本发明涉及木材胶粘剂领域，具体涉及一种低成本共混改性水玻璃木材胶粘剂及其制备方法。
背景技术：
在当前木材胶黏剂领域，环保型低成本胶黏剂的开发已经成为行业发展的必然趋势和研究热点。已经有众多研究人员对木材加工业常用的脲醛树脂胶黏剂、酚醛树脂胶黏剂、三聚氰胺甲醛树脂胶黏剂、聚醋酸乙烯酯等有机合成胶黏剂，甚至淀粉、大豆蛋白等天然生物质胶黏剂进行了大量的改性研究，以期满足木制品生产的新需求。但这些改性研究几乎采用的都是化学改性，不仅过程工艺复杂而且增加胶黏剂生产成本。在材料改性中共混改性是最为简便且卓有成效的方法。共混改性的工艺过程易于实施和调控，可供配对共混的材料品质多种多样，为共混改性的科学研究和工业应用提供了颇为广阔的运作空间。
水玻璃是一类常见的无机胶黏剂，具有生产成本低、粘接强度高、耐高温性能好、环保无毒等特点，在粘接金属、玻璃、陶瓷、石材等方面应用广泛。然而水玻璃分子呈刚性，固化胶层的脆性大、耐水性差，将其用于木材粘接时必须进行改性处理。目前，水玻璃的改性多采用化学改性技术，工艺复杂且成本较高。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种低成本共混改性水玻璃木材胶粘剂及其制备方法，本发明所用主要组分水玻璃、氯丁胶乳、氢氧化锂、纤维素纳米晶、粉煤灰、磷酸硅等均成本低廉、性能优良，保证了胶黏剂的强力粘接和环保无醛；且制得的低成本共混改性水玻璃胶黏剂可用于粘接各种木质材料和农作物秸秆等，可替代人造板行业常用的“三醛胶”、乳白胶等，而且制备工艺简单，施工方便，适合于工业化推广和生产应用。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种低成本共混改性水玻璃木材胶粘剂，其原料包括以下重量份的组分：
水玻璃55-75份；
氢氧化锂饱和液10-15份；
硼酸溶液3.5-8.5份；
氯丁胶乳7-11份；
纤维素纳米晶水分散液5-18份；
粉煤灰15-30份；
磷酸硅2-6份。
本发明进一步的技术方案为：所述硼酸溶液中所含硼酸的质量分数为2-10％，优选为5％。
进一步，所述水玻璃是模数为2.6-3.5的钠水玻璃、模数为2.6-3.5的钾水玻璃、模数为2.6-3.5的锂水玻璃的一种或几种的组合。
进一步，所述氯丁胶乳是阴性氯丁胶乳、阳性氯丁胶乳和烯烃化合物共聚改性氯丁胶乳的任意一种。
进一步，所述纤维素纳米晶水分散液是长度为100-300nm，宽度为5-10nm，浓度为1-10％的纤维素纳米晶水分散液的任意一种。
一种低成本共混改性水玻璃木材胶粘剂的制备方法，采用上述所述重量份的原料，具体包括以下操作步骤：
1)将55-75份水玻璃加热至60-80℃，在搅拌下依次加入5-18份纤维素纳米晶水分散液和10-15份氢氧化锂饱和液，持续搅拌保温1-2h后冷却至室温；
2)用3.5-8.5份硼酸溶液将7-11份氯丁胶乳的ph值调节至8～10，在搅拌下将该氯丁胶乳加入步骤1)所得的混合液中分散均匀，得基料备用；
3)将15-30份粉煤灰和2-6份磷酸硅分别经研磨并过200目筛网后，加入步骤2)所得的基料中，充分搅拌并混合均匀，即得成品。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明利用了氯丁胶乳和纤维素纳米晶对水玻璃进行共混改性，以增强水玻璃胶层的韧性和对粘接材料的浸湿性。氯丁胶乳具有粘接强度高，弹性好，防水耐磨，环保、安全、阻燃等特点；纤维素纳米晶是一种高品质纳米材料，具有力学性能优异，热膨胀系数低、环境友好、生物相容、分散稳定等特点；磷酸硅是水玻璃的优良固化剂，具有固化速度快，固化性能好的优点；
2、本发明所用主要组分水玻璃、氯丁胶乳、氢氧化锂、纤维素纳米晶、粉煤灰、磷酸硅等均成本低廉、性能优良，保证了胶黏剂的强力粘接和环保无醛；
3、本发明制得的低成本共混改性水玻璃胶黏剂可用于粘接各种木质材料和农作物秸秆等，可替代人造板行业常用的“三醛胶”、乳白胶等，而且制备工艺简单，施工方便，适合于工业化推广和生产应用。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
实施例1：
按重量份将55份水玻璃加热至60℃，在搅拌下依次加入5份纤维素纳米晶水分散液和10份氢氧化锂饱和液，持续搅拌保温1h后冷却至室温。用3.5份硼酸溶液将7份氯丁胶乳的ph值调节至8-10，转移至上述水玻璃混合液中分散均匀，得基料。将15份粉煤灰和2份磷酸硅分别经研磨并过200目筛网后，加入基料中，充分搅拌并混合均匀，即得成品。
