專利名稱：一種環保耐水復合板材的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種環保耐水復合板材的制備方法，尤其涉及一種強度高、耐水性能好、無毒無害，綠色環保的復合板材的制備方法。
背景技術：
我國已成為世界人造板生產大國，木材膠粘劑年用量已超過400萬噸。20世紀90年代我國膠粘劑工業進入了一個高速發展的新階段，預計到2015年，即“十二.五”計劃末，我國膠粘劑產量將突破600萬噸大關膠黏劑工業是中國自實行改革開放政策以來發展較快的精細化工產業之一。膠黏劑具有使用簡便，經濟效益好的特點，為各行業簡化工藝、節約能源、降低成本、提高經濟效益提供了一條有效途徑。我國木材加工使用膠黏劑主要是人造板制造和木制品生產兩大領域，醛類膠黏劑一脲醛樹脂(UF)膠、酚醛樹脂(PF)膠、三聚氰胺-甲醛樹脂膠是人造板工業應用最多的三大合成膠種.按不同用途區分，防水結構類人造板制造用酚醛樹脂膠黏劑和異氰酸酯樹脂膠黏劑；制造防潮級和耐水級人造板用三聚氰胺-尿素共縮合樹脂膠黏劑；交接木材制造使用水性高分子-異氰酸酯膠黏劑或者使用間苯二酚甲醛樹脂膠黏劑；家具制造廣泛使用聚醋酸乙烯酯乳液膠(白乳膠)、乙烯-醋酸共聚樹脂(EVA)熱熔膠；板材覆面使用聚醋酸乙烯-脲醛樹脂、氯丁膠；作為廚房等潮濕環境使用的人造板封邊使用反應性熱熔膠黏齊U ;占市場絕對主體的普通人造板制造用膠為UF.而這些人們常見的人造板又主要用于家具制造和室內裝修，因此室內級的UF膠是木材膠黏劑中最主要的品種。本文主要綜述甲醛類膠黏劑的研究進展，并簡要介紹用于木材工業的其他膠黏劑。我國脲醛樹脂膠黏劑用量約占木材膠黏劑的60%_70%，其原料充足、價格低廉，脲醛樹脂具有較高的膠結強度、有一定的耐水性能，固化迅速，固化后的膠層顏色淺，不污染背膠合物的板面水混溶好，易調制合適的黏度和濃度。脲醛樹脂存在的最大問題，是當F/U物質的量比高時，在人造板生產及使用過程中釋放游離甲醛，污染環境。甲醛釋放主要來源于四個方面:木材本身含有微量甲醛；膠黏劑中未參與反應的甲醛；熱壓過程中部分醚鍵斷裂放出甲醛；人造板在使用過程中由于濕、熱、光等作用，交聯固化的膠層老化降解放出甲醛。脲醛樹脂膠黏劑的耐濕熱、耐老化性能差，不能用于潮濕的環境中。我國人造板主要用作家具制造及室內裝修，因此脲醛樹脂膠黏劑成為木材加工行業使用量最大的膠種。隨著木材加工工業的持續發展，木材膠黏劑的用量在持續擴大，品種也在不斷增多，而且其用量已成為衡量一個國家和地區木材工業技術發展水平的重要標志。隨著人們生活水平和對環境要求的提高，消費者環保意識日益增強，甲醛系膠黏劑特別是粘接室內產品用的脲醛樹脂膠的生產受到越來越嚴格的限制。開發綠色環保的膠黏劑勢在必行，開發環保、無毒型木材膠黏劑是當今發展的主流。與傳統有機膠粘劑容易產生甲醛等有害物質不同，無機膠粘劑是一個正在興起的領域，可以用于金屬、玻璃陶瓷、木材等材料的耐熱及其它及其它功能性粘接。與其它無機材料一樣，已具有不燃性、耐熱性、耐久性好，原料易得等優點，此外無機膠粘劑沒有任何VOC釋放，非常安全環保，目前越來越受到世人的關注。現有的無機膠粘劑主要分為磷酸鹽和硅酸鹽系兩大系列。磷酸鹽系無機膠太脆，耐熱溫度不高(90(TC左右)，不宜平面粘接；而硅酸鹽系無機膠的成本最低、操作工藝最簡單、工業使用量最大，故對硅酸鹽膠粘劑的改性研究，具有非常重要的社會價值和現實意義，硅酸鹽系無機膠大多選用水溶性堿金屬硅酸鹽作粘料，雖然平面粘接強度和耐熱性方面得到了改善，但耐水性卻很差，不能用于高濕環境的粘接。
發明內容
本發明所解決的技術問題在于提供一種環保耐水復合板材的制備方法，以解決上述背景技術中的缺點。本發明的技術方案為:
一種環保耐水復合板材的制備方法，包括如下步驟:
