CN104946196B - 一种交联型环保棉籽粕基胶粘剂及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交联型环保棉籽粕基胶粘剂及其制备方法与应用，所述胶粘剂由包括以下重量份的原料制备而成：软化水60‑70份、棉籽粕25‑30份、蛋白改性剂0.5‑2份、交联增强剂1‑8份、苯甲酸钠1‑8份。制备方法为将粉碎过筛的棉籽粕、蛋白改性剂加入分散介质中，搅拌均匀后进行改性处理，再将得到的混合物降至室温，加入交联增强剂、苯甲酸钠，并搅拌均匀，即得。本发明的优点在于：原料易得，方法工艺简单，操作方便，主要原料来源于可再生物质，生产的胶粘剂不含甲醛，安全环保。

Description

一种交联型环保棉籽粕基胶粘剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及胶粘剂及其制备技术领域，具体涉及一种交联型环保棉籽粕基胶粘剂及其制备与应用。

背景技术

无醛胶是不含甲醛的胶粘剂，主要用在人造板和建材行业。由于近年来，甲醛的危害越来越受到重视，甲醛是一种无色易溶的刺激性气体，对人体有较大伤害。含有甲醛胶粘剂制作的木制品用于室内，甲醛释放期可长达15年。甲醛为较高毒性的物质，在我国有毒化学品优先控制名单上甲醛高居第二位。甲醛已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物之一。

传统三醛胶属石油加工产物，随着人们环保意识的增强和国家环保法规的健全、石油储量的减少和基于石油的高分子材料带来的价格上扬和环境污染问题使得生物基胶粘剂越来越受到重视。生物基胶粘剂是以可降解可再生的生物质原料如淀粉、植物蛋白、单宁、木质素等制备的可替代脲醛树脂等传统胶粘剂的天然高分子类胶粘剂。

棉籽粕是将棉籽压榨并将残油分离后得到的，棉籽柏中含有40％以上的粗蛋白质及20％左右的粗脂肪和粗纤维。棉籽粕通常用于饲料，棉籽粕中蛋白质的组成不均衡，且通常含有游离棉酚对动物的毒性较大，限制了其在食品领域的应用。

目前中国申请201210521655.4公开了一种利用棉粕制备蛋白胶的方法，该胶粘剂通过加入纤维素酶、脂肪酶酶解，而后加入烧碱制备得到，该胶粘剂在生产和使用过程中几乎无甲醛释放。但是该胶粘剂在制备过程中使用了价格昂贵的酶类且其改性剂使用的烧碱。最终该胶粘剂的应用效果以抗拉强度为指标。因此有待建立一种廉价、环保且性能优良的棉籽粕基胶粘剂制备方法。目前未见以棉籽粕作为原料并使用交联增强剂的木材胶粘剂制备工艺的相关报道。

发明内容

本发明提供一种交联型环保棉籽粕基胶粘剂及其制备方法，所述方法工艺简单，操作方便，所生产的胶粘剂不含甲醛，安全环保，具有广阔的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种交联型环保棉籽粕基胶粘剂，由包括以下重量份的原料制备而成：软化水60-70份、棉籽粕25-30份、蛋白改性剂0.5-2份、交联增强剂1-8份、苯甲酸钠1-8份。

其中，优选由包括以下重量份的原料制备而成：软化水62-65份、棉籽粕25份、蛋白改性剂0.8-1份、交联增强剂1.5份、苯甲酸钠4份。

本发明所述的胶粘剂，所述棉籽粕经粉碎过100目或100目以上筛以获得适宜粒径。

本发明所述棉籽粕中，优选蛋白的质量百分比含量不低于40％，残油含量在10％以下。

本发明可采用现有技术公开的符合上述条件的棉籽粕，但为了确保更理想的应用效果，作为一个优选方案，本发明所述棉籽粕是棉籽粕是棉籽经脱绒、脱壳、仁壳分离、轧胚、高水分蒸炒(优选蒸炒水分16-18％)、压榨(螺旋式榨油机或液压式榨油机)、六号溶剂浸出(优选浸出温度50-60℃、浸出时间90-120min)提取油脂后得到的副产物。

本发明用棉籽粕开发生物基蛋白胶粘剂将提高棉籽粕综合利用价值、节约能源资源、保护生态环境。

本发明所述的棉籽粕胶粘剂中，所述蛋白改性剂可采用多种物质，如烧碱、尿素、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠等，但其中应用效果尤为突出的为十二烷基硫酸钠，该改性剂价格便宜、且能够降低蛋白质非极性侧链从疏水内部到水介质的转移自由能、破坏蛋白质分子内的疏水相互作用从而提高其胶合强度。

