CN102212329A - 一种无醛大豆改性木材胶粘剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种无醛大豆改性木材胶粘剂及其制备方法。属于基于蛋白质的黏合剂。其特征在于以大豆豆粕粉为主要原料，经前期采用碱、乙醇混合溶液变性处理、中期采用复合交联剂交联修饰、最后采用无机酸降粘剂剪切降低粘度三步改性处理制备；所述复合交联剂是含适量消泡剂的多聚磷酸钠、十二烷基硫酸钠、邻苯二酚的复合物；所述剪切降粘剂是水溶性无机酸。提供了一种原料成本低，粘结强度高，耐水性好，易于涂胶，无须高温热压的无醛大豆改性木材胶粘剂及其制备方法。解决了市售无醛大豆蛋白胶粘剂存在的胶合强度低、耐水性差的问题。安全环保，节约资源。还解决了大豆蛋白胶粘剂还存在的粘度高、涂胶工艺性差的问题。适用于各种木材产品的胶合粘接。

Description

一种无醛大豆改性木材胶粘剂及其制备方法

技术领域

本发明是一种无醛大豆改性木材胶粘剂及其制备方法。属于基于蛋白质的黏合剂。特别涉及木材工业用降粘剂。

背景技术

大豆胶粘剂由于能够替代化石资源、原料来源丰富、价格低廉、安全环保而得到迅速发展。但是，其用于胶合板制造工业，在粘接强度、耐水性方面低于传统的脲醛树脂木材胶粘剂。

因此，在大豆基木材胶黏剂制备中，人们采用化学改性、物理改性和酶改性等方法对其性能进行优化提高，其中，以化学改性最为有效，包括酸碱改性、脲改性、酰化改性、表面活性剂改性、交联改性等。

现有技术中，大豆胶粘剂的制备一般采用大豆分离蛋白为原料，生产成本较高；甚至有人使用醛类交联剂或与脲醛树脂、酚醛树脂混用来提高其粘结强度和胶合耐水性，导致大豆基木材胶粘剂中，仍然存在甲醛危害；市售无醛大豆蛋白胶粘剂存在胶合强度低、耐水性差的缺点，用户不得不采用高温热压工艺，导致热能浪费；另外，大豆蛋白胶粘剂还存在粘度高、涂胶工艺性差等缺点，有待改进。

发明内容

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种原料成本低，粘结强度高，耐水性好，易于涂胶，无须高温热压的无醛大豆改性木材胶粘剂。

本发明的目的还在于提供一种工艺简单，生产成本较低的无醛大豆改性木材胶粘剂的制备方法。

本发明的目的可以通过如下措施来达到：

本发明的无醛大豆改性木材胶粘剂，以大豆豆粕粉为主要原料，经前期采用碱、乙醇混合溶液变性处理、中期采用复合交联剂交联修饰、最后采用无机酸降粘剂剪切降低粘度三步改性处理制备；所述碱、乙醇混合溶液变性所用的碱是氢氧化钠或其与氢氧化钙的混合物；所述复合交联剂是含适量消泡剂的多聚磷酸钠、十二烷基硫酸钠、邻苯二酚的复合物；所述剪切降粘剂是水溶性无机酸；

无醛大豆改性木材胶粘剂由下列按照重量份数计的原料组成：

大豆是一年生草本植物，蝶形花科，大豆属，别名黄豆。大豆最主要的组分是油脂、蛋白质、碳水化合物、粗纤维和水分。利用豆粕制备胶黏剂时，粘接作用来自于豆粉内的大豆蛋白质。大豆蛋白质分子的天然状态是最稳定的状态，但分析稳定蛋白质二级、三级、四级结构构象的氢键、静电作用、范德华力等作用力，除共价键双硫键的键能较大外，其它作用能均较小。当蛋白质分子所处的环境，如温度、辐射、pH等变化到一定程度时，会使蛋白质分子二级以上的结构发生变化，从而导致某些性质的改变。