一)制備復合板所用的環保耐水型膠黏劑:
1)將石英砂和碳化硅磨成粉末，過200目分樣篩后備用；
2)稱取20-30重量份的丙酮，然后在其中加入16-24重量份的醋酸纖維素，充分攪拌15-45分鐘，制成醋酸纖維素溶液，密封備用；
3)將1-2重量份的二羥甲基丙酸、1-3重量份的二羥基苯丙酸和5-8重量份N，N-二甲基甲酰胺加入到有干燥氮氣保護的250ml圓底燒瓶中，充分攪拌10-20分鐘，加入3-6重量份的甲苯二異氰酸酯、1-3重量份的六亞甲基-1，6 二異氰酸酯和0.06-0.09重量份的二月桂酸二丁基錫，在75-10(TC下攪拌反應60-180分鐘，減壓蒸餾脫去溶劑，制得聚氨酯預聚體；
4)將步驟3)制得的聚氨酯預聚體加入到4-5重量份的二丙胺和25-48重量份的去離子水配制成的有機胺溶液中，高速攪拌，于室溫下乳化30-90分鐘；再加入步驟I)配制的醋酸纖維素溶液，在攪拌下于65-90°C乳化反應90-150分鐘，得到醋酸纖維素乳液；
5)將步驟4)制備的醋酸纖維素乳液加入到110-140重量份的質量分數為35-55%的硅酸鉀水溶液中，在75-95°C下攪拌反應60-120分鐘，接著加入0.8-1.3重量份的氯化鋇、5-9重量份的硬脂酸鈣以及4-8重量份步驟I)制得的石英砂粉末和2-3重量份的碳化硅粉末，充分攪拌后再在45-65°C反應40-55分鐘。二)制備復合板材:
取適合尺寸的木質板材，將通過步驟一)制備好的改性硅酸鹽無機膠粘劑在木質板材的兩面分別涂膠，將竹片對合膠黏在木質板材表面，在烘箱內放置一定時間，然后取出樣品，即得到環保耐水復合板材。本發明的原理及效果:本發明采用在木質芯層外采用特定的膠黏劑以粘結竹制表層。一方面，竹片具有經久耐用，不開裂，不腐爛等眾多優點，屬天然綠色產品，本發明利用竹片的優異力學性能以及吸水膨脹系數小、不干裂和不變形的優點，提高板材的耐水性和強度；另一方面，在膠合層方面，選擇適量的石英砂、碳化硅作為填料，具有較高的機械強度、較好的耐熱和耐水性，并能降低膠粘劑固化時的收縮率等性能，改性效果顯著，成本低，而且容易操作施工。而且醋酸纖維素是纖維素中的部分羥基被醋酸酯化后的產物，分子鏈上含有大量羥基和乙酰基等極性基團，其力學性能優良，低毒，低燃，抗水性好，應用極為廣泛。本發明首先利用自乳化無皂乳液聚合方法制備了醋酸纖維素乳液，接著通過醋酸根離子、硬脂酸根離子與堿金屬陽離子之間的絡合成鹽反應，在硅酸鹽分子結構中引入纖維素大分子鏈，并奪取堿金屬陽離子，可同時降低固化硅酸鹽的脆性和提高其抗水性能，再加入優化選擇的填料，得到韌性佳、耐水、粘接力強的抗水硅酸鹽膠粘劑。通過對本發明方法制得的耐水復合板材進行膠合強度和耐水測試，本發明制得的環保耐水復合板材的膠合強度達到5.5MPa以上，耐水時間達50h以上，具有強度高、耐水性能好、無毒無害，綠色環保的優點，而且制備工藝比較簡單，適合于工業化推廣和生產。
圖1為本發明制得的環保耐水復合板材的示意圖。
具體實施例方式以下實施例詳細說明了本發明。本發明所使用的各種原料及各項設備均為常規市售產品，均能夠通過市場購買直接獲得。實施例1:
一)制備復合板所用的環保耐水型膠黏劑:
1)將石英砂和碳化硅磨成粉末，過200目分樣篩后備用；
2)稱取20重量份的丙酮，然后在其中加入16重量份的醋酸纖維素，充分攪拌15分鐘，制成醋酸纖維素溶液，密封備用；
3)將I重量份的二羥甲基丙酸、I重量份的二羥基苯丙酸和5重量份N，N-二甲基甲酰胺加入到有干燥氮氣保護的250ml圓底燒瓶中，充分攪拌10分鐘，加入3重量份的甲苯二異氰酸酯、I重量份的六亞甲基-1，6 二異氰酸酯和0.06重量份的二月桂酸二丁基錫，在75-10(TC下攪拌反應60分鐘，減壓蒸餾脫去溶劑，制得聚氨酯預聚體；
