專利名稱：一種改性淀粉基木材膠粘劑及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改性淀粉基木材膠粘劑及其制備方法和應(yīng)用，屬于膠粘劑及其制 備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
淀粉具有可再生、無污染、成本低、可生物降解等優(yōu)點(diǎn)，利用淀粉作為主要原料 制備木材用膠粘劑可以大大降低不可再生資源石油單體的用量，并降低成本。中國專利 ZL200510040113. 5 “一種木材用淀粉膠的制備方法”中提出了一種采用淀粉為主要原料，進(jìn) 行酸解、氧化、接枝共聚改性處理，最后添加一定的助劑制備淀粉膠的工藝。該工藝制備出 的淀粉膠具有成本低廉、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，但是其外觀、粘接強(qiáng)度、耐水性還有待進(jìn)一步改善，以 進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用。本發(fā)明在其制備工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行了多項(xiàng)改進(jìn)，主要包括對淀粉進(jìn)行酸 解糊化處理，促進(jìn)接枝共聚反應(yīng)的進(jìn)行，并采用種子工藝進(jìn)行預(yù)引發(fā)聚合，最后在接枝反應(yīng) 結(jié)束之后加入納米二氧化硅溶膠進(jìn)行改性，采用該發(fā)明技術(shù)制備的淀粉基木材膠粘劑其粘 接強(qiáng)度、耐水性得到了顯著提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種改性淀粉基木材膠粘劑，外觀乳白富有光 澤、流動(dòng)性強(qiáng)，粘結(jié)能力，耐水性顯著改善，儲(chǔ)藏時(shí)間長的新型淀粉基木材膠粘劑。所述木材用淀粉膠粘劑以重量計(jì)的原料及配比如下淀粉IOOg ；
過硫酸銨3 5g ；
醋酸乙烯酯70 --85g
尿素10 --20g
聚乙烯醇6 15g；
乙二醇5 IOg ；
納米硅溶膠5 25g；所述淀粉為玉米淀粉、蠟質(zhì)玉米淀粉、木薯淀粉、馬鈴薯淀粉或小麥淀粉的一種或 其組合。所述淀粉用水配制成質(zhì)量濃度為30g/100g 40g/100g的淀粉乳。所述聚乙烯醇用水配置為質(zhì)量濃度10g/100g的溶液。所述納米硅溶膠為納米級二氧化硅顆粒在水中或溶劑中的分散液。所述改性淀粉基木材膠粘劑應(yīng)用于木材的裝飾、人造板或膠合板的粘接。本發(fā)明所要接解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供一種改性淀粉基木材膠粘劑的制備 方法，其特征是淀粉經(jīng)酸解、糊化預(yù)處理后，采用種子乳液聚合工藝與醋酸乙烯酯單體接枝 共聚改性工藝，再與納米硅溶膠混合制備而成。所述改性工藝為包括如下步驟CN 102086360 A
說明書
2/4頁(1)以淀粉為原料，配制成質(zhì)量濃度為30% 40%的淀粉乳；(2)加入鹽酸酸解20min 40min后用低濃度的氫氧化鈉中和；(3)加入聚乙烯醇溶液共混后升溫至80°C 90°C糊化30min 60min ；(4)降溫至60°C，加入占總添加量15% 30%的醋酸乙烯酯，占總添加量30% 60%的過硫酸銨混合攪拌20min 40min ；(5)控制pH值在4 6之間，加入過硫酸銨并緩慢滴加剩余的醋酸乙烯酯進(jìn)行接 枝共聚反應(yīng)，接枝溫度為65°C 75°C，反應(yīng)時(shí)間為2 4h
