CN102977847A - 一种胶合板用大豆蛋白胶粘剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种胶合板用大豆蛋白胶粘剂，所述大豆蛋白胶粘剂按重量份计，由包括如下配比的原料制备而成：分散介质70-80份、脱脂豆蛋白粉20-35份、碳酸钠0.5-3份、络合剂1-2份、增强剂1-5份。本发明胶粘剂各组分间存在良好的协同作用，采用金属盐等物质与豆蛋白的复合，同时以戊二醛作为增强剂，解决了普通豆蛋白胶粘剂耐水性差的问题，能够满足胶合板用胶粘剂的耐水要求，保证了豆蛋白胶粘剂的实用性能，并且由本发明的胶粘剂制备的胶合板达到国标中II类胶合板要求。此外，本发明还提供了一种上述大豆蛋白胶合板用胶粘剂的制备方法，该方法工艺简单，操作方便，适宜推广应用。

Description

一种胶合板用大豆蛋白胶粘剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种胶粘剂及其制备方法，特别涉及一种用于制备胶合板的豆蛋白胶粘剂及其制备方法。

背景技术

2010年，我国人造板总产量1.536亿立方米，约占世界重量的50%，其中胶合板7139.66万立方米、细木工板1652.28万立方米。人造板总产量、胶合板产量、家具产量、木质地板产量连续多年位居世界第一位。

人造板生产中普遍采用的胶粘剂是甲醛系合成树脂，主要是脲醛树脂及其改性产品。虽然经过多年的努力，我国人造板胶粘剂生产水平有了很大提高，人造板及其制品环保特性有了很大改善，但是不少企业生产的人造板及其制品（家具、木地板、室内木质装饰材料等）仍然存在着较为严重的甲醛释放问题，是室内空气污染中甲醛污染的主要来源。

目前，降低人造板甲醛释放量的方法主要有如下4种：1）采用低摩尔比改性脲醛树脂胶粘剂；2）采用其他环保型胶粘剂；3）在人造板用脲醛树脂胶粘剂中加入甲醛捕捉剂；4）对人造板进行后处理。但是，这些技术方法都存在着诸多缺陷。例如：1）采用低摩尔比改性脲醛树脂胶粘剂虽然能够有效降低人造板产品的甲醛释放量，但是产品的胶合强度也往往降低，不能满足使用要求；并且固化时间延长，生产效率降低；2）采用其他环保型胶粘剂，如异氰酸酯类胶粘剂，导致人造板的生产成本大幅度增加，企业和用户都难以接受；采用普通的蛋白胶粘剂制备的人造板胶合强度低，人造板易开胶；3）在人造板用脲醛树脂胶粘剂中加入甲醛捕捉剂，虽然能够有效降低人造板游离甲醛释放量，但是往往同时降低人造板的胶合强度；同时，一般甲醛捕捉剂价格往往远远高于脲醛树脂胶粘剂，其加入就提高了产品成本，降低了产品竞争力；4）对人造板进行后处理，如公开号为CN1526528的发明专利申请中公开了一种采用氨气真空法制备E1／EO级环保型人造板的制造工艺；公开号为CN2394770的实用新型专利中公开了一种降低人造板甲醛释放量的处理装置，这些后处理方法，不仅使得人造板的制造工艺复杂，而且后处理设备投资巨大，生产成本明显提高。综上所述，上述措施虽然能够有效降低人造板游离甲醛释放量，但是不能彻底解决甲醛释放问题，或由于生产成本过高等原因而无法推广。

此外，中国申请200810032289.X公开了一种新型木材胶粘剂,该胶粘剂包括以下组分:水:100重量份;含蛋白质的原料:3～45重量份;酸度调节剂:0.01～15重量份;芳香族化合物:0.01～15重量份;固化剂:0.01～15重量份;防腐剂:0.01～15重量份;粘度调节剂:0～15重量份;填料:0～10重量份;催干剂:0～15重量份。所述新型木材胶粘剂在生产和使用过程中几乎无甲醛释放，此外，其具有较高的耐水性。但实际使用过程中发现，由于其组分复杂，且相互间的协同作用不明显，导致其稳定性及粘度不够理想，实用性较差，因此，仍有待提出一种环保且性能优良的豆蛋白胶粘剂。

