CN110343505A - 一种胶合板用大豆蛋白胶粘剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种胶合板用大豆蛋白胶粘剂，所述大豆蛋白胶粘剂按重量份计，由如下配比的原料制备而成：分散介质70～80份、脱脂豆蛋白粉20～35份、变性剂0.5～2份、乳化剂1～2份、增强剂1～5份、引发剂0.02～0.1份。本发明胶粘剂各组分间良好协同，采用碳酸钠或氢氧化钠对脱脂豆蛋白粉进行变性处理，以甲基丙烯酸缩水甘油酯作为增强剂，解决了普通豆蛋白胶粘剂耐水性差以及工艺繁琐的问题，能够满足胶合板用胶粘剂的耐水使用要求，保证了大豆蛋白胶粘剂的实用性能，并且本发明的胶粘剂制备的胶合板达到国家标准中II类胶合板要求。此外，本发明还提供了一种上述大豆蛋白胶合板用胶粘剂的制备方法，该方法工艺简单，操作方便，适宜推广应用。
Description
技术领域
本发明属于木材加工技术领域，涉及一种胶粘剂及其制备方法，特别涉及一种用于制备胶合板的豆蛋白胶粘剂及其制备方法。
背景技术
木材胶粘剂的发展是影响木材加工行业与衡量木材工业技术发展水平高低的重要标志。我国的人工造林、速丰林、经济林、商品林均在世界占有一席之地，这极大地增加了木材加工业的木材需求量，推动了我国木材加工产业的发展，也进一步推进对木材胶粘剂的需求。
目前木材工业生产中普遍采用的胶粘剂是甲醛系合成树脂，主要是脲醛树脂及其改性产品。虽然经过多年的努力，我国人造板胶粘剂生产水平有了很大提高，人造板及其制品环保特性有了很大改善，但是不少企业生产的人造板及其制品(家具、木地板、室内木质装饰材料等)仍然存在着较为严重的甲醛释放问题，是室内空气污染中甲醛污染的主要来源。而甲醛系合成树脂及其制品在使用过程中释放出的甲醛，不仅造成空气污染，破坏人们的居住环境，也影响着人们的身心健康。
随着不可再生能源逐渐枯竭与人们对环境问题的日益关注，研究开发具有可再生性的环境友好型木材用胶粘剂是木材工业面临的一个重要课题。而醛基胶粘剂的原料大多源自不可再生资源，所以大豆蛋白胶粘剂凭借来源广泛、无毒无害、可再生等优点获得了广大研究学者的青睐，但其也存在着胶接强度低、耐水性差、固体含量低、固化温度高、固化时间长等诸多缺点，严重制约了其产业化生产及推广。如何让通过进一步的改性处理，克服以上缺点，使其成为满足工业生产需要的木材胶粘剂，是一个亟待解决的关键问题，结合前期生产试验探索，化学复合交联改性是一个行之有效的方法。针对我国木材行业的发展现状，开发新型无醛大豆蛋白胶粘剂对我国木材加工行业的发展，提升我国木材制品的整体品质以及引导木制品加工的新方向等，具有重大意义。
此外，中国申请201410511107.2公开了一种木材胶粘剂，由以下重量份数的原料制成：氯化铵2.5～4.2份、丙烯酰胺0.8～1.6份、铝酸盐防水剂1～1.8份、土豆淀粉3～8份、硅藻土3～8份、4～壬酚0.5～1.6份、聚酰胺聚胺环氧氯丙烷树脂2.8～4.6份和柠檬酸三辛酯1.2～3.6份。所述木材胶粘剂价格低廉、绿色环保，保证了木材胶黏剂的低成本和清洁无污染，制得的淀粉基木材胶黏剂的粘接强度和耐水性不仅可以与三醛胶相媲美，而且解决了现有木质品粘接使用的三醛胶带来的醛类有毒化合物污染环境和危害健康的技术缺陷。但实际使用过程中发现，由于其组分复杂，具体生产不便，实用性较差，因此，仍有待提出一种实用的环保且性能优良的环保胶粘剂。
中国申请200810032289.x公开了一种新型木材胶粘剂，该胶粘剂包括以下组分：水：100重量份；含蛋白质的原料：3～45重量份；酸度调节剂：0.01～15重量份，芳香族化合物：0.01～15重量份；固化剂：0.01～15重量份；防腐剂：0.01～15重量份；粘度调节剂：0～15重量份；填料：0～10重量份；催干剂：0～15重量份。所述新型木材胶粘剂在生产与使用过程中几乎无甲醛释放，此外，其具有较高的耐水性。但实际使用过程中发现，由于其组分复杂，且相互间的协同作用不明显，导致其稳定性及粘度不够理想，实用性较差，因此，仍有待提出一种环保且性能优良的豆蛋白胶粘剂。