把大豆蛋白转化为性能优良的胶黏剂，首先必须将多肽链之间结构性连接键和相互作用打破，使蛋白质分子充分展开，才能形成一个被牢牢吸附在被粘固相界面的富有弹性、大分子长链交织交接层，这样形成网状结构能分散应力集中，保护胶粘层。

大豆蛋白属于球状蛋白，分子结构紧密，运动阻力小，胶接性能差。天然大豆蛋白通过改性，可破坏内部分子中氢键等次级键，破坏或改变蛋白质二、三、四级结构，使蛋白质失去原有生物活性，某些物理和化学性质发生改变。经改性蛋白质分子，结构疏松，棒状分子不对称增加，运动阻力相应增大，可在溶液中分散和伸展，粘结性能大为提高。同时蛋白改性也使蛋白质分子表面结构发生变化，亲水基团相对减少，原埋在分子内部疏水侧基大量暴露到分子表面，从而增加其耐水性能。

本发明的发明人经过多次实验与实用，筛选出了本发明的无醛大豆改性木材胶粘剂的原料配方，以及改性工艺。制备出性能良好的木材胶粘剂，得到了预想不到的技术效果，从而完成了本发明的任务。

本发明的目的还可以通过如下措施来达到：

本发明的无醛大豆改性木材胶粘剂，所述无机酸降粘剂是从硫酸、亚硫酸、过硫酸、盐酸、磷酸、硅酸中选择出来的一种，或其任意两种以上组合。

本发明的无醛大豆改性木材胶粘剂，所述无醛大豆改性木材胶粘剂由下列按照重量份数计的原料组成：

是一个优选的技术方案。

下面提供一种本发明的无醛大豆改性木材胶粘剂的制备方法，包括如下工艺操作步骤：

a备料

①豆粕粉碎

将干燥后的豆粕粉碎，过100目筛，备用；

②.分别将所述复合交联剂原料配制成水溶液

其中，将含有适量消泡剂的多聚磷酸钠1～10重量份，配制成5～40％的水溶液；将十二烷基磷酸钠3～15重量份，配制成0.1～30％的水溶液，将邻苯二酚0.1～1重量份，配制成0.1～5％的水溶液，备用；

③.将无机酸降粘剂0.1～2重量份，配制成0.1～5％的水溶液，备用；

b.碱、乙醇混合溶液变性处理

按照拟定配方，将经计量的水300～450重量份投入反应釜中，顺序加入氢氧化钠2～5重量份、氢氧化钙0～3重量份、乙醇5～30重量份；搅拌、溶解完全后，控制5～60℃温度下，均匀加入步骤a①制备的豆粕粉100重量份，保温变性反应10～60分钟，备交联修饰处理用；

c.交联修饰处理

在经步骤b变性处理的物料中，首先将步骤a②中配制的含有适量消泡剂的含多聚磷酸钠1～10重量份的0.1～30％的水溶液投入反应釜，搅拌反应10～60分钟，然后，再将步骤a②中配制的含十二烷基磷酸钠3～15重量份的0.1～30％的水溶液投入反应釜中，搅拌反应10～60分钟；最后再将步骤a②中配制的含邻苯二酚0.1～1重量份的0.1～5％的水溶液投入反应釜中，搅拌反应10～60分钟；整个交联修饰处理过程中，温度控制在5～60℃之间；

