CN114456759B - 一种高强度环保多层复合板及其制备方法 - Google Patents

一种高强度环保多层复合板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度环保多层复合板及其制备方法，其中一种高强度环保多层复合板，包括板芯和单板，所述板芯和单板之间通过胶粘剂相连，所述胶粘剂按重量份数计，包括如下组分：环氧树脂50‑70份，酚醛树脂20‑30份，木质素乳化剂5‑10份，偶联剂0.2‑2.4份，固化剂0.5‑1.5份。本申请各组分之间相互配合，形成的粘结剂适用于多层复合板的粘结，得到的复合板环保，VOC含量较低，且复合板强度高。

Description

一种高强度环保多层复合板及其制备方法
技术领域
本申请属于板材制造领域，具体涉及一种高强度环保多层复合板及其制备方法。
背景技术
木材复合板是以刨花或纤维材料为板芯，两面胶贴单板的一种人造板。通常所说的复合板主要指用定向刨花板作板芯，单板作表层的结构用人造板。木材复合板是将两张薄表板通过胶粘剂胶合到较厚的芯层上制成的层压结构板。
随着人们环保意识的提高，目前胶粘剂主要有聚氨酯类、大豆蛋白类、植物淀粉类、聚乙酸乙烯酯类、聚丙烯酸酯类和改性异氰酸酯类等。
为了板材更环保，目前探究将木质素加入到胶粘剂中，木质素对于植物体来说是一种天然胶粘剂，但在工业中，由于本身力学性能不足，木质素不单独用作胶粘剂，而是添加到传统的酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂中，一方面可以降低胶粘剂的生产成本，另一方面也能改善胶粘剂的性质。
目前常用的木质素包括碱木质素、木质素磺酸盐、有机溶剂木质素、酶解木质素、蔗渣木质素以及生物质废渣。采用木质素制备胶粘剂存在以下问题：1、木质素与其他高分子胶粘剂之间的复配性差；2、制备得到的胶粘剂在胶合过程中胶合效果差，多层复合板强度较低。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提出了一种高强度环保多层复合板及其制备方法，其中一种高强度环保多层复合板，包括板芯和单板，所述板芯和单板之间通过胶粘剂相连，所述胶粘剂按重量份数计，包括如下组分：环氧树脂50-70份，酚醛树脂20-30份，木质素乳化剂5-10份，偶联剂0.2-2.4份，固化剂0.5-1.5份。
优选地，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂，所述环氧树脂由E-51和E-12组成，所述E-51和E-12的质量比为(3-6)：1。
优选地，所述酚醛树脂由分子量为1200-2000的高分子量酚醛树脂和分子量300-800的低分子量酚醛树脂组成，所述高分子量酚醛树脂和低分子量酚醛树脂的质量比为(3-7)：1。
优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH560和KH550的混合物，所述KH560和KH550的质量比为1：(3-5)。
优选地，所述固化剂为双氰胺、二氨基二苯甲烷、二氨基二苯基砜中的一种或多种。
优选地，所述木质素乳化剂的制备方法为：在pH为9-11的木质素溶液中加入金属化合物和氧化剂在80-100℃下反应2-3h后得到氧化后的木质素，再加入胺和甲醛在80-100℃下反应2-3h后得到木质素乳化剂。
优选地，所述金属化合物为氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铜、二氧化锰、硫酸锌中的一种或多种，所述金属化合物与木质素原料的质量比为(0.001-0.004)：1；
优选地，所述氧化剂为过氧化氢、过锰化钾、过氧化钠中的一种或多种，所述氧化物与木质素原料的质量比为(0.01-0.05)：1；
优选地，所述胺为二乙醇胺、乙醇胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的一种或多种，所述胺与木质素原料的质量比(0.2-0.4)：1；所述胺与甲醛的摩尔比为1：(1-3)。
另一方面，本发明公开了高强度环保多层复合板的制备方法，包括如下步骤：
(1)将环氧树脂、酚醛树脂加入溶剂中搅拌，再加入木质素乳化剂进行乳化搅拌得到第一胶粘剂，乳化温度为25-50℃，乳化时间为10-25min；
(2)在第一胶粘剂中加入偶联剂，搅拌均匀，在70-90℃反应30-50min，得到第二胶粘剂；
(3)在第二胶粘剂中加入固化剂，搅拌均匀；
