一種全生物質木材膠黏劑及其制備方法與應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于木材深加工技術領域，具體涉及一種全生物質木材膠黏劑及其制備方 法與應用。
【背景技術】
[0002] 刨花板在建筑、家居裝飾建材、板式家具生產等領域得到廣泛應用。市場上絕大 部分刨花板仍采用甲醛系列合成樹脂(脲醛樹脂，酚醛樹脂和三聚氰胺尿素甲醛樹脂）來制 備。該系列樹脂制備的刨花板雖強度好，耐候性強，但是不可避免的存在甲醛釋放，更主要 的問題是存在生產成本高和原料不可再生等缺陷。在消費者"談醛色變"的今天，尋找一種 能解決上述技術問題的方法以及產品是非常必要的。
【發明內容】
[0003] 本發明的第一目的在于提供一種全生物質木材膠黏劑；第二目的在于提供所述的 全生物質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木材膠黏劑的應用。
[0004] 本發明的第一目的是這樣實現的，所述的全生物質木材膠黏劑是以單寧與糠醇為 原料經縮聚交聯反應得到的單寧/糠醇復合體系，絕干單寧與糠醇的質量比為1 :1~1. 5。
[0005] 本發明的第二目的是這樣實現的，包括單寧濃縮液制備、單寧/糠醇復合體系制 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，調節體系pH值為10~12得到目標物全生物質木材膠黏劑。
[0006] 本發明的第三目的是這樣實現的，所述的全生物質木材膠黏劑在制備低/無甲醛 釋放的建筑建材中的應用。
[0007] 單寧是植物的水抽提物，是植物體內產生的復雜多酚化合物，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成，具有酚類似的化學結構(如式1所 示)，不同樹種的單寧，各自所占比例有所不同。
[0008] 式1 (單寧類黃酮單體結構） 堿性條件下單寧可以實現自縮聚，如式2所示，這是單寧木材膠黏劑的理論基礎。
[0009] 式2 (堿性條件下單寧發生的自縮聚反應） 國內已有文獻顯示，粉末單寧在過去十幾年時間里已經或多或少的用于人造板的制 備，尤其是膠合板的生產制備，相對而言，國外研宄的粉狀單寧樹脂已經成功擴展到刨花板 等木制品生產領域。國內研宄開發的單寧樹脂并不是100%的純生物質樹脂，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脂，這種樹脂的單寧添加量十分有 限，且共混后的樹脂存在固化現象不明確，固化時間不同步，活性期短，粘合強度低，甲醛釋 放量并未得到根本解決等諸多問題。本發明涉及的全生物質刨花板100%由生物質原料來 制備，并不是在甲醛系列樹脂中簡單的添加粉狀單寧，而是直接用單寧濃縮液，然后添加一 定量的糠醇，調整體系pH值，再加入固化劑后所制得的一種全生物質木材膠黏劑，并用于 刨花板的生產制備。本發明中所用的糠醇來自于農作物秸桿加工的副產品。
[0010] 全生物質刨花板是用全生物質木材膠黏劑和木質刨花為主要原料在固化劑作用 下制備的一類刨花板。該刨花板具有優異的力學強度，且無甲醛釋放，完全能夠達到GB/T 17657-1999《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》國家標準的要求。
[0011] 本發明的技術原理在于利用單寧與糠醇發生縮聚交聯反應，生成可用于刨花板制 備的全生物質單寧樹脂膠黏劑(如式3所示)。
[0012] 式3 (糠醇和單寧之間發生的反應） 與傳統單寧木材膠黏劑相比，本發明使用單寧濃縮液代替粉狀單寧，不僅減少了干燥 過程的能耗與污染，同時保留了單寧的自身反應特性。本發明以全生物質木材膠黏劑替代 傳統甲醛系列膠黏劑，徹底消除甲醛釋放問題，并降低木材加工行業對石化產品的依賴。
【具體實施方式】
[0013] 下面結合實施例對本發明作進一步的說明，但不以任何方式對本發明加以限制， 基于本發明教導所作的任何變換或替換，均屬于本發明的保護范圍。
[0014] 本發明所述的全生物質木材膠黏劑，是以單寧與糠醇為原料經縮聚交聯反應得到 的單寧/糠醇復合體系，絕干單寧與糠醇的質量比為1 :1~1. 5。
[0015] 所述的全生物質木材膠黏劑外觀為棕褐色液體，其中固體質量百分含量為 40~60%，黏度為 450~550mPaS，pH值為 10~12。
