環(huán)保型人造板用無醛膠粘劑的研究

1、環(huán)保型人造板用無醛膠粘劑的研究律微波,劉小蘭,張利,李如鋼(山東省科學(xué)院新材料研究所,山東濟南250014)摘要:為了根本上徹底解決人造板甲醛釋放對人體健康的危害的問題,我們成功地研制了無醛系膠粘劑。本研究以水性異氰酸酯為交聯(lián)劑,以聚乙烯醇、橡膠乳液與各助劑共混為主劑,制成了環(huán)保型人造板用無醛膠粘劑。該膠粘劑性能完全達到國家檢測標(biāo)準,固化快,耐水性、耐熱性和耐老化性能優(yōu)異,膠接強度高,無甲醛釋放,對人體健康無害,生產(chǎn)、使用簡單,易操作,完全滿足現(xiàn)有的工藝要求。關(guān)鍵詞:無醛膠粘劑;異氰酸酯膠粘劑;人造板中圖分類號:TQ43314文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1001-0017(2004)05-0267

2、-03Non-FormaldehydeAdhesiveforProducingPlywoodswithEnvironmentFriendLVWei-bo,LIUXiao-lan,ZHANGLiandLIRu-gang(InstituteofNewMaterials,ShandongAcademyofSciences,Jinan250014,China)Abstract:Inthiswork,anon-formaldehydeadhesiveforplywoodwasprepared.Inthis,awater-basedisusedasthecrosslinkinga2gentandanela

3、sticcompositesystemfromsyntheticrubberlatex,PVAandsomeotherwasasresultsshowedthatthewholepropertiesofthisadhesivemettherequirementsfromthenationalstandardofAsof,itsweatherresistance,im2pactresistance,strengthsandadhesionpropertieswereexcellentItwasKeywords:non-formaldehydeadhesive;is;前言2002年1月國家頒布GB

4、18580-2001室內(nèi)裝害很大。而API膠粘劑以水為分散介質(zhì),對木材的水分含量要求不高,屬于非甲醛系的膠粘劑,避免了“三醛樹脂”缺點,固化快,耐水性、耐熱性和耐老化性能優(yōu)異。飾材料、人造板及其制品中甲醛釋放量,作為強制標(biāo)準,并于2003年7月執(zhí)行,但到目前為止,市場上銷售的人造板仍然大部分屬于不合格產(chǎn)品,其游離甲醛的含量仍然遠遠超標(biāo)。盡管部分生產(chǎn)廠家使用了低毒性脲醛樹脂膠粘劑,但游離甲醛釋放對室內(nèi)環(huán)境污染及對人體健康的危害始終存在。水性異氰酸酯膠粘劑屬于不含甲醛系的膠粘劑,從根本上徹底地解決了人造板甲醛釋放的問題。水性高分子異氰酸酯膠粘劑(API)的研究在20世紀60、70年代才開始發(fā)展。1

5、985年實現(xiàn)產(chǎn)品系列化和標(biāo)準化,美、日、德等國的水性異氰酸酯膠粘劑產(chǎn)品已從試驗階段發(fā)展為實際生產(chǎn)和應(yīng)用,已部分取代了甲醛系膠粘劑,而我國對API的研究起步很晚,還沒將其大量應(yīng)用于人造板的生產(chǎn)1。目前木材加工行業(yè)仍采用“三醛樹脂”制造復(fù)合板材,此類膠粘劑對木材的水分含量有一定要求,需要經(jīng)過干燥處理,耗能大;并且“三醛樹脂”釋放的游離甲醛危1水性高分子異氰酸酯形成機理水性高分子異氰酸酯API膠粘劑是在醋酸乙烯乳液、丙烯酸酯乳液、丁苯膠乳液或聚乙烯醇、羥甲基纖維素的水溶液中,將多異氰酸酯的有機溶液分散而成的水性膠粘劑,又稱為水性乙烯基聚氨酯膠粘劑。API膠粘劑分主劑和交聯(lián)劑兩部分。主劑主要由以水性高

