CN102676115A - 漆酶活化木素磺酸盐植物纤维粘合剂及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种漆酶活化木素磺酸盐植物纤维粘合剂及其生产方法。本发明的目的是提供一种采用水作溶剂、不必专门预留酶处理时间，并且可以不需调节反应体系pH值的漆酶活化木素磺酸盐植物纤维粘合剂及其生产方法，以简化生产工艺，提高工效。本发明的技术方案是：漆酶活化木素磺酸盐植物纤维粘合剂，其特征在于：它包含有木素磺酸盐、漆酶、滑石粉和水。本发明适用于植物纤维的粘合，尤其是竹、木及类似材料的粘合。
Description
技术领域
本发明涉及一种除胶外的应用于植物纤维粘合的粘合剂及其生产方法，特别是一种漆酶活化木素磺酸盐植物纤维粘合剂及其生产方法，主要适用于植物纤维的粘合，尤其是竹、木及类似材料的粘合。
背景技术
植物纤维的粘合，尤其是木、竹及类似材料的粘合多采用高分子树脂作粘合剂，普遍存在着释放游离甲醛、游离酚等有害气体的问题，近年涉及的酶粘合技术是利用漆酶能够催化氧化多种有机物的特性，通过自由基反应，在自然界的木素的合成与降解中起重要作用。漆酶是一种氧化还原酶，在有氧条件下能催化酚羟基进行单电子氧化反应，生成酚氧自由基和水，通过自由基反应，漆酶能使木素合成和降解。木素是天然的高分子化合物，木素磺酸盐由木素改性而来，是一种高分子阴离子表面活性剂，具有分散、粘结和螯合等性能，造纸黑液经提取、浓缩、磺化反应、喷雾干燥工序可制得木素磺酸盐。论文“漆酶活化木素磺酸盐条件对胶合板强度的影响”（林产工业，2006）得出两个结论：一个结论是pH值和处理时间是影响漆酶活化木素及其磺酸铵和磺酸钠盐粘合剂的重要工艺因子；另一个结论是在热压时间30min、压力4.5-5.0MPa、温度150℃条件下热压，酶处理条件为pH3.5、时间60min、20℃得到的漆酶木素粘合体系及酶处理条件为pH5.5、酶处理时间60min、酶处理温度20℃，得到的漆酶木素磺酸铵粘合剂的杨木胶合板的强度要求值，均达到国家标准中Ⅲ类胶合板的指标，而与漆酶木素磺酸铵粘合体系比，漆酶木素磺酸钠粘合体系在相同条件下达不到该国标规定的Ⅲ类板要求。《林业科学》2004年第40卷第40期中刊登了“酶活化处理条件及其对松木纤维胶合性能的影响初探”一文，介绍了漆酶处理松木纤维压制纤维板的方法及相关因子对强度的影响，认为：漆酶处理后的松木纤维压成的纤维板的强度显著高于水处理纤维的板材；较好的处理工艺和压板工艺参数为酶剂量12-15u/g纤维、底物浓度5%、pH3.0-4.0、酶促反应温度26±4℃、酶处理时间2h、热压温度140℃以上。其他林产化工学者在同行业论文中，介绍了以漆酶液、毛竹刨花、相关试剂为原料，进行漆酶活化处理竹材的有关研究，有基本一致的认同感，认为：用漆酶处理竹材能显著提高产生的活性氧类（以下简称ROS）自由基的浓度；还认为酶用量、反应体系pH值、处理温度、处理时间及Cu2+浓度5个因子，对漆酶处理毛竹材产生ROS自由基有极显著影响，经单因子试验后，得出酶用量为30u/g、处理时间2h、反应体系的pH为4、处理温度60℃、Cu2+浓度为30mmo1/L条件下，产生ROS自由基浓度最高。学界公认，ROS自由基浓度愈高，板材的物理力学性能愈好。