(4)将第二胶粘剂均匀涂敷于单板上，并将单板压合于板芯上，再经陈化、热压、冷压后得到复合板。
优选地，步骤(1)中溶剂为丁酮、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丙二醇、四氢呋喃、乙二醇单丁醚、乙二醇单异丁醚、二乙二醇单丁醚、丙二醇单丙醚、乙酸乙酯中的一种或多种。
优选地，步骤(3)中第二胶粘剂的布胶量为100-200g/m2。
本申请能够带来如下有益效果：
1.本申请各组分之间相互配合，形成的粘结剂适用于多层复合板的粘结，得到的复合板环保，VOC含量较低，且复合板强度高。
2.本申请将木质素以乳化剂的形式加入环氧树脂以及酚醛树脂中，充分的发挥出木质素的三维网状结构的优势，且环氧树脂和酚醛树脂以共乳化方式相互结合在一起，提高了这三种成分之间的复配性，有效提高了胶粘强度。
3.本申请通过加入偶联剂，一方面再加上木质素中亲水-疏水两性基团的结构，使胶粘剂中各成分形成交联结构；另一方面提高了胶粘剂与木材的胶粘性，提高复合板的强度。
具体实施方式
实施例1：
本实施例中高强度环保多层复合板制备方法如下所述：
S1：制备木质素乳化剂
在pH为9-11的木质素溶液中加入金属化合物和氧化剂在80-100℃下反应2-3h后得到氧化后的木质素，再加入胺和甲醛在80-100℃下反应2-3h后得到木质素乳化剂；
其中金属化合物为氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铜、二氧化锰、硫酸锌中的一种或多种，金属化合物与木质素原料的质量比为(0.001-0.004)：1；
氧化剂为过氧化氢、过锰化钾、过氧化钠中的一种或多种，氧化物与木质素原料的质量比为(0.01-0.05)：1；
胺为二乙醇胺、乙醇胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的一种或多种，胺与木质素原料的质量比(0.2-0.4)：1；所述胺与甲醛的摩尔比为1：(1-3)；
S2：将环氧树脂、酚醛树脂加入溶剂中搅拌，再加入木质素乳化剂进行乳化搅拌得到第一胶粘剂，乳化温度为25-50℃，乳化时间为10-25min；
其中，溶剂为丁酮、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丙二醇、四氢呋喃、乙二醇单丁醚、乙二醇单异丁醚、二乙二醇单丁醚、丙二醇单丙醚、乙酸乙酯中的一种或多种
S3：在第一胶粘剂中加入偶联剂，搅拌均匀，在70-90℃反应30-50min，得到第二胶粘剂；
S4：在第二胶粘剂中加入固化剂，搅拌均匀；
S5：将第二胶粘剂均匀涂敷于单板上，并将单板压合于板芯上，再经陈化、热压、冷压后得到复合板；第二胶粘剂的布胶量为100-200g/m2。
可以理解的，其中陈化步骤包括在胶合板涂胶后在冷压机上以0.5-1.0MPa的压力陈化30min；热压温度为90～120℃，热压时间20～40min，冷压压力为1.2MPa；冷压30～40min，冷压压力为0.2MPa。
具体的实施条件如下：
实施例2：表征
对胶粘剂的表征内容包括：
1、粘度：按照GB1723-79涂料粘度测定法，采用涂-4杯粘度计(单位为S)，测试后，转化为旋转粘度；
2、游离甲醛含量，按照GB/T14074-2006记载的方法进行测试；
3、胶粘剂的胶粘强度表征，按照GB/T 9846-2004记载的方法进行测试，详细操作为：用各实施例以及对比例制备得到的胶粘剂压制胶合板，所用的杨木单板尺寸为200mm*200mm*2mm*，含水率为8％，压板过程中施胶量为100-200g/m2。
压板过程分为：
(1)陈化：胶合板涂胶后在冷压机上以0.5MPa的压力陈化30min；
(2)热压：热压压力为1.2MPa，热压6min；
(3)冷压：冷压压力为1.2MPa，热压6min。
压板后在室温放置72小时后按照标准切割成试件，将试件置于电子万能试验机上进行胶合强度的测试。
表1胶粘剂性能测试结果
样品编号 粘度(mPa.s) 游离甲醛(％) 胶合强度(MPa) 透胶现象
1 108 0.063 1.12 无
2 112 0.058 1.15 无
3 123 0.049 1.26 无
4 129 0.051 0.98 无
5 102 0.048 0.81 无
6 98 0.053 0.85 无
7 131 0.049 0.91 无
8 122 0.047 1.03 无
9 123 0.046 0.98 无
对比例1 - - 0.56 无
对比例2 - - 0.61 无
对比例3 55 - 0.68 有
对比例4 - - 0.81 无
