一种高耐水水性高分子异氰酸酯木用胶黏剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及胶粘剂制备领域，特别是涉及一种高耐水水性高分子异氰酸酯木用胶黏剂及其制备方法。


背景技术：

2.传统的木材加工用胶黏剂通常是“三醛胶”和乳白胶，但是由于环保和黏接性能等原因，其不可能满足现代木材工业的所有要求。异氰酸酯胶黏剂不释放甲醛、黏接强度高、分子设计性好，可以从化学结构和原料组合入手，实现胶黏剂的不同使用性能，从而广泛应用于众多领域。
3.异氰酸酯胶黏剂的黏接性能与异氰酸酯基团息息相关，异氰酸酯基团性质活泼易与多种基团发生化学反应，其中与一些基团的反应将会影响其在使用过程中的使用性能。现有技术通过封闭剂与异氰酸酯基团进行反应，将异氰酸酯基团进行封闭避免其与其它基团反应导致黏接性能下降。在使用时通过加热等方式进行解封闭后进行使用，保证其黏接性能。但是，现有技术在制备异氰酸酯胶黏剂的加入封闭剂反应过程中，往往根据经验来评估封闭剂是否反应完全，这样可能会使反应时间过短导致封闭未完全或者使反应时间过长导致部分解封闭，不管是反应时间过长还是反应时间过短都可能会使异氰酸酯基团游离出来，从而减弱制备的异氰酸酯胶黏剂的黏接性能。


技术实现要素：

4.有鉴于现有技术的上述的一部分缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种高耐水水性高分子异氰酸酯木用胶黏剂及其制备方法，旨在控制胶黏剂制备过程中封闭剂的反应时间减少游离的异氰酸酯基团，从而提高制备胶黏剂的黏接性能。
5.因此本发明第一方面公开了一种高耐水水性高分子异氰酸酯木用胶黏剂制备方法，所述方法包括：
6.步骤s1：从反应釜的进气口向所述反应釜内通入氮气，使所述反应釜充满氮气；其中，所述进气口设置在所述反应釜本体上方，所述反应釜还包括设置在反应釜本体内部上方的压力计、设置在反应釜内部中心的搅拌器以及设置在所述反应釜本体下方的检测口，所述检测口连接有检测管道，所述检测管道上设置有第一阀门，所述检测管道出口连接有管径0.5-2cm的透明检测腔，所述透明检测腔上方连接有用于通入第一去离子水的进水口，所述透明检测腔下方设置有排水口，所述排水口处设置有第二阀门，所述透明检测腔外壁设置有用于对透明检测腔内部进行显微摄影的显微镜，所述透明检测腔外壁还设置振动器；
7.步骤s2：向所述反应釜内加入无水聚乙二醇、2,2-二羟甲基丙酸以及复合溶剂进行搅拌并在40-85℃下保温20-40min；
8.步骤s3：向所述反应釜内滴加异氰酸酯进行搅拌，滴加完毕后升温至55℃-95℃并保温4-7h；
9.步骤s4：向所述反应釜内加入封闭剂进行搅拌10-15min，后停止搅拌获得第一液体；
10.步骤s5：实时检测所述反应釜内的压强并从所述进气口通入氮气；响应于所述压力计检测到的所述反应釜内压强达到预设压强，打开所述第一阀门滴加第一预设量的所述第一液体进所述透明检测腔，后关闭所述第一阀门；其中，所述透明检测腔内有从所述进水口处通入的第二预设量的所述第一去离子水；
11.步骤s6：控制所述振动器对所述透明检测腔进行振动将所述第一液体与所述第一去离子水混合均匀，振动操作时长少于5s；待反应第一固定时长后，控制所述显微镜对所述透明检测腔进行拍摄，并识别所述透明检测腔内产生的气泡，获得气泡数据；其中，所述第一固定时长的可选范围为1-5min，所述气泡数据包括气泡数量与气泡大小；
12.步骤s7：判断气泡数据是否与预设气泡数据相符，若是，则判断所述异氰酸酯封闭完成，进入步骤s8；若否，则判断所述异氰酸酯封闭未完成，打开所述第二阀门将所述透明检测腔内的液体排出，后关闭第二阀门打开所述进水口向所述透明检测腔通入第二预设量的所述第一去离子水，在预设时长后重复步骤s5-s7；
13.步骤s8：向所述反应釜内加入三乙胺和第二去离子水，并降温至20-30℃进行乳化2-5h；
14.步骤s9：对所述反应釜进行抽真空操作，使反应釜压强减少至0.01mpa并维持反应30min，获得封闭异氰酸酯胶束水分散液；
