CN103952119A

CN103952119A - 一种小桐子饼粕胶粘剂及其制备方法

Info

Publication number: CN103952119A
Application number: CN201310391970.4A
Authority: CN
Inventors: 雷洪; 杜官本; 吴志刚
Original assignee: Southwest Forestry University
Current assignee: Southwest Forestry University
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2033-09-02
Also published as: CN103952119B

Abstract

本发明提供了一种小桐子饼粕胶粘剂及其制备方法。其包括如下组分：小桐子饼粕粉、水、改性剂、碱、交联剂。小桐子饼粕粉先经改性剂和碱处理，使蛋白分子充分展开，其后利用交联剂进一步提高小桐子饼粕粉的胶接强度性能和耐水性能。本发明的小桐子饼粕胶粘剂利用生物柴油大宗副产物小桐子饼粕为原料，为小桐子饼粕利用提供一种有效利用途径。本发明的小桐子饼粕胶粘剂制备工艺简单，操作简便灵活，具有较好的胶接强度和耐水性能，可以用于II类胶合板的制备，具有广阔的应用前景。

Description

一种小桐子饼粕胶粘剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种小桐子饼粕胶粘剂的制作方法，该小桐子胶粘剂主要用在人造板生产和家具制造上，属于木材胶粘剂技术领域。

背景技术

胶粘剂是人造板生产的基本原料之一，各人造板的结构单元（如刨花、纤维、单板）依赖胶粘剂的粘接而最终制得人造板产品。目前，合成树脂型胶粘剂如脲醛树脂、三聚氰胺树脂和酚醛树脂是人造板工业的主要胶粘剂品种，其各自的人造板产品使用要求各不相同。由于甲醛原料的使用，上述三种常用胶粘剂品种在人造板产品使用过程中，将不可避免的存在甲醛释放。作为一种致癌物，甲醛的危害已越来越被公众所认知，世界各国也制定了越来越严格的甲醛释放量标准。近些年来，合成树脂型胶粘剂的甲醛释放量已大为降低，同时，以生物质材料为原料的生物质胶粘剂也逐渐成为木材胶粘剂研究领域的新热点。

小桐子树种种仁含油率高，是当今世界生物柴油制备的主要能源树种,且近些年来，随着能源、资源、环境等问题的日趋严峻，生物质能源的开发利用越来越引起世界各国政府的重视，小桐子的种植量逐年增加。小桐子生物柴油的健康发展除需保证得到质量优良的生物柴油外，还需解决小桐子饼粕副产物的利用问题，目前，在小桐子种仁生物柴油提炼过程中产生的大量小桐子饼粕副产物尚无有效的利用方式。小桐子饼粕中含有毒蛋白，毒性与蓖麻毒蛋白类似，另外，还含有少量氰氢酸及川芎嗪，均能引起人畜的中毒反应。因此，与另一类重要的油料作物大豆不同的是，虽然大豆饼粕的主要用途主要集中于饲料或食品领域，但小桐子饼粕显然并不适用于饲料或食品的制备。即使利用小桐子饼粕作有机肥时，也宜进行除毒处理，否则，其中溶水的有毒成分将对环境造成一定的污染。

大豆蛋白胶粘剂是大豆饼粕利用的一个重要途径。尽管大豆蛋白胶粘剂是一种传统的胶粘剂品种，但由于其较差的耐水性能，自上世纪60年代已基本为合成树脂型胶粘剂所取代，近些年来，大豆蛋白胶粘剂以其生物、环保特性而重新吸引了广泛的研究热情，据报导，目前美国已有一家企业生产以大豆蛋白胶粘剂为主的人造板产品。小桐子饼粕与大豆饼粕相似，也富含蛋白成分，通常蛋白质含量达35%以上。利用小桐子饼粕制备木材胶粘剂不仅是小桐子饼粕利用的一种有效利用途径，将有利于提高生物柴油的附加值，降低生物柴油的生产成本，同时，作为一种生物质胶粘剂，小桐子饼粕胶粘剂的成功实施也将为木材工业提供一种以生物质材料为主要原料的绿色环保型蛋白胶粘剂品种，从而降低木材工业对以化石资源为基础的合成树脂型胶粘剂的依赖程度，对整个木材工业的发展具有重要的现实意义。

A. I. Hamarneh等从小桐子种仁中提取蛋白质，然后用作聚酮基木材胶粘剂的活性组分之一，极大的提高了聚酮基胶粘剂的强度性能，所得到的胶粘剂性能满足相关欧洲标准要求。申请号为201110225793.3的专利介绍了一种利用异氰酸酯改性麻疯树粕胶粘剂的制备方法，所得到的胶粘剂具有固体含量高、粘度小、固化温度低等优点，可用于制备II类胶合板。但总体而言，小桐子饼粕胶粘剂的相关报导较少。