4)將步驟3)制得的聚氨酯預聚體加入到4重量份的二丙胺和25重量份的去離子水配制成的有機胺溶液中，高速攪拌，于室溫下乳化30分鐘；再加入步驟I)配制的醋酸纖維素溶液，在攪拌下于65°C乳化反應90分鐘，得到醋酸纖維素乳液；
5)將步驟4)制備的醋酸纖維素乳液加入到110重量份的質量分數為35%的硅酸鉀水溶液中，在75°C下攪拌反應60分鐘，接著加入0.8重量份的氯化鋇、5重量份的硬脂酸鈣以及4重量份步驟I)制得的石英砂粉末和2重量份的碳化硅粉末，充分攪拌后再在45°C反應40分鐘，得到耐水性好的改性硅酸鹽無機膠粘劑。二)制備復合板材:
取長度為50mm、寬度為25mm、厚度為5mm的木質板材I，將通過步驟一)制備好的改性硅酸鹽無機膠粘劑在木質板材的兩面分別涂膠形成膠合層2，涂膠量為單面150g/m2，然后將竹片3對合在木質板材表面，以0.9MPa的壓力，在53°C溫度的烘箱內放置0.5h，然后取出樣品，即得到環保耐水復合板材。對該實施例的耐水復合板材進行膠合強度和耐水測試；膠合強度測試采用深圳新三思計量技術有限公司CMT6104電子拉力試驗機，拉伸速度20mm/min,測試單位面積的拉力即為膠合強度。，耐水性的測試通過將冷卻到室溫的測試膠合強度的試樣，放入63±3°C水浴中進行浸潰，觀察試樣開膠時間即為耐水時間。經過測試，制得的環保耐水復合板材的膠合強度達到5.7MPa，耐水時間達52h。
實施例2:
一)制備復合板所用的環保耐水型膠黏劑:
1)將石英砂和碳化硅磨成粉末，過200目分樣篩后備用；
2)稱取25重量份的丙酮，然后在其中加入20重量份的醋酸纖維素，充分攪拌30分鐘，制成醋酸纖維素溶液，密封備用；
3)將I重量份的二羥甲基丙酸、2重量份的二羥基苯丙酸和6重量份N，N-二甲基甲酰胺加入到有干燥氮氣保護的250ml圓底燒瓶中，充分攪拌15分鐘，加入5重量份的甲苯二異氰酸酯、2重量份的六亞甲基-1，6 二異氰酸酯和0.08重量份的二月桂酸二丁基錫，在80°C下攪拌反應100分鐘，減壓蒸餾脫去溶劑，制得聚氨酯預聚體；
4)將步驟3)制得的聚氨酯預聚體加入到5重量份的二丙胺和40重量份的去離子水配制成的有機胺溶液中，高速攪拌，于室溫下乳化65分鐘；再加入步驟I)配制的醋酸纖維素溶液，在攪拌下于75°C乳化反應120分鐘，得到醋酸纖維素乳液；
5)將步驟4)制備的醋酸纖維素乳液加入到120重量份的質量分數為45%的硅酸鉀水溶液中，在85°C下攪拌反應100分鐘，接著加入1.1重量份的氯化鋇、7重量份的硬脂酸鈣以及6重量份步驟I)制得的石英砂粉末和2重量份的碳化硅粉末，充分攪拌后再在55°C反應50分鐘。二)制備復合板材:
取長度為50mm、寬度為25mm、厚度為5mm的木質板材,將通過步驟一)制備好的改性娃酸鹽無機膠粘劑在木質板材的兩面分別涂膠，涂膠量為單面130g/m2，然后將竹片對合在木質板材表面，以IMPa的壓力，在53°C溫度的烘箱內放置0.5h，然后取出樣品，即得到環保耐水復合板材。對該實施例的耐水復合板材進行膠合強度和耐水測試，測試方法同實施例1，經過測試，制得的環保耐水復合板材的膠合強度達到5.6MPa，耐水時間達53h。
實施例3:
1)將石英砂和碳化硅磨成粉末，過200目分樣篩后備用；
2)稱取30重量份的丙酮，然后在其中加入24重量份的醋酸纖維素，充分攪拌45分鐘，制成醋酸纖維素溶液，密封備用；
3)將2重量份的二羥甲基丙酸、3重量份的二羥基苯丙酸和8重量份N，N-二甲基甲酰胺加入到有干燥氮氣保護的250ml圓底燒瓶中，充分攪拌20分鐘，加入6重量份的甲苯二異氰酸酯、3重量份的六亞甲基-1，6 二異氰酸酯和0.09重量份的二月桂酸二丁基錫，在100°C下攪拌反應180分鐘，減壓蒸餾脫去溶劑，制得聚氨酯預聚體；
