一種乳液型木材用澱粉膠粘劑及其製備方法

2023-09-10 00:39:00

一種乳液型木材用澱粉膠粘劑及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種乳液型木材用澱粉膠粘劑及其製備方法，屬於膠粘劑製備【技術領域】。本發明以高濃度澱粉乳為主要原料，採用二元種子法製備得到一種高固形物含量的乳液型木材用澱粉膠粘劑。與傳統工藝製備的木材用澱粉膠粘劑相比，本發明所製備的產品固形物含量高、乾燥速度快，成膜性好，粘接強度高，綜合性能達到或優於目前市售優質白乳膠的水平，可廣泛應用於木材的裝飾、人造板、膠合板的粘接。
【專利說明】一種乳液型木材用澱粉膠粘劑及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種乳液型木材用澱粉膠粘劑及其製備方法，屬於膠粘劑製備【技術領域】。
【背景技術】
[0002]澱粉是自然界中含量極為豐富的有機化合物，具有來源廣泛、價格低廉、可再生、可完全降解以及無汙染等優點。澱粉經酸解、氧化、接枝共聚後可以製備出一種生產成本低廉，環保無汙染木材用膠粘劑。目前的一些工藝製備出的澱粉膠的固形物含量、粘接強度和乾燥速度還有待改善，以期得到更為廣泛的應用。本發明針對現有工藝應用於製備高固含量澱粉膠時，提高澱粉用量和總固形物含量帶來的體系粘度過高、接枝反應不均勻和儲藏穩定性差等問題，通過優化酸解條件和引入二元種子聚合工藝，製備不同粒徑的種子進行接枝共聚反應，使得種子與單體聚合成粒徑大小不同的乳液粒子，以實現最大限度的利用空間並達到緊密堆積的狀態，實現了以高濃度澱粉乳(40-50%)為原料製備出可穩定儲藏的高固含量澱粉膠粘劑產品，其乾燥速度、成膜性和粘接強度均得到了顯著提高。

【發明內容】

[0003]本發明要解決的第一個技術問題是提供一種乳液型澱粉膠粘劑，其配方為(以質量比計):
[0004]
澱粉100，
水200-350,`
酸卜5，
引發劑0.2~1.5，
接枝單體78~90,
乳化劑I~3，
稀釋劑15~25,
改性劑5~10，
消泡劑I~3，
增塑劑2~8
[0005]所述澱粉為玉米澱粉、臘質玉米澱粉、木薯澱粉、小麥澱粉或馬鈴薯澱粉中的任一種或幾種的組合。
[0006]所述酸是質量分數為36-38%的鹽酸。
[0007]所述引發劑為過硫酸銨或者過硫酸鉀。[0008]所述接枝單體是醋酸乙烯酯、丙烯醯胺、丙烯酸或丙烯酸丁酯中的一種或幾種的組合。
[0009]所述乳化劑是十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯環酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10 (0P-10)、磷酸酯乳化劑中的一種或幾種的組合。
[0010]所述稀釋劑是尿素。所述改性劑是聚乙烯醇。所述消泡劑是磷酸三丁酯或辛醇。所述增塑劑是甘油或鄰苯二甲酸酯類。
[0011]本發明要解決的第二個技術問題是提供一種所述乳液型澱粉膠粘劑的製備方法，特別是一種用於穩定製備高固形物含量澱粉膠粘劑的方法，技術方案為:以高濃度澱粉乳為主要原料，對其進行酸解預處理後向體系中加入引發劑和乳化劑，再緩慢滴加一定量的接枝單體進行乳液接枝共聚反應，製得種子乳液，從中取出一部分作為第二種子，其餘作為第一種子，第二種子在一定溫度下保持恆速攪拌，向第一種子乳液體系內加入引發劑和乳化劑並緩慢滴加接枝單體，反應一段時間後後向體系中加入第二種子，同時補加引發劑和乳化劑，並緩慢滴加剩餘的接枝單體，然後加熱糊化，添加助劑，最終得到一種高固形物含量的澱粉膠粘劑。
[0012]所述述乳液型澱粉膠粘劑的製備方法的具體步驟為:
[0013](1)將澱粉與酸溶液配成以澱粉幹基計40~50%的高濃度澱粉乳；
[0014](2)在55°C~65°C酸解I~2.5h，然後用0.1-0.5mol/L的氫氧化鈉調節pH至
3.5-4.5 ；
[0015](3)加入佔引發劑總添加量40-60%的引發劑、佔乳化劑總添加量40-60%的乳化劑，緩慢滴加佔接枝單體總添加量10-30%的接枝單體，控制溫度在60~70 °C反應