以桉木单板为原料，含水率控制在15％以内。利用本实例制备的胶黏剂，施胶量为200-350g/m2，陈放时间为20-30min，以相互纹理垂直组坯铺装为5层结构，于70℃下利用平压机压制成型，压力为1mpa，时间为5min，制成5层桉木胶合板。在室温下存放一段时间，锯切成测试试件，试件含水率控制在8-12％范围内，按照gb/t17657-1999《人造板及饰面板理化性能试验方法》中的测试标准，所测胶合强度达到1.42mpa，24h吸收厚度膨胀率仅为1.03％。甲醛释放量按gb18580-2001《室内装饰材料人造板及其制品中甲醛释放限量》测试未检出。在室温自然通风条件下存放6个月后，制成的桉木胶合板依然保存良好，未出现开裂、变形、发霉等不良现象。
为说明本实例制备胶黏剂的粘接效果，利用市售脲醛树脂(太尔胶黏剂(广东)有限公司生产)做对照试验，仅热压温度调整为110℃，其余操作条件完全相同，5层桉木胶合试件的胶合强度为1.16mpa，24h吸收厚度膨胀率为2.39％。
实施例2：
按重量份将65份水玻璃加热至70℃，在搅拌下依次加入12份纤维素纳米晶水分散液和12份氢氧化锂饱和液，持续搅拌保温1h后冷却至室温。用6份硼酸溶液将9份氯丁胶乳的ph值调节至8-10，转移至上述水玻璃混合液中分散均匀，得基料。将20份粉煤灰和4份磷酸硅分别经研磨并过200目筛网后，加入基料中，充分搅拌并混合均匀，即得成品。
以槐木单板为原料，含水率控制在15％以内。利用本实例制备的胶黏剂，施胶量为200-350g/m2，陈放时间为20-30min，以相互纹理垂直组坯铺装为7层结构，于70℃下利用平压机压制成型，压力为1mpa，时间为5min，制成7层槐木胶合板。在室温下存放一段时间，锯切成测试试件，试件含水率控制在8-12％范围内，按照gb/t17657-1999《人造板及饰面板理化性能试验方法》中的测试标准，所测胶合强度达到1.57mpa，24h吸收厚度膨胀率仅为1.20％。甲醛释放量按gb18580-2001《室内装饰材料人造板及其制品中甲醛释放限量》测试未检出。在室温自然通风条件下存放6个月后，制成的槐木胶合板依然保存良好，未出现开裂、变形、发霉等不良现象。
为说明本实例制备胶黏剂的粘接效果，利用市售脲醛树脂(太尔胶黏剂(广东)有限公司生产)做对照试验，仅热压温度调整为110℃，其余操作条件完全相同，7层槐木胶合试件的胶合强度为1.24mpa，24h吸收厚度膨胀率为2.35％。
实施例3：
按重量份将75份水玻璃加热至80℃，在搅拌下依次加入18份纤维素纳米晶水分散液和15份氢氧化锂饱和液，持续搅拌保温1h后冷却至室温。用8.5份硼酸溶液将11份氯丁胶乳的ph值调节至8-10，转移至上述水玻璃混合液中分散均匀，得基料。将30份粉煤灰和6份磷酸硅分别经研磨并过200目筛网后，加入基料中，充分搅拌并混合均匀，即得成品。
以杨木单板为原料，含水率控制在15％以内。利用本实例制备的胶黏剂，施胶量为200-350g/m2，陈放时间为20-30min，以相互纹理垂直组坯铺装为7层结构，于70℃下利用平压机压制成型，压力为1mpa，时间为5min，制成7层杨木胶合板。在室温下存放一段时间，锯切成测试试件，试件含水率控制在8-12％范围内，按照gb/t17657-1999《人造板及饰面板理化性能试验方法》中的测试标准，所测胶合强度达到1.49mpa，24h吸收厚度膨胀率仅为1.37％。甲醛释放量按gb18580-2001《室内装饰材料人造板及其制品中甲醛释放限量》测试未检出。在室温自然通风条件下存放6个月后，制成的杨木胶合板依然保存良好，未出现开裂、变形、发霉等不良现象。
为说明本实例制备胶黏剂的粘接效果，利用市售脲醛树脂(太尔胶黏剂(广东)有限公司生产)做对照试验，仅热压温度调整为110℃，其余操作条件完全相同，7层杨木胶合试件的胶合强度为1.19mpa，24h吸收厚度膨胀率为2.86％。
由以上本发明的实施例1-3及水玻璃胶黏剂的粘接效果可知，本发明的水玻璃胶黏剂可替代人造板行业最常用的脲醛树脂胶黏剂，并具有固化温度低，环境适用性好、环保低成本等优点，且无醛无毒，性能优良。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。