CN109135662A - 大豆胶及其制备方法以及利用大豆胶生产轻质板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大豆胶及其制备方法以及利用大豆胶生产轻质板的方法，涉及基于蛋白质或其衍生物的粘合剂，以及使用该粘合剂制作胶合板的方法领域，用以解决现有的板材中使用的三醛胶释放甲醛，对人体健康造成威胁的缺陷。本发明所述的大豆胶包括豆粕、水和复合改性交联剂，在纯碱性环境下制备，在利用大豆胶制作轻质板的过程中，预压单位压力为0.6‑0.8MPa，热压单位压力最低为0.4‑0.6MPa，制得的轻质板密度小于400kg/m3，完全符合轻质板的密度要求。本发明所述的大豆胶不含甲醛，可用于加工轻质板，所生产的轻质板密度小，质轻，可以用于轮船、火车、房车、航空包装等领域。

Description

大豆胶及其制备方法以及利用大豆胶生产轻质板的方法
技术领域
本发明涉及一种基于蛋白质或其衍生物的粘合剂，以及使用该粘合剂制作胶合板的方法，具体地说，涉及一种大豆胶及其制备方法以及利用大豆胶生产轻质板的方法。
背景技术
胶合板的使用非常广泛，但因其含有甲醛，成为制约其应用的一大难题。胶合板中所含的甲醛除微量来自于木材本身外，其他主要来源于胶粘剂。目前使用比较多的胶粘剂为“三醛胶”，即：脲醛树脂、酚醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂(或三聚氰胺-尿素-甲醛共缩聚树脂)，三醛胶因甲醛含量高，容易导致室内空气中甲醛含量长期超标，对人体健康造成威胁。因此，环保型胶粘剂逐渐引起各国工业界的重视。
蛋白胶粘剂是以蛋白质作为主要原料的一类天然胶粘剂的总称，可分为动物蛋白胶粘剂和植物蛋白胶粘剂，属于植物蛋白胶粘剂的大豆胶粘剂因能够替代化石资源，原料来源丰富，价格低廉，安全环保等原因显示出了较大的发展潜力，虽然大豆胶粘剂存在粘结强度低、耐水性差等缺陷，但因全球石油资源的有限性和环境污染问题日益受到关注等原因，使得工业应用中重新考虑环境友好型的天然胶粘剂，大豆蛋白胶粘剂再次成为研究热点。
最早的大豆蛋白胶粘剂使用的是大豆分离蛋白，大豆分离蛋白生产成本比较高，在对大豆分离蛋白改性过程中会使用到醛类胶粘剂进行复配改性来提高其粘结强度和胶合耐水性，导致大豆胶粘剂中仍存在游离甲醛。现有的一些无醛大豆蛋白胶粘剂存在粘结能力差、耐水性差的缺陷，因此在制备轻质板的过程中需要较大的预压和热压压力才能达到需要的粘结强度和机械强度，利用市售的大豆胶制作胶合板的过程中，预压单位压力1.2MPa，热压温度在140℃左右，热压单位压力在1.6MPa左右，预压和热压压力过大，一方面成本高，另一方面会造成板材密度过高，限制了其在轮船、火车、房车、航空包装等需要轻质板材的领域的使用，第三，预压和热压压力高，容易对板材造成不可恢复的伤害，进而直接影响轻质板的使用寿命。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种无醛、环保的大豆胶及其制备方法，所制备的胶粘剂具有较好的粘结强度和耐水性。
本发明所述的大豆胶包括如下重量份的组分：豆粕20-40份，水40-80份，复合改性交联剂20-30份；所述复合改性交联剂包括以下重量份的有效组分：2,3-二巯基丙磺酸钠10-20份，酰胺类聚合物30-40份，硫酸锌3-9份、硝酸铝1-3份、十二烷基硫酸钠2-7份、单宁5-10份。
进一步的，为获得更好的改性效果，硫酸锌和硝酸铝的质量比满足3-4：1。硝酸铝能够提高大豆胶的耐水性和湿态剪切强度，但是其凝胶速度太快，因此与硫酸锌配合使用，既能够得到较好的粘结强度，又能够保持合理的干燥时间，便于大豆胶的涂覆。
进一步的，所述酰胺类聚合物为聚酰胺多胺环氧氯丙烷或两性聚丙烯酰胺。
进一步的，所述大豆胶还包括氟化钠，氟化钠的用量为1-2份。
所述大豆胶的制备步骤如下：
(1)水中加入氢氧化钠搅拌，调节pH＝9-11，加入豆粕搅拌处理1-2h；
