CN108570305B - 一种豆基蛋白胶黏剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种豆基蛋白胶黏剂及其制备方法。本发明首先公开了豆基蛋白胶黏剂包括以下重量份的各原料：50～100份豆粕、5～15份碱、5～30份尿素、20～100份交联剂和50～300份水。本发明进一步公开了上述豆基蛋白胶黏剂的制备方法。本发明所述豆基蛋白胶黏剂的主要原料采用的是市售脱脂豆粕，成本远低于大豆分离蛋白；本发明豆基蛋白胶黏剂中豆基蛋白固体含量高，达到了40～55％，可以节约人造板制造过程中的干燥能耗，降低成本，同时本发明所述豆基蛋白胶黏剂粘度可控，胶合强度高，可用于生产胶合板、刨花板、中密度纤维板和细木板等人造板。

Description

一种豆基蛋白胶黏剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及胶黏剂技术领域。更具体地，涉及一种豆基蛋白胶黏剂及其制备方法。

背景技术

木材工业用胶黏剂绝大多数以释放甲醛的合成树脂胶黏剂为主，此类木制品使用过程中产生的甲醛及挥发性有机化合物等问题会严重危害产业工人和消费者的身心健康。

为了解决现有木材工业用胶黏剂存在的问题和危害，开发绿色环保的无醛胶黏剂具有重要意义。木材加工用生物质大豆蛋白胶黏剂属于资源可再生、无醛环保型胶黏剂，其原料为豆粕，是基于油脂产业的剩余物，其来源丰富、可再生、安全环保，受到研究者们的青睐。

然而，目前国内外研究者所制大豆胶黏剂普遍存在耐水性差、胶合强度低、黏度大、豆蛋白含量低、水分含量高的问题，提高了人造板制备能耗(水分干燥)，增加了人造板生产成本，降低了大豆蛋白的利用率，这些因素给大豆蛋白胶黏剂的工业化生产及应用带来了巨大的困难，限制了其市场推广。

因此，需要提供一种蛋白胶黏剂，以解决上述问题至少一个。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种豆基蛋白胶黏剂，该胶黏剂不但蛋白含量高，粘度低，而且耐水性好、无甲醛释放。

本发明的另一个目的在于提供一种上述豆基蛋白胶黏剂的制备方法，该方法工艺简单易行，适合工业化生产。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明提供了一种豆基蛋白胶黏剂，所述豆基蛋白胶黏剂包括以下重量份的各原料：50～100份豆粕、5～15份碱、5～30份尿素、20～100份交联剂和50～300份水。

进一步，所述豆粕为脱脂大豆豆粕，粒度为50～400目。

进一步，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、氢氧化钡中的一种或几种的混合碱。

进一步，所述交联剂为尿素、乙二醛、戊二醛、异氰酸酯类、酰胺类聚合物中的一种或任意几种的混合物。

其中，所述异氰酸酯类为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯和苯二亚甲基二异氰酸酯中的任意一种；所述酰胺类聚合物为聚丙烯酰胺、聚酰胺环氧氯丙烷和聚酰胺多胺环氧氯丙烷中的任意一种。

进一步，所述豆基蛋白胶黏剂的固体含量为40～55％wt，粘度为200～2000mPa.s，活性期为15～30天。

本发明进一步提供了上述豆基蛋白胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：

1)按各原料的重量份称取豆粕、碱、尿素、交联剂和水；

2)将碱和尿素分散于水后，在搅拌的条件下加入豆粕，搅拌回流反应，冷却，得到豆粕降解液；

3)向豆粕降解液中加入交联剂，共聚，得到豆基蛋白胶黏剂。

优选的，所述搅拌条件为机械搅拌，转速600～1800转/分钟。

优选的，所述搅拌回流反应的温度为50～100℃，时间为1～5小时。

优选的，所述共聚的温度为75～85℃，时间为30～50分钟。

本发明的有益效果如下：

本发明所述豆基蛋白胶黏剂的主要原料采用的是市售脱脂豆粕，成本远低于大豆分离蛋白；本发明豆基蛋白胶黏剂中豆基蛋白固体含量高，达到了40～55％，可以节约人造板制造过程中的干燥能耗，降低成本，同时本发明所述豆基蛋白胶黏剂粘度可控(粘度范围200～2000mPa.s)，胶合强度高，可用于生产胶合板、刨花板、中密度纤维板和细木板等人造板。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