对比例5 - - 0.52 无
对比例6 - - 0.70 无
从表1中的实验结果可知：本发明得到的胶粘剂，粘度适中，甲醛含量较低，且得到的复合板的胶合强度较高。
从实施例4-5与实施例3相比可知，本申请中环氧树脂通过E-51和E-12两种成分复配，有利于提高复合板的胶合强度；从实施例6-7与实施例3相比可知，本申请中酚醛树脂通过低分子量和高分子量的酚醛树脂进行复配，有利于提高复合板的胶合强度；从本实施例8-9与实施例3相比可知，本申请中通过KH560和KH550两种成分的复配，有利于提高复合板的胶合强度。
从对比例1-对比例2与实施例7相比可知，酚醛树脂替换为其他类型的树脂，并不利于胶合板的胶合强度，从另一个角度讲，可以看出本发明环氧树脂、酚醛树脂以及木质素乳化剂之间的复配效果是最好的；
从对比例3与实施例3相比，若将木质素乳化剂替换为其他的常规乳化剂后，达不到本发明胶粘剂的胶粘效果，且得到的胶粘剂粘度太低，导致出现透胶现象；
从对比例4与实施例8相比可知，本发明中偶联剂的加入，有利于提高复合板的胶粘强度；
从对比例5-对比例6的数据可知，本发明将木质素原料或者木质素常规改性后，直接与环氧树脂、酚醛树脂进行复配，效果并不如本发明木质素的添加方式得到的复合板胶粘强度高。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种高强度环保多层复合板，其特征在于，包括板芯和单板，所述板芯和单板之间通过胶粘剂相连，所述胶粘剂按重量份数计，包括如下组分：环氧树脂50-70份，酚醛树脂20-30份，木质素乳化剂5-10份，偶联剂0.2-2.4份，固化剂0.5-1.5份；
所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂，所述环氧树脂由E-51和 E-12组成，所述E-51和 E-12的质量比为（3-6）：1；
所述酚醛树脂由分子量为1200-2000的高分子量酚醛树脂和分子量300-800的低分子量酚醛树脂组成，所述高分子量酚醛树脂和低分子量酚醛树脂的质量比为（3-7）：1；
所述偶联剂为硅烷偶联剂KH560和KH550的混合物，所述KH560和KH550的质量比为1：（3-5）；
所述木质素乳化剂的制备方法为：在pH为9-11的木质素溶液中加入金属化合物和氧化剂在80-100℃下反应2-3h后得到氧化后的木质素，再加入胺和甲醛在80-100℃下反应2-3h后得到木质素乳化剂；
所述金属化合物为氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铜、二氧化锰、硫酸锌中的一种或多种，所述金属化合物与木质素原料的质量比为（0.001-0.004）：1；
所述氧化剂为过氧化氢、过氧化钠中的一种或多种，所述氧化剂与木质素原料的质量比为（0.01-0.05）：1；
所述胺为二乙醇胺、乙醇胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的一种或多种，所述胺与木质素原料的质量比（0.2-0.4）：1；所述胺与甲醛的摩尔比为1：（1-3）。
2.根据权利要求1所述的一种高强度环保多层复合板，其特征在于：所述固化剂为双氰胺、二氨基二苯甲烷、二氨基二苯基砜中的一种或多种。
3.一种如权利要求1-2任一所述的高强度环保多层复合板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将环氧树脂、酚醛树脂加入溶剂中搅拌，再加入木质素乳化剂进行乳化搅拌得到第一胶粘剂，乳化温度为25-50℃，乳化时间为10-25min；
（2）在第一胶粘剂中加入偶联剂，搅拌均匀，在70-90℃反应30-50min，得到第二胶粘剂；
（3）在第二胶粘剂中加入固化剂，搅拌均匀；
（4）将第二胶粘剂均匀涂敷于单板上，并将单板压合于板芯上，再经陈化、热压、冷压后得到复合板。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中溶剂为丁酮、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丙二醇、四氢呋喃、乙二醇单丁醚、乙二醇单异丁醚、二乙二醇单丁醚、丙二醇单丙醚、乙酸乙酯中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中第二胶粘剂的布胶量为100-200g/m2。
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