0.5-1.5h，然後從乳液中取出佔總體積10~24%的乳液作為第二種子，保持30°C~45°C恆速攪拌，剩餘部分作為第一種子；
[0016](4)向第一種子中加入佔引發劑總添加量10%_30%的引發劑、佔乳化劑總添加量10%-30%的乳化劑，繼續緩慢滴加佔接枝單體總添加量30%-60%的接枝單體，控制溫度在65。。~75°C反應 1.5-2.5h ；
[0017](5)向反應後的第一種子中加入第二種子，並加入剩餘的引發劑、乳化劑，繼續滴加剩餘的接枝單體，控制溫度在65°C~75°C反應l_2h ；
[0018](6)將接枝共聚改性後的乳液調節pH至pH5.5~6.5，加入改性劑聚乙烯醇，升溫至80~90°C，保溫0.5-lh,降溫至50°C，依次加入增塑劑、消泡劑和稀釋劑，攪拌0.5-lh後繼續降溫至30°C出料，包裝即得成品的高固形物含量乳液型木材用澱粉膠粘劑。
[0019]所述第二種子乳液恆速攪拌的裝置可以採用機械攪拌或磁力攪拌，轉速控制在80-150轉/分鐘。
[0020]所述改性劑用水配置為質量濃度IOg/100g的溶液再加入體系中。
[0021]本發明的技術原理是對高濃度澱粉乳進行充分的酸解，使澱粉分子降解到合適的尺度再進行接枝共聚反應。在反應過程中，通過製備一元種子和二元種子得到不同粒徑的種子，並通過控制接枝共聚反應的程度和二元種子加入的時機和方式，使得種子與單體聚合成粒徑大小不同的乳液粒子，實現最好利用空間達到緊密堆積的狀態，避免了傳統接枝共聚工藝在應用於高固形物含量澱粉乳液時在接枝共聚後期出現的體系粘度過大、反應不均勻、儲藏穩定性變差等問題。同時，針對澱粉易回生的特性，選擇合適的溫度和攪拌方式處理第二種子，使其在加入進反應體系前粘度和粒徑保持穩定。
[0022]本發明主要是為了解決現有木材用澱粉膠粘劑乾燥成膜速度慢、貯藏運輸成本高的問題，而提供的一種製備高固形物含量乳液型木材用澱粉膠粘劑製備方法。通過本方法製備的木材用澱粉膠粘劑具有乾燥速度快、成膜性好、粘接強度高的優點。其各項性能指標均達到或超過了白乳膠行業標準HG/T2727-2010的要求，能較好地應用於木材粘接，綠色環保，無有毒氣體釋放。與現有其他澱粉膠相比，本發明將澱粉乳濃度由30-40%提高到40-50%,並採用二元種子聚合工藝，使得高濃度澱粉乳條件下的接枝共聚反應進行更為平穩，製備出了儲藏穩定性較好的高固含量木採用澱粉膠，乾燥速度和粘接強度均得到了明顯提聞。
【具體實施方式】
[0023]下面結合實施方式對本發明作進一步說明，應理解的是，這些實施例僅用於例證的目的，並不限制本發明的保護範圍。
[0024]實施例1
[0025]配方(質量百分比，%):
[0026]木薯澱粉 100
[0027]水260
[0028]鹽酸水溶液(36%，m/m)4
[0029]醋酸乙烯酯 88`[0030]過硫酸銨 I
[0031]十二烷基硫酸納 1.5
[0032]聚乙烯醇 10
[0033]尿素22
[0034]甘油8
[0035]磷酸三丁酯 3
[0036]工藝過程:
[0037](I)將木薯澱粉與稀釋到1.5%的鹽酸溶液配成以澱粉幹基計40% (w/w)的高濃度澱粉乳，60°C酸解2h，用0.2mol/L的氫氧化鈉溶液調節pH至4.0，加入佔引發劑總添加量50%的引發劑過硫酸銨和佔乳化劑總添加量50%的乳化劑十二烷基硫酸鈉，調節體系溫度至70°C，緩慢滴加佔接枝單體總添加量20%的接枝單體醋酸乙烯酯；
[0038](2) Ih後從體系中取出15% (v/v)的乳液作為第二種子，在30°C下以100轉/分的轉速保持磁力攪拌，剩餘部分作為第一種子；
[0039](3)向第一種子中加入佔引發劑總添加量20%的引發劑過硫酸銨和佔乳化劑總添加量20%的乳化劑十二烷基硫酸鈉，調節反應溫度至75°C，繼續緩慢滴加佔接枝單體總添加量40%的接枝單體醋酸乙烯酯反應2h ；
[0040](4)加入第二種子，並加入剩餘的引發劑、乳化劑和接枝單體，保持75°C反應