发明内容
本发明的第一目的是针对现有技术存在的问题，提供一种胶合板用胶粘剂，所述胶粘剂不含甲醛，是一种环保型胶合板用胶粘剂。
本发明的第二目的在于提供一种上述胶合板用胶粘剂的制备方法，所述方法工艺简单，操作方便，适宜推广应用。
为实现第一目的，本发明采用如下技术方案：
所述大豆蛋白胶粘剂按重量份计，由包括如下配比的原料制备而成：分散介质70～80份、脱脂豆蛋白粉20～35份、变性剂0.5～2份、乳化剂1～2份、增强剂1～5份、引发剂0.02～0.1份。
上述胶粘剂以脱脂豆蛋白粉作为主体制备而成，豆蛋白作为一种可再生的资源有助于解决常规胶合板胶粘剂中使用合成化石原料的枯竭问题，符合环境保护与可持续发展原则。且大豆蛋白来源丰富，可以大批量稳定生产，具有很大的优势。
所述豆蛋白胶粘剂是利用脱脂豆蛋白粉加工100目及以上而成，有效的利用了大豆加工剩余物，综合利用资源，节约生产成本，提高了产品的附加值。
其中，上述脱脂豆蛋白粉作为常用的一种大豆加工剩余物为本领域技术人员所了解与容易获取的，本发明对此不作特别限定。
其中，优选所述胶粘剂按重量份计，包括：分散介质72～76份、脱脂豆蛋白粉25～30份、变性剂0.6～1.6份、乳化剂1.1～1.8份、增强剂2～4份、引发剂0.03～0.08份。
上述乳化剂至少包括却不限于十二烷基硫酸钠与十二烷基苯磺酸钠。本领域技术人员可以预见，在保证乳化剂同时含有十二烷基硫酸钠与十二烷基苯磺酸钠的前提下，可以进一步加入其它有效乳化剂来实现本发明，具体的选择为本领域技术人员所掌握。
为了简化胶粘剂的组成，本发明优选采用仅含有十二烷基硫酸钠与十二烷基苯磺酸钠的乳化剂，并进一步发现，当所述乳化剂中十二烷基硫酸钠与十二烷基苯磺酸钠之间的重量份配比为：1～2∶1～2时，能够更好地促成乳化反应，最终得到高质量胶粘剂，其中更优选乳化剂中十二烷基硫酸钠与十二烷基苯磺酸钠之间的重量份配比为：1.2～1.8∶1.2～1.8。
配制乳化剂时，只需准确称量各组方，然后将其混合均匀即可。
本发明中，采用质量浓度为98％以上的甲基丙烯酸缩水甘油酯工业品或化学纯药品作为增强剂，采用碳酸钠或氢氧化钠作为变性剂，采用过硫酸钠作为引发剂，解决了普通豆蛋白胶粘剂耐水性差以及工艺繁琐的问题，能够满足胶合板用胶粘剂的耐水要求，保证了豆蛋白胶粘剂的实用性能，并且由本发明的胶粘剂制备的胶合板达到国家标准中II类胶合板要求。
本发明所述胶粘剂中，所述的分散介质为水，优选为软化水。
本发明对豆蛋白进行处理后作为胶合板用胶粘剂，不含有游离甲醛，胶接的胶合板不存在甲醛释放问题，彻底解决人造板带来的室内空气中的甲醛污染问题。
发明人在实际研究过程中发现，虽然采用现有技术习用的其他乳化剂与增强剂及引发剂取代本发明所述助剂所得胶粘剂，或不加入任何助剂的豆蛋白粘液也具有一定粘性，但在实验测试中发现，上述胶粘剂的稳定性及胶合强度远远不能达标，同时粘度很大，无法在实际应用中推广。而由于本发明所述的胶粘剂各组分及其用量设计科学合理，相互之间形成了最佳的协同效应，因此，胶粘剂的其耐水性与强度均得到了显著提高。
此外，为实现第二目的，本发明采用如下技术方案：
一种上述大豆蛋白胶粘剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将脱脂豆蛋白粉与变性剂加入分散介质中，搅拌均匀，得混合物；
(2)向步骤(1)所得混合物中加入乳化剂，搅拌均匀；
(3)继续加入增强剂与引发剂，搅拌均匀，即得。
本发明所述的制备方法中，其特征在于：所述步骤(1)中将脱脂豆蛋白粉与变性剂加入分散介质中，搅拌均匀后在温度35～75℃，保温2～5小时。
