一種全生物質(zhì)木材膠黏劑及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于木材深加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種全生物質(zhì)木材膠黏劑及其制備方 法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 刨花板在建筑、家居裝飾建材、板式家具生產(chǎn)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。市場(chǎng)上絕大 部分刨花板仍采用甲醛系列合成樹(shù)脂(脲醛樹(shù)脂，酚醛樹(shù)脂和三聚氰胺尿素甲醛樹(shù)脂）來(lái)制 備。該系列樹(shù)脂制備的刨花板雖強(qiáng)度好，耐候性強(qiáng)，但是不可避免的存在甲醛釋放，更主要 的問(wèn)題是存在生產(chǎn)成本高和原料不可再生等缺陷。在消費(fèi)者"談醛色變"的今天，尋找一種 能解決上述技術(shù)問(wèn)題的方法以及產(chǎn)品是非常必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的第一目的在于提供一種全生物質(zhì)木材膠黏劑；第二目的在于提供所述的 全生物質(zhì)木材膠黏劑的制備方法；第三目的在于提供所述的全生物質(zhì)木材膠黏劑的應(yīng)用。
[0004] 本發(fā)明的第一目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，所述的全生物質(zhì)木材膠黏劑是以單寧與糠醇為 原料經(jīng)縮聚交聯(lián)反應(yīng)得到的單寧/糠醇復(fù)合體系，絕干單寧與糠醇的質(zhì)量比為1 :1~1. 5。
[0005] 本發(fā)明的第二目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，包括單寧濃縮液制備、單寧/糠醇復(fù)合體系制 備步驟，具體包括： A、 單寧濃縮液制備：將富含單寧的樹(shù)皮破碎后，用水抽提方法于90~110°C條件下回流 抽提2~3h得到單寧水溶液，濃縮后得到單寧濃縮液； B、 單寧/糠醇復(fù)合體系制備：將糠醇按配方比例加入到A步驟制備得到的單寧濃縮液 中，攪拌混勻，調(diào)節(jié)體系pH值為10~12得到目標(biāo)物全生物質(zhì)木材膠黏劑。
[0006] 本發(fā)明的第三目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，所述的全生物質(zhì)木材膠黏劑在制備低/無(wú)甲醛 釋放的建筑建材中的應(yīng)用。
[0007] 單寧是植物的水抽提物，是植物體內(nèi)產(chǎn)生的復(fù)雜多酚化合物，是栲膠的主要成分， 分為水解類單寧和凝縮類單寧，本專利所涉及的單寧原料為凝縮類單寧水解預(yù)縮液。凝縮 類單寧由縮聚度不同的類黃酮單元組成的低聚物構(gòu)成，具有酚類似的化學(xué)結(jié)構(gòu)(如式1所 示)，不同樹(shù)種的單寧，各自所占比例有所不同。
[0008] 式1 (單寧類黃酮單體結(jié)構(gòu)） 堿性條件下單寧可以實(shí)現(xiàn)自縮聚，如式2所示，這是單寧木材膠黏劑的理論基礎(chǔ)。
[0009] 式2 (堿性條件下單寧發(fā)生的自縮聚反應(yīng)） 國(guó)內(nèi)已有文獻(xiàn)顯示，粉末單寧在過(guò)去十幾年時(shí)間里已經(jīng)或多或少的用于人造板的制 備，尤其是膠合板的生產(chǎn)制備，相對(duì)而言，國(guó)外研宄的粉狀單寧樹(shù)脂已經(jīng)成功擴(kuò)展到刨花板 等木制品生產(chǎn)領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)研宄開(kāi)發(fā)的單寧樹(shù)脂并不是100%的純生物質(zhì)樹(shù)脂，而是單寧部分 取代苯酚或者間苯二酚以共混方式制備的單寧基合成樹(shù)脂，這種樹(shù)脂的單寧添加量十分有 限，且共混后的樹(shù)脂存在固化現(xiàn)象不明確，固化時(shí)間不同步，活性期短，粘合強(qiáng)度低，甲醛釋 放量并未得到根本解決等諸多問(wèn)題。本發(fā)明涉及的全生物質(zhì)刨花板100%由生物質(zhì)原料來(lái) 制備，并不是在甲醛系列樹(shù)脂中簡(jiǎn)單的添加粉狀單寧，而是直接用單寧濃縮液，然后添加一 定量的糠醇，調(diào)整體系pH值，再加入固化劑后所制得的一種全生物質(zhì)木材膠黏劑，并用于 刨花板的生產(chǎn)制備。本發(fā)明中所用的糠醇來(lái)自于農(nóng)作物秸桿加工的副產(chǎn)品。