1.5h，調節pH至6.0,預先配置為10% (m/m)的聚乙烯醇溶液，升溫至80°C，糊化0.5h，降溫至50°C，加入尿素、甘油和磷酸三丁酯，攪拌0.5h後繼續降溫至30°C，包裝、密封、備用。所製得的高固含量澱粉膠粘劑與採用中國專利200510040113.5製備的35%固形物含量的普通澱粉膠粘劑的性能比較如表1所示。
[0041]表1高固含量澱粉膠粘劑與普通澱粉膠粘劑的性能比較
[0042]
【權利要求】
1.一種乳液型澱粉膠粘劑，其配方以質量比計為:澱粉100，水200-350，酸丨~5』引發劑U2~15接枝單體78~90,乳化劑1~3，稀釋劑15~25』改性劑5~10,消泡劑I~3,增塑劑2~8。
2.根據權利要求1所述的乳液型澱粉膠粘劑，其特徵在於，所述澱粉為玉米澱粉、蠟質玉米澱粉、木薯澱粉、小麥澱粉或馬鈴薯澱粉中的任一種或幾種的組合。
3.根據權利要求1所述的乳液型澱粉膠粘劑，其特徵在於，所述酸是質量分數為.36-38%的鹽酸。
4.根據權利要求1所述的乳液型澱粉膠粘劑，其特徵在於，所述引發劑為過硫酸銨或者過硫酸鉀。
5.根據權利要求1所述的乳液型澱粉膠粘劑，其特徵在於，所述接枝單體是醋酸乙烯酯、丙烯醯胺、丙烯酸或丙烯酸丁酯中的一種或幾種的組合。
6.根據權利要求1所述的乳液型澱粉膠粘劑，其特徵在於，所述乳化劑是十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯環酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10、磷酸酯乳化劑中的一種或幾種的組合。
7.根據權利要求1所述的乳液型澱粉膠粘劑，其特徵在於，所述改性劑是聚乙烯醇，用水配置為質量濃度10%的溶液後再加入反應體系中；所述稀釋劑是尿素，所述消泡劑是磷酸三丁酯或辛醇，所述增塑劑是甘油或鄰苯二甲酸酯類。
8.—種權利要求1所述乳液型澱粉膠粘劑的製備方法，是以高濃度澱粉乳為原料，對其進行酸解預處理後向體系中加入引發劑和乳化劑，再緩慢滴加一定量的接枝單體進行乳液接枝共聚反應，製得種子乳液，從中取出一部分作為第二種子，其餘作為第一種子，第二種子在一定溫度下保持恆速攪拌，向第一種子乳液體系內加入引發劑和乳化劑並緩慢滴加接枝單體，反應一段時間後後向體系中加入第二種子，同時補加引發劑和乳化劑，並緩慢滴加剩餘的接枝單體，然後加熱糊化，添加助劑，最終得到一種高固形物含量的澱粉膠粘劑。
9.根據權利要求8所述的製備方法，其特徵在於，具體步驟為: (1)將澱粉與酸溶液加水配成以澱粉幹基計40~50%的高濃度澱粉乳； (2)在55°C~65°C酸解I~2.5h，然後用0.1-0.5mol/L的氫氧化鈉調節pH至.3.5-4.5 ； (3)加入佔引發劑總添加量40-60%的引發劑、佔乳化劑總添加量40-60%的乳化劑，緩慢滴加佔接枝單體總添加量10-30%的接枝單體，控制溫度在60~70V反應0.5-1.5h，然後從乳液中取出佔總體積10~24%的乳液作為第二種子，保持30°C~45°C恆速攪拌，剩餘部分作為第一種子； (4)向第一種子中加入佔引發劑總添加量10%-30%的引發劑、佔乳化劑總添加量10%-30%的乳化劑，繼續緩慢滴加佔接枝單體總添加量30%-60%的接枝單體，控制溫度在65。。~75°C反應 1.5-2.5h ； (5)向反應後的第一種子中加入第二種子，並加入剩餘的引發劑、乳化劑，繼續滴加剩餘的接枝單體，控制溫度在65°C~75°C反應l_2h ； (6)將接枝共聚改性後的乳液調節pH至pH5.5~6.5，加入改性劑聚乙烯醇，升溫至80~90°C，保溫0.5-lh，降溫至50°C，依次加入增塑劑、消泡劑和稀釋劑，攪拌0.5_lh後繼續降溫至30°C出料，包裝即得成品的高固形物含量乳液型木材用澱粉膠粘劑。
10.一種權利要求1所述的乳液型澱粉膠粘劑的應用，是應用於木材裝飾、家具、家裝、人造板或膠合板 的粘接。
【文檔編號】C08F251/00GK103627352SQ201310694433
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月16日 優先權日:2013年12月16日
【發明者】程力, 顧正彪, 王潘軍, 李兆豐, 洪雁 申請人:江南大學