)出版社出版出版，黃世強(qiáng)等主編《環(huán)保膠粘劑》P35。
在上述方法中，無論是采用哪種方法都只是降低甲醛的含量，而不可能從根本上杜絕甲醛的存在，所以人們開始轉(zhuǎn)向?qū)o醛膠粘劑的研究。但目前開發(fā)出的無醛膠粘劑品種少，且綜合性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于“三醛膠”。例如，聚醋酸乙烯酯乳液，該產(chǎn)品雖克服甲醛所具有的弊病，但其耐水性、耐熱性、耐濕性、抗蠕變性都不盡如人意。為提高無醛膠粘劑的綜合性能，人們通常采用添加丙烯酸類單體、氯丙烯、偏氯乙烯、酚醛脲醛樹脂、硅膠、EVA乳液等材料進(jìn)行改性。這些方法雖然不同程度地改善了膠粘劑的綜合性能，但隨之又產(chǎn)生了其它的有害有機(jī)揮發(fā)物，同時(shí)其生產(chǎn)成本也明顯增大。目前市場上還有一種異氰酸酯膠，該膠雖然不含酚、不含醛，但其自身毒性較大，且其在生產(chǎn)、運(yùn)輸、倉儲(chǔ)過程中易燃、易爆。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種具有“三醛膠”優(yōu)良性能，同時(shí)又對(duì)人體、環(huán)境無毒無害，且成本低廉、易生產(chǎn)制造的木材工業(yè)用膠粘劑。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明膠粘劑采用以下配方制備而成按重量百分比計(jì)，取聚乙烯醇(PVA)5-10％、硅溶膠10-20％、乙二醇02.-0.35％、聚丙烯酰胺0.03-0.05％(分子量在1000--1500萬單位)、防霉殺菌劑0-0.1％、填料10-12％、余量為水。
本發(fā)明的優(yōu)選方案為按重量百分比計(jì)，聚乙烯醇7-9％、硅溶膠14-18％、乙二醇0.2-0.35％、聚丙烯酰胺0.03-0.05％、防霉殺菌劑0.08-0.1％、重質(zhì)碳酸鈣10-12％、余量為水。
本發(fā)明膠粘劑的配方中，最好再加入以下重量百分比的組分氯化鋅0.04-0.06％、氯化鉻0.04-0.06％、酒石酸0.01--0.02％，以進(jìn)一步增強(qiáng)膠的耐水性。還可以加入以下重量百分比的組分2--5％淀粉，以進(jìn)一步增強(qiáng)膠體的稠粘性并增加固含量。
本發(fā)明中的聚乙烯醇可選用聚乙烯醇22系列或聚乙烯醇20系列或聚乙烯醇24系列之中的任意一種最為優(yōu)選的是聚乙烯醇20-99型，用其制作的膠粘劑其各項(xiàng)性能更好。
為進(jìn)一步提高膠粘劑的綜合性能，本發(fā)明最好選用二氧化硅含量為30-40％的硅溶膠。
本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)之一是原料配方的設(shè)計(jì)。
本發(fā)明徹底摒棄以含醛、含酚、含有機(jī)揮發(fā)物作為原料進(jìn)行組方，所選用的原料來源廣泛且無毒物害，且各組分之間能夠產(chǎn)生良好的協(xié)同作用，故所制成的膠粘劑既具有“三醛膠”的優(yōu)良性能，同時(shí)又從根本上解決了膠粘劑甲醛及有機(jī)揮發(fā)物釋放所引發(fā)的一系列問題。