6、分子、乳膠、填料為主要成分,交聯(lián)劑是多官能度的異氰酸酯為主要成分的交聯(lián)劑1。使用時二者按一定比例混合反應(yīng)產(chǎn)生三維交聯(lián),同時又可與木材自身的部分官能團發(fā)生反應(yīng),交聯(lián)成大分子而固化2。(1)與多元醇的反應(yīng):RNCO+HOROHRNHCOORRNCO+RNHCOORRNHCONRCOOR收稿日期:2003-11-29作者簡介:律微波(1963-),男,碩士學(xué)位,山東泰安人,副研究員,主要從事高分子材料合成及粘結(jié)等方面的研究與開發(fā)。!267#化學(xué)與粘合2004-5ChemistryandAdhesion異氰酸酯與羥基的反應(yīng)是生成氨基甲酸酯基團的基本反應(yīng),并可看作是鏈的增長過程。(2)與水反應(yīng)固化:OC

7、NRNCO+H2OH2NRNH2+CO2H2NRNH2+OCNRNCONHCONHRNHCONH4結(jié)果討論主劑采用水性高分子聚乙烯醇(PVA)為連續(xù)相,橡膠乳液,改性淀粉為分散相,由此主劑含有多種活性氫基團:OH,NH2,NH,COOH,NHCOO,CH2,CH=CH等,木材本身也有酚羥基、脂肪族羥基等活性基團4。主劑和木材中的這些活性氫基團與異氰酸酯發(fā)生反應(yīng),形成交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),產(chǎn)生膠接強度。411淀粉對膠粘劑的影響水是含有活潑氫的化合物,異氰酸酯與水反應(yīng)脫出二氧化碳形成胺,胺進一步反應(yīng)生成聚脲,從而形成大分子結(jié)構(gòu)3,有利于木材的粘接。這也是此膠對原料水分含量要求不高的原因。(3)與木材反應(yīng)

8、與木材中纖維素的烷羥基和木質(zhì)素的酚羥基反應(yīng)木材OH+OCNRNCO木材OCORNCO木材OCORNCOO木材淀粉加入,一是降低成本,二是它屬于水溶液高分子,具有一定的粘合性、成膜性。淀粉加入膠層后,既因淀粉的填充作用可降低膠層的體積收縮,從而減少因體積收縮而產(chǎn)生的應(yīng)力,適當(dāng)?shù)叵魅跏湛s力,延緩膠層開裂的時間,還可減少因膠液的滲透而出現(xiàn)的膠層孔隙。另外,一起,異氰酸酯和木材組分中的羥基反應(yīng)在木材與膠層之間生成聚脲,有利于木材的粘結(jié),首先,增大了膠粘劑分子的相對分子質(zhì)量及其分布,產(chǎn)生了較好的填隙性能;,。2試驗部分圖1淀粉對膠粘劑的影響211實驗主要原料Fig.1Theinfluenceofthes

9、tarchontheadhesive聚乙烯醇(PVA)、醋酸乙烯酯乳液、丙烯酸酯乳液、異氰酸酯、淀粉、硼砂等。212制膠工藝由圖1可以看出,在交聯(lián)劑一定的情況下,淀粉含量在一定的范圍內(nèi),隨著淀粉的增加,膠粘劑的膠合強度增加,提高了膠液的性能。但淀粉不宜過多,否則會降低了膠粘劑的性能,這里選擇10%為宜。412乳膠對膠粘劑性能的影響乳膠的選用,一是其本身就是一種橡膠類的膠粘劑,有一定的粘結(jié)性能,另外異氰酸酯與乳膠中的雙鍵作用,發(fā)生硫化反應(yīng),形成一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)較疏松的聚合物,提高了膠的耐熱性,增加其拉伸強度。結(jié)果如圖2所示:將PVA與水加入三口燒瓶加熱溶解。將完全溶解的PVA降溫至40,加入淀粉、硼

10、砂,調(diào)整pH值為弱堿性,在一定的溫度下攪拌一段時間。在常溫下加入醋酸乙烯酯乳液、丙烯酸酯乳液,攪拌混勻。即制得主劑。將主劑與交聯(lián)劑按一定比例充分攪拌混勻。3膠粘劑性能參照GB/T14074-1993規(guī)定的膠粘劑的要求進行檢測,主要檢測外觀、粘度、固含量、適用期、貯存穩(wěn)定性等。外觀:乳白色乳膠固含量(%):大于45):2040s(涂-4杯)粘度(25pH值:78圖2乳膠對膠粘劑的影響Fig12Theinfluenceoftheemulsionontheadhesive貯存穩(wěn)定期:大于六個月!268#我們選用乳膠為醋酸乙烯酯乳液和丙烯酸酯乳液各一半。從圖2,我們可以看出隨著乳膠的增加,膠粘劑的膠合

