一種木材用常溫固化生物油淀粉膠黏劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于膠黏劑制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種木材用常溫固化生物油淀粉膠黏劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油資源日益枯竭和環(huán)保意識(shí)不斷加強(qiáng)的今天，以廉價(jià)易得的可再生天然高分子資源為主要原料，采用綠色新工藝、開(kāi)發(fā)高性能環(huán)保膠黏劑已成為一種趨勢(shì)。淀粉膠黏劑原料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、無(wú)毒無(wú)害、綠色環(huán)保，被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ哪z黏劑之一，廣泛應(yīng)用于室內(nèi)、家裝等非結(jié)構(gòu)用集成材領(lǐng)域。
[0003]然而，與合成樹(shù)脂類膠黏劑相比，淀粉膠黏劑存在耐水性差、儲(chǔ)存穩(wěn)定性差、粘接強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，限制了其在木材工業(yè)的應(yīng)用范圍。針對(duì)淀粉膠黏劑存在的問(wèn)題，目前主要的改性方法是通過(guò)氧化、糊化、酯化、接枝、交聯(lián)等手段，減少淀粉分子上的親水基團(tuán)數(shù)量并引入其它活性基團(tuán)，從而降低淀粉膠黏劑的親水性，提高其粘接強(qiáng)度和儲(chǔ)存性能。如專利(申請(qǐng)?zhí)?201010568522.3)以淀粉為原料，進(jìn)行酸解糊化預(yù)處理后，在乳化劑的條件下采用醋酸乙烯酯和丙烯酸丁酯兩種單體對(duì)淀粉進(jìn)行接枝共聚改性，降溫后添加助劑，制備了一種粘接強(qiáng)度高、耐水性好的環(huán)保型木材用淀粉膠黏劑；專利(申請(qǐng)?zhí)?201410074081.X)利用次氯酸鈉氧化淀粉乳液，并在交聯(lián)劑作用下與丙烯酰胺和丙烯酸酯單體接枝共聚，降溫后加入填料和防腐劑制備環(huán)保型木材用淀粉膠黏劑，具有較好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性、耐水性和粘接強(qiáng)度。
[0004]然而，眾多淀粉膠黏劑改性方法主要集中在提高淀粉膠黏劑的耐水性、粘接強(qiáng)度和儲(chǔ)存穩(wěn)定性等方面，而對(duì)淀粉膠黏劑的常溫固化問(wèn)題研宄較少。同時(shí)，淀粉膠黏劑制備過(guò)程中加入了大量的助劑，導(dǎo)致淀粉膠黏劑存在成本較高的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種木材用常溫固化生物油淀粉膠黏劑及制備方法，通過(guò)利用木質(zhì)生物質(zhì)快速熱解獲得的液體產(chǎn)物一生物油，制備出一種綠色環(huán)保、成本低廉、粘結(jié)性好、耐水性強(qiáng)、儲(chǔ)存穩(wěn)定性優(yōu)良的新型木材用常溫固化淀粉膠黏劑。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明提出的木材用常溫固化生物油淀粉膠黏劑，其特征在于，采用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂對(duì)生物油進(jìn)行催化酯化反應(yīng)，得到淀粉接枝共聚反應(yīng)的單體；采用酸解氧化、接枝共聚復(fù)合的方法改性淀粉，形成膠黏劑主劑骨架；通過(guò)加入生物油，修飾膠黏劑主劑骨架上化學(xué)基團(tuán)，同時(shí)作為填料、防腐劑等助劑，制備成生物油淀粉膠黏劑。
[0008]上述生物油淀粉膠黏劑各原料組分質(zhì)量份如下:生物油120份，無(wú)水乙醇160-200份，催化劑8-10份，淀粉100份，鹽酸140-160份，氧化劑2_4份，乳化劑1_3份，穩(wěn)定劑10-30份，引發(fā)劑0.3-0.7份，醋酸乙烯酯10-20份，丙烯酸丁酯5_15份。
[0009]所述的生物油是在無(wú)氧或缺氧的條件下，采用中等反應(yīng)溫度(500-600°C )、高加熱速率(103-105°c /s)和極短氣體停留時(shí)間(小于2s)將生物質(zhì)(包括:木粉、農(nóng)作物秸桿、樹(shù)皮、果殼等)進(jìn)行熱化學(xué)轉(zhuǎn)化得到的液態(tài)產(chǎn)物，含水率為20% -30%, pH值為2.5-3.5 ；
