一種無甲醛木質(zhì)素基木材膠黏劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無甲醛木質(zhì)素基木材膠黏劑的制備方法，屬于膠黏劑制備領(lǐng)域。該方法從造紙黑液中提取木質(zhì)素，經(jīng)微生物和超聲聯(lián)合改性并與玉米淀粉、殼聚糖和聚乙烯醇聚合復(fù)配后即得無甲醛木質(zhì)素基木材膠黏劑。本發(fā)明制得的木材膠黏劑以可再生木質(zhì)素為原料，無毒無害，避免了傳統(tǒng)三醛膠消耗不可再生石油資源，使用中產(chǎn)生游離甲醛損害人體健康的問題，以微生物和超聲改性木質(zhì)素，增加其芳香環(huán)上空位，提高其反應(yīng)活性，增強(qiáng)膠黏強(qiáng)度，再和聚乙烯醇以及淀粉復(fù)配提高耐水性和機(jī)械性能，又彌補(bǔ)了純木質(zhì)素膠黏劑機(jī)械性能和耐水性差的缺陷，是一種環(huán)保無害的新型木材膠黏劑。
【專利說明】
一種無甲醛木質(zhì)素基木材膠黏劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種無甲醛木質(zhì)素基木材膠黏劑的制備方法，屬于膠黏劑制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著木材加工行業(yè)的迅速發(fā)展，人們對(duì)木材工業(yè)用膠黏劑的需求量不斷增加。木材膠黏劑中占主導(dǎo)地位的膠種仍然是三醛膠一一脲醛樹脂、酚醛樹脂和三聚氰胺甲醛樹月旨。這些以甲醛為基料的膠黏劑在板材的生產(chǎn)和應(yīng)用過程中會(huì)釋放出游離甲醛，而甲醛是一種潛在的致癌物質(zhì)，會(huì)刺激眼睛、使咽喉發(fā)炎和損害呼吸道。鑒于石油資源的日趨短缺及對(duì)人體健康的考慮，世界各國(guó)對(duì)低甲醛、無甲醛木材膠黏劑的研發(fā)力度不斷加強(qiáng)，其中以天然可再生物質(zhì)為原料的無醛木材膠黏劑成為研究熱點(diǎn)。
[0003]作為地球上最豐富的可再生資源之一，木質(zhì)素廣泛存在于高等植物體細(xì)胞壁中，地球上每年可通過植物的光合作用合成約500億噸木質(zhì)素，其數(shù)量?jī)H次于纖維素。工業(yè)木質(zhì)素主要來源于制漿造紙工業(yè)的廢液，每年產(chǎn)量約為5000萬噸。但是，在現(xiàn)代化的造紙企業(yè)中，大部分的木質(zhì)素(造紙廢液中的)被燒掉以回收堿和部分熱能，只有很小一部分的木質(zhì)素被用于其它商業(yè)目的。我國(guó)每年產(chǎn)生木質(zhì)素磺酸鹽30余萬噸，迄今也只有很小一部分被有效地利用，而大部分則被排放于江河湖海中，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。木質(zhì)素本身具有黏性，可直接用做膠黏劑。天然植物中，木質(zhì)素就像膠黏劑一樣，分布在纖維的周圍，以及纖維內(nèi)部的細(xì)小纖維之間，使之成為強(qiáng)有力的骨架結(jié)構(gòu)，樹木之所以能夠挺立幾十米甚至上百米不倒，就是因?yàn)槟举|(zhì)素的黏合力。但其作為膠黏劑需要特別長(zhǎng)的熱壓時(shí)間、高的熱壓溫度和酸度，而且木質(zhì)素膠黏劑在壓縮以后還需要經(jīng)過特殊的加工，產(chǎn)品為黑色，具有較低的物理和機(jī)械性能及較低的耐水性。木質(zhì)素在合成生物質(zhì)基膠黏劑中的應(yīng)用，已得到越來越多的關(guān)注，但木質(zhì)素結(jié)構(gòu)復(fù)雜、大分子多分散性以及物理化學(xué)性質(zhì)不均一，這使得木質(zhì)素利用受到一定限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題:針對(duì)木質(zhì)素是無害的生物質(zhì)材料，本身具有黏性，但是直接以其作為木材膠黏劑使用時(shí)，需要較長(zhǎng)的熱壓時(shí)間，很高的熱壓溫度和酸度，并且機(jī)械性能和耐水性差、膠黏強(qiáng)度低的缺陷，提供了一種無甲醛木質(zhì)素基木材膠黏劑的制備方法。