本发明属于新材料
技术领域：
，具体涉及一种新型木材粘合剂及其制备方法。
背景技术：
：木材粘合剂是将木材与木材或其他物体的表面胶接成为一体的材料，木材粘合剂主要有氨基树脂类粘合剂、脲醛基粘合剂、苯酚-甲醛基粘合剂、酚醛树脂类粘合剂、热熔粘合剂、蛋白胶、血胶等粘合剂等。脲醛基粘合剂、苯酚-甲醛基粘合剂由于具有较好的粘结性能而广泛应用于木材粘结、铸造粘结、纸张粘结等领域，但此类粘合剂容易水解，尤其是在温湿度、应力等条件周期性变化环境中，极易损失粘结强度，造成粘结失效，公开号为cn108624265a的中国发明专利公开的一种脲醛树脂胶黏剂和由公开号为cn107325242a的中国发明专利公开的一种低结晶、防霉及耐水脲醛树脂的制备方法制备的胶黏剂都具有上述在特定条件下易水解的缺陷。酚醛类木材粘合剂也是目前常用的粘合剂，酚醛粘合剂具有胶粘强度高、耐水性强的特点，但是存在酚醛挥发量高、成本高、原料不可循环再生的缺点。公开号为cn106520039a的中国发明专利公开了一种木材胶黏剂，该木材胶黏剂虽然采用了多种生物质复合材料，但其主要原料还是酚醛树脂，公开号为cn105153981a的中国发明专利公开了一种防水耐老化的木材粘合剂，该木材粘合剂虽然具有粘合强度高、耐水性好、耐候性好，但由于其主要原料还是酚醛树脂，依然无法满足环保无毒和可再生循环的要求。基于上述情况，聚氨酯粘合剂由于其优异的耐水解性、柔韧性、粘结强度及环保性，在粘结领域的应用越来越广泛。传统聚氨酯由多元醇和异氰酸酯反应制备而成，这些原料大部分为石油化工产品，属于不可再生资源，若要满足环保无毒且可再生的要求，需寻找可再生原料制备多元醇和异氰酸酯，由于异氰酸酯选择的狭隘性，只能围绕可再生多元醇寻找新的原料。技术实现要素：针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种粘结强度高、固化时间短、耐水耐候性好且环保的新型木材粘合剂及其制备方法。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：本发明提供了一种新型木材粘合剂，由主剂和交联剂组成，所述主剂包括以下重量份的原料：聚醚多元醇12-16份、硅溶胶20-25份、聚乙烯醇8-12份、丙二醇0.2-0.4份、聚合二苯基甲烷二异氰酸酯4-6份、聚丙烯酰胺0.04-0.06份、二月桂酸二丁基锡0.12-0.16份、表面活性剂0.05-0.2份、消泡剂0.05-0.15份、防腐剂0.1-0.2份、填料8-15份和水50-65份；所述交联剂由以下重量份的原料组成：植物油6-8份、多元醇苯甲酸酯20-30份和异氰酸酯65-75份。优选地，所述主剂包括以下重量份的原料：聚醚多元醇14份、硅溶胶23份、聚乙烯醇10份、丙二醇0.3份、聚合二苯基甲烷二异氰酸酯5份、聚丙烯酰胺0.05份、二月桂酸二丁基锡0.14份、表面活性剂0.15份、消泡剂0.1份、防腐剂0.15份、填料12份和水58份；所述交联剂由以下重量份的原料组成：植物油7份、多元醇苯甲酸酯25份和异氰酸酯70份。优选地，所述聚醚多元醇是以甘油为起始剂，通过koh催化环氧丙烷开环聚合制得。优选地，所述甘油为粗甘油。这是因为粗甘油中含有一定量的杂质，如单甘脂、双甘脂等，这些小分子杂质在制备木材粘合剂时可以到固化剂作用，提高交联速度，缩短固化时间，同时分子链硬度比例提高，搭接剪切强度有所提高。优选地，所述聚醚多元醇的羟值范围是320-360mg/g。优选地，所述主剂和交联剂的重量比为10:2-3。优选地，所述表面活性剂为阴离子表面活性剂，所述消泡剂为正丁醇或磷酸三丁酯，所述填料为高岭土或碳酸钙。优选地，所述植物油为蓖麻油。优选地，所述异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯。本发明还提供了一种上述新型木材粘合剂的制备方法，由以下制备步骤组成：（1）制备主剂：先将水置于反应容器中，加入消泡剂，再加入聚醚多元醇和二月桂酸二丁基锡，缓慢升温至50-60℃后加入聚合二苯基甲烷二异氰酸酯，继续升温至80℃，待聚醚多元醇完全溶解后加入表面活性剂，再加入硅溶胶搅拌进行反应，用ph调节剂调节体系的ph为6.0-7.0，然后向其中加入聚乙烯醇，搅拌均匀后自然降温至40-45℃，加入丙二醇、填料和防腐剂，搅拌30-40min，最后加入聚丙烯酰胺，搅拌均匀后过滤出料，制得主剂；（2）制备交联剂：将异氰酸酯置于反应容器中，氮气保护下升温至60-70℃，在搅拌条件下加入植物油，聚合反应5-15min，之后使体系保持在70-80℃，再加入多元醇苯甲酸酯，于70-80℃条件下保温反应100-150min，冷却出料，制得交联剂；（3）将制备好的主剂和交联剂混合搅拌均匀，制得木材粘合剂。本发明具有如下有益效果：（1）本发明的木材粘合剂具有很高的搭接剪切强度和较短的固化时间，这是因为本发明主剂中聚醚多元醇采用甘油为起始剂，其羟值范围较高，达到了320-360mg/g，由于较高的羟值，增加了体系内羟基组分，使得更多异氰酸酯基参与反应，一方面形成了更加致密的交联网络结构，另一方面提高了体系内硬段分子链的比例，促使了搭接剪切强度的提高；且由于羟值较高，聚醚多元醇中的小分子聚醚及残留的甘油质量分数增加，这些小分子物质在粘结剂固化时可以起到固化剂的作用，提高了固化的速度。（2）本发明木材粘合剂的主剂中异氰酸酯基的质量百分比在5%-7%之间，异氰酸酯基含量的增加使硬段分子链含量增加，交联度得到提高，从而使得木材粘合剂的搭接剪切强度得到提高，同时更多的异氰酸酯基与木材表面发生反应，提高了粘结键强度；但是本发明通过大量试验偶然发现，当异氰酸酯基的质量百分比超过7%时，木材粘合剂的搭接剪切强度反而有所下降，这是因为过量异氰酸酯基会带来很多复杂副反应，如生成脲基甲酸盐、异氰酸酯基团与木材表面水反应生成聚脲等，这类反应会进一步增加木材粘合剂的硬度，从而导致粘结强度的降低。故本发明木材粘合剂的主剂中异氰酸酯基的质量百分比在5%-7%之间可以获得最佳的粘结强度。（3）本发明主剂中聚醚多元醇采用甘油为起始剂，其中甘油优选粗甘油，这是因为粗甘油中含有一定量的杂质，如单甘脂、双甘脂等，这些小分子杂质在制备木材粘合剂时可以到固化剂作用，提高交联速度，缩短固化时间，同时分子链硬度比例提高，搭接剪切强度有所提高。（4）本发明主剂中聚醚多元醇所用粗甘油，是生物柴油加工领域产生的低附加值产物，具有优良的可再生性，使得本发明的木材粘合剂相比现有技术的木材粘合剂具有更高的环保价值和更好的可再生性能。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。实施例1本实施例提供了一种新型木材粘合剂，由主剂和交联剂组成，所述主剂包括以下重量份的原料：聚醚多元醇12份、硅溶胶20份、聚乙烯醇8份、丙二醇0.2份、聚合二苯基甲烷二异氰酸酯4份、聚丙烯酰胺0.04份、二月桂酸二丁基锡0.12份、阴离子表面活性剂0.05份、正丁醇0.05份、防腐剂0.1份、高岭土8份和水58份；所述交联剂由以下重量份的原料组成：蓖麻油6份、多元醇苯甲酸酯20份和多苯基多亚甲基多异氰酸酯65份。本实施例所述聚醚多元醇是以粗甘油为起始剂，通过koh催化环氧丙烷开环聚合制得。本实施例所述聚醚多元醇的羟值范围是320mg/g。本实施例所述主剂和交联剂的重量比为10:2。