本發(fā)明配方中的聚乙烯醇與硅溶膠具有良好的相溶性，兩者合用可互為取長補(bǔ)短，且可產(chǎn)生良好的協(xié)同作用。硅溶膠與聚乙烯醇在一定溫度下反應(yīng)聚合可生成乳白色的硅膠乳液，以此作為膠粘劑的粘料，基本保證了所制膠粘劑具有良好的綜合性能，同時(shí)也從主料上保證所制膠粘劑廉價(jià)、無毒、無害、無污染。其設(shè)計(jì)原理主要是鑒于聚乙烯醇具有聚合度較高，粘接性較強(qiáng)、且耐光性、耐老化性、成膜性、機(jī)械強(qiáng)度、透明度、溶解性好的特性，同時(shí)又具備用量小、無毒、無味、價(jià)廉的特點(diǎn)，再利用硅溶膠具有耐水、耐高溫，且一旦成膜不再溶熔、不可逆轉(zhuǎn)，同時(shí)其又具有可常溫固化、固化速度快、分子粒細(xì)小、活性較高、膜硬度大，抗酸堿、抗輻射、抗紫外線、不易長霉等優(yōu)異特性，對(duì)聚乙烯醇所有存在的防水性、耐熱性差等的弱點(diǎn)進(jìn)行改性。
本發(fā)明配方中的增塑劑和潤濕劑，選用乙二醇。由于聚乙烯醇膜在高溫狀態(tài)下為柔性，而一旦失水固化后即變得易脆易破。加入乙二醇即可有效解決這一問題。乙二醇與聚乙烯醇有良好的互溶性，兩者分子之間的合力也很強(qiáng)，且隨著時(shí)間的延伸可進(jìn)一步增強(qiáng)。因此，加入乙二醇可有效提高膠粘劑的綜合性能。由于乙二醇本身也是無毒、無害的材料，因而，該成分的加入不會(huì)對(duì)人體健康及環(huán)境保護(hù)帶來任何負(fù)面影響。
本發(fā)明中的聚丙烯酰胺其自身具有多重特性，即既有良好的粘合性、分散性、潤濕性、穩(wěn)定性、流平性、水溶性。其無毒、無味、透明，成本低廉。在本配方中加入該成分可進(jìn)一步改善本發(fā)明粘料的綜合特性。
由于本發(fā)明膠粘劑為典型的水基型膠，其在存貯過程中易導(dǎo)致細(xì)菌繁殖、膠液變質(zhì)，再加上聚乙烯醇成份為高分子化合物，其本身就非常適于微生物的生長繁衍，故在本發(fā)明配方中可適量加入防腐殺菌劑，以防止微生物侵蝕破壞膠膜，增加膠粘劑的儲(chǔ)藏期。
本發(fā)明所選用的防腐殺菌劑因具有易溶于水，用量小，無毒或微毒，高效且耐酸堿耐熱的特性，如苯并異噻唑啉酮類的防腐殺菌劑，以保證加入其后仍可保膠粘劑從整體上具有環(huán)保、無毒、成本低廉的特性。
為了降低膠粘劑的成本，最好選用重質(zhì)碳酸鈣作填料，也可選用云母粉或高陵土。重質(zhì)碳酸鈣色白、化學(xué)性穩(wěn)定，不會(huì)與配方中的任一成份發(fā)生反應(yīng)，且其又具有相溶性好、不溶于水、成本低廉、無毒、無味的特性。選用其作為填料，既能保證膠粘劑良好的強(qiáng)度，同時(shí)還可大大降低膠粘劑的制造成本。
填料的用量應(yīng)適當(dāng)，否則，用量過多，可影響膠粘劑的粘接性能，用量過少，無疑提高制造成本。
本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)之二在于確定了配方各組分的恰當(dāng)用量配比。
本發(fā)明配方的用量配比是發(fā)明人經(jīng)過大量摸索總結(jié)得出的。
本發(fā)明中聚乙烯醇的用量選擇保證了原材料在整體配方中具有較佳的溶解度和良好的粘度，當(dāng)其用量過多時(shí)，原材料難于溶解且粘度過大，同時(shí)也難于與其他組分相配伍，亦不能與被粘板件的臨界面形成良好的粘附，流平性也相對(duì)較差。當(dāng)其用量過少時(shí)，其膠液的粘接性達(dá)不到要求，其粘度也不理想。
本發(fā)明配方中硅溶膠的用量大小是保證膠膜適宜強(qiáng)度和柔韌性的關(guān)鍵所在。用量過大，膠膜的強(qiáng)度指標(biāo)不夠理想；用量過小，膠膜的柔韌性指標(biāo)不夠理想。硅溶膠的二氧化硅含量的高低，也決定著膠膜性能的優(yōu)劣。
本發(fā)明配方中乙二醇的用量是依據(jù)聚乙烯醇的用量大小而定的。其用量范圍的選擇以其能夠?qū)垡蚁┐夹纬闪己玫陌鼮樵瓌t。