发明内容

本发明的目的在于寻求小桐子饼粕利用的新途径，提供一种木材工业用小桐子饼粕胶粘剂及其制备方法，得到满足强度性能要求特别是耐水性能要求的小桐子饼粕胶粘剂。

本发明所采用的技术方案为：

本发明的小桐子饼粕胶粘剂，由以下原料按照下述重量份配比制成：小桐子饼粕粉80份、水148~240份、改性剂0~9.6份、碱5.6~12份、交联剂6~18份。

所述的小桐子饼粕粉由小桐子提取油脂后剩余的饼粕加工而成，其特征为：饼粕粉细度在60目以上，小桐子粗蛋白含量30%~60%，粗纤维含量1%~5%，粗脂肪含量0.5%~10%。

所述的改性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、尿素、硅酸钠、硼酸钠、盐酸胍中的一种或几种物质。

所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化锌、氧化钠、氧化钾、氧化钙、氨水等中的一种或几种物质。

碱和改性剂的作用均是使部分蛋白质空间结构展开，暴露出更多的极性和非极性基团，有利于在胶接界面形成大分子长链交织的胶层，提高蛋白胶粘剂的胶接强度，同时，也为后续的交联反应创造条件，利于交联剂与暴露基团之间化学反应的发生，进一步提高胶接强度性能和耐水性能。碱在使小桐子蛋白质展开的同时，会使部分蛋白质长链分子发生一定的降解。

所述的交联剂为三聚氰胺-甲醛树脂，可以自制也可以为市售商品。三聚氰胺-甲醛树脂的特征为：固体含量35%~55%，粘度（20℃）65~80mPa·s，pH值9.0~9.5，三聚氰胺与甲醛摩尔比M:F为1：2~3。交联剂三聚氰胺-甲醛树脂结构中含有可以与小桐子饼粕蛋白结构中活性基团-NH₂反应的基团，有利于小桐子饼粕胶粘剂耐水性能的提高。

本发明的小桐子饼粕胶粘剂的制备方法包括两个步骤：

第一步：小桐子饼粕预解液的制备。向反应釜中加入小桐子饼粕粉、水、改性剂、碱，在30~60分钟内，将温度升至50℃，在此温度下搅拌1~3小时，冷却放料。

第二步：小桐子饼粕胶粘剂的制备。在胶粘剂使用前，按原料配比加入三聚氰胺-甲醛树脂，与小桐子饼粕预解液在室温条件下混合搅拌5~10分钟。

根据交联剂三聚氰胺-甲醛树脂的来源情况，有时还需增加制备三聚氰胺-甲醛树脂步骤。

本发明具有如下优点：

（1）本发明的小桐子饼粕胶粘剂利用生物柴油大宗副产物小桐子饼粕为原料，为小桐子饼粕利用提供一种有效利用途径，变废为宝，将有利于降低生物柴油生产成本，促进生物柴油产业的健康发展。

（2）本发明的小桐子饼粕胶粘剂对饼粕质量要求不高，蛋白质含量范围广，小桐子饼粕是小桐子饼粕胶粘剂的主要原料，属于可再生资源，减少了木材工业对以化石资源为基础的合成树脂型胶粘剂的依赖，符合环境保护和可持续发展要求。

（3）本发明的小桐子饼粕胶粘剂具有较好的胶接强度和耐水性能，可以用于II类胶合板的制备。本发明使用改性剂改性和交联改性两种方式制备小桐子饼粕胶粘剂，改性剂的作用在于使小桐子蛋白分子充分展开，有利于饼粕胶粘剂粘接强度和耐水性能的提高。同时，三聚氰胺-甲醛树脂交联剂的交联作用及其自身良好的耐水性能，也进一步提高了小桐子饼粕胶粘剂的强度和耐水性能。

（4）本发明的小桐子饼粕胶粘剂制备工艺简单，操作简便灵活。交联剂三聚氰胺-甲醛树脂可以自制也可市购，作为木材工业中常用的一类胶粘剂品种，大多数人造板企业拥有三聚氰胺-甲醛树脂制备的技术，制备工艺成熟，有利于改性小桐子饼粕胶粘剂的工业化推广应用。

具体实施方式

以下的具体实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。

实施例1：

（1）向反应釜中加入 80份小桐子饼粕粉、170份水、4份尿素、6.4份NaOH，启动机械搅拌棒，开始升温，使温度在30min内升至50℃，并保持反应时间3h后，待冷却后放料，得到小桐子饼粕预解液。

（2）向反应釜中加入37%甲醛溶液150份，用适量30% NaOH溶液调pH至9.0。加入三聚氰胺116份，升温至85℃后，保温反应2小时，之后立即冷却至40℃，用NaOH溶液调pH至9.0放料，得到三聚氰胺-甲醛树脂。