11、強度增加,但到了一定范圍膠合強度變化不大,綜合考慮成本因素,我們選用乳膠對膠粘劑的比為30100為宜。413交聯(lián)劑與主劑的配比多異氰酸酯具有較高反應(yīng)活性,能與主劑的任一組分發(fā)生反應(yīng),因此膠粘劑的粘結(jié)性能與交聯(lián)劑的用量有很大的關(guān)系5。經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn),膠粘劑的性能與二者的配比呈曲線關(guān)系,如圖3:粘結(jié)強度。但是,當(dāng)交聯(lián)劑過量時,交聯(lián)點增多,交聯(lián)距離縮短,交聯(lián)點化學(xué)鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)作用喪失,交聯(lián)聚合物變脆,使得粘合強度下降6。5結(jié)束語(1)API膠粘劑的合成工藝簡單,對設(shè)備要求較低,完全滿足現(xiàn)有生產(chǎn)工藝要求。用API膠粘劑生產(chǎn)無醛人造板工藝與脲醛樹脂相同。(2)通過試驗,選擇膠粘劑的最佳配比,所制得的人造板物理

12、性能完全達到GB/T176571999國家標(biāo)準。(3)API膠粘劑為無醛系膠粘劑,徹底解決了“三醛樹脂”膠粘劑游離甲醛釋放問題,屬于環(huán)保型膠粘劑。參考文獻:1李紹雄,劉益均.聚氨酯膠粘劑北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000:231258.2,.J.中國膠圖3膠粘劑性能與交聯(lián)劑的關(guān)系Fig.3Therelationshipaboutpropertyoftheadhesiveandthecrosslinkingagent(9),.M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,120.唐朝發(fā),沈玉英.水性高分子異氰酸酯生產(chǎn)無醛膠合板生產(chǎn)工由圖3可知,在一定范圍內(nèi),增加,適用期降低,劑用量過多時,成堅韌的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而提高了膠

13、層內(nèi)聚力,提高了藝的研究J.吉林林業(yè)科技,2001,2(30):1617.5葉青萱,方鍔聲.膠粘劑M.北京:中國物資出版社,1999,280285.6陳麗娟,顧繼友.水性高分子-異氰酸酯膠粘劑的改性研究J.粘接,2001,3(22):910.國內(nèi)外近期有關(guān)膠粘劑文獻的增注題錄04-102由壓敏膠、纖維素類纖維和除臭劑制備的粘貼物此粘貼物用以固定除臭劑,古隆香水或香料。它可以粘貼于衣物或個人攜帶的物件上,使用者不必與除臭劑直接接觸。粘貼物適用于任何人,特別是那些對于除臭劑中化學(xué)物質(zhì)過敏或敏感的人。其壓敏粘合表面可以很容易貼于大部分個人物件上,其中包括衣物、鞋類及各種包類之上?？梢酝ㄟ^其一角將其撕

14、開并剝下,用方便的方式為人施香或除去香味。粘貼物是由壓敏膠層、浸在除臭劑中開口纖維素纖維層及裝飾性表面層構(gòu)成MartinezJaime,etal(美國)1U.S.Pat.Appl.Publ.US2003228338A1,2003-12-11104-103貯存穩(wěn)定、可厭氧/紫外或可見光兩種形式固銨鹽)、促進劑和有機環(huán)形硫酰亞胺如糖精(鄰磺?；鶃啺?等進行混合,并將此混合物加熱以達到適當(dāng)?shù)尿?(b)加入叔胺促進劑(如N,N-二甲基-對-甲苯胺),不斷加熱保持一定的溫度,使之形成厭氧性能;和(c)在室溫下加入1種光引發(fā)劑(如Irgacure184)和任選1種包含氧化劑、染料或螢光劑在內(nèi)的添加劑,其中在加光引發(fā)劑時不加螯合劑EdelmanRobert,etal(美國NationalStarchandChemical持股公司)1U.S.US6664357B1,2003-12-16104-104單或雙面耐濕壓敏膠帶用膠粘劑組合物題示可剝性膠粘帶所用的膠粘劑組合物對親水性物質(zhì)(如玻璃和陶瓷具有更高的粘合性,它是由嵌段共聚物、增粘劑和水溶脹性添加劑構(gòu)成。水溶脹性添加劑為聚丙烯酸鈉鹽、淀粉改性交聯(lián)聚丙烯酸、交聯(lián)聚丙烯酰胺、交聯(lián)聚磺酸或羧甲基纖維素等。該組合