本發(fā)明的具體制備方法如下1、預(yù)處理①將配方量的乙二醇與水(按1∶2的重量份比)混勻備用；②將配方量的聚丙烯酰胺與水?dāng)嚮?按1∶20的重量份比)至全溶為止，備用。
③將防腐殺菌劑與水(按1∶2的重量份比)混勻備用。
④將填料與水?dāng)嚮靹?按1∶0.7的重量份比)備用。
2、熱溶在裝備控溫、控速、攪拌的不銹鋼夾套容器中，投余量水，升至70～80℃，在50～60r/min攪拌下，投放PVA(緩?fù)?，配方量完畢，升至90～95℃，待其全溶。溶液降至65℃±2℃，在100～130r/min攪拌下，緩慢投放硅溶膠；保持在50℃左右15～20min，使其充分聚合。然后滴加上述①步驟中的備用料。降至室溫，在80～100r/min攪拌下分別投放④、③、②步驟中的備用料，最后測其PH值為8.0～9.0。過濾，出料、用塑料桶灌裝。
本發(fā)明的有益效果從以下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比中也可得到驗(yàn)證(詳見表1)表1本發(fā)明與現(xiàn)有膠粘劑的試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果

表1解注(1)表1中▲代表游離狀態(tài)的醛含量。
(2)脲醛樹脂膠(UF膠)配方為(按重量百分比計(jì))36％甲醛475、97％尿素185.6、30％氫氧化鈉適量、20％氯化銨適量。
詳見化學(xué)工業(yè)出版社2002年10月再版的由唐星華主編的《木材用膠粘劑》第69頁。
(3)酚醛樹脂膠(PF膠)配方為(按重量百分比計(jì))苯酚100 37％甲醛150 40％氫氧化鈉5 丙酮18。
詳見化學(xué)工業(yè)出版社2002年10月再版的由唐星華主編的《木材用膠粘劑》第43頁.
(4)聚醋酸乙烯酯乳液(白乳膠)配方為(按重量百分比計(jì))醋酸乙烯10kg水636kg 聚乙烯醇62.5kg過硫酸胺1.43kgop-108kg碳酸氫鈉2.2kg 二丁脂80kg。
詳見化學(xué)工業(yè)出版社2002年10月再版的由唐星華主編的《木材用膠粘劑》第127頁。
(5)改性PVA木材膠配方為(按重量百分比計(jì))PVA7.0kg過硫酸鉀0.14kg次氯酸鈉2.5kg玉米粉4kg亞硫酸鈉0.2kg硼砂適量水余量。
詳見化學(xué)工業(yè)出版社2006年2月第一版，李和平主編《膠粘劑配方工藝手冊(cè)》第369頁。
(6)試驗(yàn)中對(duì)環(huán)保性能的測試是采用GB18538--2001《室內(nèi)裝飾裝修材料膠粘劑有害物質(zhì)限定》規(guī)定的測定方法進(jìn)行的。對(duì)其他性能的測試是采用HG/T2727-95《聚乙酸乙烯酯乳液木材膠粘劑》規(guī)定的測定方法進(jìn)行的。
由表1可以看出，本發(fā)明膠粘劑具有膠合強(qiáng)度高、固化快、制造簡單、性能優(yōu)良以及成本低廉、原料來源廣泛等諸多有益效果，且不含任何有毒有害物質(zhì)。其各項(xiàng)性能指標(biāo)完全可與“三醛膠”相媲美，并遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于聚醋酸乙烯酯乳液和改性PVA木材膠。特別需要說明的是本發(fā)明不含任何醛類、酚類及有機(jī)揮發(fā)物，故其環(huán)保性是“三醛膠”類膠粘劑不可比擬的。
本發(fā)明可用于制備各種類型的人造板，如膠合板、細(xì)木工板、定向刨花板、創(chuàng)花板、中密度纖維板、高密度纖維板、飾面人造板、硬質(zhì)纖維板等。
