[发明专利]一种水基聚合物-聚氨酯预聚物制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种水基聚合物-聚氨酯预聚物制备方法和应用，具体涉及一种水基聚合物-聚氨酯预聚物木材胶粘剂的制备方法和应用，属于化学胶粘剂技术领域。

背景技术

胶粘剂用量的多少，已成为衡量一个国家、一个地区木材工业发展水平的重要标志。据《中国林业统计资料》和已发表的有关数据推算，我国2005年和2010年人造板用胶量将分别增至141万吨(干)和169万吨。目前，人造板使用胶粘剂主要有脲醛树脂(UF)、酚醛树脂(PF)和三聚氰胺-甲醛树脂(MF)，其中尤以UF用量大。这三大胶种都使用甲醛作为原料之一。随着人们安全意识和环保意识的增强，甲醛的释放越来越受到关注，同时也影响了人造板的消费。因此，开发环保型胶粘剂，重点开发无甲醛胶粘剂成为大势所趋。

异氰酸酯胶粘剂是首选胶种。

1951年，Deppe和Ernst最先使用异氰酸酯胶接刨花板，1957年，德国生产出第一批异氰酸酯刨花板。在北美和欧洲，超过20％的定向结构板(OSB)及常规中密度纤维板(MDF)生产厂家使用异氰酸酯胶粘剂。目前，异氰酸酯已成为木材工业越来越重要的热固性胶粘剂。异氰酸酯世界年产量已超过150万吨。

异氰酸酯胶粘剂之所以发展很快，是由于其分子中含有高反应活性的异氰酸酯基(-N＝C＝O)，该异氰酸酯基一方面可与木材纤维素大分子中的羟基(-OH)化学键合生成氨基甲酸酯(-NH-COO-)，另一方面又可以与水反应生成聚脲(-NH-CO-NH-)，加热条件下(大于100℃)，脲键可进一步与游离的异氰酸酯基发生三维交联固化反应，使粘接强度进一步提高，并且-NH-COO-和-NH-CO-NH-都可与原料中纤维素等大分子形成氢键，使得原料大分子间相互缔合、粘结更加牢固。异氰酸酯胶粘剂是人们寻找的唯一既可以与木材分子反应又可以与水反应的胶粘剂。异氰酸酯胶粘剂显示出传统三大胶种难以比拟的特点：高的粘接强度，短的热压时间，优异的耐水性、防潮性和耐侯性，低的用量，并彻底消除了甲醛排放的污染。但该胶粘剂并未在木材工业得到广泛的应用，主要原因是价格高，虽然用量少，但还是导致成品板材成本显著增高。

以水为溶剂的高分子乳液可有效乳化疏水性异氰酸酯，显著增加胶粘剂对木材的涂覆率，并且还可避免使用有机溶剂稀释异氰酸酯带来的环境污染。为有效防止异氰酸酯与水生成过多聚脲，应尽可能减少异氰酸酯与水的接触时间。

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)具有独特的物理及化学性质，在合成纤维、薄膜以及多种食品包装材料如饮料瓶、矿泉水瓶等领域应用广泛。据报道，2005年全球PET的产量由3813万吨增加到4118万吨，预计2008年全球PET产量将达到4998吨，并且，PET产量持续不断的增长。因此，以回收PET为主要原料，制备一种高性价比的木材胶粘剂，对PET循环经济和木材胶粘剂的发展均具有重要的意义。

发明内容

本发明的技术任务之一是弥补现有技术的不足，提供一种以回收PET为主要原料的新型木材胶粘剂即水基聚合物-聚氨酯预聚物水乳液胶粘剂的制备方法，该水基聚合物-聚氨酯预聚物原料成本低，制备技术成熟可靠。

本发明的技术任务之二是提供该水基聚合物-聚氨酯预聚物的用途，该水基聚合物-聚氨酯预聚物用于粘接木材，属木材胶粘剂，对木材粘接强度高。

本发明的水基聚合物-聚氨酯预聚物木材胶粘剂的制备方法，步骤如下：

(1)制备A组分

将回收PET破碎，使水分干燥至质量百分比0.5％以下，筛分掉砂子、石子、金属等固体物；向反应器中加入100kg回收破碎的PET、二甘醇5～7kg、酯化催化剂单丁基氧化锡0.5～0.8kg，并开启搅拌器，用输出功率为500W的微波辐射3～10min使PET发生醇解；向反应器中加入丁二酸酐10～15kg，用输出功率为500W的微波辐射3～8min；向反应釜中加入氨的水溶液165～170kg，调pH为8.0，使树脂分散得PET水基聚合物乳液，即A组分，冷却至室温，出料。

(2)制备B组分

将甲苯二异氰酸酯和蓖麻油按质量比100∶50～75共混，60～90℃加热，加热时间为60～240min，周期性地取反应物进行化学滴定或红外光谱检测，直至异氰酸酯基的百分含量(NCO％)恒定，冷却，出料，得聚氨酯预聚物即B组分。

(3)A组分与B组分单独分装，使用时按质量比为100∶5～10等质量混合得水基聚合物-聚氨酯预聚物木材胶粘剂。

以上所述的酯化催化剂单丁基氧化锡的使用导致在反应温度下，反应速度加快，反应时间缩短；