CN102321439B

CN102321439B - 一种脲醛树脂胶粘剂的添加剂、其制备方法

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Publication number: CN102321439B
Application number: CN 201110225987
Authority: CN
Inventors: 李建章; 张世锋; 高强; 周文瑞
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2011-08-08
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2031-08-08
Also published as: CN102321439A

Abstract

本发明提供了一种脲醛树脂胶粘剂的添加剂及其制备方法。所述脲醛树脂胶粘剂的添加剂由按重量份计的改性淀粉100份；高分子化合物1-5份；脱硫石膏300-500份；膨胀剂0.1-2份组成。其是将改性淀粉、高分子化合物、膨胀剂、脱硫石膏混合均匀制备得到。所述脲醛树脂添加剂能够代替面粉加入到脲醛树脂中，制备人造板时，赋予胶粘剂良好的预压性，保证人造板高生产效率，同时能够有效降低人造板甲醛释放量，解决了制备脲醛树脂胶粘剂时，体积减小的问题，提高了人造板物理力学性能。

Description

一种脲醛树脂胶粘剂的添加剂、其制备方法

技术领域

本发明涉及一种胶粘剂的添加剂，特别涉及一种人造板用脲醛树脂胶粘剂的添加剂及其制备方法。

背景技术

30年来，我国的木材工业得到了快速发展。2009年，我国人造板总产量1.1546亿立方米，胶合板产量4451.24万立方米，细木工板1478.71万立方米。人造板总产量、胶合板产量、细木工板产量均居世界第一位。仅胶合板、细木工板每年消耗胶粘剂高达600万吨(50％固体含量)。在胶合板、细木工板生产过程中，胶粘剂中往往要加入总重量20-30％的面粉作为填料，以提高胶粘剂预压性能，提高生产效率，减少胶粘剂用量，降低生产成本，防止透胶与缺胶，提高胶粘剂利用效率，提高胶层耐老化性能等。为此每年要消耗小麦面粉100多万吨，折合人民币20多亿元，造成极大的粮食浪费，不利于人造板产业的可持续发展。

同时，由于人造板生产中普遍采用的是甲醛系胶粘剂，特别是大量使用脲醛树脂胶粘剂，因此导致人造板及其制品(家具、木地板、室内木质装饰材料等)存在着甲醛释放问题，是室内空气污染中甲醛污染的主要来源。

随着人们健康意识、室内环境意识、生活质量意识的日益提高，人造板甲醛释放造成的污染空气、损害健康问题越来越受到人们的重视。甲醛对眼、粘膜和呼吸道有刺激作用，会引起慢性呼吸道疾病、过敏性鼻炎、免疫功能下降等；被认为是潜在的致癌物质，可能是鼻癌、咽喉癌、皮肤癌的诱因。据统计，我国每年由室内空气污染引起的超额死亡人数达十多万，超额门诊人次数20多万。解决人造板甲醛释放问题已经到了刻不容缓的地步。

燃煤电厂的SO₂排放量约占全国SO₂排放总量的50％。脱硫石膏(FGD)是火电厂处理SO₂后得到的工业副产品。目前，我国脱硫石膏产量十分巨大，年产量超过1000万t，解决脱硫石膏的利用问题，具有重要的经济与社会效益。石膏的多孔性有望作为填料降低脲醛树脂胶接制品的甲醛释放量。

现有技术中，有将脱硫石膏应用在制备水泥胶粘剂方面的报道。例如有中国专利申请号为200910052851.X的发明名称为“一种利用垃圾焚烧飞灰制备快硬型水泥基胶粘剂的方法”；“非金属矿”杂志第31卷第2期刊登的名称为“脱硫石膏/粉煤灰复合胶结材性能研究”等是将脱硫石膏应用于水泥及砂浆中。但还未见将其应用在人造板用胶粘剂当中的相关报道。