上述论文中均介绍了用漆酶、用或不用木素磺酸盐、在一定的漆酶加入量、一定的pH值的反应体系、一定的处理时间和温度条件下，对植物纤维活化制得的粘合剂可替代传统的高分子树脂胶粘剂，杜绝了游离甲醛和酚的产生，减少了制树脂胶所需的反应釜、锅炉的设备投资和热能的消耗，并且对造纸黑液作了合理的消污利用。但这些方法都存在调整反应体系pH值的麻烦，而且酶处理时间长达60min，甚至2h，影响工效。现有技术也未见在漆酶活化反应中应用促进剂的有关报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题提供一种采用水作溶剂、不必专门预留酶处理时间，并且可以不需调节反应体系pH值的漆酶活化木素磺酸盐植物纤维粘合剂及其生产方法，以简化生产工艺，提高工效。
本发明所采用的技术方案是：漆酶活化木素磺酸盐植物纤维粘合剂，其特征在于：它包含有木素磺酸盐、漆酶、滑石粉和水。
所述各原料的配比为，
15-20重量份的木素磺酸盐；
每克重木素磺酸盐绝干粉中添加30-50个酶活力单位的漆酶；
0.075-0.2重量份的滑石粉；
115-135重量份作溶剂的水。
所述木素磺酸盐为木素磺酸铵或木素磺酸钠或木素磺酸钙。
所述漆酶为干燥的漆酶粉或漆酶液，其中漆酶液的液量计入115-135重量份作溶剂的水中。
所述粘合剂还包含有磷酸氢二钠—柠檬酸缓冲液。
所述磷酸氢二钠—柠檬酸缓冲液的液量为调节反应体系pH值至3.5-4.5的用量，且该液量计入115-135重量份作溶剂的水中。
漆酶活化木素磺酸盐植物纤维粘合剂的生产方法，其特征在于步骤如下：
a、按配比称取所述原料；
b、将漆酶、滑石粉和水混合后搅拌均匀；
c、最后将步骤b所得混合物与粉末状的木素磺酸盐混合搅拌均匀即可。
所述漆酶为干燥的漆酶粉或漆酶液，其中漆酶液的液量计入115-135重量份作溶剂的水中。
所述步骤b中还加入磷酸氢二钠—柠檬酸缓冲液。
所述磷酸氢二钠—柠檬酸缓冲液的液量为调节反应体系pH值至3.5-4.5的用量，且该液量计入115-135重量份作溶剂的水中。
本发明的有益效果是：本发明在原料中加入滑石粉作为漆酶活化反应中的促进剂，大大提高了ROS自由基的浓度，改善了板材的物理力学性能，即使采用水作溶剂、不使用缓冲液来调节反应体系pH值、不另外专门预留酶处理时间，所得粘合剂制成的植物纤维胶合板强度同样能够达到国标要求，取得了预料不到的技术效果；另外由于省去了缓冲液用量和酶处理时间，从而节省了生产成本，简化了生产工艺，提高了工效。
具体实施方式
实施例1：本实施例粘合剂的原料及配比为：15重量份的木素磺酸铵粉（从武汉华东化工有限公司购得）、0.075重量份的滑石粉（从化工商店购得的工业或医药纯滑石粉）、每克重木素磺酸铵绝干粉中添加30个酶活力单位（u）的漆酶（从丹麦维诺信中国有限公司购得的干燥漆酶粉）和115重量份作溶剂的水。
其制备方法为：首先按配比称取各原料，然后将滑石粉与漆酶粉混合并加入水，在敞口的搅拌器中充分搅拌均匀（指近30分钟的强烈搅拌，下同），最后加入木素磺酸铵粉，充分搅拌均匀成稀糊状即可。实际操作过程中，备料时首先按照粘合剂的设计生产量与各原料及其配比重量份之和的比值，作为实际添加的各原料的重量份倍数，算出实际需加入的各原料（除漆酶外）的重量，然后以木素磺酸铵的用量为基数，按照其绝干质量30u/g（即每克木素磺酸铵绝干粉中添加30个酶活力单位的漆酶）推算出需用酶活力单位（u）的总数，再根据漆酶活性计算出漆酶的用量（后面各实施例所需原料实际重量的计算方法与之基本相同，区别在于每克重木素磺酸盐绝干粉中需添加酶活力单位的数量不同）。