本发明所述的制备方法中，其特征在于：所述步骤(2)中所述混合物降温至室温后加入乳化剂，并搅拌均匀。
本发明所述的制备方法中，其特征在于：所述步骤(3)中加入增强剂与引发剂，搅拌均匀后在温度20～60℃，保温0.5～3小时。
作为本发明的一种最佳实施方式，所述方法包括如下步骤：
(1)将脱脂豆蛋白粉与变性剂加入分散介质中，搅拌均匀后在温度35～75℃，保温2～5小时；
(2)使所述混合物降温至室温后加入乳化剂，并搅拌均匀，使其进行乳化反应；
(3)继续加入增强剂与引发剂，搅拌均匀后在25～60℃下保温1～2.5小时，后冷却至室温，即得大豆蛋白胶粘剂。
采用上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下优点：采用上述技术方案，本发明具有以下优点：
(1)本发明无甲醛豆蛋白胶粘剂使用方便，不必对现有木材胶合板生产设备与工艺做改动，因此不需要增加设备投资。
(2)本发明所述无甲醛胶粘剂价格低廉。此外，本发明制备的胶粘剂可替代含甲醛的常规胶合板胶粘剂，制备胶合板时的总施胶量不变，因此使用成本与脲醛树脂胶粘剂相当，远远低于酚醛树脂胶粘剂使用成本。因此，本发明的豆蛋白胶粘剂具有良好的应用前景。
具体实施方式
实施例1
1)按以下重量配比进行备料：
其中，乳化剂为广西大学资源环境与材料学院自行配制的粉剂，包括十二烷基硫酸钠：1.2份、十二烷基苯磺酸钠：1份，将其混合均匀；增强剂为甲基丙烯酸甘油酯，引发剂为过硫酸铵。
2)在配有搅拌器、温度计与冷凝装置的反应釜中，加入全部的软化水、碳酸钠、豆蛋白粉，搅拌均匀；
3)加热至45℃，保温反应3小时，得混合物。
4)将混合物降温至室温，制得均匀豆蛋白粘液。
5)向豆蛋白粘液中加入乳化剂并搅拌均匀，使其进行乳化反应。
6)继续向其中加入增强剂与引发剂，搅拌均匀。
7)加热至45℃，保温反应2.5小时，冷却至室温，即得大豆蛋白胶粘剂。
本实施例所得胶粘剂的性能质量指标见表1。
实施例2
1)按以下重量配比进行备料：
其中，乳化剂为广西大学资源环境与材料学院自行配制的粉剂，包括十二烷基硫酸钠：1份、十二烷基苯磺酸钠：1份，将其混合均匀；增强剂为甲基丙烯酸甘油酯溶液，引发剂为过硫酸铵。
2)在配有搅拌器、温度计与冷凝装置的反应釜中，加入全部的软化水、碳酸钠、豆蛋白粉，搅拌均匀；
3)加热至42℃，保温反应6小时，得混合物。
4)将混合物降温至室温，制得均匀豆蛋白粘液。
5)向豆蛋白粘液中加入乳化剂并搅拌均匀，使其进行乳化反应。
6)继续向其中加入增强剂与引发剂，搅拌均匀。
7)加热至50℃，保温反应3小时，冷却至室温，即得大豆蛋白胶粘剂。
本实施例所得胶粘剂的性能质量指标见表1。
实施例3
1)按以下重量配比进行备料：
其中，乳化剂为广西大学资源环境与材料学院自行配制的粉剂，包括十二烷基硫酸钠：1份、十二烷基苯磺酸钠：1.2份，将其混合均匀；增强剂为甲基丙烯酸甘油酯溶液，引发剂为过硫酸铵。
2)在配有搅拌器、温度计与冷凝装置的反应釜中，加入全部的软化水、碳酸钠、豆蛋白粉，搅拌均匀；
3)加热至68℃，保温反应5小时，得混合物。
4)将混合物降温至室温，制得均匀豆蛋白粘液。
5)向豆蛋白粘液中加入乳化剂并搅拌均匀，使其进行乳化反应。
6)继续向其中加入增强剂与引发剂，搅拌均匀。
7)加热至35℃，保温反应4小时，冷却至室温，即得大豆蛋白胶粘剂。
本实施例所得胶粘剂的性能质量指标见表1。
实施例4
1)按以下重量配比进行备料：
其中，乳化剂为广西大学资源环境与材料学院自行配制的粉剂，包括十二烷基硫酸钠：1份、十二烷基苯磺酸钠：1.2份，将其混合均匀；增强剂为甲基丙烯酸甘油酯溶液，引发剂为过硫酸铵。
2)在配有搅拌器、温度计与冷凝装置的反应釜中，加入全部的软化水、碳酸钠、豆蛋白粉，搅拌均匀；
3)加热至70℃，保温反应2小时，得混合物。
4)将混合物降温至室温，制得均匀豆蛋白粘液。
