CN109825249A - 一种耐水防腐大豆蛋白胶黏剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐水防腐大豆蛋白胶黏剂及其制备方法,胶黏剂由大豆分离蛋白粉10‑15份、交联剂3‑5份、改性芳纶纤维0.01‑0.1份、分散介质80‑85份制备而成，制备方法包括芳纶纤维的表面改性和胶黏剂的合成两个步骤。本发明的优点在于：能够满足胶合板用胶黏剂的耐水要求，保证了大豆蛋白胶黏剂的实用性能；彻底解决了普通“三醛”类胶黏剂胶合板带来的室内空气污染问题；改性大豆蛋白胶黏剂具有一定的抗菌性能，可以延长大豆蛋白胶黏剂的使用期。

Description

一种耐水防腐大豆蛋白胶黏剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及胶黏剂及其制备，尤其涉及一种耐水防腐大豆蛋白胶黏剂及其制备方法。

背景技术

随着人造板行业的产量提高，带动木材胶黏剂用量与品种日益增加，目前我国木材工业用胶粘剂中三醛类胶黏剂（脲醛树脂，酚醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂）具有十分重要的地位和作用。三醛类胶黏剂应用于生产各种木质产品时，在其生产和使用过程中都会放出游离甲醛等有害气体，造成生产车间和居住室内毒性气体的存在，严重危害人们的身体健康。同时，人们对环保要求的提高，世界经济也由工业化社会向生态化社会发展，木材胶黏剂工业面临着环境保护等重大问题。因此，面对石油资源的不可再生性，开发环境友好型可再生胶黏剂成为木材行业亟需解决的问题。

生物基胶黏剂是一种天然胶黏剂,其主要成分为高分子，按其化学组成可分为三大类,分别是蛋白质胶，纤维素胶、淀粉胶等碳水化合物胶以及木素、单宁等其他天然树脂胶其中,以含植物蛋白质或者动物蛋白质的物质作为主要原料的蛋白质胶是一种天然环保型胶黏剂。植物蛋白是大宗农产品加工的主要副产品,价格低廉,来源丰富,并且可再生。其中,大豆蛋白是经过大豆油脂加工后的剩余物,其蕴藏和消费量约占全球植物蛋白总量的60%我国种植大豆历史悠久,作为主要油料及粮食作物,大豆包含着40%的大豆蛋白质,保证了大豆蛋白质的来源。

大豆蛋白基胶黏剂原料来源丰富，价格低廉，应用广泛，但仍存在机械强度低、耐水性差和易变质等不可忽视的问题。为改善大豆蛋白胶黏剂的胶接性能，拓展其使用范围，很多学者对大豆蛋白的改性和应用不断进行探索，蛋白质改性技术的发展为改善大豆蛋白胶黏剂性能提供了可能。国外诸多研究人员已经证实，改性大豆蛋白基胶黏剂的胶接强度、黏度、稳定性、耐水性等都比改性前有所改善；但是，这些改性方法效果不显著，大豆蛋白胶黏剂仍存在耐水性差和易变质的问题。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种耐水防腐大豆蛋白胶黏剂及其制备方法。

本发明提供一种耐水防腐大豆蛋白胶黏剂，所述胶黏剂以大豆分离蛋白粉为原料，先采用改性芳纶纤维与其共混，后采用交联剂将大豆分离蛋白和改性芳纶纤维交联得到。

为达到上述目的，本发明采用的第一种技术方案为：一种耐水防腐大豆蛋白胶黏剂，包括以下重量份的组分：大豆分离蛋白粉10-15份、交联剂3-5份、改性芳纶纤维0.01-0.1份、分散介质80-85份。

本发明一个较佳实施例中，所述大豆分离蛋白粉为蛋白含量在90%以上的豆粉，且豆粉粒径在200目以上，优选200-250目，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。

本发明一个较佳实施例中，所述交联剂为丙三醇三缩水甘油醚，为市售产品，可购自武汉金诺化工有限公司等。采用上述交联剂可以与大豆分离蛋白进行反应，形成三维交联网络提高胶黏剂的交联密度，继而提高胶黏剂的耐水性。