目前，降低人造板甲醛释放量的方法主要有：1)采用低摩尔比改性脲醛树脂胶粘剂；2)采用其他环保型胶粘剂；3)在人造板用脲醛树脂胶粘剂中加入甲醛捕捉剂；4)对人造板进行后处理。但是，这些技术方法都存在着一定缺陷。如，1)采用低摩尔比改性脲醛树脂胶粘剂虽然能够有效降低人造板产品的甲醛释放量，但是产品的胶合强度也往往降低，不能满足要求；固化时间延长，生产效率降低；2)采用其他环保型胶粘剂，如异氰酸酯类胶粘剂，由于胶粘剂价格昂贵，导致人造板的生产成本往往大幅度增加，企业和用户都难以接受；3)在人造板用脲醛树脂胶粘剂中加入甲醛捕捉剂，虽然能够有效降低人造板游离甲醛释放量，但是往往同时降低人造板的胶合强度；同时，一般甲醛捕捉剂价格往往远远高于脲醛树脂胶粘剂，其加入提高了产品成本，降低了产品竞争力，例如日本大鹿振兴株式会社生产的FC-5号甲醛捕捉剂售价为50000元/吨，如果在胶中加入1％-2％，则每吨脲醛树脂成本就会提高500～1000元；4)对人造板进行后处理，如公开号为CN1526528的发明专利申请中公开了一种E1/E0级环保型人造板的制造工艺，采用氨气真空法，公开号为CN2394770的实用新型专利中公开了一种降低人造板甲醛释放量的处理装置，但是后处理设备往往投资较大。

中国专利申请号为200810115888.8的专利申请公开了一种脲醛树脂胶粘剂的添加剂，该添加剂含有木粉、水溶性高分子化合物及无机矿物盐，该发明专利提供的脲醛树脂添加剂虽然降低了胶合板甲醛释放量，但是用这种添加剂代替面粉来进行脲醛树脂调胶时，所得到脲醛树脂胶粘剂与添加面粉相比，体积有所减小。这对提高脲醛树脂的使用率不利。

发明内容

本发明的目的是针对以上现有技术存在的问题，提供一种人造板用脲醛树脂胶粘剂的添加剂。该添加剂是一种改性淀粉与脱硫石膏为主成份的物质，该添加剂能够替代面粉加入到脲醛树脂中。所述添加剂由以下重量份计的成分组成：

改性淀粉 100份；

高分子化合物 1-5份；

膨胀剂 0.1-2.0份；

脱硫石膏 300-500份。

优选地，所述添加剂由以下重量份计的成分组成：

改性淀粉 100份；

高分子化合物 2-4份；

膨胀剂 0.5-1.5份

脱硫石膏 350-450份。

所述改性淀粉是将淀粉糊化而制得，可采用现有常规方法制得。本发明中具体是将淀粉分散在水中，加热至60-80℃，形成均匀糊状溶液，然后脱水干燥，得到改性淀粉。得到的改性淀粉含水率为4-10％。

所述改性淀粉由选自玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉、橡子淀粉中的一种或几种制得。

所述改性淀粉为细度在100-500目的粉体，其目的是增加改性淀粉的冷水溶解及增稠效果。

所述改性淀粉的含水率为4-10％。

所述脱硫石膏为细度为200-600目，以保证足够的增稠效果。

所述高分子化合物选自聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的一种或两种。

所述膨胀剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、甘胆酸钠、苯扎氯铵、苯扎溴铵、聚山梨酯、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯中的一种或多种。