(2)继续搅拌，在搅拌过程中加入2，3-二巯基丙磺酸钠，搅拌0.8-1.5h后加入酰胺类聚合物，继续搅拌0.5-1h；在搅拌过程中维持pH＝9-11；
(3)加入硫酸锌和硝酸铝继续搅拌，并维持pH＞7；
(4)加入十二烷基硫酸钠，继续搅拌，并维持pH＞7；
(5)加入单宁，继续搅拌0.5-1h后得到成品。
进一步的，所述步骤(5)加入单宁后继续搅拌，然后加入氟化钠搅拌得到成品。加入氟化钠能够显著的改善大豆胶的防腐效果，未添氟化钠的大豆胶可以保存15天左右，添加本发明所述份量的氟化钠后，能够使大豆胶保存3-6个月的期限，显著的延长了大豆胶的保存期限。
优选的，各步骤在室温下进行，步骤(3)和(4)搅拌时间不少于0.5h。
进一步的，所用豆粕经过粉碎后再加入到碱性溶液中搅拌，粉碎后的豆粕能够过200目筛。
本发明中豆粕在碱性条件下进行水解，能够使蛋白质充分地展开，使其暴露更多的极性和非极性基团，为下一步的交联反应奠定基础；在交联反应中，先用2，3-二巯基丙磺酸钠还原，然后进行酰化交联，使蛋白质中的亲核基团如氨基、羟基发生酰化取代，由于蛋白质亲核基团中的氢键在湿润状态下容易破裂，酰化取代后，能够形成耐水的化学键，形成紧凑的网状骨架，使得大豆胶粘剂在湿环境中依然能够保持与木材良好的粘性。硫酸锌与硝酸铝两者相互配合，与蛋白质中游离羧基相互作用形成非水溶性的螯合物，增加大豆胶的粘性。十二烷基硫酸钠，用于调节大豆胶的疏水性，其能够将藏于蛋白质内部的疏水端转向外部，和十二烷基硫酸钠的疏水部位相互作用而形成胶束团，增加胶粘层的疏水性。加入单宁对大豆胶进一步修饰，同时单宁具有显色作用，在胶的涂覆过程中，一般很难确定加入的原料组分是否混合均匀，工人往往通过经验判断，但准确性不好，加入单宁后，大豆胶的色泽与普通的酚醛胶类似，通过肉眼就可以观察胶的分布均匀度。
本发明的另一个目的在于提供一种利用大豆胶生产轻质板的方法。包括以下步骤：
(1)将质轻的木材加工成单板；
(2)利用涂胶机在单板上涂覆大豆胶；
(3)将涂覆大豆胶的单板按照顺序排列进行组坯；
(4)预压：预压单位压力为0.6-0.8MPa；
(5)热压：控制热压温度为115-150℃，优选为150℃，热压单位压力为0.4-1.0MPa,优选为0.4-0.6MPa，热压时间为60s/mm。
(6)将其上下表面进行饰面处理，边角位置处进行加工得到密度小于400kg/m3的成品。
进一步的，所述单板为桐木或杨木，所述杨木优选自意大利产的轻质纯白杨木。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明所制备的大豆胶，色泽与酚醛胶类似，且具有良好的流动性和初粘性，外观与酚醛胶无异；且通过改性，大豆胶具备了良好的耐水性和粘结强度，由于大豆胶的粘度好，在制作轻质板的过程中使用较小的热压单位压力(最小为0.4-0.6MPa)即能够达到较好的粘结强度。
(2)所制得的大豆胶具有良好的使用工艺性，便于涂覆，在实际涂覆之前可以根据需要添加面粉获得流动性和粘性不同的胶来获得不同的涂覆效果，涂布的胶呈均匀的雨点状分布。
(3)原料来源丰富，直接将豆粕粉碎即可，相对于使用大豆分离蛋白的大豆胶成本更低，豆粕是大豆加工过程中的一种下脚料，在制作胶粘剂的同时解决了其作为下脚料的处理问题。
(4)本发明制备的大豆胶，具有良好的色泽(为棕褐色)，在涂覆时方便、直观的观察到是否涂布均匀，在涂胶过程中无须再添加显色剂；且具有较长的保质期，能够保存3-6个月之久。
(5)本发明所制备的大豆胶生产胶合板的设备与三醛胶设备完全一致，无需对现有的使用三醛胶生产胶合板的设备进行改进，其设备相容性好；另外，组坯、陈放等工艺参数也与使用三醛胶的参数基本一致，生产效率与三醛胶相差无几，可以直接将现有设备中使用的三醛胶替换为本发明所述的大豆胶。
(6)本发明所述制作轻质板的方法，能够得到具有较高强度的轻质板，能够满足Ⅱ类板的强度要求；而且在制作轻质板的过程中热压单位压力小，既能够保证轻质板和胶之间的粘结强度，又能够保护单板的纤维结构不被压断。
(7)本发明所生产的轻质板中游离甲醛释放量极低，大豆胶中完全不含甲醛，轻质板中甲醛的来源仅仅是板材本身，游离甲醛的释放量小于0.1mg/L(利用干燥箱法测量)。
