CN106977693A - 一种封端异氰酸酯改性大豆蛋白木材胶黏剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种封端异氰酸酯改性大豆蛋白木材胶黏剂的制备方法，本发明中使用小分子封端剂对二异氰酸酯的活性端‑NCO进行封端，以减缓‑NCO基与大豆蛋白的反应速率，延长异氰酸酯改性大豆蛋白胶黏剂的适用期，在高温条件下解封后，‑NCO基恢复活性，可以与降解后的大豆蛋白、木材发生交联反应，形成均匀的空间网状结构，增大其内聚强度，促进大豆蛋白与木材表面形成稳定的化学键，从而提高大豆蛋白基胶黏剂的耐水性。

Description

一种封端异氰酸酯改性大豆蛋白木材胶黏剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种木材胶黏剂领域，具体涉及一种封端异氰酸酯改性大豆蛋白木材胶黏剂的制备方法。
背景技术
目前，市售木材用胶粘剂仍以甲醛基胶粘剂（脲醛树脂、酚醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂）为主，这类胶粘剂虽具有良好的胶接性能和耐水性能，但其在制备、储存、运输和使用等过程中会释放出游离甲醛、游离酚等有害物质，从而对人体健康造成极大危害，同时制备这类胶粘剂的原料来源于不可再生的石油资源。随着全球石油资源的不断减少和环保法规的日益完善，利用可再生的生物质资源为原料制得的环保型木材胶粘剂深受人们的普遍重视，其中，大豆蛋白（PSP）以其资源丰富、可再生和绿色环保等优势，已成为制备木材胶粘剂的理想原料。
天然PSP分子呈紧凑的球形结构，其分子中的疏水基团被包裹在球形结构的内部，亲水基团（如氨基、羟基和羧基等）则暴露在球形结构表面；同时PSP通过氢键、静电吸引力、范德华力、二硫键和疏水作用等形成错综复杂的4级结构，这些结构特性使得制备的大豆蛋白胶黏剂存在固含量低、粘度大、耐水性能及胶合性能差的不足，使实际应用受到很大限制。
异氰酸酯胶黏剂是一类分子链中含有异氰酸酯基（-NCO）及少量氨基甲酸酯（-NH-COO-）的反应型胶黏剂，由于它具有用量小、无甲醛释放、耐水性佳、胶接强度高等优点。因此，在环保型木材胶黏剂的开发研究中，它具有较大的潜力，但是同时它也具有生产成本高、工艺较为复杂且适用期短的缺点，使得它在人造板行业的应用受到了限制。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种封端异氰酸酯改性大豆蛋白木材胶黏剂的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种封端异氰酸酯改性大豆蛋白木材胶黏剂的制备方法，包括以下工艺步骤：
（1）大豆蛋白的超声碱化降解处理：
将45-55重量份浓度为50%的NaOH溶液和320-380份蒸馏水加入到带有搅拌器的反应釜中，边搅拌边缓慢加入200-230份豆蛋白粉料，加料完毕后，将其置于超声细胞粉碎机内，超声探头伸入液体约2cm，采用工作时间5s、间歇时间5s的操作方式，进行超声处理，得到降解后的大豆蛋白液；
（2）二异氰酸酯的封端反应：
将40-60份二苯基甲烷二异氰酸酯加入到带有搅拌器的四口反应器中，置于40-60℃恒温水浴中，使用恒压滴液漏斗逐滴加入90-120份封端剂溶液，开启搅拌器，并通入氮气进行保护，反应2-3小时后，停止搅拌，得到淡黄色浆状物，将其平铺到玻璃板上，真空干燥，以充分去除浆状物中的溶剂过量的封端剂，得到封端改性二异氰酸酯；
（3）混合交联：
将步骤（1）降解后的大豆蛋白液与步骤（2）封端改性二异氰酸酯混合，在常温条件下搅拌混合，加水调节胶黏剂中大豆蛋白固含量至35-40%，搅拌均匀，放料保存。
其中，所述的超声处理工艺条件为：超声功率600-1000W，超声时间20-30分钟。
其中，所述的封端剂是指正丁醇、二乙胺或环已胺其中一种。
其中，其中封端剂溶液是指将封端剂溶于Ｎ,Ｎ-二甲基乙酰胺溶剂中，浓度为30%wt。
其中，所述步骤（2）中真空干燥条件为：在40-70℃真空干燥箱内，真空干燥3-4天。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明中使用超声辅助碱液对大豆蛋白进行降解处理，使肽键发生断裂，黏度降低，球形结构的大豆蛋白分子外翻，使内部的疏水基团暴露出来，使得大豆蛋白的结构更加舒展，超声波产生的空化、机械剪切作用破坏了大豆蛋白中维持蛋白质高级结构的次级键，使肽链变得更加疏松，使大豆蛋白的乳化性质优于单一的超声处理或碱化处理。
（2）本发明中使用小分子封端剂对二异氰酸酯的活性端-NCO进行封端，以减缓-NCO基与大豆蛋白的反应速率，延长异氰酸酯改性大豆蛋白胶黏剂的适用期，在高温条件下解封后，-NCO基恢复活性，可以与降解后的大豆蛋白、木材之间发生交联反应，形成均匀的空间网状结构，增大其内聚强度，促进大豆蛋白与木材表面形成稳定的化学键，从而提高大豆蛋白基胶黏剂的耐水性。
具体实施方式
一种封端异氰酸酯改性大豆蛋白木材胶黏剂的制备方法，包括以下工艺步骤：
（1）大豆蛋白的超声碱化降解处理：
将55重量份浓度为50%的NaOH溶液和380份蒸馏水加入到带有搅拌器的反应釜中，边搅拌边缓慢加入230份豆蛋白粉料，加料完毕后，将其置于超声细胞粉碎机内，超声探头伸入液体约2cm，采用工作时间5s、间歇时间5s的操作方式，进行超声处理，得到降解后的大豆蛋白液；
（2）二异氰酸酯的封端反应：
将60份二苯基甲烷二异氰酸酯加入到带有搅拌器的四口反应器中，置于60℃恒温水浴中，使用恒压滴液漏斗逐滴加入120份封端剂溶液，开启搅拌器，并通入氮气进行保护，反应2小时后，停止搅拌，得到淡黄色浆状物，将其平铺到玻璃板上，真空干燥，以充分去除浆状物中的溶剂过量的封端剂，得到封端改性二异氰酸酯；
（3）混合交联：
将步骤（1）降解后的大豆蛋白液与步骤（2）封端改性二异氰酸酯混合，在常温条件下搅拌混合，加水调节胶黏剂中大豆蛋白固含量至38%，搅拌均匀，放料保存。
其中，所述的超声处理工艺条件为：超声功率1000W，超声时间30分钟。
其中，所述的封端剂是指正丁醇、二乙胺或环已胺其中一种。
其中，其中封端剂溶液是指将封端剂溶于Ｎ,Ｎ-二甲基乙酰胺溶剂中，浓度为30%wt。
其中，所述步骤（2）中真空干燥条件为：在50℃真空干燥箱内，真空干燥4天。