該方法從造紙黑液中提取木質(zhì)素，經(jīng)微生物和超聲聯(lián)合改性并與玉米淀粉、殼聚糖和聚乙烯醇聚合復(fù)配后即得無甲醛木質(zhì)素基木材膠黏劑。本發(fā)明制得的木材膠黏劑以可再生木質(zhì)素為原料，無毒無害，避免了傳統(tǒng)三醛膠消耗不可再生石油資源，使用中產(chǎn)生游離甲醛損害人體健康的問題，以微生物和超聲改性木質(zhì)素，增加其芳香環(huán)上空位，提高其反應(yīng)活性，增強(qiáng)膠黏強(qiáng)度，再和聚乙烯醇以及淀粉復(fù)配提高耐水性和機(jī)械性能，又彌補(bǔ)了純木質(zhì)素膠黏劑機(jī)械性能和耐水性差的缺陷，是一種環(huán)保無害的新型木材膠黏劑。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
(I)將造紙廠的造紙黑液通入長(zhǎng)2m、寬lm、深0.8m的貯存池中靜置沉降2?3天，吸取上層黑液，去除下層沉淀雜質(zhì)，將得到的上層黑液再放入砂濾器中，過濾去除細(xì)纖維，得到預(yù)處理黑液；
(2)將上述得到的預(yù)處理黑液移入反應(yīng)釜中，按100?200mg/L的添加量向黑液中加入聚丙烯酰胺，加熱升溫至50?70°C后攪拌反應(yīng)10?20min，再將反應(yīng)液移入濃縮罐中降低壓力至1.2?1.4kPa，減壓濃縮至其原體積的I/2，得濃縮液；
(3)向上述濃縮液中以5mL/min速率逐滴滴加濃度為0.5mol/L硫酸溶液并邊滴加邊攪拌，直至再無更多沉淀產(chǎn)生，過濾收集沉淀，放入布氏漏斗，用50?60°C的去離子水抽濾洗滌3?5次，干燥后即得木質(zhì)素；
(4)將上述所得木質(zhì)素放入陶瓷罐中，加入木質(zhì)素等體積的蒸餾水，攪拌均勻得混合底物，按接種量為10%向底物中接種棉腐臥孔菌，放入恒溫箱，于25?35°C下活化改性4?8周；
(5)改性結(jié)束后，將改性產(chǎn)物轉(zhuǎn)入超聲振蕩儀，加去離子水浸沒并以200?300W功率超聲振蕩I?2h，振蕩結(jié)束后過濾得濾渣，將其放入烘箱，于105?110°C下滅菌干燥10?12h，再轉(zhuǎn)入剛玉研缽，研磨10?20min后過200目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到自制改性木質(zhì)素；
(6)將裝有400?500mL濃度為0.01mol/L醋酸溶液的燒杯移入30?35°C水浴鍋中，將50?60g上述自制改性木質(zhì)素加入燒杯，攪拌形成懸浮液，再向懸浮液中加入10?20g玉米淀粉和5?8g殼聚糖粉末，用磁力攪拌機(jī)攪拌共混改性30?60min，得共混聚合物；
(7)向上述共聚混合物中邊攪拌邊滴加50?10mL質(zhì)量濃度為10%聚乙烯醇溶液，升溫至50?70°C繼續(xù)攪拌反應(yīng)I?2h，移入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器旋蒸濃縮至其原體積的3/4，出料后靜置脫泡，包裝即得無甲醛木質(zhì)素基木材膠黏劑。
[0006]本發(fā)明的具體應(yīng)用方法:將本發(fā)明制備的木材膠黏劑應(yīng)用在多層板、刨花板以及纖維板上的壓制中，其中涂膠量為100?150g/m2(單面)，以熱壓溫度為115?120°C，熱壓壓力1.0?1.2MPa，熱壓10?15min即可。經(jīng)測(cè)試，與傳統(tǒng)三醛膠類木材膠黏劑相比，此膠黏劑的耐水性提高了 10?15%，膠黏強(qiáng)度提高20?30%。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明制得的無甲醛木質(zhì)素基木材膠黏劑原材料易得，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，操作方便，避免使用不可再生的石油原料，成本低廉；
(2)本發(fā)明制得的無甲醛木質(zhì)素基木材膠黏劑使用過程中無任何有害游離成分產(chǎn)生，綠色環(huán)保無污染；