本发明所述的棉籽粕胶粘剂中，所述交联增强剂为二硫化碳、二硫(或三硫)代碳酸乙烯酯、硫脲和黄原酸钾等其中一种，优选黄原酸钾和硫脲，更优选黄原酸钾，此类交联增强剂有利于与棉籽粕及十二烷基硫酸钠混合使用，有助于制备更高质量的胶粘剂。

本发明所述的胶粘剂中，软化水作为分散介质，但本领域技术人员可以预见的是，其他常用的分散介质也可用于实现本发明，软化水仅作优选方案。

本发明同时还提供了上述胶粘剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将棉籽粕、蛋白改性剂(十二烷基硫酸钠)加入软化水中，搅拌均匀后进行改性处理；

(2)将步骤(1)得到的混合物降温至室温，加入交联增强剂和苯甲酸钠，搅拌均匀，即得。

优选地，步骤(1)中所述的改性处理在在温度60-80℃、搅拌速度800-1200r/min下进行3-4小时，使改性更为充分彻底。

优选地，步骤(2)中所述搅拌均匀为在搅拌速度800-1200r/min下搅拌8-15min。

本发明同时保护上述胶粘剂在木材加工中的应用，尤其在胶合板的应用中，施胶量可在180g/m²-220g/m²之间。

本发明的优点在于：

1)棉籽粕作为一种可再生的资源，作为胶粘剂的主要原料，有助于解决传统三醛胶使用石油资源的问题，符合环境保护与可持续发展原则；

2)制备的胶粘剂不含游离甲醛，胶接的人造板不存在甲醛释放问题，从源头解决了人造板带来的室内空气中甲醛污染问题；

3)本发明直接以棉籽粕制备胶粘剂，有效解决了棉籽粕含有棉酚对动物毒性较大、食品领域利用率低的问题，增加棉籽粕利用价值。

4)本发明采用十二烷基硫酸钠作为蛋白改性剂，同时使用交联增强剂，有效解决了普通蛋白胶粘剂胶合强度差的问题，能够满足人造板用胶粘剂的强度要求，保证了交联型环保棉籽粕基胶粘剂的实用性能。

下面结合实施对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明所述方法的工艺流程示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种交联型环保棉籽粕基胶粘剂，由以下重量的原料制备而成(工艺流程参见图1)：

