水性高分子-异氰酸酯木材胶粘剂的研究

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1、水性高分子异氰酸酯木材胶粘剂的研究朱芸林张平刘旭晴(烟台万华聚氨酯股份有限公司北京研究院北京102200)摘要：研究了水性异氰酸酯胶粘剂的主要组成和制备工艺参数及聚合MDI预聚体对胶粘剂性能的影响。该胶粘剂相对传统木材胶粘剂有许多优点，不释放甲醛，胶合强度高，耐水性好和生产效率高等优点。关键词：高分子；PM一200删；胶粘剂；胶合强度；无醛胶-_I上-__-一刖置随着人们生活水平的不断提高，对家具和装修装饰材料的需求越来越多，由此带来对胶合板和细木工板为主的人造板需求量越来越大。2003年我国胶合板产量为2102万立方

2、米，细木工板产量为617万立方米【lJ。而主要用于胶合板和细木工板的胶粘剂主要为脲醛胶(UF)、酚醛胶(PF)和尿素一三聚氰胺一甲醛树脂(UMF)，但这三类胶粘剂都会释放对人体有害的甲醛。甲醛已经被定性为致癌物质，而且还可能引起儿童得白血病；甲醛还对人体的眼部、呼吸系统、肺功能、神经系统功能和免疫系统具有毒性作用。因此，社会需要一种环境友好的无甲醛的胶粘剂来提高人们的生活质量和健康。水性高分子一异氰酸酯木材胶粘剂正是这类无甲醛的胶粘剂，它获得了越来越多的关注和重视。水性高分子一异氰酸酯胶粘剂(AH)由水性高聚物如聚乙烯

3、醇、玉米淀粉、羧甲基纤维素和水性乳液如聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、苯乙烯一丁二烯共聚物、丙烯腈一丁二烯共聚物或乙烯一醋酸乙烯共聚物，以及填料、表面活性剂、分散剂等为主要成分的主剂，和由异氰酸酯系化合物作为交联剂组成的胶粘剂[2]2，是日本光洋产业公司于19r71年和朝日、可乐丽公司共同开发的心J，可用于粘接胶合木和集成材、指接材以及胶合板、细木工板等木材加工。与醛类胶相比，API不含甲醛系列物质，不释放甲醛；醛类胶施胶量大，固化速度慢，压板时间长，而API胶的用胶量少，热压时间短H1；而且用醛类胶粘剂生203产胶合板时，

4、原料的含水率须在2％一3％之间，而木材的平衡含水率一般在10％以上，因此必须对原料进行干燥，但异氰酸酯可以与水反应，原料无须干燥[5]。API的主剂部分，含有多种可以与交联剂反应的活性基团，如：一OH，一NH2，一COOH等，木材本身也含有酚羟基、脂肪族羟基等活泼氢基团，这些活泼氢基团，与异氰酸酯反应后，生成氨基甲酸酯、取代脲、取代酸酐等，形成交联网状结构，胶合强度高，为耐水的胶粘剂[6]。因此API胶粘剂的性能优异：初粘性高；主剂以水为分散介质，不含甲醛等物污染环境、危害人体；胶合强度高、耐老化性能好；可常温固化；粘

5、接木材受压时间短，操作简便等。因此，用API可以生产环保的人造板，而且板材的强度高，耐水性好。随着水性高分子一异氰酸酯胶粘剂产品的开发，其使用范围从胶合木扩展到层积材、胶合板、细木工板和家具以及地板制作等，并可粘接塑料与木材、合成纸(聚乙烯)与木材、高压板与铝板等。目前已应用于指接材、门板、结构集成材和胶合木等的生产[2]。API比其它胶粘剂更适合于粘接硬木、难于粘接的木材。其产量逐年增加，1990年日本的年产量就达到一万三千吨。我国于20世纪90年代初才开始对API的研究[3I。已有研究API的配方中各组分以及交联剂

6、的改性对胶粘剂性能的影响。研究认为聚醋酸乙烯酯乳液占主剂质量分数为10％一20％时胶接强度最高[7]。聚合异氰酸酯(PAPI)与蓖麻油的预聚体为交联剂[8]时改善了API的耐水I生和耐热性。本课题研究了固化剂和改性固化剂以及主剂中各组成以及工艺参数对胶粘剂性能的影响，用于压制的胶合板和细木工板的性能都达到了国标的要求。二实验部分2．1原料改性丙烯酸酯乳液改性醋酸乙烯酯共聚乳液聚乙烯醇(PvA)十二烷基苯磺酸钠消泡剂聚合MDI(烟台万华聚氨酯股份有限公司PM一200)碳酸钙PMDI预聚体A(NCO％=27％，粘度约500

7、mpa．s)2．2胶粘剂制备将PVA、水、高分子乳液和CaC03和表面活性剂以及消泡剂加入反应釜中，加热混合均匀，即得到主剂。主剂与固化剂PM一200按比例混合均匀即得到API木材胶粘剂。2．3性能测试用所配制的胶粘剂制作胶合板和细木工板，按照GB9846和GB／T5849—1999制作试件并测试其性能。三结果及讨论3．1开口陈放时间较长，按二类板测试性能3．1．1开口陈放时间对胶粘剂性能的影响(三合板)由于API是反应型胶粘剂，随时间的延长，胶粘剂的分子量增大，胶中的水分也随之向木材中渗透以及蒸发到空气中，胶粘剂相应

8、地逐渐失去流动性，变成交联的网络结构胶膜，也称干胶。如果在形成固状胶膜之前未能及时压合，粘接将失败。因此，开口陈放时间对胶粘剂性能有重要的影响。实验数据见下表。表1开口陈放时间对胶粘剂性能的影响陈放时间／nfin胶合强度／MPa最大强度／MPa最小强度／MPa国标／MPa01．701．971．480．7201．622．541．18