本发明一个较佳实施例中，所述分散介质选择普通自来水或蒸馏水。

本发明采用的第二种技术方案为：所述改性芳纶纤维的制备方法，包括：将0.18g儿茶酚、0.09g焦棓酚和0.22g四乙烯五胺溶解在200g蒸馏水中；调节pH至9.0，加入0.1g芳纶纤维在室温下搅拌5个小时，经抽滤、洗涤、在60℃下干燥24h得到改性芳纶纤维。改性后的芳纶纤维表面粗糙度有了显著提高，同时在芳纶纤维表面引入了大量的活性基团，提高了纤维的反应活性。

本发明采用的第三种技术方案为：一种耐水防腐大豆蛋白胶黏剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）按照质量配比称量各组分，将改性芳纶纤维分散于分散介质中，超声辅助分散30分钟；

（2）将大豆分离蛋白粉均匀分散在步骤（1）得到的纤维分散液中，然后水浴升温至30℃搅拌20分钟；

（3）将交联剂加入到步骤（2）得到的混合物中，搅拌10分钟分散均匀即可。

本发明一个较佳实施例中，经实验证明，本发明产品制造的三层胶合板不存在甲醛释放问题，胶合强度按II类胶合板检测在1.60MPa以上，增强效果显著；另外，本发明产品对金色葡萄球菌和大肠杆菌均有一定的抗菌性。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

（1）本发明采用改性芳纶纤维增强大豆蛋白胶黏剂，芳纶纤维表面引入的大量活性基团，有助于芳纶纤维与蛋白形成相互作用，提高胶黏剂的强度；此外，引入的大量儿茶酚、焦棓酚、多胺等活性基团对细菌和真菌有一定的抑制作用，可延长大豆蛋白胶黏剂的使用寿命。

（2）本发明采用交联剂，使环氧基团与蛋白分子中的氨基和芳纶纤维表面的氨基反应，提高了胶黏剂的交联密度，使胶黏剂具有较好的耐水性和胶合强度，63℃水煮3小时不开胶。

（3）本发明作为三层胶合板用胶黏剂，不含有甲醛等有机挥发物，彻底解决了人造板带来的室内空气中有机挥发物的污染问题。

（4）可再生的大豆分离蛋白粉作为胶黏剂的主要原料，有助于解决胶合板中使用化石原料的枯竭问题，符合保护环境和可持续发展的原则。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；

图1是本发明的优选实施例的实验数据对照表。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换，均属于本发明的范围。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规操作方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从市面购买得到。

以下实施例中优选的，一种耐水防腐大豆蛋白胶黏剂，包括以下重量份的组分：大豆分离蛋白粉10-15份、交联剂3-5份、改性芳纶纤维0.01-0.1份、分散介质80-85份。

优选的，所述大豆分离蛋白粉为蛋白含量在90%以上的豆粉，且豆粉粒径在200目以上，优选200-250目，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。

优选的，所述交联剂为丙三醇三缩水甘油醚，为市售产品，可购自武汉金诺化工有限公司等。采用上述交联剂可以与大豆分离蛋白进行反应，形成三维交联网络提高胶黏剂的交联密度，继而提高胶黏剂的耐水性。

本发明一个较佳实施例中，所述分散介质选择普通自来水或蒸馏水。

实施例一

一种耐水防腐大豆蛋白胶黏剂的制备方法，包括步骤如下：

（1）将0.01g改性芳纶纤维分散于85g蒸馏水中，超声辅助分散30分钟；

（2）将15g大豆分离蛋白粉均匀分散在步骤（1）得到的纤维分散液中，然后水浴升温至30℃搅拌20分钟；

（3）将3g交联剂加入到步骤（2）得到的混合物中，搅拌10分钟分散均匀即可。

上述改性芳纶纤维的制备方法如下：

将0.18g儿茶酚、0.09g焦棓酚和0.22g四乙烯五胺溶解在200g蒸馏水中，调节pH至9.0，加入0.1g芳纶纤维在室温下搅拌5个小时，经抽滤、洗涤、在60℃下干燥24h得到改性芳纶纤维。

