CN105542710B - 一种耐水豆粕胶黏剂及其制备方法 - Google Patents

一种耐水豆粕胶黏剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种耐水豆粕胶黏剂，由重量份的以下组分组成：水70～80份，改性纳米纤维素0.2～1.0份，脱脂豆粕20～35份，增强剂1～10份。本发明提出的胶合板用改性大豆蛋白胶黏剂主要成分是豆粕，具有价格低、易处理可再生的优势，且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。本发明提出的大豆蛋白胶黏剂是利用脱脂豆粕粉加工而成，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。

Description

一种耐水豆粕胶黏剂及其制备方法
技术领域
本发明属于黏合剂领域，具体涉及一种基于大豆蛋白的黏合剂，及其制备方法。
背景技术
改革开放以来，我国人造板产业迅猛发展，年产量从1980年99.6万立方米猛增长到2014年3..02亿立方米。2003年产量就超过美国成为世界上人造板及木材胶黏剂第一大生产与消耗国。
“十一”五期间，木材工业伴随着国家经济的高速增长获得了巨大发展，但仍面临着集中度不高、现代化生产和手工作坊并存以及整体产品质量堪忧等问题。林业“十二五”规划纲要中明确提出，要依靠科技创新推动产业升级。“十二五”期间，木材工业用胶粘剂的消耗量仍将保持高速增长，脲醛树脂胶粘剂比例将不断下降，更多的生物基胶粘剂将被引入到生产应用中。
我国是农业大国，大豆产量居世界第四，为大豆蛋白基胶粘剂的开发利用提供了原料来源，蛋白改性技术的发展也为大豆蛋白基胶粘剂性能的改善提供了技术保证。在颁布实施的国家长期科技发展规划(2005-2020)中，“农林生物质工程”被列为重大专项，其中，将大宗农产品等可再生资源转化为高附加值的环境友好型生物材料是具有长远战略意义的研究课题，大豆基生物质胶粘剂的研究开发也具有重要价值。
豆粕为大宗农产品加工剩余物，无毒、可再生，用其替代以化石资源为主要原料的“三醛类”胶粘剂，符合经济社会可持续、协调发展要求。用其制造的人造板不仅能用于建筑装修和家具，还可用于食品包装，具有很大的优势。因此，很多国家在重点研究开发耐水大豆蛋白木材胶粘剂。但是，由于分子结构中存在大量亲水基团，制备的胶黏剂存在耐水性和胶合强度、粘度、稳定性等缺点，阻碍了其在人造板制造中的大规模推广应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种胶合板用改性大豆蛋白胶粘剂，该胶粘剂不含甲醛，是一种环保型人造板用胶粘剂。
本发明的另一目的是提出纳米纤维素改性的耐水豆粕胶黏剂的制备方法。本发明方法工艺简单，操作方便。
实现本发明上述目的的技术方案为：
一种耐水豆粕胶黏剂，由重量份的以下组分组成：
其中，所述改性纳米纤维素是用具有环氧基团的表面修饰剂修饰的纳米纤维素，所述改性纳米纤维素的制备方法包括步骤：
1)将表面修饰剂分散在分散介质中，所述分散介质为水和/或有机溶剂；
2)调节pH值至4.0～4.5；调节pH值的物质选自醋酸、甲酸、柠檬酸中的一种或多种；
3)加入纳米纤维素，回流反应3～5小时；
4)反应混合物过滤，充分干燥，备用。
进一步地，所述表面修饰剂选自γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。双(三乙氧基硅烷丙基)二硫化物、γ―氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种；所述分散介质为水、乙醇、乙醚、甲苯、丙酮中的一种或多种。
进一步地，所述表面修饰剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，所述分散介质为水和乙醇体积比为1：8～10的混合物。
优选地，制备改性纳米纤维素加入的原料的质量份为：分散介质90～100份、纳米纤维素10份、表面修饰剂10～30份。
其中，所述脱脂豆粕为生产食用大豆油的加工剩余物，脱脂豆粕的粒度为100目以上。
脱脂豆粕是指大豆经清理、调质、破裂、去皮、压片，由有机溶剂正己烷及其同类碳氢化合物脱脂，再经烘烤、粉碎后制成的粉状物。豆粕中含有40～45％的粗蛋白质，10～15％的低聚糖，20～25％的多糖等，其中蛋白质分子与改性成分反应可得到高强度的胶黏剂。
其中，所述增强剂为乙二醇二缩水甘油醚或丙三醇三缩水甘油醚，所述增强剂的质量份为6～10份。
制备本发明所述大豆蛋白胶黏剂的方法，包括步骤：
S1在配有搅拌器的反应釜中，加入水、豆粕粉搅拌均匀；
S2加入增强剂和改性纳米纤维素并搅拌均匀，制得大豆蛋白粘液；
S3大豆蛋白粘液过胶体磨和均质机处理，均质处理的压力为20～40MPa。
制备中加入的水可以是自来水、软化水、去离子水中的一种或多种。工业生产中采用自来水即可。
本发明所述大豆蛋白胶黏剂在木器加工中的应用。
本发明的有益效果在于：
1)本发明制备的胶合板用改性大豆蛋白胶黏剂主要成分是豆粕，具有价格低、易处理可再生的优势，且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。
2)本发明的大豆蛋白胶黏剂是利用脱脂豆粕粉加工而成，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。
3)通过表面修饰，使纳米纤维素表面接枝上了环氧基团等活性基团，易与能与蛋白质中-NH2和-COOH等基团，提高固化产物交联密度，从而显著提高改性大豆蛋白胶黏剂耐水性能。实验结果表明制备的胶黏剂不仅能够满足胶合板用胶粘剂的耐水要求达到国标中II类胶合板要求。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明实施例中所采用的豆粕购自山东香驰粮油有限公司，蛋白质含量43％以上，经粉碎处理，过100目筛。
胶体磨型号JMS-110，购自廊坊冠通机械有限公司。均质机为同一厂家的配套设备。
实施例中，如无特殊说明，所使用的手段均为本领域常规的技术手段。
实施例1改性纳米纤维素的制备
纳米纤维素改性原料的重量份配比为：分散介质：90份，纳米纤维素：10份、表面修饰剂：20份。改性过程按如下的步骤进行：
1)将表面修饰剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷分散在乙醇/水混合溶剂中(90/10，V/V)，2)用醋酸调节pH值至4.0；3)加入纳米纤维素；4)回流反应4小时；5)过滤，干燥，备用。
本实施例制备的改性纳米纤维素用于后续试验。
实施例2
1)按以下重量配比进行备料：
2)在配有搅拌器、温度计和冷凝装置的反应釜中(反应在常温下进行)，加入全部的自来水、豆粕粉搅拌均匀。
3)加入丙三醇三缩水甘油醚和改性纳米纤维素并搅拌均匀，制得均匀大豆蛋白粘液。
4)上述粘液过胶体磨后经均质机处理，均质压力为25MPa。
以相同的工艺制备三批平行样品，处理得到的胶黏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：
2)在配有搅拌器、温度计和冷凝装置的反应釜中，加入全部的自来水、豆粕粉、搅拌均匀。
3)加入乙二醇二缩水甘油醚和改性纳米纤维素并搅拌均匀，制得均匀大豆蛋白粘液。
4)上述粘液过胶体磨后经均质机处理，均质压力28MPa。
所得大豆蛋白胶黏剂的质量指标见表1。
实施例3
1)按以下重量配比进行备料：
2)在配有搅拌器、温度计和冷凝装置的反应釜中，加入全部的自来水、豆粕粉、搅拌均匀。
3)加入乙二醇二缩水甘油醚和改性纳米纤维素并搅拌均匀，制得均匀大豆蛋白粘液。
4)上述粘液过胶体磨后经均质机处理，均质压力25MPa。
其中，大豆蛋白胶粘剂的质量指标见表1。
表1大豆蛋白胶粘剂的性能指标
制备的胶黏剂样品贮存期3-5天(3-5天后有局部长霉或变臭，但不影响胶接性能)。
对比例1
原料配方为：
自来水 75重量份
脱脂豆粕粉 25重量份
制备方法同实施例1。
对比例2
原料配方为：
自来水 80重量份
脱脂豆粕粉 35重量份
制备方法同实施例2。
对比例3
原料配方为：
自来水 70重量份
脱脂豆粕粉 20重量份
制备方法同实施例3。
实验例
分别采用本发明实施例1-3和对照例1-3的产品制造三层410×410mm胶合板。
杨木单板：含水率干燥到8-12％；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1-3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300-360g/m2。
陈化方式及时间：闭合陈化，10-30分钟。
热压压力：1.0MPa，热压温度为120℃，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
实验结果表明，本发明无甲醛大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均能达到国标中II类胶合板标准(杨木≥0.70MPa)。
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 (3)