所述改性工藝在攪拌條件下進(jìn)行。所述納米硅溶膠共混工藝為接枝共聚反應(yīng)完畢之后，75°C 90°C保溫20min 40min后降溫到45°C 55°C，加入納米硅溶膠、尿素以及乙二醇混合均勻，調(diào)節(jié)pH至4 6 后降溫出料，包裝即得成品淀粉基木材膠粘劑。本發(fā)明的反應(yīng)機(jī)理是通過淀粉酸解糊化工藝，使淀粉充分崩解，增大了淀粉顆粒 的反應(yīng)面積。其次通過采用種子聚合工藝使淀粉分子可以充分和醋酸乙烯酯單體在水相中 預(yù)反應(yīng)，形成醋酸乙烯酯水包油型液滴，增大與淀粉顆粒的反應(yīng)機(jī)率，從而提高接枝程度并 最終提高膠的性能；采用納米二氧化硅溶膠改性的目的是利用納米粒子的小尺寸效應(yīng)和高 表面能效應(yīng)和淀粉膠中的有機(jī)成分作用，形成一種新型的無機(jī)-有機(jī)復(fù)合雜化材料，全面 提高膠粘劑干燥速度、干強(qiáng)度、濕強(qiáng)度等性能。其中加入聚乙烯醇以提高膠粘劑的初粘性并作為接枝共聚的保護(hù)膠體；采用預(yù)先 一次性加入一部分引發(fā)劑及單體的種子乳液聚合工藝是為了提高接枝共聚反應(yīng)的效率和 平穩(wěn)性；加入尿素可以改善膠粘劑的流動(dòng)性和耐儲(chǔ)藏性；加入乙二醇是增塑劑，可提高膠 膜的柔韌性。本發(fā)明制備的新型納米粒子改性型淀粉基木材膠粘劑同現(xiàn)有的木材用淀粉膠粘 劑相比，粘接強(qiáng)度、外觀、耐水性顯著提高，而成本低于傳統(tǒng)的白乳膠，無毒無污染特點(diǎn)，能 廣泛應(yīng)用于裝飾用木材膠，木材加工用膠，人造板用膠等方面。本發(fā)明所采用的制備方法科 學(xué)先進(jìn)，具有以下優(yōu)點(diǎn)1.由于采用的酸解糊化工藝以及種子乳液聚合工藝，可以確保接枝共聚反應(yīng)的高 效、平穩(wěn)進(jìn)行，能有效的提高淀粉膠的粘結(jié)強(qiáng)度和耐水性能，改善淀粉膠的綜合性能并擴(kuò)大 了其應(yīng)用范圍；2.由于采用的納米二氧化硅溶膠中存在大量納米級二氧化硅粒子，其所具有的小 尺寸效應(yīng)和高比表面效應(yīng)可以與乳膠粒子形成很好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，很大程度上降低了水分子 對膠粘劑的破壞，提高了膠粘劑的干燥速度、強(qiáng)度及耐水性。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1改性淀粉基木材膠粘劑配方(以質(zhì)量計(jì))玉米淀粉IOOg過硫酸銨5g醋酸乙烯酯75g尿素20g
4
聚乙烯醇6g乙二醇8g納米硅溶膠5g實(shí)施例2改性淀粉基木材膠粘劑配方(以質(zhì)量計(jì))木薯淀粉IOOg過硫酸銨4. 5g醋酸乙烯酯70g尿素IOg聚乙烯醇12g乙二醇5g納米硅溶膠25g實(shí)施例3(以質(zhì)量計(jì))蠟質(zhì)玉米淀粉 IOOg過硫酸銨3g醋酸乙烯酯85g尿素20g聚乙烯醇IOg乙二醇IOg納米硅溶膠15g實(shí)施例4改性淀粉基木材膠粘劑的制備方法原料配方同實(shí)施例2以木薯淀粉為原料，配制質(zhì)量濃度為40g/100g的淀粉乳后，以鹽酸為催化劑酸解 30min之后用氫氧化鈉中和，加入聚乙烯醇溶液共混后升溫至80°C糊化60min，之后降溫到 60°C加入25%的醋酸乙烯酯，50%的過硫酸銨混合攪拌35min之后，調(diào)節(jié)引發(fā)PH值為4. 5， 緩慢滴加剩余的醋酸乙烯酯和剩余引發(fā)劑進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)，接枝溫度為75°C，反應(yīng)時(shí)間 為3小時(shí)；加料和反應(yīng)均在攪拌條件下進(jìn)行，反應(yīng)產(chǎn)物為淀粉-醋酸乙烯酯接枝共聚物。接 枝共聚反應(yīng)完畢之后，升溫到85°C保溫25min后降溫到50°C時(shí)，加入納米硅溶膠、尿素以及 乙二醇混合均勻調(diào)節(jié)PH到5左右出料，包裝即得成品淀粉基木材膠粘劑。