本發(fā)明膠粘劑還可用于各種木材、竹材的粘接，也可用于家具的粘接。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1細(xì)木板膠的制備1、預(yù)處理①乙二醇0.2kg與水0.4kg混勻備用；②將聚丙烯酰胺0.03kg與水0.6kg攪混至全溶為止，備用。
③將苯并異噻唑啉酮0.1kg與水0.2kg混勻備用。
④將重質(zhì)碳酸鈣(300目細(xì)粉)10kg與7kg攪混勻(按1∶0.7的重量份比)備用。
2、熱溶在裝備控溫、控速、攪拌的不銹鋼夾套容器中，加入60.47kg水，升至70℃，在60r/min攪拌下，投放PVA20-99型7kg(緩?fù)?，投入完畢，升溫至90～95℃，待其全溶。溶液降至65℃±2℃，在100～130r/min攪拌下，緩慢投放硅溶膠14kg；保持在50℃左右15～20min，使其充分聚合。然后滴加上述①步驟中的備用料。降至室溫，在100r/min攪拌下分別投放④、③、②步驟中的備用料，最后測其PH值為8.0～9.0。過濾，出料、用塑料桶灌裝。
實(shí)施例2膠合板膠的制備1、預(yù)處理①乙二醇0.35kg與水0.7kg混勻備用；②將聚丙烯酰胺0.05kg與水1kg攪混至全溶為止，備用。
③將云母粉(400目細(xì)粉)10kg與7kg水?dāng)嚮靹騻溆谩?br> 2、熱溶在裝備控溫、控速、攪拌的不銹鋼夾套容器中，加入50.9kg水，升至70℃，在60r/min攪拌下，投放PVA(22-95型)10kg(緩?fù)?，投入完畢，升溫至90～95℃，待其全溶。溶液降至65℃±2℃，在100～130r/min攪拌下，緩慢投放硅溶膠(二氧化硅含量為30％)20kg；保持在50℃左右15～20min，使其充分聚合。然后滴加上述①步驟中的備用料。降至室溫，在100r/min攪拌下分別投放③、②步驟中的備用料，最后測其PH值為8.0～9.0。過濾，出料、用塑料桶灌裝。
實(shí)施例3刨花板膠的制備1、預(yù)處理①乙二醇0.3kg與水0.6kg混勻備用；②將聚丙烯酰胺0.03kg與0.6水kg攪混至全溶為止，備用。
③將重質(zhì)碳酸鈣8kg與5.6kg水?dāng)嚮靹騻溆谩?br> 2、熱溶在裝備控溫、控速、攪拌的不銹鋼夾套容器中，加入61.78kg水，升至70℃，在60r/min攪拌下，投放PVA(24-88型)9kg(緩?fù)?，投入完畢，升溫至90～95℃，待其全溶。溶液降至65℃±2℃，在100～130r/min攪拌下，緩慢投放硅溶膠(二氧化硅含量為30-40％)14kg；保持在50℃左右15～20min，使其充分聚合。然后滴加上述①步驟中的備用料。降至室溫，在100r/min攪拌下分別投放③、②步驟中的備用料以及氯化鋅0.04kg、氯化鉻0.04kg、酒石酸0.01kg，最后測其PH值為8.0～9.0。過濾，出料、用塑料桶灌裝。
實(shí)施例4高密度纖維板膠的制備1、預(yù)處理①乙二醇0.2kg與水0.4kg混勻備用；②將聚丙烯酰胺0.05kg與1水kg攪混至全溶為止，備用。
③將苯并異噻唑啉酮0.08kg與水0.16kg混勻備用。
④將重質(zhì)碳酸鈣(400目細(xì)粉)9kg與6.3kg攪混勻備用。
2、熱溶在裝備控溫、控速、攪拌的不銹鋼夾套容器中，加入64.67kg水，升至70℃，在60r/min攪拌下，投放PVA(20-88型)5kg(緩?fù)?，投入完畢，升溫至90～95℃，待其全溶。溶液降至65℃±2℃，在100～130r/min攪拌下，緩慢投放硅溶膠10kg；保持在50℃左右15～20min，使其充分聚合。然后滴加上述①步驟中的備用料。降至室溫，在100r/min攪拌下分別投放④、③、②步驟中的備用料以及氯化鋅0.06kg、氯化鉻0.06kg、酒石酸0.02kg、淀粉3kg，最后測其PH值為8.0～9.0。過濾，出料、用塑料桶灌裝。
