CN109251724A - 一种利用超声协同化学改性大豆蛋白基木材胶粘剂的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用超声协同化学改性大豆蛋白基木材胶粘剂的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：分别取一定质量的低温豆粕（70~85℃）和蒸馏水，将其混合成20~25%浓度的胶体混合液，之后采用超声波在处理时间为0.5 min~4 min、超声波振幅为10%~70%的条件下对胶体混合液进行处理；处理结束后，再向混合液中加入上述胶体混合液质量4~9%的化学改性试剂PAE、上述胶体混合液质量1~4%的ZnO，在室温下反应1h后即得到大豆蛋白基木材胶粘剂。经过本发明的超声协同化学改性后的大豆蛋白基木材胶粘剂，其耐水性显著性提高，可达1.21MPa，高于国标II类胶合板（0.7MPa）要求72.86%。

Description

一种利用超声协同化学改性大豆蛋白基木材胶粘剂的方法
技术领域
本发明涉及生物质胶粘剂加工技术，具体说是涉及一种利用超声协同化学改性大豆蛋白基木材胶粘剂的方法。
背景技术
随着我国房地产业、建筑装修业以及家具业的高速发展和人民生活水平的大幅提高，人造板工业得到迅速发展，进而推动了木材胶黏剂行业的快速发展。目前，我国木材用胶黏剂仍主要以“三醛”胶为主，包括脲醛树脂胶、酚醛树脂胶和三聚氰胺甲醛树脂胶，但是在三醛胶的生产和使用过程中，持续释放甲醛，污染环境和危害人体健康，同时石油资源的匮乏和环保意识的增强也使得三醛胶的广泛应用受到限制，因此绿色环保的大豆基木材胶黏剂逐渐成为研究热点。但是大豆蛋白胶黏剂所具有的高粘度、低固体含量，尤其是耐水性能差等缺点，限制了大豆胶的推广应用。所以通过超声波协同化学改性制备性能良好的大豆基木材胶黏剂，以此促进大豆胶在木材行业的应用。
现有的改善大豆基木材胶黏剂的方法主要包括物理法（热改性、超声波改性、超高压改性、微波改性等），化学法（乙酰化、酯化、交联、接枝等）以及酶法。物理方法条件温和，改性效果一般；化学法一直是研究的热点，但树脂交联剂和某些化学试剂对环境仍存有一定危害；而酶法效率高、专一性强以及毒副作用小，但成本较高。
发明内容
本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种利用超声协同化学改性大豆蛋白基木材胶粘剂的方法。本发明以低温豆粕为超声协同化学改性对象，将物理法和化学法结合改善粘结强度、更加安全、环保。本发明的方法可改善大豆基木材胶黏剂的耐水性，使其所制得胶合板达到国标II类胶合板的要求。
所述超声协同化学改性是指对一定浓度的胶体混合液先进行超声处理后加入化学改性试剂A（PAE）、B（ZnO），使其充分反应的方法。超声波的作用机制主要是热机制、机械机制和空穴效应，一定条件下，超声处理可打开胶体混合液中蛋白质分子的空间结构，接着向其中加入改性试剂，以使其更好的充分反应。超声波技术因具有绿色环保、节约能源等优点而逐渐受到人们重视，近年来广泛应用于大豆蛋白功能特性的研究，同时还可用于协助提取、萃取技术的应用。本发明通过超声协同化学改性大豆蛋白基木材胶粘剂，使之所制得胶合板达到国标II类胶合板的要求。
本发明的目的可通过下述技术措施来实现：
首先介绍一下实验背景，超声波改性使大豆蛋白基木材胶粘剂的干强度降低至0.86~1.03MPa，且耐水性为0（即泡水全开），但经超声波改性后溶液均一性变好使其更利于涂抹；化学改性使大豆蛋白基木材胶粘剂的干强度、湿强度均得到显著性的提高，分别可达到1.82~2.10MPa，0.82~0.95MPa，而超声协同化学改性大豆蛋白基木材胶粘剂的湿强度可达1.21MPa。
本发明的利用超声协同化学改性大豆蛋白基木材胶粘剂的方法步骤如下：分别取一定质量的低温豆粕（70~85℃）和蒸馏水，将其混合成20~25%浓度的胶体混合液，之后采用超声波在处理时间为0.5 min~4 min、超声波振幅为10%~70%的条件下对胶体混合液进行处理；处理结束后，再向混合液中加入上述胶体混合液质量4~9%的化学改性试剂PAE、上述胶体混合液质量1~4%的ZnO，在室温下反应1h后即得到大豆蛋白基木材胶粘剂。
本发明中所述所述大豆蛋白基木材胶粘剂的耐水性为1.21MPa。
在本发明方法中超声振幅、超声脉冲比、超声处理时间和改性剂A（PAE）、B(ZnO)配比、反应时间以及反应温度均对大豆蛋白基木材胶粘剂的耐水性具有显著影响。随着超声振幅的增加，大豆蛋白基木材胶粘剂的耐水性均呈先升高后降低的趋势，且均显著高于对照组（未经超声处理）。在一定范围内，提高超声脉冲比和超声处理时间均可以显著改善大豆蛋白基木材胶粘剂的耐水性。