[0010]催化劑為強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，其型號(hào)為732、NKC-9、D072中的一種；淀粉為玉米淀粉、木薯淀粉或小麥淀粉中的任意一種；
[0011]鹽酸是濃度為0.3-0.5mol/L的鹽酸溶液；
[0012]氧化劑和引發(fā)劑均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15 %的過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸鈉中的任意一種；
[0013]乳化劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、OP-1O中的任意一種或組合；
[0014]穩(wěn)定劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的聚乙烯醇，其型號(hào)為1750、1788、1799中的任意一種。
[0015]本發(fā)明提出的木材用常溫固化生物油淀粉膠黏劑的制備方法，主要包括以下步驟:
[0016]第一步:將80-100份生物油和160-200份無(wú)水乙醇完全混合后，加入到生物油酯化反應(yīng)釜中，加入8-10份催化劑，在50-60°C的恒溫水浴中加熱4-5小時(shí)，降溫出料得到生物油酯化產(chǎn)物；再與10-20份醋酸乙烯酯，5-15份丙烯酸丁酯混合，得到接枝單體混合液。
[0017]第二步:將100份淀粉用140-160份0.3-0.5mol/L的鹽酸配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的淀粉乳液，倒入膠黏劑反應(yīng)釜中，并在10-15min內(nèi)升溫至50_55°C，并保持該溫度至第三步，加入2-4份氧化劑，進(jìn)行酸解氧化變性30-50min，得到酸解氧化變性淀粉乳液；再向酸解氧化變性淀粉乳液中加入1-3份乳化劑和10-30份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的穩(wěn)定劑，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的氫氧化鈉溶液在5-10min內(nèi)調(diào)節(jié)pH至2_3，在l_2h內(nèi)分2_4批次加入40-60份接枝單體混合液，繼續(xù)反應(yīng)0.5-lh后，加入0.4-0.6份引發(fā)劑反應(yīng)l_2h得到接枝共聚變性淀粉乳液；
[0018]第三步:向接枝共聚變性淀粉乳液中，在10-20min內(nèi)分3_5批次加入20-40份生物油，反應(yīng)30-50min后降溫至40°C以下出料，得到木材用常溫固化生物油淀粉膠黏劑。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
[0020]1.本發(fā)明方法采用的主要原料為低廉且可再生的淀粉和生物油，無(wú)毒環(huán)保，具有良好的環(huán)境協(xié)調(diào)性；
[0021]2.本發(fā)明利用生物油中的大量低分子量的有機(jī)羧酸，如甲酸、乙酸等，在強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂條件下，和無(wú)水乙醇進(jìn)行催化酯化反應(yīng)，得到具有常溫固化特性的低分子酯類化合物，可作為淀粉常溫固化接枝單體的主要成分；同時(shí)，與醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯混合，得到淀粉的接枝單體混合液具有較高的接枝率和良好的常溫固化效果；
[0022]3.本發(fā)明獲得的生物油淀粉膠黏劑體系中存在由生物油引入的酚類、酸類、醛類等物質(zhì)，其中酚類物質(zhì)與淀粉分子中的醛基、羧基發(fā)生聚合反應(yīng)，增加膠黏劑的初粘性；酸類物質(zhì)可以與淀粉發(fā)生酯化反應(yīng)，減少羥基數(shù)量，改善耐水性；醛類物質(zhì)能與淀粉發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，可以提尚Jj父黏劑的Jj父接性能；
[0023]4.本發(fā)明所使用的生物油中含有的酚類、酸類、醛類等物質(zhì)具有較好的抑菌效果，可作為防腐劑使用；同時(shí)，生物油的加入可以降低膠黏劑的固化溫度，提高固化速度，增加膠黏劑滲透性，使膠黏劑具有良好的使用性能，可作為固化劑和稀釋劑使用；生物油中所含有的其他物質(zhì)可作為填料等助劑使用。生物油的加入，減少了化學(xué)原料的使用，降低了淀粉膠黏劑的成本。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明提出的一種木材用常溫固化生物油淀粉膠黏劑及制備方法，其原料組成如下:
[0025]生物油120份，無(wú)水乙醇160-200份，催化劑8-10份，淀粉100份，鹽酸140-160份，氧化劑2-4份，乳化劑1-3份，穩(wěn)定劑10-30份，引發(fā)劑0.3-0.7份，醋酸乙烯酯10-20份，丙烯酸丁酯5-15份。
[0026]所述的生物油是在無(wú)氧或缺氧的條件下，采用中等反應(yīng)溫度(500-600°C )、高加熱速率(103-105°c /s)和極短氣體停留時(shí)間(小于2s)將生物質(zhì)(包括:木粉、農(nóng)作物秸桿、樹(shù)皮、果殼等)進(jìn)行熱化學(xué)轉(zhuǎn)化得到的液態(tài)產(chǎn)物，含水率為20% -30%，pH值為2.5-3.5 ;催化劑為強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，其型號(hào)為732、NKC-9、D072中的一種；淀粉為玉米淀粉、木薯淀粉或小麥淀粉中的任意一種；鹽酸是濃度為0.3-0.5mol/L的鹽酸溶液；氧化劑和引發(fā)劑均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸鈉中的任意一種；乳化劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、OP-10中的任意一種或組合；穩(wěn)定劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的聚乙烯醇，其型號(hào)為1750、1788、1799中的任意一種。
[0027]本發(fā)明提出的一種木材用常溫固化生物油淀粉膠黏劑的制備方法，包括以下步驟:
[0028]第一步:將80-100份生物油和160-200份無(wú)水乙醇完全混合后，加入到生物油酯化反應(yīng)釜中，加入8-10份催化劑，在50-60°C的恒溫水浴中加熱4-5小時(shí)，降溫出料得到生物油酯化產(chǎn)物；再與10-20份醋酸乙烯酯，5-15份丙烯酸丁酯混合，得到接枝單體混合液。
[0029]第二步:將100份淀粉用140-160份0.3-0.5mol/L的鹽酸配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的淀粉乳液，倒入膠黏劑反應(yīng)釜中，并在10-15min內(nèi)升溫至50_55°C，并保持該溫度至第三步，加入2-4份氧化劑，進(jìn)行酸解氧化變性30-50min，得到酸解氧化變性淀粉乳液；再向酸解氧化變性淀粉乳液中加入1-3份乳化劑和10-30份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的穩(wěn)定劑，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的氫氧化鈉溶液在5-10min內(nèi)調(diào)節(jié)pH至2_3，在l_2h內(nèi)分2_4批次加入40-60份接枝單體混合液，繼續(xù)反應(yīng)0.5-lh后，加入0.4-0.6份引發(fā)劑反應(yīng)l_2h得到接枝共聚變性淀粉乳液；
[0030]第三步:向接枝共聚變性淀粉乳液中，在10-20min內(nèi)分3_5批次加入20-40份生物油，反應(yīng)30-50min后降溫至40°C以下出料，得到木材用常溫固化生物油淀粉膠黏劑。
[0031]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0032]實(shí)施例1
[0033]本實(shí)施例各原料組分質(zhì)量份如下:生物油120份，無(wú)水乙醇160份，732強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂催化劑8份，玉米淀粉100份，鹽酸140份，過(guò)硫酸銨氧化劑2份，十二烷基磺酸鈉乳化劑I份，1750的聚乙烯醇穩(wěn)定劑10份，過(guò)硫酸銨引發(fā)劑0.3份，醋酸乙烯酯10份，丙烯酸丁酯15份。
[0034]本實(shí)施例的木材用常溫固化生物油淀粉膠黏劑的制備方法，包括以下步驟:
[0035]第一步:將80份生物油和160份無(wú)水乙醇完全混合后，加入到生物油酯化反應(yīng)釜中，加入8份催化劑，在60°C的恒溫水浴中加熱4小時(shí)，降溫出料得到生物油酯化產(chǎn)物；再與10份醋酸乙烯酯，15份丙烯酸丁酯混合，得到接枝單體混合液。
[0036]第二步:將100份玉米淀粉用140份0.5mol/L的鹽酸配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40