(3)本發(fā)明制得的無甲醛木質(zhì)素基木材膠黏劑機(jī)械性能強(qiáng)，膠黏強(qiáng)度高，耐水性相比傳統(tǒng)木材膠黏劑有顯著提高。
【具體實(shí)施方式】
[0008]將造紙廠的造紙黑液通入長(zhǎng)2m、寬lm、深0.Sm的貯存池中靜置沉降2?3天，吸取上層黑液，去除下層沉淀雜質(zhì)，將得到的上層黑液再放入砂濾器中，過濾去除細(xì)纖維，得到預(yù)處理黑液;將上述得到的預(yù)處理黑液移入反應(yīng)釜中，按100?200mg/L的添加量向黑液中加入聚丙烯酰胺，加熱升溫至50?70°C后攪拌反應(yīng)10?20min，再將反應(yīng)液移入濃縮罐中降低壓力至1.2?1.4kPa，減壓濃縮至其原體積的1/2，得濃縮液；向上述濃縮液中以5mL/min速率逐滴滴加濃度為0.5mol/L硫酸溶液并邊滴加邊攪拌，直至再無更多沉淀產(chǎn)生，過濾收集沉淀，放入布氏漏斗，用50?60°C的去離子水抽濾洗滌3?5次，干燥后即得木質(zhì)素;將上述所得木質(zhì)素放入陶瓷罐中，加入木質(zhì)素等體積的蒸餾水，攪拌均勻得混合底物，按接種量為10%向底物中接種棉腐臥孔菌，放入恒溫箱，于25?35°C下活化改性4?8周;改性結(jié)束后，將改性產(chǎn)物轉(zhuǎn)入超聲振蕩儀，加去離子水浸沒并以200?300W功率超聲振蕩I?2h，振蕩結(jié)束后過濾得濾渣，將其放入烘箱，于105?110 °C下滅菌干燥10?12h，再轉(zhuǎn)入剛玉研缽，研磨1?20min后過200目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到自制改性木質(zhì)素;將裝有400?500mL濃度為0.01mol/L醋酸溶液的燒杯移入30?35°C水浴鍋中，將50?60g上述自制改性木質(zhì)素加入燒杯，攪拌形成懸浮液，再向懸浮液中加入10?20g玉米淀粉和5?8g殼聚糖粉末，用磁力攪拌機(jī)攪拌共混改性30?60min，得共混聚合物；向上述共聚混合物中邊攪拌邊滴加50?10mL質(zhì)量濃度為10%聚乙烯醇溶液，升溫至50?70°C繼續(xù)攪拌反應(yīng)I?2h，移入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器旋蒸濃縮至其原體積的3/4，出料后靜置脫泡，包裝即得無甲醛木質(zhì)素基木材膠黏劑。
[0009]實(shí)例I
將造紙廠的造紙黑液通入長(zhǎng)2m、寬lm、深0.Sm的貯存池中靜置沉降2天，吸取上層黑液，去除下層沉淀雜質(zhì)，將得到的上層黑液再放入砂濾器中，過濾去除細(xì)纖維，得到預(yù)處理黑液;將上述得到的預(yù)處理黑液移入反應(yīng)釜中，按100mg/L的添加量向黑液中加入聚丙烯酰胺，加熱升溫至50°C后攪拌反應(yīng)lOmin，再將反應(yīng)液移入濃縮罐中降低壓力至1.2kPa，減壓濃縮至其原體積的1/2，得濃縮液；向上述濃縮液中以5mL/min速率逐滴滴加濃度為0.5mol/L硫酸溶液并邊滴加邊攪拌，直至再無更多沉淀產(chǎn)生，過濾收集沉淀，放入布氏漏斗，用50°C的去離子水抽濾洗滌3次，干燥后即得木質(zhì)素;將上述所得木質(zhì)素放入陶瓷罐中，加入木質(zhì)素等體積的蒸餾水，攪拌均勻得混合底物，按接種量為10%向底物中接種棉腐臥孔菌，放入恒溫箱，于25°C下活化改性4周;改性結(jié)束后，將改性產(chǎn)物轉(zhuǎn)入超聲振蕩儀，加去離子水浸沒并以200W功率超聲振蕩lh，振蕩結(jié)束后過濾得濾渣，將其放入烘箱，于105°C下滅菌干燥1h，再轉(zhuǎn)入剛玉研缽，研磨1min后過200目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到自制改性木質(zhì)素;將裝有400mL濃度為0.0lmol/L醋酸溶液的燒杯移入30°C水浴鍋中，將50g上述自制改性木質(zhì)素加入燒杯，攪拌形成懸浮液，再向懸浮液中加入1g玉米淀粉和5g殼聚糖粉末，用磁力攪拌機(jī)攪拌共混改性30min，得共混聚合物；向上述共聚混合物中邊攪拌邊滴加50mL質(zhì)量濃度為10%聚乙烯醇溶液，升溫至50°C繼續(xù)攪拌反應(yīng)lh，移入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器旋蒸濃縮至其原體積的3/4，出料后靜置脫泡，包裝即得無甲醛木質(zhì)素基木材膠黏劑。
