CN107674170A - 水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂及其制备方法和胶合板 - Google Patents

水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂及其制备方法和胶合板 Download PDF

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Abstract

本发明属于胶黏剂技术领域，尤其涉及一种水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂及其制备方法和胶合板，其制备方法包括以下步骤：(一)大豆分离蛋白水解物的制备：用去离子水将大豆分离蛋白配制成质量浓度为12.5％的悬浊液，然后向悬浊液中添加固态氢氧化钠，并搅拌均匀，使悬浊液的温度保持75‑95摄氏度，水解20‑60分钟后冷却出料，得到茶褐色半透明至透明的胶液，其中所述固态氢氧化钠与绝干大豆分离蛋白的质量比为1‑3％；(二)水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂的合成，其中绝干大豆分离蛋白水解物与上述尿素总质量的质量比为5‑15％。本发明提供的水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂和胶合板具有良好的综合性能。

Description

水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂及其制备方法和胶合板
技术领域
本发明属于胶黏剂技术领域，尤其涉及一种水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂及其制备方法和胶合板。
背景技术
木材胶黏剂的用量日益增大，并且仍以“三醛胶”为主。由于三醛胶及其制品在使用过程中会释放出危害人体健康的游离甲醛，并且在自然环境中其降解时间可能需要上百年甚至更长时间，有些根本不能降解。因此，三醛胶的发展受到极大限制。
近年来，随着人们环保意识的不断增强，可降解高分子合成材料的研究已上升到炙热阶段，并且改性淀粉胶黏剂、改性大豆蛋白胶黏剂等天然可再生资源胶黏剂的研究日益受到人们的关注。然而，大豆蛋白胶黏剂的力学性能和耐水性能较差，故而使用范围受到一定的限制。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种力学性能和耐水性能好的水解大豆蛋白改性尿醛树脂。
为达到上述技术目的，本发明提供一种水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂的制备方法，包括以下步骤：
(一)大豆分离蛋白水解物的制备
用去离子水将大豆分离蛋白配制成质量浓度为12.5％的悬浊液，然后向悬浊液中添加固态氢氧化钠，并搅拌均匀，使悬浊液的温度保持75-95摄氏度，水解20-60分钟后冷却出料，得到茶褐色半透明至透明的胶液，其中所述固态氢氧化钠与绝干大豆分离蛋白的质量比为1-3；
(二)水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂的合成
将甲醛投入到三口烧瓶中，用质量浓度为20％的氢氧化钠水溶液调节pH至8.0-8.5，加入聚乙烯醇和三聚氰胺，升温至40摄氏度，然后加入尿素和水解大豆分离蛋白，升温至60摄氏度，保温反应20分钟，微调反应液的pH至7.5-7.8，加入尿素升温至90摄氏度，保温反应40分钟，再用氢氧化钠水溶液调节反应液的pH至8.0-8.5，加入三聚氰胺，保温反应30分钟，然后用质量浓度20％的甲酸溶液调节pH至6.2-6.5，保温反应40分钟，待40摄氏度水中出现浑浊点并延后3-5分钟时，调节pH至8.0-8.5，冷却至85摄氏度，加入三聚氰胺，保温反应20-30分钟，最后冷却至45摄氏度，调节pH至7.5-8.0，出料即可，其中绝干大豆分离蛋白水解物与上述尿素总质量的质量比为5-15。
作为一种改进，所述悬浊液中加入所述固态氢氧化钠与绝干大豆分离蛋白的质量比为2，悬浊液的温度保持85摄氏度，水解时间为40分钟，所述绝干大豆分离蛋白水解物与所述尿素总质量的质量比为10。
作为一种改进，所述悬浊液中加入所述固态氢氧化钠与绝干大豆分离蛋白的质量比为1％，悬浊液的温度保持85摄氏度，水解时间为40分钟，所述绝干大豆分离蛋白水解物与所述尿素总质量的质量比为15％。
本发明还提供一种根据权利要求1所述的水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂的制备方法制备的水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂。