软化水 65kg

十二烷基硫酸钠 1kg

棉籽粕 25kg

交联增强剂硫脲 1.5kg

苯甲酸钠 4kg

1)按照上述重量配比称量各原料；

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、棉籽粕、十二烷基硫酸纳，搅拌均匀；

3)水浴加热至60℃，在搅拌速度1000r/min下搅拌反应3小时，反应物降温至30℃，制得均匀棉籽粕蛋白粘液；

4)将交联增强剂硫脲加入所得的棉籽粕蛋白粘液中，混合均匀，后加入苯甲酸纳，在搅拌速度1000r/min下搅拌12min制成交联型环保棉籽粕基胶粘剂。

实施例2

本实施例提供了一种交联型环保棉籽粕基胶粘剂，由以下重量的原料制备而成：

软化水 64kg

十二烷基硫酸纳 0.8kg

棉籽粕 25kg

交联增强剂黄原酸钾 1.5kg

苯甲酸钠 4kg

1)按照上述重量配比称量各原料；

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、棉籽粕、十二烷基硫酸纳，搅拌均匀；

3)水浴加热至60℃，在搅拌速度1200r/min下搅拌反应3小时，反应物降温至30℃，制得均匀棉籽粕蛋白粘液；

4)将交联增强剂黄原酸钾加入所得的棉籽粕蛋白粘液中，混合均匀，后加入苯甲酸纳，在搅拌速度1200r/min下搅拌8min制成交联型环保棉籽粕基胶粘剂。

实施例3

本实施例提供了一种交联型环保棉籽粕基胶粘剂，由以下重量的原料制备而成：

软化水 62kg

十二烷基硫酸纳 1kg

棉籽粕 25kg

交联增强剂黄原酸钾 1.5kg

苯甲酸钠 4kg

1)按照上述重量配比称量各原料；

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、棉籽粕、十二烷基硫酸纳，搅拌均匀；

3)水浴加热至80℃，在搅拌速度800r/min下搅拌反应4小时，反应物降温至室温(30℃)，制得均匀棉籽粕蛋白粘液；

4)将交联增强剂黄原酸钾加入所得的棉籽粕蛋白粘液中，混合均匀，后加入苯甲酸纳，在搅拌速度800r/min下搅拌15min制成交联型环保棉籽粕基胶粘剂。

实施例4

本实施例提供了一种交联型环保棉籽粕基胶粘剂，由以下重量的原料制备而成：

软化水 62kg

十二烷基硫酸纳 0.8kg

棉籽粕 25kg

交联增强剂黄原酸钾 1.5kg

苯甲酸钠 4kg

1)按照上述重量配比称量各原料；

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、棉籽粕、十二烷基硫酸钠，搅拌均匀；

3)水浴加热至80℃，在搅拌速度1000r/min下搅拌反应4小时，反应物降温至室温，制得均匀棉籽粕蛋白粘液；

4)将交联增强剂黄原酸钾加入所得的棉籽粕蛋白粘液中，混合均匀，后加入苯甲酸纳，在搅拌速度1000r/min下搅拌12min制成交联型环保棉籽粕基胶粘剂。

对照组1

与实施例4相比，区别点仅在于：本对照组中，以戊二醛代黄原酸钾作为交联增强剂。

对照组2

与实施例4相比，区别点点在于：本对照组中，以烧碱取代十二烷基硫酸钠作为蛋白改性剂对棉籽粕进行处理。

为了进一步验证本发明所述胶粘剂的应用效果，本发明分别测定上述4个实施例和对照组所制备的棉籽粕基胶粘剂的粘度、游离甲醛含量，同时将上述胶粘剂分别用于制备三层400mm×400mm杨木胶合板。

按以下工艺制备：

施胶：芯板双面施胶，涂胶量为200g/m²。

热压压力:1.0MPa，热压温度160℃，热压时间10min。

按GB/T17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能实验方法》对胶合产品进行性能检测，检测结果如表1所示。

表1 各胶粘剂的粘度及所制胶合板的胶合强度、游离甲醛量

实验结果表明，本发明使用特定交联增强剂制备的棉籽粕胶粘剂无游离甲醛，且使用交联增强剂后该胶粘剂制备的胶合板干态胶合强度达到1.7MPa以上，远优于国标中Ⅲ类胶合板标准(杨木≥0.7MPa)。由上表1可知，实施例4制备的胶合强度达到最大(2.03MPa)，其相应的组分添加量为软化水62份、棉籽粕25份、十二烷基硫酸钠0.8份、交联增强剂黄原酸钾1.5份、苯甲酸钠4份。从对比组1结果可知，使用黄原酸钾作为交联剂其应用效果优于使用戊二醛作为交联剂；从对比组2结果可知，使用十二烷基硫酸钠作为改性剂其应用效果优于使用烧碱作为改性剂。

目前，脲醛树脂胶粘剂成本在3500-4000元/吨、三聚氰胺甲醛胶粘剂成本在3500-4000元/吨、酚醛树脂胶粘剂成本在5000-6000元/吨，本发明直接利用棉籽粕制备的胶粘剂成本在2500-3000元/吨，其价格低于三醛胶，具有广阔的市场开发前景。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种交联型环保棉籽粕基胶粘剂，其特征在于；由包括以下重量份的原料制备而成：软化水62份、棉籽粕25份、十二烷基硫酸钠0.8份、交联增强剂黄原酸钾1.5份、苯甲酸钠4份。

2.根据权利要求1所述的棉籽粕基胶粘剂，其特征在于：所述棉籽粕经粉碎过100目或100目以上筛。

3.根据权利要求2所述的棉籽粕基胶粘剂，其特征在于：所述棉籽粕中，蛋白含量不低于40％，残油含量在10％以下。

4.根据权利要求1所述的棉籽粕基胶粘剂，其特征在于：所述棉籽粕是棉籽粕是棉籽经脱绒、脱壳、仁壳分离、轧胚、高水分蒸炒、压榨、六号溶剂浸出提取油脂后得到的副产物。

5.权利要求1-4中任一项所述的棉籽粕基胶粘剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将棉籽粕、蛋白改性剂加入软化水中，搅拌均匀后进行改性处理；

(2)将步骤(1)得到的混合物降温至室温，加入交联增强剂和苯甲酸钠，搅拌均匀，即得。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的改性处理在温度60-80℃、搅拌速度800-1200r/min下进行3-4小时。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述搅拌均匀为在搅拌速度800-1200r/min下搅拌8-15min。

8.权利要求1-4中任一项所述棉籽粕基胶粘剂在木材加工中的应用。