发明内容

本发明的第一目的是针对现有技术存在的问题，提供一种胶合板用胶粘剂，所述胶粘剂不含甲醛，是一种环保型胶合板用胶粘剂。

本发明的第二目的在于提供一种上述胶合板用胶粘剂的制备方法，所述方法工艺简单，操作方便，适宜推广应用。

为实现第一目的，本发明采用如下技术方案：

一种胶合板用大豆蛋白胶粘剂，所述大豆蛋白胶粘剂按重量份计，由包括如下配比的原料制备而成：分散介质70-80份、脱脂豆蛋白粉20-35份、碳酸钠0.5-3份、络合剂1-2份、增强剂1-5份。

上述胶粘剂以脱脂豆蛋白粉作为主体制备而成，豆蛋白作为一种可再生的资源，有助于解决常规胶合板胶粘剂中使用合成化石原料的枯竭问题，符合环境保护与可持续发展原则。且大豆蛋白来源丰富，可以大批量稳定生产，具有很大的优势。

所述豆蛋白胶粘剂是利用脱脂豆蛋白粉加工100目及以上而成，有效的利用了大豆加工剩余物，综合利用资源，节约生产成本，提高了产品的附加值。

其中，上述脱脂豆蛋白粉作为常用的一种大豆加工剩余物为本领域技术人员所了解和容易获取的，本发明对此不作特别限定。

其中，优选所述胶粘剂按重量份计，包括：分散介质72-76份、脱脂豆蛋白粉25-30份、碳酸钠1-2.5份、尿素3-4份、络合剂1.2-1.8份、增强剂2-4份。

上述络合剂至少包括却不限于氯化锌、硫酸铜及碳酸锆。本领域技术人员可以预见，在保证络合剂同时含有氯化锌、硫酸铜及碳酸锆的前提下，可以进一步加入其它有效络合剂来实现本发明，具体的选择为本领域技术人员所掌握。

为了简化胶粘剂的组成，本发明优选采用仅含有氯化锌、硫酸铜及碳酸锆的络合剂，并进一步发现，当所述络合剂中氯化锌、硫酸铜和碳酸锆之间的重量份配比为：0.8-1.2：0.5-1.5：0.5-1.5时，能够更好地促成络合反应，最终得到高质量粘胶剂，其中更优选络合剂中氯化锌、硫酸铜和碳酸锆之间的重量份配比为：0.9-1.0：0.8-1.2：0.8-1.2。配制络合剂时，只需准确称量各组方，然后将其研磨，混合均匀即可。

本发明中，采用浓度30-40%的戊二醛工业品或化学纯药品作为增强剂。本发明采用金属盐等物质与豆蛋白的复合，采用戊二醛增强剂，解决了普通豆蛋白胶粘剂耐水性差的问题，能够满足胶合板用胶粘剂的耐水要求，保证了豆蛋白胶粘剂的实用性能，并且由本发明的胶粘剂制备的胶合板达到国标中II类胶合板要求。

本发明所述胶粘剂中，所述的分散介质为水，优选为软化水。

本发明对豆蛋白进行处理后作为胶合板用胶粘剂，不含有游离甲醛，胶接的胶合板不存在甲醛释放问题，彻底解决人造板带来的室内空气中的甲醛污染问题。

发明人在实际研究过程中发现，虽然采用现有技术习用的其他络合剂和增强剂取代本发明所述助剂所得胶粘剂，或不加入任何助剂的豆蛋白粘液也具有一定粘性，但在实验测试中发现，上述胶粘剂的稳定性及胶合强度远远不能达标，无法在实际应用中推广。而由于本发明所述的胶粘剂各组分及其用量设计科学合理，相互之间形成了最佳的协同效应，因此，胶粘剂的其耐水性和强度、防腐性均得到了显著提高。