实施例2：本实施例粘合剂的原料及配比为：20重量份的木素磺酸铵粉、0.2重量份的滑石粉、每克重木素磺酸铵绝干粉中添加50个酶活力单位的漆酶（为从丹麦维诺信中国有限公司购得的干燥漆酶粉）和135重量份作溶剂的水。
其制备方法与实施例1相同。
实施例3：本实施例粘合剂的原料及配比为：17.5重量份的木素磺酸铵粉、0.15重量份的滑石粉、每克重木素磺酸铵绝干粉中添加40个酶活力单位的漆酶（为从丹麦维诺信中国有限公司购得的干燥漆酶粉）和125重量份作溶剂的水。
其制备方法与实施例1相同。
实施例4：本实施例粘合剂的原料及配比为：20重量份的木素磺酸铵粉、0.075重量份的滑石粉、每克重木素磺酸铵绝干粉中添加50个酶活力单位的漆酶（为从丹麦维诺信中国有限公司购得的干燥漆酶粉）和120重量份作溶剂的水。
其制备方法与实施例1相同。
实施例5：本实施例粘合剂的原料及配比为：15重量份的木素磺酸钠粉（从武汉华东化工有限公司购得）、0.075重量份的滑石粉、每克重木素磺酸钠绝干粉中添加30个酶活力单位的漆酶（为从丹麦维诺信中国有限公司购得的漆酶液）和130重量份作溶剂的水；其中漆酶液的液量计入130重量份的水中。
其制备方法为与实施例1基本相同，区别在于用漆酶液代替干燥的漆酶粉，用木素磺酸钠粉代替木素磺酸铵粉。实际操作过程中，备料时首先按照粘合剂的设计生产量与各原料及其配比重量份之和的比值，作为实际添加的各原料的重量份倍数，算出实际需加入的各原料（除漆酶液和水外）的重量，然后以木素磺酸钠的用量为基数，按照其绝干质量30u/g（即每克木素磺酸钠绝干粉中添加30个酶活力单位的漆酶）推算出需用酶活力单位（u）的总数，再根据漆酶活性计算出需加入的漆酶液的质量，并且该液量计入130重量份的水中。
实施例6：本实施例粘合剂的原料及配比为：20重量份的木素磺酸铵粉、0.2重量份的滑石粉、每克重木素磺酸铵绝干粉中添加50个酶活力单位的漆酶（为从丹麦维诺信中国有限公司购得的漆酶液）和135重量份作溶剂的水；其中漆酶液的液量计入135重量份的水中。
其制备方法为与实施例5基本相同，区别在于用木素磺酸铵粉代替木素磺酸钠粉。
实施例7：本实施例粘合剂的原料及配比为：17.5重量份的木素磺酸钠粉、0.15重量份的滑石粉、每克重木素磺酸钠绝干粉中添加40个酶活力单位的漆酶（为从丹麦维诺信中国有限公司购得的干燥漆酶粉）和125重量份作溶剂的水。
其制备方法为与实施例1基本相同，区别在于用木素磺酸钠粉代替木素磺酸铵粉。
实施例8：本实施例粘合剂的原料及配比为：17.5重量份的木素磺酸钙粉（从武汉华东化工有限公司购得）、0.15重量份的滑石粉、每克重木素磺酸钙绝干粉中添加40个酶活力单位的漆酶（为从丹麦维诺信中国有限公司购得的干燥漆酶粉）和125重量份作溶剂的水。
其制备方法为与实施例1基本相同，区别在于用木素磺酸钙粉代替木素磺酸铵粉。
本发明中漆酶活性的测定方法，采用ABTS-分光光度计法。ABTS为测定漆酶活性时使用的底物2,2′-连氮-双-（3-乙基苯并噻唑-6-磺酸）的简称。本发明的漆酶活性委托中国科学院生物物理研究所进行测定，其活性为362.8u/ml。一个酶活力单位（u）指一定反应条件下，每min催化1μmol ABTS转化为产物所需要的酶量。