4)將步驟3)制得的聚氨酯預聚體加入到5重量份的二丙胺和48重量份的去離子水配制成的有機胺溶液中，高速攪拌，于室溫下乳化90分鐘；再加入步驟I)配制的醋酸纖維素溶液，在攪拌下于90°C乳化反應150分鐘，得到醋酸纖維素乳液；
5)將步驟4)制備的醋酸纖維素乳液加入到140重量份的質量分數為55%的硅酸鉀水溶液中，在95°C下攪拌反應120分鐘，接著加入1.3重量份的氯化鋇、9重量份的硬脂酸鈣以及8重量份步驟I)制得的石英砂粉末和3重量份的碳化硅粉末，充分攪拌后再在65°C反應55分鐘。二)制備復合板材:
取長度為50mm、寬度為25mm、厚度為5mm的木質板材,將通過步驟一)制備好的改性娃酸鹽無機膠粘劑在木質板材的兩面分別涂膠，涂膠量為單面120g/m2，然后將竹片對合在木質板材表面，以1.2MPa的壓力，在53°C溫度的烘箱內放置lh，然后取出樣品，即得到環保耐水復合板材。對該實施例的耐水復合板材進行膠合強度和耐水測試，測試方法同實施例1，經過測試，制得的環保耐水復合板材的膠合強度達到5.7MPa，耐水時間達55h。上述描述僅作為本發明可實施的技術方案提出，不作為對其技術方案本身的單一限制條件。
權利要求
1.一種環保耐水復合板材的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 一)制備復合板所用的環保耐水型膠黏劑: 1)將石英砂和碳化硅磨成粉末，過200目分樣篩后備用； 2)稱取20-30重量份的丙酮，然后在其中加入16-24重量份的醋酸纖維素，充分攪拌15-45分鐘，制成醋酸纖維素溶液，密封備用； 3)將1-2重量份的二羥甲基丙酸、1-3重量份的二羥基苯丙酸和5-8重量份N，N-二甲基甲酰胺加入到有干燥氮氣保護的250ml圓底燒瓶中，充分攪拌10-20分鐘，加入3-6重量份的甲苯二異氰酸酯、1-3重量份的六亞甲基-1，6 二異氰酸酯和0.06-0.09重量份的二月桂酸二丁基錫，在75-10(TC下攪拌反應60-180分鐘，減壓蒸餾脫去溶劑，制得聚氨酯預聚體； 4)將步驟3)制得的聚氨酯預聚體加入到4-5重量份的二丙胺和25-48重量份的去離子水配制成的有機胺溶液中，高速攪拌，于室溫下乳化30-90分鐘；再加入步驟I)配制的醋酸纖維素溶液，在攪拌下于65-90°C乳化反應90-150分鐘，得到醋酸纖維素乳液； 5)將步驟4)制備的醋酸纖維素乳液加入到110-140重量份的質量分數為35-55%的硅酸鉀水溶液中，在75-95°C下攪拌反應60-120分鐘，接著加入0.8-1.3重量份的氯化鋇、5-9重量份的硬脂酸鈣以及4-8重量份步驟I)制得的石英砂粉末和2-3重量份的碳化硅粉末，充分攪拌后再在45-65°C反應40-55分鐘； 二)制備復合板材: 取適合尺寸的木質板材(I )，將通過步驟一)制備好的改性硅酸鹽無機膠粘劑在木質板材的兩面分別涂膠形成膠合層(2)，將竹片(3)對合膠黏在木質板材表面，在烘箱內放置一定時間，然后取出樣品，即得到環保耐水復合板材。
全文摘要
本發明涉及一種環保耐水復合板材的制備方法，包括以下步驟一)制備特點組分的復合板所用的環保耐水型無機膠黏劑；二)制備復合板材取適合尺寸的木質板材，將通過步驟一)制備好的改性硅酸鹽無機膠粘劑在木質板材的兩面分別涂膠，將竹片對合膠黏在木質板材表面，在烘箱內放置一定時間，然后取出樣品，即得到環保耐水復合板材。通過本發明方法制得的復合板材具有強度高、耐水性能好、無毒無害，綠色環保的優點。
文檔編號B27D1/08GK103101088SQ20131004063
公開日2013年5月15日 申請日期2013年2月3日 優先權日2013年2月3日
發明者韓敏杰 申請人:韓敏杰