此外，为实现第二目的，本发明采用如下技术方案：

一种上述大豆蛋白胶粘剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：

1）将脱脂豆蛋白粉和碳酸钠加入分散介质中，搅拌均匀，得混合物；

2）向所述混合物中加入络合剂，搅拌均匀；

3）继续加入增强剂，搅拌均匀，即得。

本发明所述的制备方法中，优选步骤1为：将碳酸钠和脱脂豆蛋白粉加入分散介质，搅拌均匀后在40-80℃下保温3-6小时，得混合物。

本发明所述的制备方法中，优选步骤2为：使所述混合物降温至25-35℃后加入络合剂并搅拌均匀。

作为本发明的一种最佳实施方式，所述方法包括如下步骤：

1）将碳酸钠和脱脂豆蛋白粉加入分散介质，搅拌均匀后在45-70℃下保温反应4-5小时，得混合物；

2）使所述混合物降温至30-32℃后加入络合剂并搅拌均匀，使其进行络合反应；

3）继续加入增强剂，搅拌均匀，即得大豆蛋白胶粘剂。

采用上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下优点：

采用上述技术方案，本发明具有以下优点：

（1）本发明无甲醛豆蛋白胶粘剂使用方便，不必对现有人造板生产设备和工艺做改动，因此不需要增加设备投资。

（2）本发明所述无甲醛胶粘剂价格低廉。目前，50%固体含量的低游离甲醛含量脲醛树脂胶粘剂的价格在1800-2500元/吨，酚醛树脂胶粘剂的价格在5000-6000元/吨，本发明豆蛋白胶粘剂（35%固体含量）的价格在1500-2000元/吨，价格远远低于酚醛树脂胶粘剂，与脲醛树脂胶粘剂接近。此外，本发明制备的胶粘剂可替代含甲醛的常规胶合板胶粘剂，制备胶合板时的总施胶量不变，因此使用成本与脲醛树脂胶粘剂相当，远远低于酚醛树脂胶粘剂使用成本。因此，本发明的豆蛋白胶粘剂具有良好的应用前景。

具体实施方式

实施例1

1）按以下重量配比进行备料：

其中，络合剂为北京林业大学材料科学与技术学院自行配制的粉剂，包括氯化锌：0.8份、硫酸铜：0.5份、碳酸锆：0.5份，将其研磨均匀，混合均匀；增强剂为质量浓度为30%的戊二醛溶液。

2）在配有搅拌器、温度计和冷凝装置的反应釜中，加入全部的软化水、碳酸钠、豆蛋白粉，搅拌均匀。

3）加热至45-47℃，保温反应3小时，得混合物。

4）将混合物降温至30℃，制得均匀豆蛋白粘液。

5）向豆蛋白粘液中加入络合剂并搅拌均匀，使其进行络合反应。

6）继续向其中加入增强剂，搅拌均匀，即得大豆蛋白胶粘剂。

本实施例所得胶粘剂的性能质量指标见表1。

实施例2

1）按以下重量配比进行备料：

其中，络合剂为北京林业大学材料科学与技术学院自行配制的粉剂，包括氯化锌1.2份、硫酸铜1.5份、碳酸锆1.5份，将其研磨均匀，混合均匀；增强剂为质量浓度为30%的戊二醛溶液。

2）在配有搅拌器、温度计和冷凝装置的反应釜中，加入全部的软化水、碳酸钠、豆蛋白粉，搅拌均匀；

3）加热至40-42℃，反应6小时，得混合物；

4）将混合物降温至30℃，制得均匀豆蛋白粘液。

5）向豆蛋白粘液中加入络合剂并搅拌均匀，使其进行络合反应。

6）继续向其中加入增强剂，搅拌均匀，即得大豆蛋白胶粘剂。

本实施例所得胶粘剂的性能质量指标见表1。

实施例3

1）按以下重量配比进行备料：

其中，络合剂为北京林业大学材料科学与技术学院自行配制的粉剂，包括以下重量配比的组分：氯化锌0.8份、硫酸铜1.5份、碳酸锆1份，将其研磨均匀，混合均匀；增强剂为质量浓度为40%的戊二醛溶液。