1.一种耐水豆粕胶黏剂，其特征在于，由重量份的以下组分组成：
所述耐水豆粕胶黏剂通过以下步骤制备而得：
S1在配有搅拌器的反应釜中，加入水、脱脂豆粕搅拌均匀；
S2加入增强剂和改性纳米纤维素并搅拌均匀，制得大豆蛋白粘液；
S3大豆蛋白粘液过胶体磨和均质机处理，均质处理的压力为20～40MPa；
其中，所述改性纳米纤维素是用具有环氧基团的表面修饰剂修饰的纳米纤维素，所述改性纳米纤维素的制备方法包括步骤：
1)将表面修饰剂分散在分散介质中，所述表面修饰剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，所述分散介质为水和乙醇体积比为1：8～10的混合物；
2)调节pH值至4.0～4.5；调节pH值的物质选自醋酸、甲酸、柠檬酸中的一种或多种；
3)加入纳米纤维素，回流反应3～5小时；
4)反应混合物过滤，干燥，备用；
其中，制备改性纳米纤维素加入的原料的质量份为：分散介质90～100份、纳米纤维素10份、表面修饰剂10～30份。
2.根据权利要求1所述的耐水豆粕胶黏剂，其特征在于，所述脱脂豆粕为生产食用大豆油的加工剩余物，脱脂豆粕100目以上。
3.根据权利要求1所述的耐水豆粕胶黏剂，其特征在于，所述增强剂为乙二醇二缩水甘油醚或丙三醇三缩水甘油醚，所述增强剂的质量份为6～10份。
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