第一方面，本发明实施例提供了一种豆基蛋白胶黏剂，所述豆基蛋白胶黏剂包括以下重量份的各原料：50～100份豆粕、5～15份碱、5～30份尿素、20～100份交联剂和50～300份水。

本发明实施例提供的豆基蛋白胶黏剂，其组成简单，成本低廉，在上述重量份的各原料间的协同复配作用，能够有效提高豆基蛋白胶黏剂的固体含量和粘度，节约人造板制造过程中的干燥能耗，降低成本。具体地，本发明实施例提供的豆基蛋白胶黏剂中豆粕的重量份数可以为50份、60份、70份、80份、90份、100份等；碱的重量份数可以为5份、7份、9份、11份、13份、15份等，尿素的重量份数可以为5份、10份、15份、20份、25份、30份等，交联剂的重量份数可以为20份、40份、60份、80份、100份等，水为50份、100份、150份、200份、250份、300份等。如此设置各组分的重量份数，在降解工艺中有利于提高豆粕降解液的固体含量，于高温强碱条件下，得到低粘度的豆粕降解液；在共聚交联工艺中，使交联剂和豆基蛋白充分反应，保证豆蛋白分子与交联剂接枝共聚，形成豆基蛋白聚合物，利于提高胶黏剂本身的稳定性，增强胶合强度。最终豆基蛋白胶黏剂的固体含量为40～55％wt，粘度为200～2000mPa.s，活性期为15～30天。

具体地，为了提高豆基蛋白胶黏剂的固体含量和胶合强度，所用到的豆粕为脱脂大豆豆粕，粒度为50～400目，例如可以为50目、100目、150目、200目、250目、300目、350目、400目等。

具体地，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、氢氧化钡中的一种或几种的混合碱。所述碱为豆粕创造碱性环境，利于豆粕中大豆蛋白水解，打开蛋白的球状结构，提高大豆蛋白的溶解性，同时降低体系的粘度。

具体地，所述交联剂为尿素、乙二醛、戊二醛、异氰酸酯类、酰胺类聚合物中的一种或任意几种的混合物。其中，所述异氰酸酯类为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯和苯二亚甲基二异氰酸酯中的任意一种；所述酰胺类聚合物为聚丙烯酰胺、聚酰胺环氧氯丙烷和聚酰胺多胺环氧氯丙烷中的任意一种。所述交联剂结构中含有可以与降解肽链结构中的活性基团反应的官能团，提高豆基蛋白胶黏剂的胶合强度。

第二方面，豆基蛋白胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：

1)按重量份称取豆粕、碱、尿素、交联剂和水；

2)将碱和尿素分散于水后，在搅拌条件下加入豆粕，搅拌回流反应，得到豆粕降解液；

3)向豆粕降解液中加入交联剂，共聚，冷却，得到豆基蛋白胶黏剂。

具体地，在搅拌条件下加入豆粕，所述搅拌条件为机械搅拌，转速600～1800转/分钟，例如可以为600转/分钟、800转/分钟、1000转/分钟、1200转/分钟、1400转/分钟、1600转/分钟、1800转/分钟。在该搅拌条件下，可加速豆粕溶解，使豆粕中大豆蛋白在碱性条件下水解，打开蛋白的球状结构，使肽链中的活性基团如氨基、羧基、羟基和其他的反应性基团较多的暴露出来，降低肽链分子量，提高大豆蛋白的溶解性，同时降低体系的粘度。

具体地，在豆粕溶解后，搅拌回流反应，搅拌回流反应的温度为50～100℃，时间为1～5小时，例如温度可以为50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃等，时间可以为1小时、2小时、3小时、4小时、5小时等。本发明中搅拌回流温度和时间对豆粕降解液的粘度和水解程度有着直接的影响，回流温度低，水解反应速率较慢，回流时间短，水解程度较低，不利于降低豆粕降解液的粘度，从而影响后期共聚改性得到的豆基蛋白胶黏剂的性能。

具体地，向豆粕降解液中加入交联剂，共聚，共聚的温度为75～85℃，时间为30～50分钟，例如温度可以为75℃、78℃、80℃、82℃、85℃等，时间可以为30分钟、35分钟、40分钟、45分钟、50分钟等，所述交联剂结构中含有可以与降解肽链结构中的活性基团反应，通过控制共聚温度和时间，可制备出高胶合强度的豆基蛋白胶黏剂。

