專利名稱：一種環(huán)保耐水復(fù)合板材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)保耐水復(fù)合板材，尤其涉及ー種強(qiáng)度高、耐水性能好、無(wú)毒無(wú)害，綠色環(huán)保的復(fù)合板材。
背景技術(shù)：
我國(guó)已成為世界人造板生產(chǎn)大國(guó)，木材膠粘劑年用量已超過400萬(wàn)噸。20世紀(jì)90年代我國(guó)膠粘劑エ業(yè)進(jìn)入了ー個(gè)高速發(fā)展的新階段，預(yù)計(jì)到2015年，S卩“十二 五”計(jì)劃末，我國(guó)膠粘劑產(chǎn)量將突破600萬(wàn)噸大關(guān)膠黏劑エ業(yè)是中國(guó)自實(shí)行改革開放政策以來發(fā)展較快的精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)之一。膠黏劑具有使用簡(jiǎn)便，經(jīng)濟(jì)效益好的特點(diǎn)，為各行業(yè)簡(jiǎn)化工藝、節(jié)約能源、降低成本、提高經(jīng)濟(jì)效益提供了一條有效途徑。我國(guó)木材加工使用膠黏劑主要是人造板制造和木制品生產(chǎn)兩大領(lǐng)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エ業(yè)應(yīng)用最多的三大合成膠種.按不同用途區(qū)分，防水結(jié)構(gòu)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(jí)和耐水級(jí)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ニ酚甲醛樹脂膠黏劑；家具制造廣泛使用聚醋酸こ烯酯乳液膠(白乳膠)、こ烯-醋酸共聚樹脂(EVA)熱熔膠；板材覆面使用聚醋酸こ烯-脲醛樹脂、氯丁膠；作為廚房等潮濕環(huán)境使用的人造板封邊使用反應(yīng)性熱熔膠黏齊U ;占市場(chǎng)絕對(duì)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(nèi)裝修，因此室內(nèi)級(jí)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(jìn)展，并簡(jiǎn)要介紹用于木材エ業(yè)的其他膠黏劑。我國(guó)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(jià)格低廉，脲醛樹脂具有較高的膠結(jié)強(qiáng)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(diào)制合適的黏度和濃度。脲醛樹脂存在的最大問題，是當(dāng)F/U物質(zhì)的量比高時(shí)，在人造板生產(chǎn)及使用過程中釋放游離甲醛，污染環(huán)境。甲醛釋放主要來源于四個(gè)方面木材本身含有微量甲醛；膠黏劑中未參與反應(yīng)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(lián)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，不能用干潮濕的環(huán)境中。我國(guó)人造板主要用作家具制造及室內(nèi)裝修，因此脲醛樹脂膠黏劑成為木材加工行業(yè)使用量最大的膠種。隨著木材加工エ業(yè)的持續(xù)發(fā)展，木材膠黏劑的用量在持續(xù)擴(kuò)大，品種也在不斷增多，而且其用量已成為衡量ー個(gè)國(guó)家和地區(qū)木材エ業(yè)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。隨著人們生活水平和對(duì)環(huán)境要求的提高，消費(fèi)者環(huán)保意識(shí)日益增強(qiáng)，甲醛系膠黏劑特別是粘接室內(nèi)產(chǎn)品用的脲醛樹脂膠的生產(chǎn)受到越來越嚴(yán)格的限制。開發(fā)綠色環(huán)保的膠黏劑勢(shì)在必行，開發(fā)環(huán)保、無(wú)毒型木材膠黏劑是當(dāng)今發(fā)展的主流。與傳統(tǒng)有機(jī)膠粘劑容易產(chǎn)生甲醛等有害物質(zhì)不同，無(wú)機(jī)膠粘劑是ー個(gè)正在興起的領(lǐng)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(wú)機(jī)材料一祥，已具有不燃性、耐熱性、耐久性好，原料易得等優(yōu)點(diǎn)，此外無(wú)機(jī)膠粘劑沒有任何VOC釋放，非常安全環(huán)保，目前越來越受到世人的關(guān)注?，F(xiàn)有的無(wú)機(jī)膠粘劑主要分為磷酸鹽和硅酸鹽系兩大系列。磷酸鹽系無(wú)機(jī)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(wú)機(jī)膠的成本最低、操作工藝最簡(jiǎn)單、工業(yè)使用量最大，故對(duì)硅酸鹽膠粘劑的改性研究，具有非常重要的社會(huì)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義，硅酸鹽系無(wú)機(jī)膠大多選用水溶性堿金屬硅酸鹽作粘料，雖然平面粘接強(qiáng)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(huán)境的粘接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種環(huán)保耐水復(fù)合板材，以解決上述背景技術(shù)中的缺點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案為