2）在配有搅拌器、温度计和冷凝装置的反应釜中，加入全部的软化水、碳酸钠、豆蛋白粉，搅拌均匀。

3）加热至68-70℃，反应5小时，得混合物。

4）将混合物降温至30℃，制得均匀豆蛋白粘液。

5）向豆蛋白粘液中加入络合剂并搅拌均匀，使其进行络合反应。

6）继续向其中加入增强剂，搅拌均匀，即得大豆蛋白胶粘剂。

本实施例所得胶粘剂的性能质量指标见表1。

实施例4

1）按以下重量配比进行备料：

其中，络合剂为北京林业大学材料科学与技术学院自行配制的粉剂，包括氯化锌：1份、硫酸铜：1份、碳酸锆：1份，将其研磨均匀，混合均匀；增强剂为质量浓度为35%的戊二醛溶液。

2）在配有搅拌器、温度计和冷凝装置的反应釜中，加入全部的软化水、碳酸钠、豆蛋白粉，搅拌均匀。

3）加热至78-80℃，保温反应4小时，得混合物。

4）将混合物降温至25℃，制得均匀豆蛋白粘液。

5）向豆蛋白粘液中加入络合剂并搅拌均匀，使其进行络合反应。

6）继续向其中加入增强剂，搅拌均匀，即得大豆蛋白胶粘剂。

本实施例所得胶粘剂的性能质量指标见表1。

实施例5

1）按以下重量配比进行备料：

其中，络合剂为北京林业大学材料科学与技术学院自行配制的粉剂，包括氯化锌：0.8份、硫酸铜：1.2份、碳酸锆：1.2份，将其研磨均匀，混合均匀；增强剂为质量浓度为38%的戊二醛溶液。