所述高分子化合物在一定条件下能够与甲醛反应，降低人造板甲醛释放量。

所述膨胀剂不限于列举的几种，凡是能够在使用中，能够通过搅拌发泡作用，增加脲醛树脂胶粘剂体积的物质都适用于本发明。

本发明的另一目的是提供所述添加剂的制备方法。

其包括下述步骤：

1)将淀粉分散在水中，加热至60-80℃，形成均匀糊状溶液，然后脱水干燥，得到改性淀粉；

2)改性淀粉与脱硫石膏、高分子化合物原料混合均匀。

本发明的再一目的是提供一种含有所述添加剂的脲醛树脂胶粘剂。

所述脲醛树脂胶粘剂含有脲醛树脂和所述添加剂，所述脲醛树脂与添加剂的质量比为100∶20-30。

所述脲醛树脂胶粘剂还含有固化剂；所述固化剂选自氯化铵、硫酸铵、甲酸铵中的一种，优选硫酸铵、氯化铵；所述脲醛树脂与所述固化剂的质量比为100∶0.2-2.0。

脲醛树脂可以是工厂普遍采用的各种普通脲醛树脂和改性脲醛树脂。

本发明所使用的脲醛树脂为尿素与甲醛的摩尔比为1∶1.1的脲醛树脂。其性能指标如下：

本发明提供的添加剂也适用于酚醛树脂及三聚氰胺-甲醛树脂。

本发明还提供一种所述脲醛树脂胶粘剂的制备方法，其是将脲醛树脂、添加剂、固化剂混合均匀制得。

本发明脲醛树脂添加剂的优点体现在以下方面：

1、本发明添加剂与脲醛树脂胶具有良好的混合性；

2、本发明将改性淀粉、高分子化合物、脱硫石膏、膨胀剂按照一定配比组合，制备得到的脲醛树脂胶粘剂的添加剂，将其用于制备脲醛树脂胶粘剂，解决了在制备脲醛树脂胶粘剂时，将添加剂与脲醛树脂混合时，体积减小的问题。

3、本发明添加剂能够赋予脲醛树脂良好的预压性，保证胶合板与细木工板生产效率；

4、本发明添加剂可在人造板热压过程中与甲醛发生化学反应，较好地从根本上减少人造板甲醛释放量，保证人造板物理力学性能；

5、本发明添加剂与脲醛树脂胶混合使用，制造的人造板力学性能不但不会降低，而且有所提高；

6、本发明添加剂本身的制造成本远远低于面粉，因此保证了人造板的制造成本不会提高，而有所降低；

7、本发明添加剂主要原料来源广泛，价格低廉，作为面粉的替代产品具有重要的经济与社会效益。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例中，采用的脲醛树脂性能指标如下：

本发明实施例制备得到的脲醛树脂添加剂的性能指标如表1所不。

表1

外观	堆积密度g/cm3	5％水溶液pH值	含水率％
				白色粉状物	0.8-1.6	5.0-7.0	3.0-8.0

本发明实施例配制的脲醛树脂胶粘剂的质量性能指标如表2所不。

表2

实施例1脲醛树脂胶粘剂的制备

1)将10kg小麦淀粉分散在100kg水中加热至60℃，形成均匀糊状溶液，然后于105℃下干燥2小时，得到改性淀粉，得到的改性淀粉的含水率为4％，细度为100目。

2)将步骤1中得到的改性淀粉、聚丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠、脱硫石膏按照100∶1∶0.1∶300的重量配比在在混合机中混合均匀，得到脲醛树脂添加剂。所述脱硫石膏的细度为200目。

3)将制得的脲醛树脂添加剂按照脲醛树脂∶脲醛树脂添加剂∶氯化铵＝100∶20∶1的重量配比混合均匀，得到本发明的脲醛树脂胶粘剂。

实施例2脲醛树脂胶粘剂的制备

1)将10kg小麦淀粉分散在100kg水中加热至60℃，形成均匀糊状溶液，然后于105℃下干燥2小时，得到改性淀粉，得到的改性淀粉的含水率为6％，细度为200目。

2)将步骤1中得到的改性淀粉、聚丙烯酰胺、十二烷基硫酸钠、脱硫石膏按照100∶5∶2∶500的重量配比在在混合机中混合均匀，得到脲醛树脂添加剂。所述脱硫石膏的细度为300目。