一種環(huán)保耐水復(fù)合板材，其特征在于，包括木質(zhì)芯層、竹制表層以及位于木質(zhì)芯層和竹制表層之間的膠合層，所述膠合層為改性硅酸鹽無(wú)機(jī)膠粘劑，其原料包括以下重量份的組分
石英砂4-8份 碳化硅2-3份
質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35-55%的硅酸鉀水溶液110-140份；
醋酸纖維素16-24份；
丙酮20-30份；
甲苯二異氰酸酯3-6份 六亞甲基-1，6 二異氰酸酯1-3份 二羥甲基丙酸1-2份 二羥基苯丙酸1-3份 N，N-二甲基甲酰胺5-8份；
二月桂酸二丁基錫0. 06-0. 09份；
二丙胺4_5份；
氯化鋇0. 8-1. 3份；
硬酯酸鈣5-9份；
去離子水25-48份
上述膠合層的改性硅酸鹽無(wú)機(jī)膠粘劑的制備方法，包括以下步驟
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?jǐn)嚢?5-45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?dú)獗Ｗo(hù)的250ml圓底燒瓶中，充分?jǐn)嚢?0-20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O. 06-0. 09重量份的二月桂酸二丁基錫，在75-10(TC下攪拌反應(yīng)60-180分鐘，減壓蒸餾脫去溶劑，制得聚氨酯預(yù)聚體；
4)將步驟3)制得的聚氨酯預(yù)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(jī)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(yīng)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為35-55%的硅酸鉀水溶液中，在75-95°C下攪拌反應(yīng)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?jǐn)嚢韬笤僭?5-65°C反應(yīng)40-55分鐘。本發(fā)明的原理及效果本發(fā)明采用在木質(zhì)芯層外采用特定的膠黏劑以粘結(jié)竹制表層。一方面，竹片具有經(jīng)久耐用，不開裂，不腐爛等眾多優(yōu)點(diǎn)，屬天然綠色產(chǎn)品，本發(fā)明利用竹片的優(yōu)異力學(xué)性能以及吸水膨脹系數(shù)小、不干裂和不變形的優(yōu)點(diǎn)，提高板材的耐水性和強(qiáng)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(jī)械強(qiáng)度、較好的耐熱和耐水性，井能降低膠粘劑固化時(shí)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酷化后的產(chǎn)物，分子鏈上含有大量羥基和こ?；葮O性基團(tuán)，其力學(xué)性能優(yōu)良，低毒，低燃，抗水性好，應(yīng)用極為廣泛。本發(fā)明首先利用自乳化無(wú)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(yáng)離子之間的絡(luò)合成鹽反應(yīng)，在硅酸鹽分子結(jié)構(gòu)中引入纖維素大分子鏈，并奪取堿金屬陽(yáng)離子，可同時(shí)降低固化硅酸鹽的脆性和提高其抗水性能，再加入優(yōu)化選擇的填料，得到韌性佳、耐水、粘接力強(qiáng)的抗水硅酸鹽膠粘劑。通過對(duì)本發(fā)明的耐水復(fù)合板材進(jìn)行膠合強(qiáng)度和耐水測(cè)試，本發(fā)明制得的環(huán)保耐水復(fù)合板材的膠合強(qiáng)度達(dá)到5. 5MPa以上，耐水時(shí)間達(dá)50h以上，具有強(qiáng)度高、耐水性能好、無(wú)毒無(wú)害，綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，而且制備エ藝比較簡(jiǎn)單，適合于エ業(yè)化推廣和生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明制得的環(huán)保耐水復(fù)合板材的示意圖
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例詳細(xì)說明了本發(fā)明。本發(fā)明所使用的各種原料及各項(xiàng)設(shè)備均為常規(guī)市售產(chǎn)品，均能夠通過市場(chǎng)購(gòu)買直接獲得。實(shí)施例1 :