所得產(chǎn)品外觀乳 白有光澤，流動(dòng)性較好，干強(qiáng)度為8. 65MPa，濕強(qiáng)度為4. 03MPa,常溫下可以保存10個(gè)月左 右ο實(shí)施例5改性淀粉基木材膠粘劑的制備方法原料配比同實(shí)施例3以蠟質(zhì)玉米淀粉為原料，配制質(zhì)量濃度為35g/100g的淀粉乳后，以鹽酸為催化劑 酸解25min后用氫氧化鈉中和，加入聚乙烯醇溶液共混后升溫至85°C糊化40min，之后降溫 到60°C加入30%的醋酸乙烯酯，40%的過硫酸銨混合一段時(shí)間之后，調(diào)節(jié)引發(fā)pH值為5. 5， 緩慢滴加剩余的醋酸乙烯酯和剩余引發(fā)劑進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)，接枝溫度為70°C，反應(yīng)時(shí)間 為3. 5小時(shí)；加料和反應(yīng)均在攪拌條件下進(jìn)行，反應(yīng)產(chǎn)物為淀粉-醋酸乙烯酯接枝共聚物。接枝共聚反應(yīng)完畢之后，升溫到80°C保溫30min后降溫到50°C，再加入納米二氧化硅溶膠， 尿素以及乙二醇混合均勻，降溫出料，包裝即得成品淀粉基木材膠粘劑。所得產(chǎn)品外觀乳白 有光澤，流動(dòng)性較好，干強(qiáng)度為8. 24MPa，濕強(qiáng)度為3. 87Mpa，常溫下可以保存12個(gè)月。實(shí)施例6改性淀粉基木材膠粘劑的性能研究本實(shí)例給出未采用種子聚合工藝及未添加納米硅溶膠、采用種子聚合工藝但不添 加納米硅溶膠、采用種子聚合工藝并添加納米硅溶膠所制得的膠粘劑的主要性能比較。原料配比同實(shí)施例1方法1 (未采用種子聚合工藝及未添加納米硅溶膠)以玉米淀粉為原料，配制質(zhì) 量濃度為35g/100g的淀粉乳后，以鹽酸為催化劑酸解30min之后用氫氧化鈉中和，加入聚 乙烯醇溶液共混后升溫至90°C糊化40min，之后降溫到60°C，調(diào)節(jié)引發(fā)pH值為4. 5，加入全 部過硫酸銨并緩慢滴加全部醋酸乙烯酯單體進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)，接枝溫度為70°C，反應(yīng)時(shí) 間為3小時(shí)；加料和反應(yīng)均在攪拌條件下進(jìn)行，反應(yīng)產(chǎn)物為淀粉-醋酸乙烯酯接枝共聚物。 接枝共聚反應(yīng)完畢之后，升溫到80°C保溫40min后降溫到50°C，加入尿素以及乙二醇混合 均勻，調(diào)節(jié)PH到5左右出料，包裝即得成品淀粉基木材膠粘劑。方法2 (采用種子聚合工藝但不添加納米硅溶膠)酸解糊化完后降溫到60°C，加 入占總添加量15%的醋酸乙烯酯，40%的過硫酸銨混合攪拌25min，調(diào)節(jié)引發(fā)pH值為4. 5， 加入剩余的過硫酸銨并緩慢滴加剩余的醋酸乙烯酯，反應(yīng)時(shí)間為2. 5小時(shí)，其余步驟與方
法1 一致。方法3 (采用種子聚合工藝并添加納米硅溶膠)接枝共聚反應(yīng)完畢并降溫至50°C 后，加入納米硅溶膠、尿素以及乙二醇混合均勻，其余步驟與方法2 —致。表1三種淀粉基木材膠粘劑制備方法的比較(單位MPa)
方法123干強(qiáng)度6. 127. 288. 17濕強(qiáng)度2. 142. 693. 72方法1為未采用種子聚合工藝及未添加納米硅溶膠的制備方法方法2為采用種子聚合工藝不添加納米硅溶膠的制備方法方法3為采用種子聚合工藝并添加納米硅溶膠的制備方法。
權(quán)利要求