本发明还提供一种胶合板，，将水解大豆分离蛋白和权利要求4制备的水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂按照100:1的质量比均匀混合，涂抹在单板的施胶面上，然后采用热压工艺将单板压合。
作为进步一地改进，所述单板为幅面为350mm*350mm*2mm、含水量为8％-10％的杨木单板，双面施胶量为320克/平方米，陈放时间为30分钟，预压单位压力为1MPa，预压时间为20分钟，所述热压温度为120摄氏度，热压压力为1.0-1.2MPa，热压时间为1分钟/mm。
本发明提供的水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂，其中大豆分离蛋白主要由11S和7S两种球蛋白所组成，由于大豆球蛋白的3级结构为紧密球状结构，故大豆分离蛋白结构中-NH2、-COO-和-CONH等亲水性基团与水分子具有极强的亲和力，借助氢键与水分子紧密连接，可将极性水分子吸附至蛋白质周围，而疏水性残基则可通过疏水键相互结合在蛋白质分子中心，因此，本申请在碱性条件下将大豆分离蛋白水解，破坏其2、3级结构，然后将大分子肽链适当水解，使其成为氨基酸、部分肽链所组成的复杂水解大豆分离蛋白溶液，提高溶解性、增加了活性基团和疏水性基团的数量，有利于改善尿醛树脂胶黏剂的使用性能。
大豆分离蛋白水解物的制备过程中，保持75-95摄氏度的水解温度进行低热处理，能使蛋白质原有的紧密有序结构变得更加松散无序，使内部的巯基和大豆分离蛋白所含的非极性氨基酸，如亮氨酸、异亮氨酸等隐性疏水残基，通过疏水键相互结合在蛋白质分子中心，经过一定程度水解后，大豆分离蛋白疏水基外漏，其与甲醛和氨基酸之间形成足够的化学键，并形成结构紧凑的网状骨架，从而有效组织了水分子侵入所致的润张对氢键的破坏，一均匀分布的奶水化学键为骨干核心，与大量氢键共同形成的合力，可有效保证干态胶接强度和耐水性。
经部分水解后，大豆分离蛋白水解液中含有部分氨基酸及低肽，裹在蛋白内部的活性基团外漏概率增加。在加成-缩聚反应过程中，不仅存在甲醛和蛋白质氨基酸残基之间的交联反应(使材料分子机构中的C＝N双键及C＝C双键形成稳定的共轭体系)，而且蛋白质分子间、分子内的交联反应导致大分子聚集，使产物的相对分子质量增大，宏观表现为胶液黏度上升。
本申请控制合适的水解时间，以控制游离甲醛的含量在较低的水平，采用合适的碱用量，以控制大豆分离蛋白水解液中的pH值，增大水解度，增加脱水程度，使体系固含量降低，控制水解大豆分离蛋白对尿素的替代率即绝干大豆分离蛋白水解物与尿素的质量比，以控制较高的胶结强度，有利于提高树脂的适用期，并且游离甲醛也满足相关标准要求。
本申请的水解大豆分离蛋白和甲醛-尿素共具体发生了接枝、交联反应，即产物的预期结构被成功合成。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例具体采用以下原料进行试验：
大豆分离蛋白，食用级(蛋白纯度大于90％)，安阳市得天力食品有限责任公司；
35％-37％甲醛，分析纯，广东汕头市西陇化工厂；
尿素，分析纯，衢州化工集团公司；
聚乙烯醇，工业级，安徽皖维高新材料股份有限公司；
三聚氰胺，工业级，富阳永兴化工有限公司；
氯化铵，分析纯，南京宁试化学试剂公司；
氢氧化钠，分析纯，西陇化工有限公司；
甲酸，分析纯，成都市科龙化工试剂厂。
实施例一
水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂的制备方法，包括以下步骤：
(一)大豆分离蛋白水解物的制备
用去离子水将大豆分离蛋白配制成质量浓度为12.5％的悬浊液，然后向悬浊液中添加固态氢氧化钠，并搅拌均匀，使悬浊液的温度保持75摄氏度，水解20分钟后冷却出料，得到茶褐色半透明至透明的胶液，其中所述固态氢氧化钠与绝干大豆分离蛋白的质量比为1；
(二)水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂的合成
将甲醛投入到三口烧瓶中，用质量浓度为20％的氢氧化钠水溶液调节pH至8.0-8.5，加入聚乙烯醇和三聚氰胺，升温至40摄氏度，然后加入尿素和水解大豆分离蛋白，升温至60摄氏度，保温反应20分钟，微调反应液的pH至7.5-7.8，加入尿素升温至90摄氏度，保温反应40分钟，再用氢氧化钠水溶液调节反应液的pH至8.0-8.5，加入三聚氰胺，保温反应30分钟，然后用质量浓度20％的甲酸溶液调节pH至6.2-6.5，保温反应40分钟，待40摄氏度水中出现浑浊点并延后3-5分钟时，调节pH至8.0-8.5，冷却至85摄氏度，加入三聚氰胺，保温反应20-30分钟，最后冷却至45摄氏度，调节pH至7.5-8.0，出料即可，其中绝干大豆分离蛋白水解物与上述尿素总质量的质量比为5。
实施例二
水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂的制备方法，包括以下步骤：
(一)大豆分离蛋白水解物的制备