本实施例还提供了上述新型木材粘合剂的制备方法，由以下制备步骤组成：（1）制备主剂：先将水置于反应容器中，加入正丁醇，再加入聚醚多元醇和二月桂酸二丁基锡，缓慢升温至50℃后加入聚合二苯基甲烷二异氰酸酯，继续升温至80℃，待聚醚多元醇完全溶解后加入阴离子表面活性剂，再加入硅溶胶搅拌进行反应，用ph调节剂调节体系的ph为6.0，然后向其中加入聚乙烯醇，搅拌均匀后自然降温至40℃，加入丙二醇、高岭土和防腐剂，搅拌30min，最后加入聚丙烯酰胺，搅拌均匀后过滤出料，制得主剂；（2）制备交联剂：将多苯基多亚甲基多异氰酸酯置于反应容器中，氮气保护下升温至60℃，在搅拌条件下加入蓖麻油，聚合反应5min，之后使体系保持在70℃，再加入多元醇苯甲酸酯，于70℃条件下保温反应100min，冷却出料，制得交联剂；（3）将制备好的主剂和交联剂混合搅拌均匀，制得木材粘合剂。实施例2本实施例提供了一种新型木材粘合剂，由主剂和交联剂组成，所述主剂包括以下重量份的原料：聚醚多元醇14份、硅溶胶23份、聚乙烯醇10份、丙二醇0.3份、聚合二苯基甲烷二异氰酸酯5份、聚丙烯酰胺0.05份、二月桂酸二丁基锡0.14份、阴离子表面活性剂0.15份、磷酸三丁酯0.1份、防腐剂0.15份、碳酸钙12份和水58份；所述交联剂由以下重量份的原料组成：蓖麻油7份、多元醇苯甲酸酯25份和多苯基多亚甲基多异氰酸酯70份。本实施例所述聚醚多元醇是以粗甘油为起始剂，通过koh催化环氧丙烷开环聚合制得。本实施例所述聚醚多元醇的羟值范围是340mg/g。本实施例所述主剂和交联剂的重量比为4:1。本实施例还提供了上述新型木材粘合剂的制备方法，由以下制备步骤组成：（1）制备主剂：先将水置于反应容器中，加入磷酸三丁酯，再加入聚醚多元醇和二月桂酸二丁基锡，缓慢升温至55℃后加入聚合二苯基甲烷二异氰酸酯，继续升温至80℃，待聚醚多元醇完全溶解后加入阴离子表面活性剂，再加入硅溶胶搅拌进行反应，用ph调节剂调节体系的ph为6.5，然后向其中加入聚乙烯醇，搅拌均匀后自然降温至43℃，加入丙二醇、碳酸钙和防腐剂，搅拌35min，最后加入聚丙烯酰胺，搅拌均匀后过滤出料，制得主剂；（2）制备交联剂：将多苯基多亚甲基多异氰酸酯置于反应容器中，氮气保护下升温至65℃，在搅拌条件下加入蓖麻油，聚合反应10min，之后使体系保持在75℃，再加入多元醇苯甲酸酯，于75℃条件下保温反应120min，冷却出料，制得交联剂；（3）将制备好的主剂和交联剂混合搅拌均匀，制得木材粘合剂。实施例3本实施例提供了一种新型木材粘合剂，由主剂和交联剂组成，所述主剂包括以下重量份的原料：聚醚多元醇16份、硅溶胶25份、聚乙烯醇12份、丙二醇0.4份、聚合二苯基甲烷二异氰酸酯6份、聚丙烯酰胺0.06份、二月桂酸二丁基锡0.16份、阴离子表面活性剂0.2份、正丁醇0.15份、防腐剂0.2份、高岭土15份和水58份；所述交联剂由以下重量份的原料组成：蓖麻油8份、多元醇苯甲酸酯30份和多苯基多亚甲基多异氰酸酯75份。本实施例所述聚醚多元醇是以粗甘油为起始剂，通过koh催化环氧丙烷开环聚合制得。本实施例所述聚醚多元醇的羟值范围是360mg/g。本实施例所述主剂和交联剂的重量比为10:3。本实施例还提供了上述新型木材粘合剂的制备方法，由以下制备步骤组成：（1）制备主剂：先将水置于反应容器中，加入正丁醇，再加入聚醚多元醇和二月桂酸二丁基锡，缓慢升温至50-60℃后加入聚合二苯基甲烷二异氰酸酯，继续升温至80℃，待聚醚多元醇完全溶解后加入阴离子表面活性剂，再加入硅溶胶搅拌进行反应，用ph调节剂调节体系的ph为6.0-7.0，然后向其中加入聚乙烯醇，搅拌均匀后自然降温至40-45℃，加入丙二醇、高岭土和防腐剂，搅拌30-40min，最后加入聚丙烯酰胺，搅拌均匀后过滤出料，制得主剂；（2）制备交联剂：将多苯基多亚甲基多异氰酸酯置于反应容器中，氮气保护下升温至60-70℃，在搅拌条件下加入蓖麻油，聚合反应5-15min，之后使体系保持在70-80℃，再加入多元醇苯甲酸酯，于70-80℃条件下保温反应100-150min，冷却出料，制得交联剂；（3）将制备好的主剂和交联剂混合搅拌均匀，制得木材粘合剂。