1. 一種改性淀粉基木材膠粘劑，其特征在于原料及配比如下淀粉IOOg ；過硫酸銨3 5g ；醋酸乙烯酯70 --85g尿素10 --20g聚乙烯醇6 15g ；乙二醇5 IOg ；納米硅溶膠5 25g ；所述木材用淀粉膠粘劑配比以重量計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述改性淀粉基木材膠粘劑，其特征在于所述淀粉為玉米淀粉、蠟 質(zhì)玉米淀粉、木薯淀粉、馬鈴薯淀粉或小麥淀粉的一種或其組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述改性淀粉基木材膠粘劑，其特征在于所述淀粉用水配制成質(zhì)量 濃度為30g/100g 40g/100g的淀粉乳。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述改性淀粉基木材膠粘劑，其特征在于所述聚乙烯醇用水配置為 質(zhì)量濃度10g/100g的溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述改性淀粉基木材膠粘劑，其特征是所述納米硅溶膠為納米級二 氧化硅顆粒在水中或溶劑中的分散液。
6.一種權(quán)利要求1所述改性淀粉基木材膠粘劑的制備方法，其特征是淀粉經(jīng)酸解、糊 化預(yù)處理后，采用種子乳液聚合與醋酸乙烯酯單體接枝共聚改性工藝，再與納米二氧化硅 溶膠混合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于制備方法包括如下步驟(1)以淀粉為原料，配制成質(zhì)量濃度為30% 40%的淀粉乳；(2)加入鹽酸酸解20min 40min后用低濃度的氫氧化鈉中和；(3)加入聚乙烯醇溶液共混后升溫至80°C 90°C糊化30min 60min；(4)降溫至60°C，加入占總添加量15% 30%的醋酸乙烯酯，占總添加量30% 60% 的過硫酸銨混合攪拌20min 40min ；(5)控制pH值在4 6之間，加入過硫酸銨并緩慢滴加剩余的醋酸乙烯酯進(jìn)行接枝共 聚反應(yīng)，接枝溫度為65°C 75°C，反應(yīng)時(shí)間為2 4h。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7任一所述的方法，其特征在于所述改性工藝在攪拌條件下進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述納米硅溶膠共混工藝為接枝共聚反 應(yīng)完畢之后，75°C 90°C保溫20min 40min后降溫到45°C 55°C，加入納米硅溶膠、尿素 以及乙二醇混合均勻，調(diào)節(jié)pH至4 6后降溫出料，包裝即得成品淀粉基木材膠粘劑。
10.權(quán)利要求1所述改性淀粉基木材膠粘劑應(yīng)用于木材的裝飾、人造板或膠合板的粘接。
全文摘要
一種改性淀粉基木材膠粘劑及其制備方法和應(yīng)用，屬于膠粘劑及其制備領(lǐng)域。本發(fā)明是以淀粉為主要原料，酸解糊化前處理后，采用醋酸乙烯酯單體在種子乳液聚合工藝下對淀粉進(jìn)行接枝共聚，降溫后加入納米二氧化硅溶膠以及其他助劑，最終得到一種性能優(yōu)良的木材用淀粉膠。利用本發(fā)明技術(shù)所制備的膠粘劑其主要技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于現(xiàn)有淀粉基木材膠粘劑，具有無毒無污染，粘結(jié)強(qiáng)度高，耐水性好，顏色乳白有光澤，干燥速度快，儲(chǔ)藏時(shí)間長等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于裝飾用木材，人造板的粘接。
文檔編號B27K3/52GK102086360SQ201010576608
公開日2011年6月8日 申請日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者李兆豐, 汪振炯, 洪雁, 程力, 顧正彪 申請人:江南大學(xué)