所得胶黏剂的性能质量指标见表1。

实施例二

一种耐水防腐大豆蛋白胶黏剂的制备方法，包括步骤如下：

（1）将0.03g改性芳纶纤维分散于85g蒸馏水中，超声辅助分散30分钟；

（2）将15g大豆分离蛋白粉均匀分散在步骤（1）得到的纤维分散液中，然后水浴升温至30℃搅拌20分钟；

（3）将3g交联剂加入到步骤（2）得到的混合物中，搅拌10分钟分散均匀即可。

上述改性芳纶纤维的制备方法如下：

将0.18g儿茶酚、0.09g焦棓酚和0.22g四乙烯五胺溶解在200g蒸馏水中，调节pH至9.0，加入0.1g芳纶纤维在室温下搅拌5个小时，经抽滤、洗涤、在60℃下干燥24h得到改性芳纶纤维。

所得胶黏剂的性能质量指标见表1。

实施例三

一种耐水防腐大豆蛋白胶黏剂的制备方法，包括步骤如下：

（1）将0.05g改性芳纶纤维分散于85g蒸馏水中，超声辅助分散30分钟；

（2）将15g大豆分离蛋白粉均匀分散在步骤（1）得到的纤维分散液中，然后水浴升温至30℃搅拌20分钟；

（3）将3g交联剂加入到步骤（2）得到的混合物中，搅拌10分钟分散均匀即可。

上述改性芳纶纤维的制备方法如下：

将0.18g儿茶酚、0.09g焦棓酚和0.22g四乙烯五胺溶解在200g蒸馏水中，调节pH至9.0，加入0.1g芳纶纤维在室温下搅拌5个小时，经抽滤、洗涤、在60℃下干燥24h得到改性芳纶纤维。

所得胶黏剂的性能质量指标见表1。

实施例四

一种耐水防腐大豆蛋白胶黏剂的制备方法，包括步骤如下：

（1）将0.07g改性芳纶纤维分散于85g蒸馏水中，超声辅助分散30分钟；

（2）将15g大豆分离蛋白粉均匀分散在步骤（1）得到的纤维分散液中，然后水浴升温至30℃搅拌20分钟；

（3）将3g交联剂加入到步骤（2）得到的混合物中，搅拌10分钟分散均匀即可。

上述改性芳纶纤维的制备方法如下：

将0.18g儿茶酚、0.09g焦棓酚和0.22g四乙烯五胺溶解在200g蒸馏水中，调节pH至9.0，加入0.1g芳纶纤维在室温下搅拌5个小时，经抽滤、洗涤、在60℃下干燥24h得到改性芳纶纤维。

所得胶黏剂的性能质量指标见表1。

实施例五

一种耐水防腐大豆蛋白胶黏剂的制备方法，包括步骤如下：

（1）将0.1g改性芳纶纤维分散于85g蒸馏水中，超声辅助分散30分钟；

（2）将15g大豆分离蛋白粉均匀分散在步骤（1）得到的纤维分散液中，然后水浴升温至30℃搅拌20分钟；

（3）将3g交联剂加入到步骤（2）得到的混合物中，搅拌10分钟分散均匀即可。

上述改性芳纶纤维的制备方法如下：

将0.18g儿茶酚、0.09g焦棓酚和0.22g四乙烯五胺溶解在200g蒸馏水中，调节pH至9.0，加入0.1g芳纶纤维在室温下搅拌5个小时，经抽滤、洗涤、在60℃下干燥24h得到改性芳纶纤维。

