[发明专利]一种纳米纤维素改性低摩尔比脲醛树脂胶黏剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米纤维素改性低毒脲醛树脂胶黏剂及其制备方法，采用低摩尔比的甲醛和尿素为原料，N,N’‑二甲基吡啶为催化剂，用“弱酸‑强酸‑强酸‑弱酸‑中性”两次缩聚工艺，合成过程中添加氧化纳米纤维，形成以纳米纤维为硬段、脲醛树脂为软段的软硬相间结构，从而1）提高树脂结晶度、使结晶区分散均匀，2）提高树脂分子支化度，相同粘度下增加了树脂分子量，3）提高树脂韧性和抗冲击能力，从而提高胶接强度、降低胶接制品甲醛释放量。本发明优点在于：采用非传统“弱酸‑强酸‑强酸‑弱酸‑中性”合成工艺、氧化纳米纤维改性、N,N’‑二甲基吡啶为催化剂，基本流程与常用工艺接近，工艺简单，操作便利，不用对现有设备进行改造。

技术领域

本发明涉及一种胶黏剂，具体地说是一种用于制备人造板的低毒脲醛树脂胶黏剂及其制备方法，属于胶黏剂领域。

背景技术

我国珍贵木材资源匮乏，但有丰富的人工林资源，利用人工林速生材和农林加工剩余物通过胶黏剂制备的人造板是人居环境中家具地板、室内装饰装修的主要原材料，2015年，我国人造板总产量3.1亿立方米，约占世界总产量的50%。按每吨胶黏剂平均生产9立方米人造板计算，2015年我国木材胶黏剂消耗量约4000万吨（固体含量50%），其中脲醛树脂及其改性产品占胶黏剂总产量的90%以上，占主导地位。脲醛树脂胶黏剂在木材工业中大量使用是由于其具有其他树脂无法比拟的优势，例如原料充足、价格低廉、水溶性好、胶层颜色浅等。但是脲醛树脂也具有一些明显地缺点，除了耐老化性差、耐水性差、不能用于制备室外用人造板外，其致命的缺点是胶接的人造板存在甲醛释放问题。随着人们生活质量提高，健康和环保意识增强，人们越来越主要到脲醛树脂胶黏剂在制备和使用过程中会放出甲醛，其胶接人造板在使用的过程中也会不断释放出甲醛，污染人居环境，损害人们身体健康。

目前，降低人造板甲醛释放量的方法主要有如下4种：1）采用低摩尔比改性脲醛树脂胶黏剂；2）在改性脲醛树脂胶黏剂中加入甲醛捕捉剂；3）对人造板进行后处理；4）采用其他环保型胶黏剂。但是，这些技术方法都存在着诸多缺陷。例如：1）采用低摩尔比改性脲醛树脂胶黏剂虽然能够有效降低人造板产品甲醛释放量，但是产品胶合强度急剧降低，不能满足使用要求；并且可导致固化时间延长，生产效率降低；2）在人造板用脲醛树脂胶黏剂中加入甲醛捕捉剂，虽然能够有效降低人造板游离甲醛释放量，但是往往同时降低人造板胶合强度；同时，一般甲醛捕捉剂价格往往远远高于脲醛树脂胶黏剂，其加入提高了产品成本，降低了产品竞争力；3）对人造板进行后处理，如采用氨气真空法制备环保型人造板、采用甲醛消纳剂处理人造板，不仅使得人造板制造工艺复杂，而且生产成本明显提高，另外甲醛释放长期会有一定程度反弹；4）采用其他环保型胶黏剂，如异氰酸酯类胶黏剂，导致人造板生产成本大幅度增加、生产工艺难度加大，企业和用户都难以接受；采用普通蛋白胶黏剂制备人造板胶合强度低，耐水性能差、易发霉、施胶性能差、人造板易开胶。综上所述，上述措施虽然能够有效降低人造板游离甲醛释放量，但不能彻底解决甲醛释放问题，或由于生产成本过高等原因而无法推广。

发明内容

为了解决上述问题，本发明设计了一种纳米纤维素改性超低摩尔比脲醛树脂胶黏剂及其制备方法，采用低摩尔比的甲醛和尿素为原料，N,N’-二甲基吡啶为催化剂（一方面催化纳米纤维素与脲醛树脂的反应，一方面催化脲醛树脂缩聚反应），用“弱酸-强酸-强酸-弱酸-中性”两次缩聚工艺合成脲醛树脂，合成过程中添加氧化纳米纤维，利用纳米纤维素硬度大、纳米尺寸效应、氢键作用的特性，参与脲醛树脂反应且影响脲醛树脂结晶行为，形成以纳米纤维为硬段、脲醛树脂为软段的软硬相间的软硬结合结构，从而：（1）提高树脂结晶度、使结晶区分散均匀；（2）提高了脲醛树脂分子支化度，相同粘度下增加了脲醛树脂分子量；（3）提高树脂韧性和抗冲击能力，从而提高胶接强度、降低胶接制品甲醛释放量，工艺简单，操作便利。

本发明的技术方案为：