一種uv固化快速粘合生物質(zhì)水性粘合劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水性粘合劑，尤其涉及一種用于木-木、木-紙粘合的可快速光固化的具有優(yōu)異粘性的環(huán)保的UV固化生物質(zhì)水性粘合劑。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]隨著保護(hù)環(huán)境、珍惜資源的理念日益深入人心，對膠黏劑的高固含量、無溶劑、水性、光固化等環(huán)境友好因素和低溫固化、廢棄物再生利用等節(jié)能技術(shù)越來越重視，并不斷加大研究開發(fā)力度。在軟包裝領(lǐng)域，歐美發(fā)達(dá)國家軟包裝復(fù)合生產(chǎn)中使用的主要是無溶劑型膠黏劑和水性膠黏劑。目前，我國95%以上的軟包裝生產(chǎn)采用的是溶劑型膠黏劑，使用最多、性能最好是溶劑型雙組分聚氨酯膠黏劑。由于溶劑型膠黏劑具有優(yōu)良的柔軟性、耐低溫及耐蒸煮性、易操作性和廣泛的適應(yīng)性，且國內(nèi)軟包裝行業(yè)的干式復(fù)合設(shè)備目前只適用于溶劑型膠黏劑。此外，環(huán)保型膠黏劑在性能方面也還有一定的局限性。與溶劑型膠黏劑相比，水性膠黏劑具有無溶劑釋放、環(huán)境友好、無毒、不可燃、使用安全、成本低等優(yōu)點(diǎn)，固含量可高達(dá)50%-60%，具有上膠量少、黏結(jié)強(qiáng)度高的優(yōu)勢。水性聚氨酯(PU)膠黏劑、丙烯酸乳液、EVA共聚乳液等。同時，在粘合劑領(lǐng)域，全球的趨勢是逐步實(shí)現(xiàn)綠色化的同時采用生物質(zhì)材料制備，很多生物質(zhì)本身即擁有非常好的粘合性，如淀粉、木質(zhì)素液、各種膠體等。但目前大多數(shù)的生物質(zhì)粘合劑均需要較長的粘合時間，且粘合效果一般。很多的國內(nèi)研究均運(yùn)用于提高生物質(zhì)粘合劑的粘合性、防水和防霉性上，如最常見的淀粉膠，其改性已被廣泛研究，如2013102039016公開的通過氧化的方法得到的一種改性淀粉木材膠粘劑，2013106944337公開的一種乳液型木材用淀粉膠粘劑及其制備方法，發(fā)明者采用丙烯酸酯改性淀粉并乳化，得到具有高粘性的木材粘合劑。其他不同的生物質(zhì)粘合劑也在陸續(xù)開發(fā)中。但綜合來看，目前以生物質(zhì)材料制備得到的具有光固化的粘合劑仍很少，光固化是近年來開發(fā)的一種可通過紫外光照射以實(shí)現(xiàn)固化的技術(shù)，光固化技術(shù)可使得粘合劑快速固化，且有條件固化，更容易控制，且固化效果更佳，更適合機(jī)械化生產(chǎn)，如生物質(zhì)粘合劑可實(shí)現(xiàn)光固化，無疑將進(jìn)一步提高其應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服目前生物質(zhì)膠固化速度慢，固化效果差的缺陷，提供一種在用于木-木、木-紙粘合的可快速光固化的具有優(yōu)異粘性的環(huán)保的生物質(zhì)水性粘合劑。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種UV固化快速粘合生物質(zhì)水性粘合劑，由多種組分復(fù)配而成，包括淀粉基水性聚氨酯丙烯酸酯乳液、淀粉接枝丙烯酸酯乳液、VAE乳液、羥乙基纖維素水溶液、消泡劑。
[0006]各組分的質(zhì)量份數(shù)為
淀粉基水性聚氨酯丙烯酸酯乳液:30-50份淀粉接枝丙烯酸酯乳液:20-40份 VAE乳液:5-8份羥乙基纖維素:0.1-0.3份消泡劑:1-3份
進(jìn)一步，所述淀粉基水性聚氨酯丙烯酸酯乳液的制備過程為:
(1)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將淀粉基聚醚多元醇、新戊基乙二醇、異佛爾酮二異氰酸酯、催化劑二月桂酸二丁基錫加入反應(yīng)容器中，在50°C _65°C溫度下，120rpm-180rpm轉(zhuǎn)速攪拌反應(yīng)2h_4h，得到溶液I ;
所述淀粉基聚醚多元醇、新戊基乙二醇、異佛爾酮二異氰酸酯的摩爾比為2.5:0.35-0.52:4.1-5.4，所述催化劑二月桂酸二丁基錫的用量為淀粉基聚醚多元醇、新戊基乙二醇、異佛爾酮二異氰酸酯三者摩爾數(shù)和的0.1%-0.15% ;
(2)向溶液I中加入二羥甲基丙酸、丙酮，在70°C_80°C溫度下反應(yīng)1.5 h -2.5h，得到溶液II ;
所述二羥甲基丙酸的加入量為溶液I重量的3.5%-6.0%，丙酮的加入量為溶液I重量的 2.5%-5.0% ；