5)向豆蛋白粘液中加入乳化剂并搅拌均匀，使其进行乳化反应。
6)继续向其中加入增强剂与引发剂，搅拌均匀。
7)加热至35℃，保温反应4小时，冷却至室温，即得大豆蛋白胶粘剂。
本实施例所得胶粘剂的性能质量指标见表1。
实施例5
1)按以下重量配比进行备料：
其中，乳化剂为广西大学资源环境与材料学院自行配制的粉剂，包括十二烷基硫酸钠：1.5份、十二烷基苯磺酸钠：1份，将其混合均匀；增强剂为甲基丙烯酸甘油酯溶液，引发剂为过硫酸铵。
2)在配有搅拌器、温度计与冷凝装置的反应釜中，加入全部的软化水、碳酸钠、豆蛋白粉，搅拌均匀；
3)加热至80℃，保温反应1小时，得混合物。
4)将混合物降温至室温，制得均匀豆蛋白粘液。
5)向豆蛋白粘液中加入乳化剂并搅拌均匀，使其进行乳化反应。
6)继续向其中加入增强剂与引发剂，搅拌均匀。
7)加热至45℃，保温反应2小时，冷却至室温，即得大豆蛋白胶粘剂。
本实施例所得胶粘剂的性能质量指标见表1。
实施例6
1)按以下重量配比进行备料：
其中，乳化剂为广西大学资源环境与材料学院自行配制的粉剂，包括十二烷基硫酸钠：1份、十二烷基苯磺酸钠：1.5份，将其混合均匀；增强剂为甲基丙烯酸甘油酯，引发剂为过硫酸铵。
2)在配有搅拌器、温度计与冷凝装置的反应釜中，加入全部的软化水、碳酸钠、豆蛋白粉，搅拌均匀；
3)加热至60℃，保温反应2小时，得混合物。
4)将混合物降温至室温，制得均匀豆蛋白粘液。
5)向豆蛋白粘液中加入乳化剂并搅拌均匀，使其进行乳化反应。
6)继续向其中加入增强剂与引发剂，搅拌均匀。
7)加热至50℃，保温反应2小时，冷却至室温，即得大豆蛋白胶粘剂。
本实施例所得胶粘剂的性能质量指标见表1。
表1豆蛋白胶粘剂的性能指标
为了验证本发明所述胶粘剂的性能，发明人进一步展开了一系列试验，篇幅所限，此处仅例举最具代表力的数据。
试验例1
本试验例分别采用本发明实施例1～3与对照例1～6的产品制造三层450mm×450mm胶合板。
其中：
对照例1～3：分别采用实施例1～3中步骤(1)～(4)，其中不加入分散剂、乳化剂、增强剂与引发剂，所得豆蛋白粘液作为空白对照；
对照例4：与本发明实施例1相比，区别点仅在于本实施例不加入乳化剂。
对照例5：与本发明实施例1相比，区别点仅在于本实施例不加入增强剂与引发剂。
对照例6：中国申请200810032289.x实施例7(以脱脂大豆豆粕粉与大豆分离蛋白为主体制备的木材胶粘剂)
杨木单板：含水率干燥到7～13％；厚1.6mm；
单板胶粘剂采用本发明实施例1～3的产品与对照例1～6的产品。
按以下正常工艺制备胶合板：
施胶：芯板双面施胶，涂胶量为220～300g/m2，陈化方式及时间：闭合陈化，10～30分钟。
预压压力及时间：预压30分钟，压力0.8MPa。
热压压力：1.2MPa，热压温度为120～130℃，热压时间为70s/mm。
按GB/T17657～1999《人造板及饰面人造板理化性能实验方法》检测方法对生产的胶合板产品进行性能检测，检测结果见表2。
表2胶接胶合板的甲醛释放量与胶合强度
上述试验结果表明，本发明无甲醛豆蛋白胶粘剂制造的胶合板的甲醛释放量都极低(甲醛释放量等同于木材本体甲醛释放)，胶合板的胶合强度较好，均在1.05MPa以上，达到国家标准中II类胶合板标准(杨木≥0.70MPa)。此外，对照例1～5的实验结果表明，改变了增强剂、引发剂或乳化剂的组成，或者不加增强剂、引发剂与乳化剂，所得粘胶剂的胶合强度达不到标准，无法应用于实际。对照例6的实验结果表明，本发明所得胶粘剂的胶合强度显著优于现有技术。
试验例2
本试验例分别对本发明实施例1～3与对照例1～6的产品进行了稳定性测试。
其中：
对照例1～3：分别采用实施例1～3中步骤(1)～(4)，其中不加入分散剂、乳化剂、增强剂与引发剂，所得豆蛋白粘液作为空白对照；
对照例4：与本发明实施例1相比，区别点仅在于本实施例不加入乳化剂；