对比例1本对比例采用公开号为cn106520039a的发明专利公开的一种木材胶黏剂。对比例2本对比例采用公开号为cn108624265a的发明专利公开的一种脲醛树脂胶黏剂。选用尺寸为100mm×25mm×3mm木片5组，每组3对作为粘结基材，使用砂纸将木片表面打磨干净备用，将实施例1、实施例2、实施例3、对比例1和对比例2制备的木材粘合剂分别涂覆在两片木片中间，涂覆厚度都是0.1mm，将1kg负载置于涂覆后的木片上5min，记录其固化时间，移除负载后，在室温、75%湿度下放置7天，得到最终制品。木材粘结剂搭接剪切强度按照astm906实施，拉伸速度为50mm/min，每组3对木片，取平均值。木材粘结剂固化性能通过测试固化7天内每天的搭接剪切强度来表征。木材粘结剂的耐老化性能通过测试5组老化实验前后搭接剪切强度来表征，5组老化实验条件如下：第一组：4℃冷水中放置一天；第二组：100℃热水中放置一天；第三组：100℃鼓风干燥箱内放置5天；第四组：ph为2的盐酸溶液中放置1小时；第五组：ph为10的氢氧化钾溶液中放置1小时。木材粘结剂固化性能测试数据如下表1所示，木材粘结剂老化性能测试数据如下表2所示，木材粘结剂固化时间如下表3所示。表1测试项目第1天搭接剪切强度（mpa）第2天搭接剪切强度（mpa）第3天搭接剪切强度（mpa）第4天搭接剪切强度（mpa）第5天搭接剪切强度（mpa）第6天搭接剪切强度（mpa）第7天搭接剪切强度（mpa）实施例110.6±1.515.7±1.921.6±1.727.1±2.027.9±1.328.5±2.029.2±2.3实施例211.1±1.316.2±1.722.4±1.528.2±2.028.9±1.729.6±1.830.4±1.8实施例311.9±1.316.8±1.423.1±2.028.7±2.029.4±1.130.4±1.631.8±2.1对比例110.1±2.115.1±1.719.1±1.823.4±2.124.3±1.525.3±2.126.2±1.6对比例29.8±1.715.0±1.918.6±1.722.8±2.024.1±1.324.7±2.025.4±1.5表2测试项目第一组搭接剪切强度损失（%）第二组搭接剪切强度损失（%）第三组搭接剪切强度损失（%）第四组搭接剪切强度损失（%）第五组搭接剪切强度损失（%）实施例18.148.356.151.955.7实施例27.847.855.650.955.1实施例37.747.655.350.554.6对比例18.749.256.953.357.1对比例29.250.957.755.458.3表3测试项目固化时间（min）实施例13.5实施例23.5实施例33对比例14对比例24.5从表1数据可以看出，实施例1、实施例2和实施例3的木材粘合剂在每一天的搭接剪切强度都要强于对比例1和对比例2的木材粘合剂的搭接剪切强度，说明本发明木材粘合剂的固化性能要强于现有技术木材粘合剂的固化性能。从表2数据可以看出，实施例1、实施例2和实施例3的木材粘合剂在每一组老化实验中损失的搭接剪切强度都要低于对比例1和对比例2中木材粘合剂损失的搭接剪切强度，说明本发明木材粘合剂的耐老化性能要强于现有技术木材粘合剂的耐老化性能。从表3数据可以看出，实施例1、实施例2和实施例3的木材粘合剂的固化时间短于对比例1和对比例2的木材粘合剂的固化时间，说明本发明木材粘合剂相比于现有技术木材粘合剂具有更短的固化时间。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。当前第1页12