Claims (5)

1.一种封端异氰酸酯改性大豆蛋白木材胶黏剂的制备方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：
（1）大豆蛋白的超声碱化降解处理：
将45-55重量份浓度为50%的NaOH溶液和320-380份蒸馏水加入到带有搅拌器的反应釜中，边搅拌边缓慢加入200-230份豆蛋白粉料，加料完毕后，将其置于超声细胞粉碎机内，超声探头伸入液体约2cm，采用工作时间5s、间歇时间5s的操作方式，进行超声处理，得到降解后的大豆蛋白液；
（2）二异氰酸酯的封端反应：
将40-60份二苯基甲烷二异氰酸酯加入到带有搅拌器的四口反应器中，置于40-60℃恒温水浴中，使用恒压滴液漏斗逐滴加入90-120份封端剂溶液，开启搅拌器，并通入氮气进行保护，反应2-3小时后，停止搅拌，得到淡黄色浆状物，将其平铺到玻璃板上，真空干燥，以充分去除浆状物中的溶剂过量的封端剂，得到封端改性二异氰酸酯；
（3）混合交联：
将步骤（1）降解后的大豆蛋白液与步骤（2）封端改性二异氰酸酯混合，在常温条件下搅拌混合，加水调节胶黏剂中大豆蛋白固含量至35-40%，搅拌均匀，放料保存。
2.根据权利要求书1所述的一种封端异氰酸酯改性大豆蛋白木材胶黏剂的制备方法，其特征在于，所述的超声处理工艺条件为：超声功率600-1000W，超声时间20-30分钟。
3.根据权利要求书1所述的一种封端异氰酸酯改性大豆蛋白木材胶黏剂的制备方法，其特征在于，所述的封端剂是指正丁醇、二乙胺或环已胺其中一种。
4.根据权利要求书1所述的一种封端异氰酸酯改性大豆蛋白木材胶黏剂的制备方法，其特征在于，其中封端剂溶液是指将封端剂溶于Ｎ,Ｎ-二甲基乙酰胺溶剂中，浓度为30%wt。
5.根据权利要求书1所述的一种封端异氰酸酯改性大豆蛋白木材胶黏剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中真空干燥条件为：在40-70℃真空干燥箱内，真空干燥3-4天。
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