所得胶黏剂的性能质量指标见表1。

对比例一

将15g大豆分离蛋白粉均匀分散在85g蒸馏水中，然后水浴升温至30℃搅拌20分钟。

所得胶黏剂的性能质量指标见表1。

对比例二

（1）将15g大豆分离蛋白粉均匀分散在85g蒸馏水中，然后水浴升温至30℃搅拌20分钟；

（2）将3g交联剂加入到步骤（1）得到的混合物中，搅拌10分钟分散均匀即可。

所得胶黏剂的性能质量指标见表1。

对比例三

（1）将0.05g未处理的芳纶纤维分散在85g蒸馏水中，超声辅助分散30min;

（2）将15g大豆分离蛋白粉均匀分散在上述纤维分散液中，然后水浴升温至30℃搅拌20分钟；

（3）将3g交联剂加入到步骤（2）得到的混合物中，搅拌10分钟分散均匀即可。

所得胶黏剂的性能质量指标见表1。

按下述方法对本发明实施例1-5与对比例1-3制备的改性大豆蛋白胶黏剂进行性能测试：

胶黏剂性能评价实验

杨木板材，参照GB/T9846.7-2004锯制，试样的尺寸：100mm×25mm。施胶面积为25mm×25mm。制板工艺参数：施胶量400g/m2，再送入平板硫化剂，在单位压力1.0～1.2MPa下120℃条件下热压300s，保压60s。胶合强度是将杨木板材粘接固化冷却至室温后浸置于（60±3℃）温水中3h，室温下冷却10分钟后测试，每组10个样取平均值。测试结果见下表1。

表1. 试样胶合强度

测试样	胶合强度（MPa）
		实施例一	0.75
实施例二	0.89
		实施例三	1.25
实施例四	1.68
		实施例五	1.26
对照例一	0.72
		对照例二	0.92
对照例三	0.81

实验结果表明，本发明改性材用常温固化无醛大豆蛋白胶黏剂制造的三层胶合板的甲醛释放量都很低（为木材本体甲醛释放），胶合强度按II胶合板检测在1.60MPa以上，能达到63℃水煮3小时不开胶，比对照组（0.72MPa）的提高了130%左右，增强效果显著。

以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。

Claims (8)

1.一种耐水防腐大豆蛋白胶黏剂，其特征在于：包括包括以下质量份的组分：大豆分离蛋白粉10-15份、交联剂3-5份、改性芳纶纤维0.01-0.1份、分散介质80-85份。

2.根据权利要求1所述的一种耐水防腐大豆蛋白胶黏剂，其特征在于：所述的大豆分离蛋白粉中的蛋白含量不低于90%。

3.根据权利要求1所述的一种耐水防腐大豆蛋白胶黏剂，其特征在于：所述大豆蛋白粉的粒径均大于200目。

4.根据权利要求1所述的一种耐水防腐大豆蛋白胶黏剂，其特征在于：所述交联剂为丙三醇三缩水甘油醚。

5.根据权利要求1所述的一种耐水防腐大豆蛋白胶黏剂，其特征在于：所述分散介质选用普通自来水或蒸馏水。

6.根据权利要求1所述的一种耐水防腐大豆蛋白胶黏剂，其特征在于：所述改性芳纶纤维制备的方法步骤如下：

（1）将0.18g儿茶酚、0.09g焦棓酚和0.22g四乙烯五胺溶解在200g蒸馏水中；

（2）将（1）中的溶液pH调节至9.0，加入0.1g芳纶纤维在室温下搅拌5个小时，经抽滤、洗涤、在60℃下干燥24h，能够得到改性芳纶纤维。

7.根据权利要求6所述的改性芳纶纤维制备方法（2）中，其特征在于：所述芳纶纤维的直径小于50微米。

8.根据权利要求1所述的一种耐水防腐大豆蛋白胶黏剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）按照质量配比称量各组分，将改性芳纶纤维分散于分散介质中，超声辅助分散30分钟；

（2）将大豆分离蛋白粉均匀分散在步骤（1）得到的纤维分散液中，然后水浴升温至30℃搅拌20分钟；

（3）将交联剂加入到步骤（2）得到的混合物中，搅拌10分钟分散均匀即可。