d.无机酸剪切降粘处理

在经步骤c交联修饰处理的物料中，加入步骤a③中配制的含无机酸0.1～2重量份的0.1～5％的降粘剂水溶液，搅拌下，控制温度在5～60℃之间，反应10～60分钟；

e.降温、放料

搅拌下，降至室温，检验合格后，放料。

本发明公开的技术方案相比现有技术有如下积极效果：

1提供了一种原料成本低，粘结强度高，耐水性好，易于涂胶，无须高温热压的无醛大豆改性木材胶粘剂。

2.提供了一种工艺简单，生产成本较低的无醛大豆改性木材胶粘剂的制备方法。

3.解决了市售无醛大豆蛋白胶粘剂存在的胶合强度低、耐水性差的问题。

4.产品绝对无醛，安全环保，节约资源。

5.解决了大豆蛋白胶粘剂还存在的粘度高、涂胶工艺性差的问题。

6使用本发明的胶粘剂制造的胶合板，按国家标准GB/T17657的要求锯制标准试件，并按II类胶合板的处理程序处理试件，在万能力学试验机上检测胶合强度，检测结果为：胶合强度均值0.89MPa、最大值1.14MPa、最小值0.76MPa，胶合强度符合国家标准GB9846II类胶合板的技术要求。

具体实施方式

本发明下面将结合实施例作进一步详述：

实施例1

按照如下步骤制备本发明的无醛大豆改性木材胶粘剂

a备料

①豆粕粉碎

将干燥后的豆粕粉碎，过100目筛，备用；

②.分别将所述复合交联剂原料配制成水溶液

其中，将含有适量消泡剂的多聚磷酸钠3重量份，配制成5～40％的水溶液；将十二烷基磷酸钠5重量份，配制成0.1～30％的水溶液，将邻苯二酚0.23重量份，配制成0.1～5％的水溶液，备用；

③.将无机酸降粘剂0.1重量份，配制成0.1～5％的水溶液，备用；

b.碱、乙醇混合溶液变性处理

按照拟定配方，将经计量的水333重量份投入反应釜中，顺序加入氢氧化钠4.6重量份、氢氧化钙2.6重量份、乙醇13.3重量份；搅拌、溶解完全后，控制5～60℃温度下，均匀加入步骤a①制备的豆粕粉100重量份，保温变性反应10～60分钟，备交联修饰处理用；

c.交联修饰处理

在经步骤b变性处理的物料中，首先将步骤a②中配制的含有适量消泡剂的含多聚磷酸钠3重量份的0.1～30％的水溶液投入反应釜，搅拌反应10～60分钟，然后，再将步骤a②中配制的含十二烷基磷酸钠5重量份的0.1～30％的水溶液投入反应釜中，搅拌反应10～60分钟；最后再将步骤a②中配制的含邻苯二酚0.23重量份的0.1～5％的水溶液投入反应釜中，搅拌反应10～60分钟；整个交联修饰处理过程中，温度控制在5～60℃之间；

d.无机酸剪切降粘处理

在经步骤c交联修饰处理的物料中，加入步骤a③中配制的含无机酸0.1重量份的0.1～5％的降粘剂水溶液，搅拌下，控制温度在5～60℃之间，反应10～60分钟；

e.降温、放料

搅拌下，降至室温，检验合格后，放料。

制成的无醛豆粉胶黏剂的性能指标如下：

外观：棕黄色粘稠液体

固体含量：20.6％

pH值：12.2

粘度：630mPa.s

甲醛含量：0

将制备的无醛大豆改性胶粘剂应用于胶合板制备

杨木单板：厚度1.8mm，含水率10～12％，幅面60cm×60cm；

涂胶：取3张杨木单板，分别双面涂胶，双面涂胶量350g/m2；

板坯铺装：取4张未涂胶单板与上述涂胶单板相互间隔、并使相邻单板纤维方向相互垂直组成7层的杨木胶合板板坯；

预压：将配置好的板坯放入冷压机中，在单位压力为1.0MPa下预压30min；

热压：将热压机温度升至130℃，然后预压好的板坯放入热压机，在单位压力为1.0MPa下热压25min后，卸压制成7层杨木胶合板。

性能检测：将压制好的胶合板放置24h后，按国家标准GB/T17657的要求锯制标准试件，并按II类胶合板的处理程序处理试件，在万能力学试验机上检测胶合强度，检测结果为：胶合强度均值0.89MPa、最大值1.14MPa、最小值0.76MPa，胶合强度符合国家标准GB9846II类胶合板的技术要求。