15.步骤s10：将所述封闭异氰酸酯胶束水分散液与聚醋酸乙烯酯乳液进行混合，获得高耐水水性高分子异氰酸酯木用胶黏剂。
16.可选的，所述搅拌器包括对称设置有第一搅拌叶轮和第二搅拌叶轮，所述第一搅拌叶器和所述第二搅拌叶器在垂直方向转动，所述方法还包括：
17.响应于所述搅拌器启动指令，控制所述第一搅拌叶轮和所述第二搅拌叶轮的搅拌方向从两侧往中心转动；其中，所述第一搅拌叶轮和所述第二搅拌叶轮将所述表面已反应液体带至内部，将内部未反应液体带至表面。
18.可选的，所述步骤s1，包括：
19.s101：向所述从反应釜的进气口向所述反应釜内通入氮气，并打开所述第一阀门；此时，所述检测管道还未连接所述透明检测腔；
20.s102：响应于所述检测管道出口的氮气浓度达到第一预设值，判断所述反应釜内充满氮气并关闭所述第一阀门。
21.可选的，在所述步骤s2之前，所述方法还包括：
22.在100-120℃、0.01mpa环境下对聚乙二醇进行真空脱水操作，获得无水聚乙二醇。
23.可选的，在所述步骤s2之前，所述方法还包括：
24.将丙酮和丁酮按照1:(3-10)的配比进行混合，获得所述复合溶剂。
25.可选的，所述封闭剂包括：甲醇、乙醇、苯酚、乙基硫醇、氢氰酸、β-萘硫酚、亚硫酸钠、丙酮肟、环己酮肟、丙二酸二乙酯、ε-己内酰胺、乙酰丙酮以及甲乙酮肟中的一种或多种。
26.可选的，所述方法还包括：
27.根据加入的反应物控制所述搅拌器的搅拌转速。
28.可选的，所述无水聚乙二醇、所述2,2-二羟甲基丙酸、所述异氰酸酯、所述封闭剂以及所述三乙胺的摩尔比为(2.5-7.5):(1-4):(2.5-10):(3.75-15):(2.5-10)。
29.本发明第二方面公开了一种高耐水水性高分子异氰酸酯木用胶黏剂，所述胶黏剂根据上述的高耐水水性高分子异氰酸酯木用胶黏剂制备方法进行制备的。
30.本发明的有益效果：1、本发明在加入封闭剂后，根据游离的异氰酸酯基团可以和水反应生成二氧化碳(气泡)原理，通过反应釜的特殊结构定期从反应釜中取出第一液体加入第一去离子水中，观察气泡产生，获得气泡数据是否与预设气泡数据相符从而判断游离的异氰酸酯基团是否封闭完全，从而避免了反应时间过长导致解封闭或者时间过短封闭不完全的出现。本发明据此可以有效提高制备的胶黏剂的黏接性能，而且可以提高制备效率。2、本发明通过压力计的设置以及从进气口通入氮气，保证反应釜内的压强满足第一液体滴入透明检测腔的要求，从而实现了游离异氰酸酯基团的检测，保证了反应时长不会过长或者过短。3、本发明在加入反应材料之前，先向反应釜通入氮气改变反应釜内的气氛，比起现有技术先添加部分材料，本发明直接隔绝了空气，避免材料与空气接触产生反应导致制备的胶黏剂质量下降。4、本发明的搅拌器包括对称设置有第一搅拌叶轮和第二搅拌叶轮，第一搅拌叶器和第二搅拌叶器在垂直方向转动；本发明响应于搅拌器启动指令，控制第一搅拌叶轮和第二搅拌叶轮的搅拌方向从两侧往中心转动。本发明通过这样垂直的搅拌方式可以将表面已反应液体带至内部，将内部未反应液体带至表面，从而加速反应过程，加快整个制备流程，提高生产效率。综上，本发明通过控制封闭剂的反应时间解决游离的异氰酸酯基团与其它物质反应问题，提高了胶黏剂的黏接性能。
附图说明
31.图1是本发明一具体实施例提供的一种高耐水水性高分子异氰酸酯木用胶黏剂制备方法的流程示意图；
32.图2是本发明一具体实施例提供的一种反应釜的结构示意图；
33.图3是本发明一具体实施例提供的游离异氰酸酯数量和时间的关系示意图。
具体实施方式
34.本发明公开了一种高耐水水性高分子异氰酸酯木用胶黏剂及其制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进技术细节实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
35.经申请人研究发现：在制备异氰酸酯胶的过程之中，封闭反应时间对成品异氰酸酯胶的性能尤为重要，如果时间太短，封闭效果不佳，导致体系内存有游离的异氰酸酯基团；如果时长太长，合成工艺不太合理，则会使造成解封闭，还会影响制备效率。不管是反应时间过长还是反应时间过短都可能会使异氰酸酯基团游离出来，从而减弱制备的异氰酸酯胶黏剂的黏接性能。在实际中，游离的异氰酸酯基团和封闭时间的关系可以如图3所示，图3中游离的异氰酸酯基团先是随着时间变化减少，减少至一定值时随着时间变化而增大。
