CN111944480A - 一种纤维板生产用硅溶胶大豆蛋白胶粘剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及人造板生产技术领域，具体为一种可用于纤维板生产的硅溶胶大豆蛋白胶粘剂及其制备方法。该方法的步骤为：将四硼酸钠与水加入到反应容器中充分溶解后，加入大豆分离蛋白和尿素，在搅拌的条件下加热进行改性反应，反应结束经冷却后加入硅溶胶、聚乙烯醇溶液，充分搅拌即可制成用于纤维板生产的硅溶胶大豆蛋白胶粘剂。经本发明制备的硅溶胶大豆蛋白胶粘剂生产的纤维板，强度高，耐潮性好，无甲醛污染，且制备过程工艺简单、成本低廉、环保，适合工业化生产。

Description

一种纤维板生产用硅溶胶大豆蛋白胶粘剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及人造板生产技术领域，具体为一种可用于纤维板生产的硅溶胶大豆蛋白胶粘剂及其制备方法。
背景技术
纤维板又称为纤维密度板，是以木质纤维或其他植物素纤维为原料，施加胶粘剂制成的人造板。纤维板具有材质均匀、易加工、不易开裂等优点，是各类装修和家具生产常用的人造板材。生产纤维板的木质纤维主要来自森林采伐剩余物，如枝桠、梢头、小径材等，1立方米纤维板可代替3立方米锯材或5立方米原木，因此，发展纤维板生产也是木材资源综合利用的有效途径。
目前，纤维板生产所用的胶粘剂通常为甲醛类树脂胶粘剂，其中应用最为广泛的是脲醛树脂胶粘剂和酚醛树脂胶粘剂，甲醛类树脂胶粘剂在生产和使用过程中会释放出甲醛，污染环境，危害人们的身体健康。同时，以甲醛类树脂胶粘剂为原料生产的人造板，在做成装修材料或家具后，也会在相当长的一段时间内向空气中释放出游离的甲醛，人们长时间在被甲醛污染的环境中生活会引起诸多不良反应和疾病，甚至会致癌，严重危害人们的身心健康。近年来，随着经济的发展和生活水平的提高，人们对环境污染和生命健康越来越重视，无醛人造板将是未来人造板发展的必然方向。
发明内容
本发明正是针对以上技术问题，提供一种用于纤维板生产的硅溶胶大豆蛋白胶粘剂及其制备方法。该方法相较于现有公开报道的纤维板胶粘剂及其制备方法，无需单独添加防水剂、增塑剂，所得产品流动性、渗透性强、施工效果好、粘结强度高、不易吸潮，且无烯烃类、环氧类和异氰酸酯类等有机化学单体或聚合物添加，保持了大豆蛋白胶粘剂的天然特性。
为了实现以上发明目的，本发明的具体技术方案如下：
一种纤维板生产用硅溶胶大豆蛋白胶粘剂，包括以下重量份的原料：0.03～0.15重量份的四硼酸钠，100重量份的水、3～8重量份的大豆分离蛋白、1～4重量份的尿素、4～10重量份硅溶胶、8～15重量份的聚乙烯醇水溶液。
一种纤维板生产用硅溶胶大豆蛋白胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将0.03～0.15重量份的四硼酸钠，100重量份的水加入到反应容器中，搅拌分散溶解，然后加入3～8重量份的大豆分离蛋白，搅拌形成混合物料；
(2)在步骤(1)所得的混合物料中加入1～4重量份的尿素，在搅拌的条件下加热至55～65℃进行改性反应，溶解大豆分离蛋白。
(3)步骤(2)结束后，冷却反应产物至常温，加入4～10重量份硅溶胶，充分搅拌，形成混合液。
(4)在步骤(3)所得的混合液中，加入8～15重量份的常温聚乙烯醇水溶液，充分搅拌，即制成可用于纤维板的大豆蛋白胶粘剂。
作为本发明的优选，步骤(1)中四硼酸钠加入的重量份为0.05份。
作为本发明的优选，步骤(1)中大豆分离蛋白为凝胶型大豆分离蛋白，加入的重量份为4～6份，更进一步优选大豆分离蛋白的加入的重量份为5份。
作为本发明的优选，所述步骤(2)中尿素的加入的重量份为2～3份；更进一步优选尿素加入的重量份为2.5份。
作为本发明的优选，所述步骤(3)中硅溶胶的加入的重量份为5～8份，硅溶胶中固含量为20％～30wt％，pH值为6～9。更进一步优选硅溶胶加入的重量份为5份，硅溶胶中固含量为30wt％，pH值为9。