2）在配有搅拌器、温度计和冷凝装置的反应釜中，加入全部的软化水、碳酸钠、豆蛋白粉，搅拌均匀。

3）加热至58-60℃，保温反应3.5小时，得混合物。

4）将混合物降温至35℃，制得均匀豆蛋白粘液。

5）向豆蛋白粘液中加入络合剂并搅拌均匀，使其进行络合反应。

6）继续向其中加入增强剂，搅拌均匀，即得大豆蛋白胶粘剂。

本实施例所得胶粘剂的性能质量指标见表1。

表1豆蛋白胶粘剂的性能指标

为了验证本发明所述胶粘剂的性能，发明人进一步展开了一系列试验，篇幅所限，此处仅例举最具代表力的数据。

试验例1

本试验例分别采用本发明实施例1-3和对照例1-6的产品制造三层450×450mm胶合板。

其中：

对照例1-3：分别采用实施例1-3中步骤4所得的豆蛋白粘液作为胶粘剂；

对照例4：与本发明实施例1相比，区别点仅在于本实施例不加入络合剂。

对照例5：与本发明实施例1相比，区别点仅在于本实施例不加入增强剂。

对照例6：中国申请200810032289.X实施例7（以脱脂大豆豆粕粉和大豆分离蛋白为主体制备的木材胶粘剂）

杨木单板：含水率干燥到6-14％；厚1.6mm；

单板胶粘剂采用本发明实施例1-3的产品和对照例1-6的产品。

按以下正常工艺制备胶合板：

施胶：芯板双面施胶，涂胶量为220-300g/m²。

陈化方式及时间：闭合陈化，10-30分钟。

预压压力及时间：预压30分钟，压力0.8MPa。

热压压力：1.2MPa，热压温度为120-130°C，热压时间为70s/mm。

按GB/T17657-1999《人造板及饰面人造板理化性能实验方法》检测方法对生产的胶合板产品进行性能检测，检测结果见表2。

表2胶接胶合板的甲醛释放量与胶合强度

上述试验结果表明，本发明无甲醛豆蛋白胶粘剂制造的胶合板的甲醛释放量都很低（为木材本体甲醛释放），胶合板的胶合强度在1.20MPa以上，达到国标中II类胶合板标准（杨木≥0.70MPa）。此外，对照例1-5的实验结果表明，改变增强剂或络合剂的组成，或者不加增强剂和络合剂，所得粘胶剂的胶合强度远远达不到标准，无法应用于实际。对照例6的实验结果表明，本发明所得胶粘剂的胶合强度显著优于现有技术。

试验例2

本试验例分别对本发明实施例1-3和对照例1-6的产品进行了稳定性测试。

其中：

对照例1-3：采用实施例1-3中的豆蛋白粘液作为胶粘剂；

对照例4：与本发明实施例1相比，区别点仅在于本实施例不加入络合剂；对照例5：与本发明实施例1相比，区别点仅在于本实施例不加入增强剂；对照例6：中国申请200810032289.X实施例7（以脱脂大豆豆粕粉和大豆分离蛋白为主体制备的木材胶粘剂）

试验方法：参照GB-T 14074-2006木材胶粘剂及其树脂检验方法检测胶粘剂的稳定性和胶粘剂粘度变化。

试验结果：在实验测试的5天内，实施例1-3的胶粘剂外观和粘度没有明显变化，而对照例1-6均有不同程度的水析出，粘度也有较为明显的下降，其中以对照例1-3最明显，对照例4-6次之。

上述试验结果表明，本发明所得胶粘剂稳定性显著优于其他组成的豆蛋白粘胶剂。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种胶合板用大豆蛋白胶粘剂，其特征在于：所述大豆蛋白胶粘剂按重量份计，由包括如下配比的原料制备而成：分散介质70-80份、脱脂豆蛋白粉20-35份、碳酸钠0.5-3份、络合剂1-2份、增强剂1-5份。

2.根据权利要求1所述的大豆蛋白胶粘剂，其特征在于：所述大豆蛋白胶粘剂按重量份计，由包括如下配比的原料制备而成：分散介质72-76份、脱脂豆蛋白粉25-30份、碳酸钠1-2.5份、络合剂1.2-1.8份、增强剂2-4份。

3.根据权利要求1或2所述的大豆蛋白胶粘剂，其特征在于所述络合剂至少包括氯化锌、硫酸铜及碳酸锆。

4.根据权利要求3所述的大豆蛋白胶粘剂，其特征在于：所述络合剂中氯化锌、硫酸铜和碳酸锆之间的重量份配比为：0.8-1.2：0.5-1.5：0.5-1.5。

5.根据权利要求1所述的大豆蛋白胶粘剂，其特征在于：所述增强剂为质量浓度30-40%的戊二醛溶液。

6.根据权利要求1所述的大豆蛋白胶粘剂，其特征在于：所述的分散介质为软化水。

7.一种权利要求1-6任一项所述大豆蛋白胶粘剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：

1）将脱脂豆蛋白粉和碳酸钠加入分散介质中，搅拌均匀，得混合物；

2）向所述混合物中加入络合剂，搅拌均匀；

3）继续加入增强剂，搅拌均匀，即得。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1为：将碳酸钠和脱脂豆蛋白粉加入分散介质，搅拌均匀后在40-80℃下保温3-6小时，得混合物。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2为：使所述混合物降温至25-35℃后加入络合剂并搅拌均匀。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

1）将碳酸钠和脱脂豆蛋白粉加入分散介质，搅拌均匀后在45-70℃下保温反应4-5小时，得混合物；

2）使所述混合物降温至30-32℃后加入络合剂并搅拌均匀，使其进行络合反应；

3）继续加入增强剂，搅拌均匀，即得大豆蛋白胶粘剂。