为了进一步提高活化效果，可以在前述七个实施例的原料中加入磷酸氢二钠—柠檬酸缓冲液，其用量须保证能够调节反应体系的pH值至3.5-4.5，并且该缓冲液的液量应计入作溶剂的水的用量中。制备粘合剂时：首先按配比称取各原料，然后将滑石粉与漆酶混合并加入磷酸氢二钠—柠檬酸缓冲液和水，在敞口的搅拌器中充分搅拌均匀，最后加入木素磺酸盐，充分搅拌均匀成稀糊状即可。
本发明将滑石粉用于漆酶活化木素磺酸盐的反应体系，在其它处理条件相同的情况下，其ROS自由基浓度比未加滑石粉的反应体系高1-5倍。下面列出不同酶用量和加与不加滑石粉处理竹材产生的ROS水平列表1：
（表1）
由表1可见，不同酶用量对ROS自由基浓度有显著影响，当酶用量为40u每克绝干木素磺酸盐质量时，ROS自由基浓度达到峰值，在滑石粉的加入量为木素磺酸盐绝干质量0.8%时，ROS自由基浓度比不加滑石粉的高1-5倍。正因为如此，生产本粘合剂，即使不用缓冲液调节反应体系的pH值，不加温、不预留反应时间，虽有酶的作用不十分充分之虑，但用本粘合剂生产的人造板强度依然能达到相应的国标要求，这是难以预料到的。
Claims (10)
1.一种漆酶活化木素磺酸盐植物纤维粘合剂，其特征在于：它包含有木素磺酸盐、漆酶、滑石粉和水。
2.根据权利要求1所述的漆酶活化木素磺酸盐植物纤维粘合剂，其特征在于：所述各原料的配比为，
15-20重量份的木素磺酸盐；
每克重木素磺酸盐绝干粉中添加30-50个酶活力单位的漆酶；
0.075-0.2重量份的滑石粉；
115-135重量份作溶剂的水。
3.根据权利要求1或2所述的漆酶活化木素磺酸盐植物纤维粘合剂，其特征在于：所述木素磺酸盐为木素磺酸铵或木素磺酸钠或木素磺酸钙。
4.根据权利要求1或2所述的漆酶活化木素磺酸盐植物纤维粘合剂，其特征在于：所述漆酶为干燥的漆酶粉或漆酶液，其中漆酶液的液量计入115-135重量份作溶剂的水中。
5.根据权利要求1或2所述的漆酶活化木素磺酸盐植物纤维粘合剂，其特征在于：所述粘合剂还包含有磷酸氢二钠—柠檬酸缓冲液。
6.根据权利要求5所述的漆酶活化木素磺酸盐植物纤维粘合剂，其特征在于：所述磷酸氢二钠—柠檬酸缓冲液的液量为调节反应体系pH值至3.5-4.5的用量，且该液量计入115-135重量份作溶剂的水中。
7.一种如权利要求2所述漆酶活化木素磺酸盐植物纤维粘合剂的生产方法，其特征在于步骤如下：
a、按配比称取所述原料；
b、将漆酶、滑石粉和水混合后搅拌均匀；
c、最后将步骤b所得混合物与粉末状的木素磺酸盐混合搅拌均匀即可。
8.根据权利要求7所述粘合剂的生产方法，其特征在于：所述漆酶为干燥的漆酶粉或漆酶液，其中漆酶液的液量计入115-135重量份作溶剂的水中。
9.根据权利要求7或8所述粘合剂的生产方法，其特征在于：所述步骤b中还加入磷酸氢二钠—柠檬酸缓冲液。
10.根据权利要求9所述粘合剂的生产方法，其特征在于：所述磷酸氢二钠—柠檬酸缓冲液的液量为调节反应体系pH值至3.5-4.5的用量，且该液量计入115-135重量份作溶剂的水中。
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