用去离子水将大豆分离蛋白配制成质量浓度为12.5％的悬浊液，然后向悬浊液中添加固态氢氧化钠，并搅拌均匀，使悬浊液的温度保持85摄氏度，水解40分钟后冷却出料，得到茶褐色半透明至透明的胶液，其中所述固态氢氧化钠与绝干大豆分离蛋白的质量比为2；
(二)水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂的合成
将甲醛投入到三口烧瓶中，用质量浓度为20％的氢氧化钠水溶液调节pH至8.0-8.5，加入聚乙烯醇和三聚氰胺，升温至40摄氏度，然后加入尿素和水解大豆分离蛋白，升温至60摄氏度，保温反应20分钟，微调反应液的pH至7.5-7.8，加入尿素升温至90摄氏度，保温反应40分钟，再用氢氧化钠水溶液调节反应液的pH至8.0-8.5，加入三聚氰胺，保温反应30分钟，然后用质量浓度20％的甲酸溶液调节pH至6.2-6.5，保温反应40分钟，待40摄氏度水中出现浑浊点并延后3-5分钟时，调节pH至8.0-8.5，冷却至85摄氏度，加入三聚氰胺，保温反应20-30分钟，最后冷却至45摄氏度，调节pH至7.5-8.0，出料即可，其中绝干大豆分离蛋白水解物与上述尿素总质量的质量比为10。
实施例三
水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂的制备方法，包括以下步骤：
(一)大豆分离蛋白水解物的制备
用去离子水将大豆分离蛋白配制成质量浓度为12.5％的悬浊液，然后向悬浊液中添加固态氢氧化钠，并搅拌均匀，使悬浊液的温度保持95摄氏度，水解60分钟后冷却出料，得到茶褐色半透明至透明的胶液，其中所述固态氢氧化钠与绝干大豆分离蛋白的质量比为3；
(二)水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂的合成
将甲醛投入到三口烧瓶中，用质量浓度为20％的氢氧化钠水溶液调节pH至8.0-8.5，加入聚乙烯醇和三聚氰胺，升温至40摄氏度，然后加入尿素和水解大豆分离蛋白，升温至60摄氏度，保温反应20分钟，微调反应液的pH至7.5-7.8，加入尿素升温至90摄氏度，保温反应40分钟，再用氢氧化钠水溶液调节反应液的pH至8.0-8.5，加入三聚氰胺，保温反应30分钟，然后用质量浓度20％的甲酸溶液调节pH至6.2-6.5，保温反应40分钟，待40摄氏度水中出现浑浊点并延后3-5分钟时，调节pH至8.0-8.5，冷却至85摄氏度，加入三聚氰胺，保温反应20-30分钟，最后冷却至45摄氏度，调节pH至7.5-8.0，出料即可，其中绝干大豆分离蛋白水解物与上述尿素总质量的质量比为15。
实施例四
水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂的制备方法，包括以下步骤：
(一)大豆分离蛋白水解物的制备
用去离子水将大豆分离蛋白配制成质量浓度为12.5％的悬浊液，然后向悬浊液中添加固态氢氧化钠，并搅拌均匀，使悬浊液的温度保持85摄氏度，水解40分钟后冷却出料，得到茶褐色半透明至透明的胶液，其中所述固态氢氧化钠与绝干大豆分离蛋白的质量比为1％；
(二)水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂的合成
将甲醛投入到三口烧瓶中，用质量浓度为20％的氢氧化钠水溶液调节pH至8.0-8.5，加入聚乙烯醇和三聚氰胺，升温至40摄氏度，然后加入尿素和水解大豆分离蛋白，升温至60摄氏度，保温反应20分钟，微调反应液的pH至7.5-7.8，加入尿素升温至90摄氏度，保温反应40分钟，再用氢氧化钠水溶液调节反应液的pH至8.0-8.5，加入三聚氰胺，保温反应30分钟，然后用质量浓度20％的甲酸溶液调节pH至6.2-6.5，保温反应40分钟，待40摄氏度水中出现浑浊点并延后3-5分钟时，调节pH至8.0-8.5，冷却至85摄氏度，加入三聚氰胺，保温反应20-30分钟，最后冷却至45摄氏度，调节pH至7.5-8.0，出料即可，其中绝干大豆分离蛋白水解物与上述尿素总质量的质量比为15％。
上述实施例制得的水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂，基本性能(游离甲醛、粘度、固含量和固化时间)按照GB/T14074-2006标准测定，胶结强度：按照GB/T17657-1999标准，采用电子万能试验机进行测定，拉伸速率为10mm/分钟，25摄氏度测定，结构特征：采用红外光谱(FT-IR)法进行表征(KBr压片法制样)，设计数据运用OGIGIN8.0及SPSS11.0软件进行整理及统计分析，测得湿态胶接强度均值为1.16MPa，标准差为0.1106，变异系数为9.53％，游离甲醛占0.1540％，标准差为0.0011，变异系数为0.69％，黏度为19.83秒，标准差为0.9189，变异系数为4.63％，固含量为41.82％，标准差为0.1650，变异系数为0.39％，固化时间为155s，标准差为1.4720，变异系数为0.50％。