（3）向小桐子饼粕预解液中加入9.6份三聚氰胺-甲醛树脂，混合搅拌均匀。

实施例2：

（1）向反应釜中加入 80份小桐子饼粕粉、240份水、0.8份十二烷基苯磺酸钠、4.8份NaOH和1.9份CaO，启动机械搅拌棒，开始升温，使温度在30min内升至50℃，并保持反应时间3h后，待冷却后放料，得到小桐子饼粕预解液。

（2）向反应釜中加入37%甲醛溶液150份，用适量30% NaOH溶液调pH至9.2。加入三聚氰胺93份，升温至85℃后，保温反应3小时，后立即冷却至40℃，用NaOH溶液调pH至9.0放料，得到三聚氰胺-甲醛树脂。

（3）向小桐子饼粕预解液中加入14.2份三聚氰胺-甲醛树脂，混合搅拌均匀。

实施例3：

（1）向反应釜中加入 80份小桐子饼粕粉、220份水、12份KOH，启动机械搅拌棒，开始升温，使温度在30min内升至50℃，并保持反应时间2h后，待冷却后放料，得到小桐子饼粕预解液。

（2）向小桐子饼粕预解液中加入12份三聚氰胺-甲醛树脂，混合搅拌均匀。其中，三聚氰胺-甲醛树脂为市购，为无色透明液体，固体含量为45%，粘度（20℃）为70mPa·s，pH值为9.2，三聚氰胺与甲醛摩尔比M/F为1：2.67。

对比例1

向反应釜中加入 80份脱脂豆粉、186份水、6.4份NaOH，启动机械搅拌棒，开始升温，使温度在30min内升至50℃，并保持反应时间2h后，待冷却后放料，得到小桐子饼粕预解液。以此为胶粘剂，压制胶合板。

实验例

本发明的小桐子饼粕胶粘剂的应用效果试验

分别利用本发明实施例1-3制备的胶粘剂制备三层胶合板，采用以下工艺参数：

单板：杨木，厚度1.5 mm，含水率8%~10%；

施胶量：360g/m²（双面）；

陈化时间：15~20 min；

热压工艺：热压温度为160℃；热压压力为1.5MPa；热压时间为8min。

按照上述工艺制备三层胶合板，按GB/T 17657-1999《人造板及饰面人造板理化性能实验方法》测试胶合板的干状和湿状胶合强度。湿状胶合强度按II类胶合板测试方法检测，即：将试件放在（63±3）℃的热水中浸渍3h,取出后在室温下冷却10min。实施例1~3和对比例1的性能检测结果如表1所示。检测结果表明，以本发明的小桐子饼粕胶粘剂制备胶合板，胶合板干状和湿状胶合强度大于0.70MPa，满足II类胶合板要求。

表1 小桐子饼粕胶粘剂胶合板胶合强度测试结果

试件	干状胶合强度（MPa）	湿状胶合强度（MPa）
			实施例1	0.86	0.72
实施例2	1.07	0.84
			实施例3	0.93	0.77
对比例1	0.92	全部开胶

Claims

1.一种小桐子饼粕胶粘剂，其特征在于由以下原料按照下述重量份配比制成：小桐子饼粕粉80份、水148~240份、改性剂0~9.6份、碱5.6~12份、交联剂6~18份。

2.根据权利要求1所述的小桐子饼粕胶粘剂，其特征在于所述的小桐子饼粕粉由小桐子提取油脂后剩余的饼粕加工而成，饼粕粉细度在60目以上，小桐子粗蛋白含量30%~60%，粗纤维含量1%~5%，粗脂肪含量0.5%~10%。

3.根据权利要求1所述的小桐子饼粕胶粘剂，其特征在于所述的改性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、尿素、硅酸钠、硼酸钠、盐酸胍中的一种或几种物质。

4.根据权利要求1所述的小桐子饼粕胶粘剂，其特征在于所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化锌、氧化钠、氧化钾、氧化钙、氨水等中的一种或几种物质。

5.根据权利要求1所述的小桐子饼粕胶粘剂，其特征在于所述的交联剂为三聚氰胺-甲醛树脂。

6.根据权利要求1所述的小桐子饼粕胶粘剂，其特征在于制备方法如下：

（1）向反应釜中加入小桐子饼粕粉、水、改性剂、碱，在30~60分钟内，将温度升至50℃，在此温度下搅拌1~3小时，冷却放料，制备得到小桐子饼粕预解液；（2）在胶粘剂使用前，向小桐子饼粕预解液中加入交联剂，在室温条件下混合搅拌5~10分钟。

7.根据权利要求5所述的小桐子饼粕胶粘剂，其特征在于三聚氰胺-甲醛树脂可以自制也可以为市售商品。

8.根据权利要求5所述的小桐子饼粕胶粘剂，其特征在于三聚氰胺-甲醛树脂固体含量35%~55%，粘度（20℃）65~80mPa·s，pH值9.0~9.5，三聚氰胺与甲醛摩尔比M:F为1：2~3。