一)制備復(fù)合板所用的環(huán)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?jǐn)嚢?5分鐘，制成醋酸纖維素溶液，密封備用；
3)將I重量份的ニ羥甲基丙酸、I重量份的ニ羥基苯丙酸和5重量份N，N-ニ甲基甲酰胺加入到有干燥氮?dú)獗Ｗo(hù)的250ml圓底燒瓶中，充分?jǐn)嚢?0分鐘，加入3重量份的甲苯ニ異氰酸酷、I重量份的六亞甲基-1，6 ニ異氰酸酯和0. 06重量份的二月桂酸ニ丁基錫，在75-l(KTC下攪拌反應(yīng)60分鐘，減壓蒸餾脫去溶劑，制得聚氨酯預(yù)聚體；
4)將步驟3)制得的聚氨酯預(yù)聚體加入到4重量份的ニ丙胺和25重量份的去離子水配制成的有機(jī)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(yīng)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%的硅酸鉀水溶液中，在75°C下攪拌反應(yīng)60分鐘，接著加入O. 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?jǐn)嚢韬笤僭?5°C反應(yīng)40分鐘，得到耐水性好的改性硅酸鹽無(wú)機(jī)膠粘劑。二)制備復(fù)合板材
取長(zhǎng)度為50mm、寬度為25mm、厚度為5mm的木質(zhì)板材,將通過步驟一)制備好的改性娃酸鹽無(wú)機(jī)膠粘劑在木質(zhì)板材的兩面分別涂膠，涂膠量為單面150g/m2，然后將竹片對(duì)合在木質(zhì)板材表面，以O(shè). 9MPa的壓力，在53°C溫度的烘箱內(nèi)放置O. 5h，然后取出樣品，即得到環(huán)保耐水復(fù)合板材。對(duì)該實(shí)施例的耐水復(fù)合板材進(jìn)行膠合強(qiáng)度和耐水測(cè)試；膠合強(qiáng)度測(cè)試采用深圳新三思計(jì)量技術(shù)有限公司CMT6104電子拉力試驗(yàn)機(jī)，拉伸速度20mm/min,測(cè)試單位面積的拉力即為膠合強(qiáng)度。，耐水性的測(cè)試通過將冷卻到室溫的測(cè)試膠合強(qiáng)度的試樣，放入63±3°C水浴中進(jìn)行浸潰，觀察試樣開膠時(shí)間即為耐水時(shí)間。經(jīng)過測(cè)試，制得的環(huán)保耐水復(fù)合板材的膠合強(qiáng)度達(dá)到5. 7MPa，耐水時(shí)間達(dá)52h。實(shí)施例2:
一)制備復(fù)合板所用的環(huán)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?jǐn)嚢?0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?dú)獗Ｗo(hù)的250ml圓底燒瓶中，充分?jǐn)嚢?5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O. 08重量份的二月桂酸二丁基錫，在80°C下攪拌反應(yīng)100分鐘，減壓蒸餾脫去溶劑，制得聚氨酯預(yù)聚體；
4)將步驟3)制得的聚氨酯預(yù)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(jī)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(yīng)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%的硅酸鉀水溶液中，在85°C下攪拌反應(yīng)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?jǐn)嚢韬笤僭?5°C反應(yīng)50分鐘。二)制備復(fù)合板材
取長(zhǎng)度為50mm、寬度為25mm、厚度為5mm的木質(zhì)板材,將通過步驟一)制備好的改性娃酸鹽無(wú)機(jī)膠粘劑在木質(zhì)板材的兩面分別涂膠，涂膠量為單面130g/m2，然后將竹片對(duì)合在木質(zhì)板材表面，以IMPa的壓力，在53°C溫度的烘箱內(nèi)放置O. 5h，然后取出樣品，即得到環(huán)保耐水復(fù)合板材。對(duì)該實(shí)施例的耐水復(fù)合板材進(jìn)行膠合強(qiáng)度和耐水測(cè)試，測(cè)試方法同實(shí)施例1，經(jīng)過測(cè)試，制得的環(huán)保耐水復(fù)合板材的膠合強(qiáng)度達(dá)到5. 6MPa，耐水時(shí)間達(dá)53h。實(shí)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?jǐn)嚢?5分鐘，制成醋酸纖維素溶液，密封備用；
3)將2重量份的ニ羥甲基丙酸、3重量份的ニ羥基苯丙酸和8重量份N，N-ニ甲基甲酰胺加入到有干燥氮?dú)獗Ｗo(hù)的250ml圓底燒瓶中，充分?jǐn)嚢?0分鐘，加入6重量份的甲苯ニ異氰酸酷、3重量份的六亞甲基-1，6 ニ異氰酸酯和0. 09重量份的二月桂酸ニ丁基錫，在100°C下攪拌反應(yīng)180分鐘，減壓蒸餾脫去溶劑，制得聚氨酯預(yù)聚體；