3)将制得的脲醛树脂添加剂按照脲醛树脂∶脲醛树脂添加剂∶氯化铵＝100∶30∶2的重量配比混合均匀，得到本发明的脲醛树脂胶粘剂。

实施例3脲醛树脂胶粘剂的制备

1)将10kg小麦淀粉分散在100kg水中加热至60℃，形成均匀糊状溶液，然后于105℃下干燥2小时，得到改性淀粉，得到的改性淀粉的含水率为10％，细度为300目。

2)将步骤1中得到的改性淀粉、聚丙烯酰胺、苯扎氯铵、脱硫石膏按照100∶2∶1.5∶350的重量配比在在混合机中混合均匀，得到脲醛树脂添加剂。所述脱硫石膏的细度为300目。

实施例4脲醛树脂胶粘剂的制备

1)将10kg小麦淀粉分散在100kg水中加热至60℃，形成均匀糊状溶液，然后于105℃下干燥2小时，得到改性淀粉，得到的改性淀粉的含水率为6％，细度为300目。

2)将步骤1中得到的改性淀粉、聚丙烯酰胺、聚山梨酯、脱硫石膏按照100∶4∶0.5∶450的重量配比在在混合机中混合均匀，得到脲醛树脂添加剂。所述脱硫石膏的细度为300目。

3)将制得的脲醛树脂添加剂按照脲醛树脂∶脲醛树脂添加剂∶氯化铵＝100∶30∶0.2的重量配比混合均匀，得到本发明的脲醛树脂胶粘剂。

实施例5脲醛树脂胶粘剂的制备

1)将10kg小麦淀粉分散在100kg水中加热至60℃，形成均匀糊状溶液，然后于105℃下干燥2小时，得到改性淀粉，得到的改性淀粉的含水率为7％，细度为300目。

2)将步骤1中得到的改性淀粉、聚丙烯酰胺、二辛基琥珀酸磺酸钠、脱硫石膏按照100∶3∶1∶400的重量配比在在混合机中混合均匀，得到脲醛树脂添加剂。所述脱硫石膏的细度为600目。

3)将制得的脲醛树脂添加剂按照脲醛树脂∶脲醛树脂添加剂∶氯化铵＝100∶25∶0.6的重量配比混合均匀，得到本发明的脲醛树脂胶粘剂。

实施例6脲醛树脂胶粘剂的制备

1)将5kg玉米淀粉和5kg橡子淀粉分散在100kg水中加热至70℃，形成均匀糊状溶液，然后于105℃下干燥2小时，得到改性淀粉，得到的改性淀粉的含水率为4％，细度为500目。

2)将步骤1中得到的改性淀粉、聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸钠、脱硫石膏按照100∶3∶1.5∶400的重量配比在在混合机中混合均匀，得到脲醛树脂添加剂。所述脱硫石膏的细度为300目。

3)将制得的脲醛树脂添加剂按照脲醛树脂∶脲醛树脂添加剂∶硫酸铵＝100∶25∶0.4的重量配比混合均匀，得到本发明的脲醛树脂胶粘剂。

实施例7脲醛树脂胶粘剂的制备

1)将5kg玉米淀粉和5kg木薯淀粉分散在100kg水中加热至70℃，形成均匀糊状溶液，然后于105℃下干燥2小时，得到改性淀粉，得到的改性淀粉的含水率为5％，细度为300目。

2)将步骤1中得到的改性淀粉、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、十二烷基硫酸钠、脱硫石膏按照100∶1∶2∶1∶400的重量配比在在混合机中混合均匀，得到脲醛树脂添加剂。所述脱硫石膏的细度为600目。

