CN108203577A - 一种高反应活性豆粕蛋白及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高反应活性豆粕蛋白及其制备方法，胶黏剂由低温脱脂豆粕蛋白粉25重量份、分散介质水65‑70重量份、EMIBF₄ 4‑6重量份、纳米碳酸钙1‑2重量份、尿素2‑4重量份制备而成，制备方法包括分散、高压均质机均质乳化、超声处理和喷雾干燥等步骤；本发明的优点在于：蛋白分子充分舒展，活性基团明显增加，反应活性高，易与环氧类交联剂反应，制备胶黏剂耐水胶接性能高、稳定性高。能够满足人造板胶黏剂的耐水要求，降低胶黏剂成本保证了蛋白胶黏剂的实用性能。

Description

一种高反应活性豆粕蛋白及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种豆粕蛋白，具体地说是一种高反应活性豆粕蛋白及其制备方法，用于木材胶黏剂的制备，属于豆粕蛋白领域。

背景技术

我国珍贵木材资源匮乏，但有丰富的人工林资源，利用人工林速生材和农林加工剩余物通过胶黏剂制备的人造板是人居环境中家具地板、室内装饰装修的主要原材料，2015年，我国人造板总产量3.1亿立方米，约占世界总产量的50%。按每吨胶黏剂平均生产9立方米人造板计算，2015年我国木材胶黏剂消耗量约4000万吨（固体含量50%），其中脲醛树脂及其改性产品占胶黏剂总产量的90%以上，占主导地位。脲醛树脂胶黏剂在木材工业中大量使用是由于其具有其他树脂无法比拟的优势，例如原料充足、价格低廉、水溶性好、胶层颜色浅等。但是脲醛树脂也具有一些明显地缺点，除了耐老化性差、耐水性差、不能用于制备室外用人造板外，其致命的缺点是胶接的人造板存在甲醛释放问题。随着人们生活质量提高，健康和环保意识增强，人们越来越注意到脲醛树脂胶黏剂对人居环境的污染和人们身体健康的损害。采用植物蛋白胶黏剂制备人造板能解决人造板游离甲醛释放量的问题，但存在耐水胶接性能差的问题，通常加入高反应活性交联剂形成网状交联结构而提高胶黏剂耐水胶接性能，但由于蛋白反应活性低，导致蛋白原料颗粒不均匀，交联结构分布不均匀，形成大量弱界面层，虽然平均强度达到要求，但人造板不同区域胶接质量差别大、胶接强度不稳定。

发明内容

为了解决上述问题，本发明设计了一种高反应活性豆粕蛋白及其制备方法，蛋白分子充分舒展，活性基团明显增加，反应活性高，易与环氧类交联剂反应，制备胶黏剂耐水胶接性能高、稳定性高。能够满足人造板胶黏剂的耐水要求，降低胶黏剂成本保证了蛋白胶黏剂的实用性能。

本发明的技术方案为：

一种高反应活性豆粕蛋白，包括以下重量份的组分：

低温脱脂豆粕蛋白粉25重量份、分散介质水65-70重量份、四氟硼酸1-甲基-3乙基咪唑（EMIBF₄）4-6重量份，纳米碳酸钙1-2重量份，尿素2-4重量份。

其中，所述低温脱脂豆蛋白粉中的蛋白含量在质量分数52%，粒径均150～180目。低温脱脂豆蛋白粉可市售购得，如可购自汇福粮油有限公司、周口益海粮油有限公司、中国粮油股份有限公司等，或采用常规脱脂方法制备得到，具体方法本发明对此不作特别限定。

其中，所述的EMIBF₄、纳米碳酸钙、尿素为活化剂，均为市售产品，可购自天津化工有限公司等。采用上述活化剂可有效使蛋白分子舒展和部分断裂、增加蛋白分子上的反应性基团数量和种类，提高豆粕蛋白分子的反应活性。

所述分散介质水选择普通自来水或软化水。

上述高反应活性豆粕蛋白的制备方法，包括如下步骤：

（1）按照重量配比称量各组分，将蛋白粉、尿素均匀分散于分散介质水中，20℃搅拌20分钟；

（2）将步骤（1）得到的混合物加入纳米碳酸钙，用高压均质机，在30MPa压力和0.5MPa的乳化力作用下，均质乳化20分钟；

（3）将EMIBF₄加入步骤（2）得到的混合物，利用20KHz超声处理10分种，喷雾干燥，即得产品。

本发明的优点在于：

1）本发明采用纳米碳酸钙与高压均质，纳米离子如同小磨石促进高压均质的效果，使蛋白颗粒表小且均匀，使尿素变性后3、4级结构进一步破坏，大豆蛋白分子充分舒展和部分断裂，分子体系活性基团数量和种类增加，反应活性提高。离子存在下超声作用使蛋白1、2级结构破坏，分子进一步舒展乃至断开，反应活性进一步提高。

2）本发明采用纳米碳酸钙/高压均质、离子液体/超声结合协同作用，使蛋白颗粒变均匀稳定，蛋白分子在常温下由卷曲状态变充分舒展、断裂，形成均匀的小分子渗透性好，制备胶黏剂解决了普通蛋白胶黏剂胶接干强度不高、胶接稳定性差的问题，并且提高反应活性，使蛋白分子上种类和数量增加，增加了与交联剂的反应能力，降低了交联剂的使用量；

