[發明專利]一種水基聚合物-聚氨酯預聚物制備方法和應用

無效

• 申請號: 201010507635.2
• 申請日: 2010-10-15
• 公開（公告）號: CN101979423A
• 公開（公告）日: 2011-02-23
• 發明（設計）人: 王志玲;崔玉;劉志蓮;楊秀利
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C08G18/67
• 分類號: C08G18/67;C08G18/42;C09J175/06;C09J175/14
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技術領域

本發明涉及一種水基聚合物-聚氨酯預聚物制備方法和應用，具體涉及一種水基聚合物-聚氨酯預聚物木材膠粘劑的制備方法和應用，屬于化學膠粘劑技術領域。

背景技術

膠粘劑用量的多少，已成為衡量一個國家、一個地區木材工業發展水平的重要標志。據《中國林業統計資料》和已發表的有關數據推算，我國2005年和2010年人造板用膠量將分別增至141萬噸(干)和169萬噸。目前，人造板使用膠粘劑主要有脲醛樹脂(UF)、酚醛樹脂(PF)和三聚氰胺-甲醛樹脂(MF)，其中尤以UF用量大。這三大膠種都使用甲醛作為原料之一。隨著人們安全意識和環保意識的增強，甲醛的釋放越來越受到關注，同時也影響了人造板的消費。因此，開發環保型膠粘劑，重點開發無甲醛膠粘劑成為大勢所趨。

異氰酸酯膠粘劑是首選膠種。

1951年，Deppe和Ernst最先使用異氰酸酯膠接刨花板，1957年，德國生產出第一批異氰酸酯刨花板。在北美和歐洲，超過20％的定向結構板(OSB)及常規中密度纖維板(MDF)生產廠家使用異氰酸酯膠粘劑。目前，異氰酸酯已成為木材工業越來越重要的熱固性膠粘劑。異氰酸酯世界年產量已超過150萬噸。

異氰酸酯膠粘劑之所以發展很快，是由于其分子中含有高反應活性的異氰酸酯基(-N＝C＝O)，該異氰酸酯基一方面可與木材纖維素大分子中的羥基(-OH)化學鍵合生成氨基甲酸酯(-NH-COO-)，另一方面又可以與水反應生成聚脲(-NH-CO-NH-)，加熱條件下(大于100℃)，脲鍵可進一步與游離的異氰酸酯基發生三維交聯固化反應，使粘接強度進一步提高，并且-NH-COO-和-NH-CO-NH-都可與原料中纖維素等大分子形成氫鍵，使得原料大分子間相互締合、粘結更加牢固。異氰酸酯膠粘劑是人們尋找的唯一既可以與木材分子反應又可以與水反應的膠粘劑。異氰酸酯膠粘劑顯示出傳統三大膠種難以比擬的特點：高的粘接強度，短的熱壓時間，優異的耐水性、防潮性和耐侯性，低的用量，并徹底消除了甲醛排放的污染。但該膠粘劑并未在木材工業得到廣泛的應用，主要原因是價格高，雖然用量少，但還是導致成品板材成本顯著增高。

以水為溶劑的高分子乳液可有效乳化疏水性異氰酸酯，顯著增加膠粘劑對木材的涂覆率，并且還可避免使用有機溶劑稀釋異氰酸酯帶來的環境污染。為有效防止異氰酸酯與水生成過多聚脲，應盡可能減少異氰酸酯與水的接觸時間。

聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)具有獨特的物理及化學性質，在合成纖維、薄膜以及多種食品包裝材料如飲料瓶、礦泉水瓶等領域應用廣泛。據報道，2005年全球PET的產量由3813萬噸增加到4118萬噸，預計2008年全球PET產量將達到4998噸，并且，PET產量持續不斷的增長。因此，以回收PET為主要原料，制備一種高性價比的木材膠粘劑，對PET循環經濟和木材膠粘劑的發展均具有重要的意義。

發明內容

本發明的技術任務之一是彌補現有技術的不足，提供一種以回收PET為主要原料的新型木材膠粘劑即水基聚合物-聚氨酯預聚物水乳液膠粘劑的制備方法，該水基聚合物-聚氨酯預聚物原料成本低，制備技術成熟可靠。

本發明的技術任務之二是提供該水基聚合物-聚氨酯預聚物的用途，該水基聚合物-聚氨酯預聚物用于粘接木材，屬木材膠粘劑，對木材粘接強度高。

本發明的水基聚合物-聚氨酯預聚物木材膠粘劑的制備方法，步驟如下：

(1)制備A組分

將回收PET破碎，使水分干燥至質量百分比0.5％以下，篩分掉砂子、石子、金屬等固體物；向反應器中加入100kg回收破碎的PET、二甘醇5～7kg、酯化催化劑單丁基氧化錫0.5～0.8kg，并開啟攪拌器，用輸出功率為500W的微波輻射3～10min使PET發生醇解；向反應器中加入丁二酸酐10～15kg，用輸出功率為500W的微波輻射3～8min；向反應釜中加入氨的水溶液165～170kg，調pH為8.0，使樹脂分散得PET水基聚合物乳液，即A組分，冷卻至室溫，出料。

(2)制備B組分

將甲苯二異氰酸酯和蓖麻油按質量比100∶50～75共混，60～90℃加熱，加熱時間為60～240min，周期性地取反應物進行化學滴定或紅外光譜檢測，直至異氰酸酯基的百分含量(NCO％)恒定，冷卻，出料，得聚氨酯預聚物即B組分。

(3)A組分與B組分單獨分裝，使用時按質量比為100∶5～10等質量混合得水基聚合物-聚氨酯預聚物木材膠粘劑。

以上所述的酯化催化劑單丁基氧化錫的使用導致在反應溫度下，反應速度加快，反應時間縮短；