[0016] 本發明所述的全生物質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，調節體系pH值為10~12得到目標物全生物質木材膠黏劑。
[0017] 所述的單寧濃縮液性能指標為：外觀為棕褐色液體，固體質量百分含量為 40~55%，黏度為 300~450mPaS，pH值為 5. 0~5. 5。
[0018] 所述的糠醇為來自于農作秸桿加工的副產品。
[0019] 本發明所述的全生物質木材膠黏劑的應用為所述的全生物質木材膠黏劑在制備 低/無甲醛釋放的建筑建材中的應用。
[0020] 所述的全生物質木材膠黏劑在制備低/無甲醛釋放的刨花板中的應用。
[0021] 所述的全生物質木材膠黏劑制備低/無甲醛釋放的刨花板包括膠黏劑調制、刨花 板制備步驟，具體包括： A、 膠黏劑調制：取全生物質木材膠黏劑，加入絕干單寧質量百分含量6~20%的固化劑， 攪拌均勻； B、 刨花板制備： 1) 將添加過固化劑的全生物質木材膠黏劑與木質刨花均勻混合，其中全生物質木材膠 黏劑添加量為絕干刨花質量百分比的8~15%，刨花含水率為1~9% ; 2) 將混合均勻后的刨花經鋪裝成型-預壓-熱壓固化工序制備得到目標物一一無甲醛 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，熱壓時間為25~35s/mm， 熱壓單位壓力為3. 5~4. 5MPa。
[0024] 本發明所述的全生物質木材膠黏劑在于使用木材單寧濃縮液與糠醇樹脂復合體 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：經水抽提和預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，在室溫條件下機械攪拌直至充分混勻，再用氫氧化鈉調節體 系pH值為10~12。
[0025] 本發明所述的全生物質木材膠黏劑的調制是在單寧/糠醇復合體系中緩慢加入 6~20%的固化劑，持續攪拌5~10分鐘后得到均一、穩定的全生物質木材膠黏劑。
[0026] 本發明所述的全生物質刨花板制造方法，是以生物質木材膠黏劑替代傳統甲醛系 列膠黏劑，其中生物質木材膠黏劑主要由單寧濃縮液、糠醇調制而成。本發明的全生物質刨 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)將添加過固化劑的單寧/糠醇復合樹脂與 木質刨花均勻混合，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)混合后的刨花經鋪裝成型一預壓一熱壓固化等工序，其中熱壓溫度180~210°C， 熱壓時間為25~35s/mm,熱壓單位壓力為3. 5~4. 5MPa。
[0027] 下面以具體實施例對本發明做進一步說明： 實施例1 1)單寧濃縮液制備：將富含單寧的樹皮破碎后，用水抽提方法在90~100°C條件下回 流抽提3小時，并通過預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/糠醇復合體系制備：往容器內加入單寧濃縮液，在機械攪拌作用力下一 次性加入糠醇，絕干單寧與糠醇的比例為1: 1，充分混勻，用氫氧化鈉調節體系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)膠黏劑體系調制：在單寧/糠醇復合體系中緩慢加入6%的六次甲基四胺，持續 攪拌5分鐘后備用。
[0030] 4)全生物質刨花板制備：①將單寧濃縮液與糠醇按比例混合后，調整其pH為10， 攪拌均勻，加入絕干單寧重量6%的六次甲基四胺；②將添加過固化劑的單寧/糠醇復合 樹脂與木質刨花均勻混合，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混合后的刨花經鋪裝成型一預壓一熱壓固化等工序，其中熱壓溫度180~210°C， 熱壓時間為25~35s/mm，熱壓單位壓力為3. 5~4. 5MPa。
[0031] 本實施例制備得到的刨花板的檢測結果如下： 甲醛釋放量：2. 8mg/100g，內結合強度：0. 68MPa，靜曲強度23MPa。
[0032] 實施例2 1)單寧濃縮液制備：將富含單寧的樹皮破碎后，用水抽提方法在