(8)本发明所生产的轻质板，密度低于400kg/m3，而现有技术中制备的轻质板的密度一般低于420kg/m3。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步解释。
实施例1
一种大豆胶，包括如下重量份的组分：豆粕30份，水60份，氟化钠1份，复合改性交联剂20份；所述复合改性交联剂包括以下重量份的有效组分：2,3-二巯基丙磺酸钠10份，聚酰胺多胺环氧氯丙烷40份，硫酸锌8份、硝酸铝2份、十二烷基硫酸钠4份、单宁5份。
制备方法为：
(1)将豆粕粉碎后过200目筛；水中加入氢氧化钠搅拌，调节pH＝10，然后加入粉碎的豆粕搅拌处理2h；
(2)继续搅拌，在搅拌过程中加入2，3-二巯基丙磺酸钠，搅拌1.5h后加入聚酰胺多胺环氧氯丙烷，继续搅拌1h；在搅拌过程中维持pH＝9-11；
(3)加入硫酸锌和硝酸铝继续搅拌0.5h，并维持pH＞7；
(4)加入十二烷基硫酸钠，继续搅拌0.5h，并维持pH＞7；
(5)加入单宁，继续搅拌0.5后，加入氟化钠继续搅拌0.5小时得到大豆胶。
上述各步骤在室温下进行，且各步骤搅拌时间不低于0.5h。
实施例1制得的大豆胶为棕黄色，颜色均匀，较为稀薄，与三醛胶的流动性接近。
实施例2
一种大豆胶，包括如下重量份的组分：豆粕40份，水80份，氟化钠1份，复合改性交联剂30份；所述复合改性交联剂包括以下重量份的有效组分：2,3-二巯基丙磺酸钠18份，两性聚丙烯酰胺32份，硫酸锌6份、硝酸铝1.5份、十二烷基硫酸钠4.5份、单宁8份。
制备方法为：
(1)将豆粕粉碎后过200目筛；水中加入氢氧化钠搅拌，调节pH＝11，然后加入粉碎的豆粕搅拌处理1h；
(2)继续搅拌，在搅拌过程中加入2，3-二巯基丙磺酸钠，搅拌0.8h后加入两性聚丙烯酰胺，继续搅拌0.8h；在搅拌过程中维持pH＝9-11；
(3)加入硫酸锌和硝酸铝继续搅拌1h，并维持pH＞7；
(4)加入十二烷基硫酸钠，继续搅拌1h，并维持pH＞7；
(5)加入单宁，继续搅拌0.8h后，加入氟化钠搅拌0.5h得到大豆胶。
上述各步骤在25℃下进行，且各步骤搅拌时间不低于0.5h。
实施例2制得的大豆胶为棕黄色，颜色均匀，较为稀薄，与三醛胶的流动性接近。
实施例3
一种大豆胶，包括如下重量份的组分：豆粕20份，水40份，氟化钠2份，复合改性交联剂26份；所述复合改性交联剂包括以下重量份的有效组分：2,3-二巯基丙磺酸钠12份，聚酰胺多胺环氧氯丙烷25份，两性聚丙烯酰胺15份，硫酸锌9份、硝酸铝3份、十二烷基硫酸钠2份、单宁5份。
制备步骤如下：
(1)将豆粕粉碎后过200目筛；水中加入氢氧化钠搅拌，调节pH＝9，然后加入粉碎的豆粕搅拌处理1-2h；
(2)继续搅拌，在搅拌过程中加入2，3-二巯基丙磺酸钠，搅拌1h后加入聚酰胺多胺环氧氯丙烷、两性聚丙烯酰胺，继续搅拌0.7h；在搅拌过程中维持pH＝9-11；
(3)加入硫酸锌搅拌0.5h，继续加入硝酸铝搅拌0.5h，并维持pH＞7；
(4)加入十二烷基硫酸钠，继续搅拌1h，并维持pH＞7；
(5)加入单宁，搅拌1h后，加入氟化钠搅拌0.5h得到大豆胶。
各步骤在25℃下进行。
实施例3制得的大豆胶为棕黄色，颜色均匀，较为稀薄，与三醛胶的流动性接近。
实施例4
一种利用实施例1制得的大豆胶生产轻质板的方法，包括以下步骤：
(1)将质轻杨木加工成单板，单板厚度为3mm；
(2)将实施例1制得大豆胶中加入面粉，面粉添加量满足下述质量比：大豆胶：面粉＝10：5，用涂胶机在单板上涂覆经过面粉处理的大豆胶，涂布量为180g/m2；
(3)将涂覆大豆胶的单板按照顺序组成三层胶合板，厚度为9mm；
(4)预压：预压单位压力为0.6MPa，预压时间20min；
(5)热压：控制热压温度为150℃，热压单位压力为0.4MPa,热压时间为60s/mm。
(6)将其上下表面进行饰面处理，边角位置处进行加工得到密度小于400kg/m3的成品。
实施例5
一种利用实施例2制得的大豆胶生产轻质板的方法，包括以下步骤：