[0010] 全生物質(zhì)刨花板是用全生物質(zhì)木材膠黏劑和木質(zhì)刨花為主要原料在固化劑作用 下制備的一類刨花板。該刨花板具有優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度，且無(wú)甲醛釋放，完全能夠達(dá)到GB/T 17657-1999《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)原理在于利用單寧與糠醇發(fā)生縮聚交聯(lián)反應(yīng)，生成可用于刨花板制 備的全生物質(zhì)單寧樹(shù)脂膠黏劑(如式3所示)。
[0012] 式3 (糠醇和單寧之間發(fā)生的反應(yīng)） 與傳統(tǒng)單寧木材膠黏劑相比，本發(fā)明使用單寧濃縮液代替粉狀單寧，不僅減少了干燥 過(guò)程的能耗與污染，同時(shí)保留了單寧的自身反應(yīng)特性。本發(fā)明以全生物質(zhì)木材膠黏劑替代 傳統(tǒng)甲醛系列膠黏劑，徹底消除甲醛釋放問(wèn)題，并降低木材加工行業(yè)對(duì)石化產(chǎn)品的依賴。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但不以任何方式對(duì)本發(fā)明加以限制， 基于本發(fā)明教導(dǎo)所作的任何變換或替換，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0014] 本發(fā)明所述的全生物質(zhì)木材膠黏劑，是以單寧與糠醇為原料經(jīng)縮聚交聯(lián)反應(yīng)得到 的單寧/糠醇復(fù)合體系，絕干單寧與糠醇的質(zhì)量比為1 :1~1. 5。
[0015] 所述的全生物質(zhì)木材膠黏劑外觀為棕褐色液體，其中固體質(zhì)量百分含量為 40~60%，黏度為 450~550mPaS，pH值為 10~12。
[0016] 本發(fā)明所述的全生物質(zhì)木材膠黏劑的制備方法，其特征在于包括單寧濃縮液制 備、單寧/糠醇復(fù)合體系制備步驟，具體包括： A、 單寧濃縮液制備：將富含單寧的樹(shù)皮破碎后，用水抽提方法于90~110°C條件下回流 抽提2~3h得到單寧水溶液，濃縮后得到單寧濃縮液； B、 單寧/糠醇復(fù)合體系制備：將糠醇按配方比例加入到A步驟制備得到的單寧濃縮液 中，攪拌混勻，調(diào)節(jié)體系pH值為10~12得到目標(biāo)物全生物質(zhì)木材膠黏劑。
[0017] 所述的單寧濃縮液性能指標(biāo)為：外觀為棕褐色液體，固體質(zhì)量百分含量為 40~55%，黏度為 300~450mPaS，pH值為 5. 0~5. 5。
[0018] 所述的糠醇為來(lái)自于農(nóng)作秸桿加工的副產(chǎn)品。
[0019] 本發(fā)明所述的全生物質(zhì)木材膠黏劑的應(yīng)用為所述的全生物質(zhì)木材膠黏劑在制備 低/無(wú)甲醛釋放的建筑建材中的應(yīng)用。
[0020] 所述的全生物質(zhì)木材膠黏劑在制備低/無(wú)甲醛釋放的刨花板中的應(yīng)用。
[0021] 所述的全生物質(zhì)木材膠黏劑制備低/無(wú)甲醛釋放的刨花板包括膠黏劑調(diào)制、刨花 板制備步驟，具體包括： A、 膠黏劑調(diào)制：取全生物質(zhì)木材膠黏劑，加入絕干單寧質(zhì)量百分含量6~20%的固化劑， 攪拌均勻； B、 刨花板制備： 1) 將添加過(guò)固化劑的全生物質(zhì)木材膠黏劑與木質(zhì)刨花均勻混合，其中全生物質(zhì)木材膠 黏劑添加量為絕干刨花質(zhì)量百分比的8~15%，刨花含水率為1~9% ; 2) 將混合均勻后的刨花經(jīng)鋪裝成型-預(yù)壓-熱壓固化工序制備得到目標(biāo)物一一無(wú)甲醛 釋放的刨花板。