4)將步驟3)制得的聚氨酯預(yù)聚體加入到5重量份的ニ丙胺和48重量份的去離子水配制成的有機(jī)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(yīng)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為55%的硅酸鉀水溶液中，在95°C下攪拌反應(yīng)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?jǐn)嚢韬笤僭?5°C反應(yīng)55分鐘。ニ)制備復(fù)合板材
取長(zhǎng)度為50mm、寬度為25mm、厚度為5mm的木質(zhì)板材,將通過步驟一)制備好的改性娃酸鹽無(wú)機(jī)膠粘劑在木質(zhì)板材的兩面分別涂膠，涂膠量為單面120g/m2，然后將竹片對(duì)合在木質(zhì)板材表面，以1. 2MPa的壓力，在53°C溫度的烘箱內(nèi)放置lh，然后取出樣品，即得到環(huán)保耐水復(fù)合板材。對(duì)該實(shí)施例的耐水復(fù)合板材進(jìn)行膠合強(qiáng)度和耐水測(cè)試，測(cè)試方法同實(shí)施例1，經(jīng)過測(cè)試，制得的環(huán)保耐水復(fù)合板材的膠合強(qiáng)度達(dá)到5. 7MPa，耐水時(shí)間達(dá)55h。上述描述僅作為 本發(fā)明可實(shí)施的技術(shù)方案提出，不作為對(duì)其技術(shù)方案本身的単一限制條件。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)保耐水復(fù)合板材，其特征在于，包括木質(zhì)芯層(I)、竹制表層(3)以及位于木質(zhì)芯層和竹制表層之間的膠合層(2)，所述膠合層(2)為改性硅酸鹽無(wú)機(jī)膠粘劑，膠合層(2)的原料包括以下重量份的組分 石英砂4-8份 碳化硅2-3份 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35-55%的硅酸鉀水溶液110-140份； 醋酸纖維素16-24份； 丙酮20-30份； 甲苯二異氰酸酯3-6份 六亞甲基-1，6 二異氰酸酯1-3份 二羥甲基丙酸1-2份 二羥基苯丙酸1-3份 N，N-二甲基甲酰胺5-8份； 二月桂酸二丁基錫0. 06-0. 09份； 二丙胺4_5份； 氯化鋇0. 8-1. 3份； 硬酯酸鈣5-9份； 去尚子水25-48份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保耐水復(fù)合板材，其特征在于，所述膠合層的改性硅酸鹽無(wú)機(jī)膠粘劑通過以下步驟制得 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?jǐn)嚢?5-45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?dú)獗Ｗo(hù)的250ml圓底燒瓶中，充分?jǐn)嚢?0-20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O. 06-0. 09重量份的二月桂酸二丁基錫，在75-10(TC下攪拌反應(yīng)60-180分鐘，減壓蒸餾脫去溶劑，制得聚氨酯預(yù)聚體； 4)將步驟3)制得的聚氨酯預(yù)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(jī)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(yīng)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為35-55%的硅酸鉀水溶液中，在75-95°C下攪拌反應(yīng)60-120分鐘，接著加入O. 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?jǐn)嚢韬笤僭?5-65°C反應(yīng)40-55分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種環(huán)保耐水復(fù)合板材，包括木質(zhì)芯層、竹制表層以及位于木質(zhì)芯層和竹制表層之間的膠合層，膠合層的原料包括石英砂4-8份、碳化硅2-3份、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35-55%的硅酸鉀水溶液110-140份；醋酸纖維素16-24份；丙酮20-30份；甲苯二異氰酸酯3-6份；六亞甲基-1,6二異氰酸酯1-3份；二羥甲基丙酸1-2份；二羥基苯丙酸1-3份；N，N-二甲基甲酰胺5-8份；二月桂酸二丁基錫0.06-0.09份；二丙胺4-5份；氯化鋇0.8-1.3份；硬酯酸鈣5-9份；去離子水25-48份。本發(fā)明的復(fù)合板材具有強(qiáng)度高、耐水性能好、無(wú)毒無(wú)害，綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B32B21/14GK103056931SQ201310040
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月3日
發(fā)明者張延 申請(qǐng)人:張延