[0010]本發(fā)明的具體應(yīng)用方法:將本發(fā)明制備的木材膠黏劑應(yīng)用在多層板、刨花板以及纖維板上的壓制中，其中涂膠量為100g/m2(單面)，以熱壓溫度為115°C，熱壓壓力l.0MPa，熱壓1min即可。經(jīng)測(cè)試，與傳統(tǒng)三醛膠類木材膠黏劑相比，此膠黏劑的耐水性提高了 10%，膠黏強(qiáng)度提高20%。
[0011]實(shí)例2
將造紙廠的造紙黑液通入長(zhǎng)2m、寬lm、深0.8m的貯存池中靜置沉降3天，吸取上層黑液，去除下層沉淀雜質(zhì)，將得到的上層黑液再放入砂濾器中，過濾去除細(xì)纖維，得到預(yù)處理黑液;將上述得到的預(yù)處理黑液移入反應(yīng)釜中，按150mg/L的添加量向黑液中加入聚丙烯酰胺，加熱升溫至60°C后攪拌反應(yīng)15min，再將反應(yīng)液移入濃縮罐中降低壓力至1.3kPa，減壓濃縮至其原體積的1/2，得濃縮液；向上述濃縮液中以5mL/min速率逐滴滴加濃度為0.5mol/L硫酸溶液并邊滴加邊攪拌，直至再無更多沉淀產(chǎn)生，過濾收集沉淀，放入布氏漏斗，用55 °C的去離子水抽濾洗滌4次，干燥后即得木質(zhì)素;將上述所得木質(zhì)素放入陶瓷罐中，加入木質(zhì)素等體積的蒸餾水，攪拌均勻得混合底物，按接種量為10%向底物中接種棉腐臥孔菌，放入恒溫箱，于30°C下活化改性6周;改性結(jié)束后，將改性產(chǎn)物轉(zhuǎn)入超聲振蕩儀，加去離子水浸沒并以250W功率超聲振蕩lh，振蕩結(jié)束后過濾得濾渣，將其放入烘箱，于108°C下滅菌干燥I Ih，再轉(zhuǎn)入剛玉研缽，研磨15min后過200目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到自制改性木質(zhì)素;將裝有450mL濃度為0.0lmol/L醋酸溶液的燒杯移入33°C水浴鍋中，將55g上述自制改性木質(zhì)素加入燒杯，攪拌形成懸浮液，再向懸浮液中加入15g玉米淀粉和7g殼聚糖粉末，用磁力攪拌機(jī)攪拌共混改性50min，得共混聚合物；向上述共聚混合物中邊攪拌邊滴加80mL質(zhì)量濃度為10%聚乙烯醇溶液，升溫至60°C繼續(xù)攪拌反應(yīng)2h，移入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器旋蒸濃縮至其原體積的3/4，出料后靜置脫泡，包裝即得無甲醛木質(zhì)素基木材膠黏劑。
[0012]本發(fā)明的具體應(yīng)用方法:將本發(fā)明制備的木材膠黏劑應(yīng)用在多層板、刨花板以及纖維板上的壓制中，其中涂膠量為130g/m2(單面)，以熱壓溫度為118°C，熱壓壓力l.1MPa，熱壓13min即可。經(jīng)測(cè)試，與傳統(tǒng)三醛膠類木材膠黏劑相比，此膠黏劑的耐水性提高了 13%，膠黏強(qiáng)度提高25%。
[0013]實(shí)例3
將造紙廠的造紙黑液通入長(zhǎng)2m、寬lm、深0.Sm的貯存池中靜置沉降3天，吸取上層黑液，去除下層沉淀雜質(zhì)，將得到的上層黑液再放入砂濾器中，過濾去除細(xì)纖維，得到預(yù)處理黑液;將上述得到的預(yù)處理黑液移入反應(yīng)釜中，按200mg/L的添加量向黑液中加入聚丙烯酰胺，加熱升溫至70°C后攪拌反應(yīng)20min，再將反應(yīng)液移入濃縮罐中降低壓力至1.4kPa，減壓濃縮至其原體積的1/2，得濃縮液；向上述濃縮液中以5mL/min速率逐滴滴加濃度為0.5mol/L硫酸溶液并邊滴加邊攪拌，直至再無更多沉淀產(chǎn)生，過濾收集沉淀，放入布氏漏斗，用60 