以上實(shí)施例均可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述效果，其是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說明，但并不能對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何限定。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)保型木材工業(yè)用膠粘劑，其特征在于它包括以下重量百分比的組分聚乙烯醇5-10％、硅溶膠10-20％、乙二醇0.2-0.35％、聚丙烯酰胺0.03-0.05％、防霉殺菌劑0-0.1％、重質(zhì)碳酸鈣5--10％、余量為水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型木材工業(yè)用膠粘劑，其特征在于它包括有以下重量百分比的組分聚乙烯醇7-9％、硅溶膠14-18％、乙二醇0.2-0.35％、聚丙烯酰胺0.03-0.05％、防霉殺菌劑0.08-0.1％、重質(zhì)碳酸鈣8-10％、余量為水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型木材工業(yè)用膠粘劑，其特征在于它還包括有以下重量百分比的組分氯化鋅0.04-0.06％、氯化鉻0.04-0.06％、酒石酸0.01-0.02％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的環(huán)保型木材工業(yè)用膠粘劑，其特征在于它還包括有以下重量百分比的組分淀粉2-5％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的環(huán)保型木材工業(yè)用膠粘劑，其特征在于所說的聚乙烯醇為聚乙烯醇22系列或聚乙烯醇20系列或聚乙烯醇24系列之中的任意一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的環(huán)保型木材工業(yè)用膠粘劑，其特征在于所說的聚乙烯醇為聚乙烯醇20-99。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的環(huán)保型木材工業(yè)用膠粘劑，其特征在于所說的硅溶膠其二氧化硅含量為30-40％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種環(huán)保型木材工業(yè)用膠粘劑，它采用以下配方制備而成聚乙烯醇(PVA)5－10％、硅溶膠10－20％、乙二醇02.－0.35％、聚丙烯酰胺0.03－0.05％、防霉殺菌劑0－0.1％、填料10－12％、余量為水。(按重量百分比計(jì))。本發(fā)明徹底摒棄以含醛、含酚、含有機(jī)揮發(fā)物作為原料進(jìn)行組方，所選用的原料來源廣泛且無毒物害，且各組分之間能夠產(chǎn)生良好的協(xié)同作用，故所制成的膠粘劑既具有“三醛膠”的優(yōu)良性能，同時(shí)又從根本上解決了膠粘劑甲醛及有機(jī)揮發(fā)物釋放所引發(fā)的一系列問題。
文檔編號(hào)B27N1/02GK1912041SQ20061004817
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2006年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月23日
發(fā)明者樊歲新 申請(qǐng)人:河北北方綠野居住環(huán)境發(fā)展有限公司