实施例2～实施例6

按照实施例1的方法和步骤，按照表1的配方制备本发明的无醛大豆改性木材胶粘剂

表1

原料	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
						豆粕粉	100	100	100	100	100
水	300	350	380	420	450
						氢氧化钠	5	3	2	4	3
氢氧化钙	1	0	2	3	0.5
						乙醇	30	25	20	5	10
多聚磷酸钠	10	8	6	4	1
						十二烷基磷酸钠	3	5	9	15	12

邻苯二酚	1	0.9	0.8	0.5	0.3
						硫酸	0.1
亚硫酸		0.1
						过硫酸			1
盐酸				1.5
						磷酸	1				1.6
硅酸	0.2	1	0.5
						粘度mPas
胶合强度MPa	1.14				0.76

Claims (4)

1.一种无醛大豆改性木材胶粘剂，其特征在于以大豆豆粕粉为主要原料，经前期采用碱、乙醇混合溶液变性处理、中期采用复合交联剂交联修饰、最后采用无机酸降粘剂剪切降低粘度三步改性处理制备；所述碱、乙醇混合溶液变性所用的碱是氢氧化钠或其与氢氧化钙的混合物；所述复合交联剂是含适量消泡剂的多聚磷酸钠、十二烷基硫酸钠、邻苯二酚的复合物；所述剪切降粘剂是水溶性无机酸；

无醛大豆改性木材胶粘剂由下列按照重量份数计的原料组成：

2.按照权利要求1的无醛大豆改性木材胶粘剂，其特征在于所述无机酸降粘剂是从硫酸、亚硫酸、过硫酸、盐酸、磷酸、硅酸中选择出来的一种，或其任意两种以上组合。

3.按照权利要求1的无醛大豆改性木材胶粘剂，其特征在于所述无醛大豆改性木材胶粘剂由下列按照重量份数计的原料组成：

4.一种权利要求的无醛大豆改性木材胶粘剂的制备方法，其特征在于包括如下工艺操作步骤：

a 备料

①豆粕粉碎

将干燥后的豆粕粉碎，过100目筛，备用；

②.分别将所述复合交联剂原料配制成水溶液

其中，将含有适量消泡剂的多聚磷酸钠1～10重量份，配制成5～40％的水溶液；将十二烷基磷酸钠3～15重量份，配制成0.1～30％的水溶液，将邻苯二酚0.1～1重量份，配制成0.1～5％的水溶液，备用；

③.将无机酸降粘剂0.1～2重量份，配制成0.1～5％的水溶液，备用；

b.碱、乙醇混合溶液变性处理

按照拟定配方，将经计量的水300～450重量份投入反应釜中，顺序加入氢氧化钠2～5重量份、氢氧化钙0～3重量份、乙醇5～30重量份；搅拌、溶解完全后，控制5～60℃温度下，均匀加入步骤a①制备的豆粕粉100重量份，保温变性反应10～60分钟，备交联修饰处理用；

c.交联修饰处理

在经步骤b变性处理的物料中，首先将步骤a②中配制的含有适量消泡剂的含多聚磷酸钠1～10重量份的0.1～30％的水溶液投入反应釜，搅拌反应10～60分钟，然后，再将步骤a②中配制的含十二烷基磷酸钠3～15重量份的0.1～30％的水溶液投入反应釜中，搅拌反应10～60分钟；最后再将步骤a②中配制的含邻苯二酚0.1～1重量份的0.1～5％的水溶液投入反应釜中，搅拌反应10～60分钟；整个交联修饰处理过程中，温度控制在5～60℃之间；

d.无机酸剪切降粘处理

在经步骤c交联修饰处理的物料中，加入步骤a③中配制的含无机酸0.1～2重量份的0.1～5％的降粘剂水溶液，搅拌下，控制温度在5～60℃之间，反应10～60分钟；

e.降温、放料

搅拌下，降至室温，检验合格后，放料。