V的去離子水抽濾洗滌5次，干燥后即得木質(zhì)素;將上述所得木質(zhì)素放入陶瓷罐中，加入木質(zhì)素等體積的蒸餾水，攪拌均勻得混合底物，按接種量為10%向底物中接種棉腐臥孔菌，放入恒溫箱，于35°C下活化改性8周;改性結(jié)束后，將改性產(chǎn)物轉(zhuǎn)入超聲振蕩儀，加去離子水浸沒并以300W功率超聲振蕩2h，振蕩結(jié)束后過濾得濾渣，將其放入烘箱，于110°C下滅菌干燥12h，再轉(zhuǎn)入剛玉研缽，研磨20min后過200目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到自制改性木質(zhì)素;將裝有500mL濃度為0.0lmol/L醋酸溶液的燒杯移入35°C水浴鍋中，將60g上述自制改性木質(zhì)素加入燒杯，攪拌形成懸浮液，再向懸浮液中加入20g玉米淀粉和8g殼聚糖粉末，用磁力攪拌機(jī)攪拌共混改性60min，得共混聚合物；向上述共聚混合物中邊攪拌邊滴加10mL質(zhì)量濃度為10%聚乙烯醇溶液，升溫至70°C繼續(xù)攪拌反應(yīng)2h，移入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器旋蒸濃縮至其原體積的3/4，出料后靜置脫泡，包裝即得無甲醛木質(zhì)素基木材膠黏劑。
[0014]本發(fā)明的具體應(yīng)用方法:將本發(fā)明制備的木材膠黏劑應(yīng)用在多層板、刨花板以及纖維板上的壓制中，其中涂膠量為150g/m2(單面)，以熱壓溫度為120°C，熱壓壓力1.2MPa，熱壓15min即可。經(jīng)測(cè)試，與傳統(tǒng)三醛膠類木材膠黏劑相比，此膠黏劑的耐水性提高了 15%，膠黏強(qiáng)度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無甲醛木質(zhì)素基木材膠黏劑的制備方法，其特征在于具體制備步驟為: (1)將造紙廠的造紙黑液通入長(zhǎng)2m、寬lm、深0.8m的貯存池中靜置沉降2?3天，吸取上層黑液，去除下層沉淀雜質(zhì)，將得到的上層黑液再放入砂濾器中，過濾去除細(xì)纖維，得到預(yù)處理黑液； (2)將上述得到的預(yù)處理黑液移入反應(yīng)釜中，按100?200mg/L的添加量向黑液中加入聚丙烯酰胺，加熱升溫至50?70°C后攪拌反應(yīng)10?20min，再將反應(yīng)液移入濃縮罐中降低壓力至1.2?1.4kPa，減壓濃縮至其原體積的I/2，得濃縮液； (3)向上述濃縮液中以5mL/min速率逐滴滴加濃度為0.5mol/L硫酸溶液并邊滴加攪拌，直至再無更多沉淀產(chǎn)生，過濾收集沉淀，放入布氏漏斗，用50?60°C的去離子水抽濾洗滌3?5次，干燥后即得木質(zhì)素； (4)將上述所得木質(zhì)素放入陶瓷罐中，加入木質(zhì)素等體積的蒸餾水，攪拌均勻得混合底物，按接種量為10%向底物中接種棉腐臥孔菌，放入恒溫箱，于25?35°C下活化改性4?8周； (5)改性結(jié)束后，將改性產(chǎn)物轉(zhuǎn)入超聲振蕩儀，加去離子水浸沒并以200?300W功率超聲振蕩I?2h，振蕩結(jié)束后過濾得濾渣，將其放入烘箱，于105?110°C下滅菌干燥10?12h，再轉(zhuǎn)入剛玉研缽，研磨10?20min后過200目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到自制改性木質(zhì)素； (6)將裝有400?500mL濃度為0.01mol/L醋酸溶液的燒杯移入30?35°C水浴鍋中，將50?60g上述自制改性木質(zhì)素加入燒杯，攪拌形成懸浮液，再向懸浮液中加入10?20g玉米淀粉和5?8g殼聚糖粉末，用磁力攪拌機(jī)攪拌共混改性30?60min，得共混聚合物； (7)向上述共聚混合物中邊攪拌邊滴加50?10mL質(zhì)量濃度為10%聚乙烯醇溶液，升溫至50?70°C繼續(xù)攪拌反應(yīng)I?2h，移入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器旋蒸濃縮至其原體積的3/4，出料后靜置脫泡，包裝即得無甲醛木質(zhì)素基木材膠黏劑。
【文檔編號(hào)】C09J129/04GK106085353SQ201610477145
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月27日
【發(fā)明人】高大元, 林茂平
【申請(qǐng)人】高大元