36.因此，本发明实施例提供了一种高耐水水性高分子异氰酸酯木用胶黏剂制备方
法，如图1所示，该方法包括：
37.步骤s1、从反应釜的进气口向反应釜内通入氮气，使反应釜充满氮气。
38.其中，如图2所示，进气口2设置在反应釜本体1上方，反应釜还包括设置在反应釜本体1内部上方的压力计3、设置在反应釜内部中心的搅拌器4以及设置在反应釜本体1下方的检测口，检测口连接有检测管道5，检测管道5上设置有第一阀门6，检测管道5出口连接有管径0.5-2cm的透明检测腔7，透明检测腔7上方连接有用于通入第一去离子水的进水口8，透明检测腔7下方设置有排水口9，排水口9处设置有第二阀门10，透明检测腔7外壁设置有用于对透明检测腔7内部进行显微摄影的显微镜，透明检测腔7外壁还设置振动器。
39.需要说明的是，采用去离子水可以保证水中不会含有干扰反应的离子。显微摄影可以用于对细微肉眼难以察觉的变化进行拍摄识别，在本发明实施例中用于观察微小气泡的产生和附着在透明检测腔内壁的气泡。
40.可选的，步骤s1，包括：
41.s101：向从反应釜的进气口向反应釜内通入氮气，并打开第一阀门；此时，检测管道还未连接透明检测腔；
42.s102：响应于检测管道出口的氮气浓度达到第一预设值，判断反应釜内充满氮气并关闭第一阀门。
43.需要说明的是，通过在检测管道出口检测氮气浓度可以有效判别反应釜内的空气含量，当空气含量小于预设的空气含量时则认为氮气充满反应釜。一般反应釜内空气含量不高于5％。
44.步骤s2、向反应釜内加入无水聚乙二醇、2,2-二羟甲基丙酸以及复合溶剂进行搅拌并在40-85℃下保温20-40min。
45.可选的，在步骤s2之前，方法还包括：
46.在100-120℃、0.01mpa环境下对聚乙二醇进行真空脱水操作，获得无水聚乙二醇。
47.因为聚乙二醇具有良好的水溶性，为了避免水对制备反应产生影响，所以先对聚乙二醇进行真空脱水。
48.可选的，在步骤s2之前，方法还包括：
49.将丙酮和丁酮按照1:(3-10)的配比进行混合，获得复合溶剂。
50.需要说明的是，复合溶剂用于溶解无水聚乙二醇和2,2-二羟甲基丙酸。
51.步骤s3、向反应釜内滴加异氰酸酯进行搅拌，滴加完毕后升温至55℃-95℃并保温4-7h。
52.步骤s4、向反应釜内加入封闭剂进行搅拌10-15min，后停止搅拌获得第一液体。
53.步骤s5、实时检测反应釜内的压强并从进气口通入氮气；响应于压力计检测到的反应釜内压强达到预设压强，打开第一阀门滴加第一预设量的第一液体进透明检测腔，后关闭第一阀门。
54.其中，透明检测腔内有从进水口处通入的第二预设量的第一去离子水。
55.需要说明的是，当反应釜内压强过小时，大气压会导致反应釜内液体无法正常从检测管道滴出，因此需要氮气进行加压。氮气不活泼难以反应是一种很好的加压气体。但是也不能使压强过大，会导致滴加速度过快，因此还设置有压力计实时检测压强，避免压强过大。
56.步骤s6、控制振动器对透明检测腔进行振动将第一液体与第一去离子水混合均匀，振动操作时长少于5s；待反应第一固定时长后，控制显微镜对透明检测腔进行拍摄，并识别透明检测腔内产生的气泡，获得气泡数据。
57.其中，第一固定时长的可选范围为1-5min，气泡数据包括气泡数量与气泡大小。
58.需要说明的是，振动是为了将第一液体和第一去离子水混合均匀，避免第一液体和第一去离子水因为接触面小，反应不充分导致观测到产生的气泡数据不准确。反应第一固定时长也是为了让其充分反应产生气泡。气泡数量与气泡大小总的来说就是产生气体体积，即二氧化碳体积，二氧化碳产生的越多，说明游离的异氰酸酯基团越多，封闭越不完全。
59.步骤s7、判断气泡数据是否与预设气泡数据相符，若是，则判断异氰酸酯封闭完成，进入步骤s8；若否，则判断异氰酸酯封闭未完成，打开第二阀门将透明检测腔内的液体排出，后关闭第二阀门打开进水口向透明检测腔通入第二预设量的第一去离子水，在预设时长后重复步骤s5-s7。