以下将通过具体实施例进一步地描述本发明。

本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

本发明中下述实施例中三层杨木胶合板的压制过程为：杨木单板经过涂胶、冷压、热压、陈放过程得到，其中，涂胶量为280～320g/m²，涂胶后在1.2MPa下冷压30分钟，冷压后在温度为110～160℃，压力为1.0～1.6MPa，热压40～80s/mm；热压后在室温下陈放24小时。按照国家标准GB/T17657-2013规定，胶合板的II类胶合强度测试如下：将三层杨木胶合板锯成A型试样，将A型试样在63℃下浸泡3小时，然后在室温冷却十分钟马上在万用拉伸机测试。

实施例1

本实施例提供了一种豆基蛋白胶黏剂，该豆基蛋白胶黏剂通过如下方法制备得到：

1)将9份氢氧化钠、15份尿素分散于200份水中，在转速为1000转/分钟的搅拌条件下加入100份脱脂大豆豆粕(粒度为50目)，升温至65℃，搅拌回流3小时，得到豆粕降解液；

2)豆粕降解液中加入20份戊二醛，在75℃保持0.5小时，冷却至室温，得到豆基蛋白胶黏剂。

经测试，所得的豆基蛋白胶黏剂的粘度为1250mPa.s，固体含量为41.2％。

将其用于三层杨木胶合板的压制，并进行II类胶合强度的测试，测得胶合强度为0.82Mpa。

实施例2

本实施例提供了一种豆基蛋白胶黏剂，该豆基蛋白胶黏剂通过如下方法制备得到：

1)将5份氢氧化钠、4份氢氧化钾和20份尿素分散于200份水中，在转速为600转/分钟的搅拌条件下加入100份脱脂大豆豆粕(粒度为400目)，升温至95℃，搅拌回流2小时，得到豆粕降解液；

2)豆粕降解液中加入50份聚酰胺多胺环氧氯丙烷，在85℃保持50分钟，冷却至室温，出料，得到豆基蛋白胶黏剂。

经测试，所得的豆基蛋白胶黏剂的粘度为1960mPa.s，固体含量为46.8％。

将其用于三层杨木胶合板的压制，并进行II类胶合强度的测试，测得胶合强度为1.44Mpa。

实施例3

本实施例提供了一种豆基蛋白胶黏剂，该豆基蛋白胶黏剂通过如下方法制备得到：

1)将10.5份氢氧化钠、20份尿素分散于300份水中，在转速为1800转/分钟的搅拌条件下加入100份脱脂大豆豆粕(粒度为200目)，升温至85℃，搅拌回流1小时，得到豆粕降解液；

2)豆粕降解液中加入35份戊二醛，在80℃保持40分钟，冷却至室温，得到豆基蛋白胶黏剂。

经测试，所得的豆基蛋白胶黏剂的粘度为960mPa.s，固体含量为35.6％。

将其用于三层杨木胶合板的压制，并进行II类胶合强度的测试，测得胶合强度为0.94Mpa。

实施例4

本实施例提供了一种豆基蛋白胶黏剂，该豆基蛋白胶黏剂通过如下方法制备得到：

1)将10.5份氢氧化钾、25份尿素分散于300份水中，在转速为1500转/分钟的搅拌条件下加入100份脱脂大豆豆粕(粒度为300目)，升温至90℃，搅拌回流5h，得到豆粕降解液；

2)豆粕降解液中加入60份乙二醛，在75℃保持35分钟，冷却至室温，得到豆基蛋白胶黏剂。

经测试，所得的豆基蛋白胶黏剂的粘度为560mPa.s，固体含量为38.6％。

将其用于三层杨木胶合板的压制，并进行II类胶合强度的测试，测得胶合强度为1.13Mpa。

试验例1

本试验例分析了共聚时间和共聚温度对于豆基蛋白胶黏剂粘度和胶合强度的影响。

1)将11份氢氧化钠、20份尿素分散于150份水中，在转速为800转/分钟的搅拌条件下加入100份脱脂大豆豆粕(粒度为200目)，升温至80℃，搅拌回流3小时，得到豆粕降解液；