3)将制得的脲醛树脂添加剂按照脲醛树脂∶脲醛树脂添加剂∶硫酸铵＝100∶30∶0.6的重量配比混合均匀，得到本发明的脲醛树脂胶粘剂。

实施例8脲醛树脂胶粘剂的制备

1)将5kg玉米淀粉和5kg木薯淀粉分散在100kg水中加热至70℃，形成均匀糊状溶液，然后于105℃下干燥2小时，得到改性淀粉，得到的改性淀粉的含水率为7％，细度为500目。

2)将步骤1中得到的改性小麦淀粉、聚乙烯醇、十二烷基硫酸钠、聚山梨酯、脱硫石膏按照100∶3∶0.5∶0.5∶400的重量配比在在混合机中混合均匀，得到脲醛树脂添加剂。所述脱硫石膏的细度为200目。

3)将制得的脲醛树脂添加剂按照脲醛树脂∶脲醛树脂添加剂∶硫酸铵＝100∶30∶1的重量配比混合均匀，得到本发明的脲醛树脂胶粘剂。

实施例1-8步骤2)后得到的脲醛树脂添加剂的性能如下表3所示。

表3

本发明实施例1-8配制的脲醛树脂胶粘剂的质量性能如表4所不。

表4

比较例1

采用面粉为添加剂，脲醛树脂∶面粉∶氯化铵＝100∶20∶1，混合均匀，作为比较例1。(单位为kg)

比较例2

采用面粉为添加剂，脲醛树脂∶面粉∶氯化铵＝100∶30∶1，混合均匀，作为比较例2。(单位为kg)

本发明实施例比较例1-2配制的脲醛树脂胶粘剂的质量性能如表5所示。

表5面粉作填料的脲醛树脂胶粘剂质量性能指标

实验例

分别采用本发明实施例1-7方法制备的脲醛树脂和比较例1-2的普通脲醛树脂来制造三层胶合板，制备工艺参数如下：

杨木单板：含水率5～8％；厚1.6mm；

胶粘剂：采用本发明实施例1-7的脲醛树脂胶粘剂和比较例1-2的脲醛树脂胶粘剂。

按以下正常工艺制备胶合板：

施胶：采用手工涂胶方式，芯板(隔层)双面涂胶，涂胶量为260g/m²。

陈化方式及时间：闭合陈化，陈化20分钟。

预压压力及时间：压力1.0MPa，预压60分钟。

热压：热压压力1.2MPa，热压温度为120℃，热压时间为60s/mm。

按上述工艺制造的三层胶合板的性能检测结果如表11所示，其中按GB/T17657-1999《人造板及饰面人造板理化性能实验方法》检测方法对生产的胶合板产品进行性能检测。

表6胶粘剂膨胀率胶粘剂预压性及

胶接胶合板的甲醛释放量与胶合强度

*说明：“膨胀率对比”为在制备胶粘剂时，脲醛树脂中添加添加剂与添加面粉后的体积对比，添加面粉后的体积按100％计。

实验结果表明，采用本发明添加剂作填料用于脲醛树脂胶粘剂制备胶合板，胶粘剂预压性、体积与面粉相当，胶合板的甲醛释放量有所下降，下降率达到20％以上。

同时，由表6中还可以看出，采用经过本发明方法制备的填料用作脲醛树脂添加剂时，胶接制品的胶合强度不但没有下降，反而有所提高，这不同于一般的单纯为降低人造板甲醛释放量而使得其力学性能也同时降低的普通脲醛树脂添加剂。

采用中国专利申请号为200810115888.8的发明专利申请中公开的实施例10制备得到的脲醛树脂粘结剂与本发明中的实施例及比较例制得的脲醛树脂胶粘剂的膨胀率进行对比如表7所示。比较结果为本发明制备的脲醛树脂胶粘剂的添加剂在制备脲醛树脂胶粘剂时，解决了在脲醛树脂中加入添加剂后体积减小的问题。表中实施例10为申请号200810115888.8申请文件中实施例10制备得到的胶粘剂。