本发明的有益效果如下：
与现有技术相比，本发明具有绿色环保、可显著改善其耐水性的作用，同时具有成本低、设备操作简单安全、便于工业化应用等优点。
以上优点主要体现在以下几方面：第一，超声波能量输出强度大，短时间内可达到理想效果；第二，在超声波处理过程中，操作简单方便，不存在危险，便于工业化应用；第三，超声波协同化学改性的大豆蛋白基木材胶粘剂的耐水性较单独化学改性或单独超声波改性，均具有较好的改善效果，其耐水性可高于国标II类胶合板（0.7MPa）要求72.86%。
附图说明
图1 超声波协同化学示意图（超声时间协同化学）。
图2 超声波协同化学示意图（超声振幅协同化学）。
图3 超声波协同化学示意图（超声脉冲协同化学）。
不同因素条件下联合改性对其湿强度的影响。此组示意图的空白组即为化学改性，是在化学改性的最优条件下再进行超声波不同因素条件下的影响。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述：
本发明中大豆蛋白基木材胶粘剂耐水性的测定是按照GB/T 17657—2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》中，将制备好的胶合板在63±3℃的热水中浸泡3h，取出在室温下放置10min后测定其耐水性。
胶合板的制备：将超声协同化学改性的木材胶粘剂均匀涂布在木板上（涂胶量：180g/m2）形成三层胶合板，进行预压（室温，30min），然后将其放在平板硫化床上进行热压（120℃，1Mpa，60s/mm），热压过后放置24h再进行粘结强度和耐水性的测定。
木条的制备：将胶合板切成数个10cm×2.5cm的木条，然后对木条进行开槽，槽口宽度为2.5cm，即槽口面积为2.5cm×2.5cm。
粘结强度的测定（拉伸剪切法）：用万能试验机从两边拉开胶接好的木块来测定拉断胶处木块的强度，拉伸速度为10mm/min。剪切断胶处的力用来表示大豆蛋白基木材胶粘剂的粘结强度，所得粘结强度为12个平行样的平均值。
实施例1
取洁净的200 ml烧杯，用电子天平称取22g低温粕（70~85℃）并加入78 g的蒸馏水配制22%浓度的大豆蛋白胶。室温下用电动搅拌器快速搅拌10min，然后在超声脉冲比20%，超声处理时间2min的条件下进行超声波处理（只改变超声波振幅：10~70%），接着向烧杯中加入8g的化学改性试剂PAE，继续搅拌5min，再向混合液中加入1.6g ZnO，继续搅拌5min，然后定时1h，得到胶体混合液，接着进行胶合板的制备，用于测定大豆蛋白基木材胶粘剂粘结强度。
实施例2
取洁净的200 ml烧杯，用电子天平称取22g低温粕（70~85℃）并加入78 g的蒸馏水配制22%浓度的大豆蛋白胶。室温下用电动搅拌器快速搅拌10min，然后在超声脉冲比20%，超声振幅30%的条件下进行超声波处理（只改变超声波处理时间：0.5~4 min），接着向烧杯中加入8g的化学改性试剂PAE，继续搅拌5min，再向混合液中加入1.6g ZnO，继续搅拌5min，然后定时1h，得到胶体混合液，接着进行胶合板的制备，用于测定大豆蛋白基木材胶粘剂粘结强度。
实施例3
取洁净的200 ml烧杯，用电子天平称取22g低温粕（70~85℃）并加入78 g的蒸馏水配制22%浓度的大豆蛋白胶。室温下用电动搅拌器快速搅拌10min，然后在超声振幅30%，超声处理时间2min的条件下进行超声波处理（只改变超声波脉冲比：20~100%），接着向烧杯中加入8g的化学改性试剂PAE，继续搅拌5min，再向混合液中加入1.6g ZnO，继续搅拌5min，然后定时1h，得到胶体混合液，接着进行胶合板的制备，用于测定大豆蛋白基木材胶粘剂粘结强度。

Claims (2)

1.一种利用超声协同化学改性大豆蛋白基木材胶粘剂的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：分别取一定质量的低温豆粕（70~85℃）和蒸馏水，将其混合成20~25%浓度的胶体混合液，之后采用超声波在处理时间为0.5 min~4 min、超声波振幅为10%~70%的条件下对胶体混合液进行处理；处理结束后，再向混合液中加入上述胶体混合液质量4~9%的化学改性试剂PAE、上述胶体混合液质量1~4%的ZnO，在室温下反应1h后即得到大豆蛋白基木材胶粘剂。
2.根据权利要求1所述的利用超声协同化学改性大豆蛋白基木材胶粘剂的方法，其特征在于：所述大豆蛋白基木材胶粘剂的耐水性为1.21Mpa。
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