2)豆粕降解液中加入50份聚丙烯酰胺，共聚，所述共聚的温度和时间如表1所示，冷却至室温，得到豆基蛋白胶黏剂。

测试所得的豆基蛋白胶黏剂的粘度和固体含量，并将其用于三层杨木胶合板的压制，并进行II类胶合强度的测试，测得胶合强度。结果如表1所示。

表1共聚温度和时间正交试验结果

实验编号	共聚温度	共聚时间	产物粘度/mPa.s	胶合强度/MPa	固体含量/％
						1	85℃	50min	680	0.52	41.49
2	85℃	40min	685	0.69	42.20
						3	85℃	30min	395	1.26	42.89
4	80℃	50min	430	0.78	41.70
						5	80℃	40min	298	1.24	42.41
6	80℃	30min	255	0.46	43.09
						7	75℃	50min	305	1.06	41.92
8	75℃	40min	330	0.46	42.61
						9	75℃	30min	315	0.57	43.29

从表1中可以看出，共聚时间和共聚温度对豆基蛋白胶黏剂粘度、胶合强度和固体含量的具有一定的影响，当共聚的温度为75～85℃，时间为30～50分钟时均具有较优的粘度、胶合强度和固体含量，结合实际生产需求，确定最佳共聚温度80℃；共聚时间40min。

试验例2

本试验例以80℃共聚温度，40min共聚时间分析不同重量份的各原料得到的豆基蛋白胶黏剂粘度、胶合强度和固体含量的情况。

1)将碱、尿素分散于水中，在转速为1200转/分钟的搅拌条件下加入脱脂大豆豆粕(粒度为200目)，升温至80℃，搅拌回流3小时，得到豆粕降解液；

2)豆粕降解液中加入交联剂，在80℃保持40分钟，冷却至室温，得到豆基蛋白胶黏剂。

其中，所述碱、尿素、脱脂大豆豆粕、水和交联剂的重量份如表2所示。测试所得的豆基蛋白胶黏剂的粘度和固体含量，并将其用于三层杨木胶合板的压制，并进行II类胶合强度的测试，测得胶合强度。结果如表2所示，从表2可以看出在以80℃共聚温度，40min共聚时间的情况下得到的豆基蛋白胶黏剂的粘度、固体含量、胶合强度均较优。

表2不同重量份的各原料的豆基蛋白胶黏剂的试验结果

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种豆基蛋白胶黏剂，其特征在于，所述豆基蛋白胶黏剂包括以下重量份的各原料：50-100份豆粕、5-15份碱、5-30份尿素、20-100份交联剂和50-300份水；其中，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、氢氧化钡中的一种或几种的混合碱；

并通过以下步骤制备：

将碱和尿素分散于水后，在搅拌条件下加入豆粕，搅拌回流反应，得到豆粕降解液；

向豆粕降解液中加入交联剂，共聚，冷却，得到豆基蛋白胶黏剂；

其中，所述搅拌回流反应的温度为80℃，时间为3小时；所述共聚的温度为80℃，时间为40分钟。

2.根据权利要求1所述的豆基蛋白胶黏剂，其特征在于，所述豆粕为脱脂大豆豆粕，粒度为50-400目。

3.根据权利要求1所述的豆基蛋白胶黏剂，其特征在于，所述交联剂为尿素、乙二醛、戊二醛、异氰酸酯类、酰胺类聚合物中的一种或任意几种的混合物。

4.根据权利要求3所述的豆基蛋白胶黏剂，其特征在于，所述异氰酸酯类为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯和苯二亚甲基二异氰酸酯中的任意一种；所述酰胺类聚合物为聚丙烯酰胺、聚酰胺环氧氯丙烷和聚酰胺多胺环氧氯丙烷中的任意一种。

5.一种如权利要求1-4任一所述的豆基蛋白胶黏剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

按权利要求1-4任一所述的豆基蛋白胶黏剂的各原料的重量份称取豆粕、碱、尿素、交联剂和水；

将碱和尿素分散于水后，在搅拌条件下加入豆粕，搅拌回流反应，得到豆粕降解液；

向豆粕降解液中加入交联剂，共聚，冷却，得到豆基蛋白胶黏剂；

其中，所述搅拌回流反应的温度为80℃，时间为3小时；所述共聚的温度为80℃，时间为40分钟。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌条件为转速600-1800转/分钟。