以无大豆分离蛋白水解物改性脲醛树脂胶粘剂作为参照，测得各项性能指标为：湿态胶接强度均值为0.85MPa，标准差为0.0787，变异系数为9.26％，游离甲醛占0.1824％，标准差为0.0086，变异系数为4.74％，黏度为14.75秒，标准差为0.5000，变异系数为3.39％，固含量为39.64％，标准差为0.2066，变异系数为0.52％，固化时间为136s，标准差为1.8257，变异系数为1.34％，可见，本申请实施例制得的水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂，各项性能有大大提高，效果显著。
采用上述实施例制得的改性脲醛树脂胶粘剂压制胶合板具有最好的综合性能，胶合板的湿态胶结强度符合GB/T9846-2004标准中的二类胶合板的指标要求，其游离甲醛含量、黏度、固含量和固化时间的变异系数均低于5％，说明水解大豆分离蛋白改性脲醛树脂具有较高的可靠性和稳定性(由于板材的厚度差异、锯路、施胶均匀度等原因造成胶接强度变异系数较高)，另外，胶合板的湿态胶接强度增幅(36.47％)较大、游离甲醛含量降幅达15.57％，说明本申请制成的胶粘剂具有良好的综合性能。
本申请改性脲醛树脂胶粘剂制成的杨木胶合板，杨木单板的双面施胶量为320克/平方米，陈放时间为30分钟，预压单位压力为1MPa，预压时间为20分钟，其中，制胶：按照水解大豆分离蛋白和改性尿醛树脂100:1的质量比，将两者混合均匀即可；热压工艺条件：热压温度为120摄氏度，热压压力为1.0-1.2MPa，热压时间为1分钟/mm，制成的杨木胶合板具有良好的综合性能，其湿态胶接强度达1.16MPa，游离甲醛含量降至0.1540％。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(一)大豆分离蛋白水解物的制备
用去离子水将大豆分离蛋白配制成质量浓度为12.5％的悬浊液，然后向悬浊液中添加固态氢氧化钠，并搅拌均匀，使悬浊液的温度保持75-95摄氏度，水解20-60分钟后冷却出料，得到茶褐色半透明至透明的胶液，其中所述固态氢氧化钠与绝干大豆分离蛋白的质量比为1-3％；
(二)水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂的合成
将甲醛用质量浓度为20％的氢氧化钠水溶液调节pH至8.0-8.5，加入聚乙烯醇和三聚氰胺，升温至40摄氏度，然后加入尿素和水解大豆分离蛋白，升温至60摄氏度，保温反应20分钟，微调反应液的pH至7.5-7.8，加入尿素升温至90摄氏度，保温反应40分钟，再用氢氧化钠水溶液调节反应液的pH至8.0-8.5，加入三聚氰胺，保温反应30分钟，然后用质量浓度20％的甲酸溶液调节pH至6.2-6.5，保温反应40分钟，待40摄氏度水中出现浑浊点并延后3-5分钟时，调节pH至8.0-8.5，冷却至85摄氏度，加入三聚氰胺，保温反应20-30分钟，最后冷却至45摄氏度，调节pH至7.5-8.0，出料即可，其中绝干大豆分离蛋白水解物与上述尿素总质量的质量比为5-15％。
2.根据权利要求1所述的水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂的制备方法，其特征在于，所述悬浊液中加入所述固态氢氧化钠与绝干大豆分离蛋白的质量比为2％，悬浊液的温度保持85摄氏度，水解时间为40分钟，所述绝干大豆分离蛋白水解物与所述尿素总质量的质量比为10％。
3.根据权利要求1所述的水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂的制备方法，其特征在于，所述悬浊液中加入所述固态氢氧化钠与绝干大豆分离蛋白的质量比为1％，悬浊液的温度保持85摄氏度，水解时间为40分钟，所述绝干大豆分离蛋白水解物与所述尿素总质量的质量比为15％。
4.根据权利要求1所述的水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂的制备方法制备的水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂。
5.胶合板，其特征在于，将水解大豆分离蛋白和权利要求4制备的水解大豆分离蛋白改性尿醛树脂按照100:1的质量比均匀混合，涂抹在单板的施胶面上，然后采用热压工艺将单板压合。
6.根据权利要求5所述的胶合板，其特征在于，所述单板为幅面为350mm*350mm*2mm、含水量为8％-10％的杨木单板，双面施胶量为320克/平方米，陈放时间为30分钟，预压单位压力为1MPa，预压时间为20分钟，所述热压温度为120摄氏度，热压压力为1.0-1.2MPa，热压时间为1分钟/mm。
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