表7胶粘剂膨胀率对比

**说明：膨胀率对比为在制备胶粘剂时，脲醛树脂中添加本发明制备的添加剂与添加申请号200810115888.8申请文件中实施例10提供的添加剂后的体积对比，比较例1为脲醛树脂中添加面粉后的体积按100％计。

申请号为200810115888.8公开的实施例10制备脲醛树脂粘合剂的具体制备方法如下：

1)按照以下重量配比备料：

乙二醇水溶液(质量百分比浓度10％) 30kg

杨木粉(100目) 1000kg

2)将木粉放入搅拌机，用喷枪将乙二醇水溶液均匀喷施在木粉上，混合均匀。

3)将混合均匀的木粉和乙二醇混合物置于烘箱中，在温度120℃下反应2小时后，将木粉和乙二醇混合物于105℃下进行干燥2小时，使改性木粉含水率为5％。

4)将干燥的改性木粉与聚乙烯醇、碳酸钙按重量份100∶1∶100的比例混合均匀，得到脲醛树脂胶粘剂的添加剂。

5)配制脲醛树脂粘合剂：将制得的脲醛树脂胶粘剂的添加剂与脲醛树脂按照20∶100的重量配比混合均匀，得到脲醛树脂粘合剂。

采用上述制得的脲醛树脂粘合剂制造三层胶合板，制备工艺参数如下：

杨木单板：含水率5～8％；厚1.6mm；

胶粘剂：采用上述制得的脲醛树脂粘合剂

按以下正常工艺制备胶合板：

调胶：脲醛树脂粘合剂与氯化铵重量份配比以120∶1的比例调和均匀；

施胶：采用手工涂胶方式，芯板(隔层)双面涂胶，涂胶量为220～300g/m²。

陈化方式及时间：闭合陈化，陈化20分钟。

预压压力及时间：压力1.0MPa，预压60分钟。

热压：热压压力1.2MPa，热压温度为120℃，热压时间为60s/mm。

此外，本发明添加剂的成本在1200元/吨左右，而普通面粉价格在2000元/吨左右。本发明添加剂的应用推广，在节省大量的面粉的同时，能够有效降低人造板制造成本。

Claims

1.一种脲醛树脂胶粘剂的添加剂，其特征在于，所述添加剂由以下重量份计的成分组成：

改性淀粉 100份；

高分子化合物 1-5份；

膨胀剂 0.1-2份；

脱硫石膏 300-500份；

所述改性淀粉为细度在100-500目的粉体，所述脱硫石膏为细度为200-600目，所述高分子化合物选自聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的一种或两种，所述膨胀剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、甘胆酸钠、苯扎氯铵、苯扎溴铵、聚山梨酯、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的脲醛树脂胶粘剂的添加剂，其特征在于，所述添加剂由以下重量份计的成分组成：

改性淀粉 100份；

高分子化合物 2-4份；

膨胀剂 0.5-1.5份；

脱硫石膏 350-450份。

3.一种制备权利要求1或2所述的脲醛树脂胶粘剂的添加剂的方法，其特征在于，其包括下述步骤：

1）将淀粉分散在水中，加热至60-80℃，形成均匀糊状溶液，然后脱水干燥，得到改性淀粉；

2）改性淀粉与脱硫石膏、膨胀剂、高分子化合物原料混合均匀。

4.一种含有权利要求1或2所述添加剂的脲醛树脂胶粘剂，其特征在于，所述脲醛树脂胶粘剂含有脲醛树脂和所述添加剂，所述脲醛树脂与所述添加剂的质量比为100:20-30。

5.根据权利要求4所述的脲醛树脂胶粘剂，其特征在于，其还含有固化剂；所述脲醛树脂与固化剂的质量比为100：0.2-2.0。

6.一种制备权利要求5所述的脲醛树脂胶粘剂的制备方法，其特征在于，其是将脲醛树脂、添加剂、固化剂混合均匀制得。