(3)向溶液II中加入丙烯酸-2-羥基乙酯，在75°C-85°C溫度下反應(yīng)lh_2h，繼續(xù)加入丙酮調(diào)節(jié)粘度，得到溶液III;
所述丙烯酸-2-羥基乙酯與步驟(1)中所述淀粉基聚醚多元醇的摩爾比為1.2-1.5，此步驟中丙酮加入量為溶液II重量的6%-12% ；
(4)將溶液III降溫至35°C-42°C，加入三乙胺反應(yīng)lh_l.5h，得到溶液IV ;
所述三乙胺與步驟(3)中所述丙烯酸-2-羥基乙酯的摩爾比介于0.45-0.8之間；
(5)在30-40°C溫度下，將溶液IV分散于相當(dāng)于溶液IV重量1.5倍的水中，500rpm-600rpm轉(zhuǎn)速攪拌0.5h_lh后加入乙二胺，繼續(xù)攪拌0.5h_lh，得到溶液V ；
所述乙二胺與步驟(4)中所述三乙胺的摩爾比介于0.45-0.65之間；
(6)將溶液V減壓蒸餾，蒸出丙酮，得到最終淀粉基水性聚氨酯丙烯酸酯乳液。
[0007]進(jìn)一步，所述淀粉基聚醚多元醇的制備方式為:
稱取一定量的淀粉、液化劑和催化劑的混合溶液加入容器中，將系統(tǒng)升溫到140_160°C下反應(yīng)30-50min后，冷卻至室溫，用10%氫氧化鈉堿溶液中和至中性，將產(chǎn)物導(dǎo)入預(yù)先準(zhǔn)備好的樣品容器中備用。其中，淀粉的質(zhì)量為液化劑的15-30%之間，催化劑質(zhì)量為液化劑質(zhì)量的2-4%。催化劑為濃硫酸、甲磺酸中的一種；液化劑為多元醇，可為PEG、甘油或PEG和甘油的混合物。優(yōu)選的，選擇PEG200。
[0008]也可用中國專利“201110276733.4木薯淀粉與氧化烯烴合成淀粉聚醚多元醇的催化劑及其制備方法”中公開的方法制備。
[0009]進(jìn)一步，所述淀粉基聚醚多元醇的液化率高于95%，羥值介于300-500mgK0H/g之間。
[0010]進(jìn)一步，所述淀粉基聚醚多元醇的原料可選擇木薯淀粉或玉米淀粉。優(yōu)選的，選擇玉米淀粉。
[0011]進(jìn)一步，所述淀粉接枝丙烯酸酯乳液的制備過程為:
(1)接枝共聚:向裝有攪拌器、溫度計、回流冷凝器的反應(yīng)器內(nèi)加入淀粉和蒸餾水，在70-80°C下通氮以250-450rmp轉(zhuǎn)速攪拌30_60min，后調(diào)溫至42_52°C，加入乳化劑十二烷基硫酸鈉，乳化一定時間后加入引發(fā)劑過硫酸銨，持續(xù)攪拌15-30min后再加入丙烯酸丁酯單體，同時加入少量NaHC03，以250-450rmp轉(zhuǎn)速攪拌并反應(yīng)3_4h，后加入少量對苯二酚水溶液終止反應(yīng)，得粗產(chǎn)物。向粗產(chǎn)物中加入一定量無水乙醇、沉淀、抽濾，并以蒸餾水反復(fù)沖洗，最后置于真空干燥箱中，于55°C干燥至恒重，得到粗接枝共聚物。
[0012]其中，淀粉和蒸餾水的質(zhì)量比介于1/10-1/13.5之間，乳化劑十二烷基硫酸鈉的質(zhì)量介于淀粉質(zhì)量的1/8-1/12之間，過硫酸錢的質(zhì)量介于淀粉質(zhì)量的1/8-1/12之間，丙烯酸丁酯的用量介于淀粉質(zhì)量的2.2-3.2倍之間，NaHC03用量介于丙烯酸丁酯單體的1/30-1/50 之間；
(2)分離與提純:將粗接枝共聚物放入大量0.5mol/L的NaOH溶液中，于50°C攪拌lh以除去未接枝淀粉，后過濾產(chǎn)物，55°C真空干燥至恒重，將去產(chǎn)物置于索氏抽提器中回流萃取24h (以甲苯作萃取劑)，除去均聚合物，后取出放入真空干燥箱中于50°C干燥至恒重，得純接枝產(chǎn)物；
(3)乳液配置:將純接枝淀粉加入其質(zhì)量400-600%的45-50°C純水中，并加入質(zhì)量為純接枝淀粉8%-12%的離子型乳化劑，以200-300rmp速度攪拌10_20min，后降溫至于30°C，并持續(xù)以200-300rmp速度攪拌0.5_lh，得到最終分散乳液。
[0013]進(jìn)一步，所述VAE乳液的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低于0度。優(yōu)選的，選擇德國瓦克920VAE乳液。
[0014]進(jìn)一步，所述羥乙基纖維素的羥乙基取代度介于1.2-2.4之間。
[0015]進(jìn)一步，所述消泡劑可為礦物油類、有機(jī)硅類、聚醚類消泡劑。優(yōu)選的，選擇聚氧丙稀氧化乙稀甘油醚。
[0016]進(jìn)一步，所述UV固化快速粘合生物質(zhì)水性粘合劑的復(fù)配順序?yàn)?先將淀粉基水性聚氨酯丙烯酸酯乳液加入VAE乳液中，200-300rmp速度攪拌20_