(1)将质轻的桐木加工成单板，单板厚度为2mm；
(2)将实施例2得大豆胶中加入面粉，面粉添加量满足下述质量比：大豆胶：面粉＝10：4，用涂胶机在单板上涂覆经过面粉处理的大豆胶，涂布量为210g/m2；
(3)将涂覆大豆胶的单板按照顺序上下罗列三层，厚度为6mm；
(4)预压：预压单位压力为0.7MPa，预压时间35min；
(5)热压：控制热压温度为150℃，热压单位压力为0.5MPa,热压时间为60s/mm。
(6)将其上下表面进行饰面处理，边角位置处进行加工得到密度小于400kg/m3的成品。
实施例6
一种利用实施例3制得的大豆胶生产轻质板的方法，包括以下步骤：
(1)将杨木、桐木板材加工成单板，单板厚度为1.5mm；
(2)将实施例1制得大豆胶中加入面粉，面粉添加量满足下述质量比：大豆胶：面粉＝10：5，用涂胶机在单板上涂覆经过面粉处理的大豆胶，涂布量为190g/m2；
(3)将涂覆大豆胶的单板按照顺序排列进行组坯，杨木和桐木间隔放置，中间层为桐木，所述杨木为意大利产轻质纯白杨木，共放置三层，厚度为4.5mm；
(4)预压：预压单位压力为0.8MPa，预压时间40min；
(5)热压：控制热压温度为130℃，热压单位压力为0.6MPa,热压时间为60s/mm。
(6)将其上下表面进行饰面处理，边角位置处进行加工得到密度小于400kg/m3的成品。
将实施例4、5和6得到的胶合板进行性能检测，结果如表1所示。
表1板材性能

Claims (10)

1.一种大豆胶，其特征在于，包括如下重量份的组分：豆粕20-40份，水40-80份，复合改性交联剂20-30份；
所述复合改性交联剂包括以下重量份的有效组分：2,3-二巯基丙磺酸钠10-20份，酰胺类聚合物30-40份，硫酸锌3-9份、硝酸铝1-3份、十二烷基硫酸钠2-7份、单宁5-10份。
2.根据权利要求1所述的大豆胶，其特征在于，所述酰胺类聚合物为聚酰胺多胺环氧氯丙烷或两性聚丙烯酰胺。
3.根据权利要求1所述的大豆胶，其特征在于，所述大豆胶还包括氟化钠，氟化钠的用量为1-2份。
4.一种权利要求1或2所述的大豆胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)水中加入氢氧化钠搅拌，调节pH＝9-11，加入豆粕搅拌处理1-2h；
(2)继续搅拌，在搅拌过程中加入2，3-二巯基丙磺酸钠，搅拌0.8-1.5h后加入酰胺类聚合物，继续搅拌0.5-1h；在搅拌过程中维持pH＝9-11；
(3)加入硫酸锌和硝酸铝继续搅拌，并维持pH＞7；
(4)加入十二烷基硫酸钠，继续搅拌，并维持pH＞7；
(5)加入单宁，继续搅拌0.5-1h后得到成品。
5.根据权利要求4所述的大豆胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)加入单宁后继续搅拌，然后加入氟化钠搅拌得到成品。
6.根据权利要求4所述的大豆胶的制备方法，其特征在于，各步骤在室温下进行。
7.根据权利要求4所述的大豆胶的制备方法，其特征在于，步骤(3)和(4)搅拌时间不少于0.5h。
8.一种利用权利要求1、2或3所述的大豆胶生产轻质板的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将质轻的木材加工成单板；
(2)利用涂胶机在单板上涂覆大豆胶；
(3)将涂覆大豆胶的单板按照顺序排列进行组坯；
(4)预压：预压单位压力为0.6-0.8MPa；
(5)热压：控制热压温度为115-150℃，热压单位压力为0.4-1.0MPa,热压时间为60s/mm；
(6)对上下表面进行饰面处理，边角位置处进行加工得到成品。
9.根据权利要求8所述的利用大豆胶生产轻质板的方法，其特征在于，热压单位压力为0.4-0.6MPa。
10.根据权利要求8所述的利用大豆胶生产轻质板的方法，其特征在于，所述单板为桐木或杨木。
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