对照例5：与本发明实施例1相比，区别点仅在于本实施例不加入增强剂与引发剂；
对照例6：中国申请200810032289.X实施例7(以脱脂大豆豆粕粉与大豆分离蛋白为主体制备的木材胶粘剂)。
试验方法：参照GB～T 14074～2006木材胶粘剂及其树脂检验方法检测胶粘剂的稳定性与胶粘剂粘度变化。
试验结果：在实验测试的5天内，实施例1～3的胶粘剂外观与粘度没有明显变化，而对照例1～6均有不同程度的水析出，粘度也有较为明显的下降，其中以对照例1～3最明显，对照例4～6次之。
上述试验结果表明，本发明所得胶粘剂稳定性显著优于其他组成的豆蛋白粘胶。
虽然，上文中己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，但在本发明本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种胶合板用大豆蛋白胶粘剂，其特征在于：所述大豆蛋白胶粘剂按重量份计，由包括如下配比的原料制备而成：分散介质70-80份、脱脂豆蛋白粉20-35份、变性剂0.5-2份、乳化剂1-2份、增强剂1-5份、引发剂0.02-0.1份。
2.根据权利要求1所述的大豆蛋白胶粘剂，其特征在于：所述大豆蛋白胶粘剂按重量份计，由包括如下配比的原料制备而成：分散介质72-76份、脱脂豆蛋白粉25-30份、变性剂0.6-1.6份、乳化剂1.1-1.8份、增强剂2-4份、引发剂0.04-0.08份。
3.根据权利要求1所述的大豆蛋白胶粘剂，其特征在于：所述的分散介质为软化水。
4.根据权利要求1所述的大豆蛋白胶粘剂，其特征在于：所述的变性剂为碳酸钠或氢氧化钠。
5.根据权利要求1所述的大豆蛋白胶粘剂，其特征在于：所述乳化剂至少包括十二烷基硫酸钠及十二烷基苯磺酸钠。
6.根据权利要求5所述的大豆蛋白胶粘剂，其特征在于：所述乳化剂中十二烷基硫酸钠与十二烷基苯磺酸钠之间的重量份配比为：1-2∶1-2。
7.根据权利要求1所述的大豆蛋白胶粘剂，其特征在于：所述增强剂为质量浓度98％以上的甲基丙烯酸缩水甘油酯。
8.根据权利要求1所述的大豆蛋白胶粘剂，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵。
9.一种权利要求1-8任一项所述大豆蛋白胶粘剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将脱脂豆蛋白粉与变性剂加入分散介质中，搅拌均匀，得混合物；
(2)向步骤(1)所得混合物中加入乳化剂，搅拌均匀；
(3)继续加入增强剂与引发剂，搅拌均匀，即得。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中将脱脂豆蛋白粉与变性剂加入分散介质中，搅拌均匀后在温度35-75℃，保温2-5小时。
11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中所述混合物降温至室温后加入乳化剂，并搅拌均匀。
12.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中加入增强剂与引发剂，搅拌均匀后在温度20-60℃，保温0.5-3小时。
13.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将脱脂豆蛋白粉与变性剂加入分散介质中，搅拌均匀后在温度35-75℃，保温2-5小时；
(2)使所述混合物降温至室温后加入乳化剂，并搅拌均匀，使其进行乳化反应；
(3)继续加入增强剂与引发剂，搅拌均匀后在25-60℃下保温1-2.5小时，后冷却至室温，即得大豆蛋白胶粘剂。
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