3）本发明对豆粕蛋白活化方法不添加有毒物质，利用在刚性纳米碳酸钙和高压均质过程和离子液体促进的超声作用下对蛋白进行绿色活化处理，效率高、无有害物质释放物，产物反应活性高，用于制备胶黏剂可有效提高胶黏剂性能，降低成本，推进蛋白胶黏剂的应用；

经试验证明：本发明产品反应活性高、容易与环氧类交联剂反应、易形成交联结构，交联密度大，制备胶黏剂性能稳定、弱界面层明显下降，加入少量交联剂可以达到较好的性能，成本降低，产品质量稳定提高。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

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。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。

若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。此外，实施例中所使用的所有各组分原料均为已知的市售产品。

本发明中涉及到的百分号“%”，若未特别说明，指质量百分比；但溶液的百分比，除另有规定外，是指溶液100ml中含有溶质若干克；液体之间的百分比，是指20℃时容量的比例。

实施例1

实施例1

本实施例提供了一种高反应活性豆粕蛋白的制备方法，所述胶黏剂按以下重量配比进行备料：

软化水 75 kg

脱脂豆蛋白粉 25 kg

EMIBF₄ 4kg

纳米碳酸钙 1kg

尿素 2kg

其中，脱脂豆蛋白粉的蛋白含量52%以上，购自汇福粮油有限公司；其他材料购自北京化学试剂有限公司。

本实施例同时提供了上述胶黏剂的制备方法，具体制备步骤如下：

（1）按照重量配比称量各组分，将蛋白粉、尿素均匀分散于分散介质水中，20℃搅拌20分钟；

（2）将步骤（1）得到的混合物加入纳米碳酸钙，用高压均质机，在30MPa压力和0.5MPa的乳化力作用下，均质乳化20分钟；

（3）将EMIBF₄加入步骤（2）得到的混合物，利用20KHz超声处理10分总，喷雾干燥。

实施例2

本实施例提供了一种高反应活性豆粕蛋白的制备方法，所述胶黏剂按以下重量配比进行备料：

软化水 75 kg

脱脂豆蛋白粉 25 kg

EMIBF₄ 6kg

纳米碳酸钙 2kg

尿素 4kg

其中，脱脂豆蛋白粉的蛋白含量52%以上，购自汇福粮油有限公司；其他材料购自北京化学试剂有限公司。

本实施例所述胶黏剂的制备方法同实施例1。

对照例1-3

分别与实施例1-2相比，对照组1为普通豆粕蛋白粉；对照组2为对照组1加入尿素，对照组3为对照组2加入纳米碳酸钙并高压均值；对照组4位对照组2加入EMIBF₄并进行超声处理。

试验例

分别采用本发明实施例1-2和对照例1-3的活性高反应活性豆粕蛋白为原料，按照如下比例和步骤制备胶黏剂：将30g豆粕蛋白加入水中，加入乙二醇二缩水甘油醚作为交联剂3g，在室温下搅拌20分钟混合均匀后作为胶黏剂制备三层胶合板。

杨木单板：含水率干燥到10％；尺寸40cm*40cm*0.15cm。

按以下正常制备工艺：

施胶：涂胶量为400g/m²。

压力、温度、时间：0.8MPa，120℃，6分钟。

按GB/T17657-1999《人造板及饰面人造板理化性能实验方法》检测方法对横拼材产品进行性能检测，检测结果见表1。

表1 胶合板胶合强度

实验结果表明，本发明高反应活性豆粕蛋白可有效的提高蛋白与环氧基交联剂的反应活性，提高制备胶合板的耐水胶接性能，胶合强度按II胶合板检测在1.20MPa以上，能达到水煮12小时以上不开胶，干强度1.2以上，比对照组的提高了50%左右，标准偏差计算显示高反应活性豆粕蛋白制备胶黏剂稳定性明显提升，增强效果显著。

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 (4)

1.一种高反应活性豆粕蛋白，其特征在于，包括以下重量份的组分：

低温脱脂豆粕蛋白粉25重量份、分散介质水65-70重量份、EMIBF₄ 4-6重量份、纳米碳酸钙1-2重量份、尿素2-4重量份。

2.根据权利要求1所述的一种高反应活性豆粕蛋白，其特征在于：所述低温脱脂豆蛋白粉中的蛋白含量为质量分数52%，粒径在150～180目。

3.根据权利要求1所述的一种高反应活性豆粕蛋白，其特征在于：所述分散介质水选择普通自来水或软化水。

4.一种如权利要求1-3任意一项所述的一种高反应活性豆粕蛋白的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）按照重量配比称量各组分，将蛋白粉、尿素均匀分散于分散介质水中，20℃搅拌20分钟；

（2）将步骤（1）得到的混合物加入纳米碳酸钙，用高压均质机，在30MPa压力和0.5MPa的乳化力作用下，均质乳化20分钟；

（3）将EMIBF₄加入步骤（2）得到的混合物，利用20KHz超声处理10分种，喷雾干燥，即得产品。