60.可选的，判断气泡数据是否与预设气泡数据相符，包括：
61.从气泡数据中，即气泡大小和气泡数量，获得二氧化碳生成量；
62.判断二氧化碳生成量是否少于预设生成量；其中预设气泡数据即预设生成量。
63.需要说明的是，当判断气泡数据是不与预设气泡数据相符，说明二氧化碳生成过多，进而判断游离的异氰酸酯基团过多，封闭未完全，还需要一定时间进行反应封闭，所以需要等待预设时长后重复步骤s5-s7。
64.步骤s8、向反应釜内加入三乙胺和第二去离子水，并降温至20-30℃进行乳化2-5h。
65.因为游离的异氰酸酯基团已经反应完全，再加入第二去离子水不会影响制备流程。
66.步骤s9、对反应釜进行抽真空操作，使反应釜压强减少至0.01mpa并维持反应30min，获得封闭异氰酸酯胶束水分散液。
67.步骤s10、将封闭异氰酸酯胶束水分散液与聚醋酸乙烯酯乳液进行混合，获得高耐水水性高分子异氰酸酯木用胶黏剂。
68.可选的，搅拌器包括对称设置有第一搅拌叶轮和第二搅拌叶轮，第一搅拌叶器和第二搅拌叶器在垂直方向转动，方法还包括：
69.响应于搅拌器启动指令，控制第一搅拌叶轮和第二搅拌叶轮的搅拌方向从两侧往中心转动；其中，第一搅拌叶轮和第二搅拌叶轮将表面已反应液体带至内部，将内部未反应液体带至表面。
70.需要说明的是，通过这样垂直的搅拌方式可以将表面已反应液体带至内部，将内部未反应液体带至表面，从而加速反应过程，加快整个制备流程，提高生产效率。
71.可选的，封闭剂包括：甲醇、乙醇、苯酚、乙基硫醇、氢氰酸、β-萘硫酚、亚硫酸钠、丙酮肟、环己酮肟、丙二酸二乙酯、ε-己内酰胺、乙酰丙酮以及甲乙酮肟中的一种或多种。
72.可选的，方法还包括：
73.根据加入的反应物控制搅拌器的搅拌转速。
74.需要说明的是，搅拌转速根据加入的反应物改变，可以保证反应更加充分，同时不会因为搅拌过快或过慢产生副产物等负面影响。
75.可选的，无水聚乙二醇、2,2-二羟甲基丙酸、异氰酸酯、封闭剂以及三乙胺的摩尔比为(2.5-7.5):(1-4):(2.5-10):(3.75-15):(2.5-10)。
76.其中，封闭剂的摩尔量是异氰酸酯的1-1.5倍。
77.本发明实施例提供了一种高耐水水性高分子异氰酸酯木用胶黏剂，胶黏剂根据上述的高耐水水性高分子异氰酸酯木用胶黏剂制备方法进行制备的。
78.本发明实施例在加入封闭剂后，根据游离的异氰酸酯基团可以和水反应生成二氧化碳(气泡)原理，通过反应釜的特殊结构定期从反应釜中取出第一液体加入第一去离子水中，观察气泡产生，获得气泡数据是否与预设气泡数据相符从而判断游离的异氰酸酯基团是否封闭完全，从而避免了反应时间过长导致解封闭或者时间过短封闭不完全的出现。本发明实施例据此可以有效提高制备的胶黏剂的黏接性能，而且可以提高制备效率。本发明实施例通过压力计的设置以及从进气口通入氮气，保证反应釜内的压强满足第一液体滴入透明检测腔的要求，从而实现了游离异氰酸酯基团的检测，保证了反应时长不会过长或者过短。本发明实施例在加入反应材料之前，先向反应釜通入氮气改变反应釜内的气氛，比起现有技术先添加部分材料，本发明实施例直接隔绝了空气，避免材料与空气接触产生反应导致制备的胶黏剂质量下降。本发明实施例的搅拌器包括对称设置有第一搅拌叶轮和第二搅拌叶轮，第一搅拌叶器和第二搅拌叶器在垂直方向转动；本发明实施例响应于搅拌器启动指令，控制第一搅拌叶轮和第二搅拌叶轮的搅拌方向从两侧往中心转动。本发明实施例通过这样垂直的搅拌方式可以将表面已反应液体带至内部，将内部未反应液体带至表面，从而加速反应过程，加快整个制备流程，提高生产效率。综上，本发明实施例通过控制封闭剂的反应时间解决游离的异氰酸酯基团与其它物质反应问题，提高了胶黏剂的黏接性能。
79.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
80.本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
81.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。