[0022] A步驟中所述的固化劑為六次甲基四胺、三硝基甲烷或聚甲醛中的一種或幾種。
[0023]B步驟2)中所述的熱壓固化的熱壓溫度為180~210°C，熱壓時(shí)間為25~35s/mm， 熱壓?jiǎn)挝粔毫?. 5~4. 5MPa。
[0024] 本發(fā)明所述的全生物質(zhì)木材膠黏劑在于使用木材單寧濃縮液與糠醇樹(shù)脂復(fù)合體 系，外觀為棕褐色液體，固體含量：40~60%、pH:10~12、黏度：450~550mPas，其制備方 法如下：1)單寧濃縮液制備：經(jīng)水抽提和預(yù)濃縮工藝后得到單寧濃縮液，其中固體含量： 40~55%，pH:5. 0~5. 5之間，黏度：300~450mPas;2)單寧/糠醇復(fù)合體系制備：將定 量的糠醇加入單寧濃縮液中，在室溫條件下機(jī)械攪拌直至充分混勻，再用氫氧化鈉調(diào)節(jié)體 系pH值為10~12。
[0025] 本發(fā)明所述的全生物質(zhì)木材膠黏劑的調(diào)制是在單寧/糠醇復(fù)合體系中緩慢加入 6~20%的固化劑，持續(xù)攪拌5~10分鐘后得到均一、穩(wěn)定的全生物質(zhì)木材膠黏劑。
[0026] 本發(fā)明所述的全生物質(zhì)刨花板制造方法，是以生物質(zhì)木材膠黏劑替代傳統(tǒng)甲醛系 列膠黏劑，其中生物質(zhì)木材膠黏劑主要由單寧濃縮液、糠醇調(diào)制而成。本發(fā)明的全生物質(zhì)刨 花板制造方法包括：1)將單寧濃縮液與糠醇按比例混合后，調(diào)整混合液pH值為10~12,加 入絕干單寧重量6~20%的固化劑，攪拌均勻；2)將添加過(guò)固化劑的單寧/糠醇復(fù)合樹(shù)脂與 木質(zhì)刨花均勻混合，其中單寧膠黏劑添加量為絕干刨花重量的8~15%，刨花含水率為1~ 9% ;3)混合后的刨花經(jīng)鋪裝成型一預(yù)壓一熱壓固化等工序，其中熱壓溫度180~210°C， 熱壓時(shí)間為25~35s/mm,熱壓?jiǎn)挝粔毫?. 5~4. 5MPa。
[0027] 下面以具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明： 實(shí)施例1 1)單寧濃縮液制備：將富含單寧的樹(shù)皮破碎后，用水抽提方法在90~100°C條件下回 流抽提3小時(shí)，并通過(guò)預(yù)凝縮工藝將單寧水溶液濃縮至40%的水溶液，該單寧濃縮液的性能 指標(biāo)為：外觀為棕褐色液體、固體含量：40%、pH:5. 0,黏度：300mPas。
[0028] 2)單寧/糠醇復(fù)合體系制備：往容器內(nèi)加入單寧濃縮液，在機(jī)械攪拌作用力下一 次性加入糠醇，絕干單寧與糠醇的比例為1: 1，充分混勻，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)體系pH值為10， 該單寧膠黏劑外觀為棕褐色液體，固體含量：40%、pH:10、黏度：450mPas。
[0029] 3)膠黏劑體系調(diào)制：在單寧/糠醇復(fù)合體系中緩慢加入6%的六次甲基四胺，持續(xù) 攪拌5分鐘后備用。
[0030] 4)全生物質(zhì)刨花板制備：①將單寧濃縮液與糠醇按比例混合后，調(diào)整其pH為10， 攪拌均勻，加入絕干單寧重量6%的六次甲基四胺；②將添加過(guò)固化劑的單寧/糠醇復(fù)合 樹(shù)脂與木質(zhì)刨花均勻混合，其中單寧膠黏劑添加量為絕干刨花重量的8%，刨花含水率為 1. 5% ;③混合后的刨花經(jīng)鋪裝成型一預(yù)壓一熱壓固化等工序，其中熱壓溫度180~210°C， 熱壓時(shí)間為25~35s/mm，熱壓?jiǎn)挝粔毫?. 5~4. 5MPa。
[0031] 本實(shí)施例制備得到的刨花板的檢測(cè)結(jié)果如下： 甲醛釋放量：2. 8mg/100g，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度：0. 68MPa，靜曲強(qiáng)度23MPa。
[0032] 實(shí)施例2 1)單寧濃縮液制備：將富含單寧的樹(shù)皮破碎后，用水抽提方法在