作为本发明的优选，所述步骤(4)中聚乙烯醇水溶液加入的重量份为9～11份，聚乙烯醇水溶液的浓度为8％～11wt％。
更进一步优选聚乙烯醇水溶液加入的重量份为10份，聚乙烯醇水溶液的浓度为8wt％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(一)、本发明无强酸或强碱组分添加，对大豆蛋白质及其纤维板生产所用的木质纤维或其他植物素纤维不会产生腐蚀。
(二)、本发明在制备过程中加入了硅溶胶，利用硅溶胶在脱水固化过程中产生的羟基缩聚作用来提高本发明胶粘剂固化后的防潮效果和粘结强度，无需单独添加交联剂，防水剂。
(三)、本发明在制备过程中加入聚乙烯醇水溶液来调整胶粘剂粘度，改善了胶粘剂的渗透性和与纤维之间的塑化和亲和作用，提高了产品的可施工性和粘结效果。
(四)、本发明在制备过程中加入四硼酸钠，在提高胶粘剂防腐效果的同时，在纤维板成型热压过程中，与硅溶胶协同作用，与聚乙烯醇交联反应进一步提高粘结效果和防潮性。
(五)、本发明无有毒有害物质产生和释放，胶粘剂在生产和使用过程中安全、环保，解决了纤维板在加工和使用过程中的环境污染、防潮性和粘结强度差的问题。
(六)、本发明工艺流程简单，不添加有机化学单体和聚合物，生产控制容易，制备成本低廉，更具有工业化生产价值。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。
本发明所述的用于纤维板生产的硅溶胶大豆蛋白胶粘剂的制备方法，是将四硼酸钠和水加入到反应容器中，搅拌溶解，再加入大豆分离蛋白，充分搅拌分散，形成混合物料；在混合物料中加入尿素，在搅拌的条件下加热进行改性反应，溶解大豆分离蛋白；反应结束后，冷却反应产物至常温，再加入硅溶胶，充分搅拌后加入聚乙烯醇水溶液，再充分搅拌混和，即可制成用于纤维板生产用的硅溶胶大豆蛋白胶粘剂。将硅溶胶大豆蛋白胶粘剂按干法、中密度、家具用10mm厚度纤维板生产工艺要求施胶、成型、热压，制成中密度纤维密度板测试。
本申请中的％，如无特殊说明，均表示质量百分含量，即wt％。
实施例1：
将0.05Kg四硼酸钠和100Kg的水加入到反应容器中，搅拌溶解，然后加入5Kg大豆蛋白粉，充分搅拌混合，再加入2.5Kg尿素，搅拌并加热至60℃进行改性反应60分钟，搅拌速度为50rpm。反应结束后，冷却产物至30℃，在产物中加入5Kg，固含量30％，pH值为9的硅溶胶，充分搅拌混合均匀后，加入10Kg，浓度为8％的聚乙烯醇水溶液，充分搅拌即制备出用于纤维板生产的硅溶胶大豆蛋白胶粘剂。测试所得大豆蛋白胶粘剂的性能指标见表1。
实施例2：
将0.05Kg四硼酸钠和100Kg的水加入到反应容器中，搅拌溶解，然后加入8Kg大豆蛋白粉，充分搅拌混合，再加入3.5Kg尿素，搅拌并加热至60℃进行改性反应60分钟，搅拌速度为50rpm。反应结束后，冷却产物至30℃，在产物中加入8Kg，固含量20％，pH值为7的硅溶胶，充分搅拌混合均匀后，加入12Kg，浓度为8％的聚乙烯醇水溶液，充分搅拌即制备出用于纤维板生产的硅溶胶大豆蛋白胶粘剂。测试所得大豆蛋白胶粘剂的性能指标见表1。
实施例3：
将0.03Kg四硼酸钠和100Kg的水加入到反应容器中，搅拌溶解，然后加入3.5Kg大豆蛋白粉，充分搅拌混合，再加入1.5Kg尿素，搅拌并加热至55℃进行改性反应40分钟，搅拌速度为60rpm。反应结束后，冷却产物至25℃，在产物中加入5Kg，固含量20％，pH值为9的硅溶胶，充分搅拌混合均匀后，加入8Kg，浓度为11％的聚乙烯醇水溶液，充分搅拌即制备出用于纤维板生产的硅溶胶大豆蛋白胶粘剂。测试所得大豆蛋白胶粘剂的性能指标见表1。
对比例1
将0.20Kg四硼酸钠和100Kg的水加入到反应容器中，搅拌溶解，然后加入5Kg大豆蛋白粉，充分搅拌混合，再加入2.5Kg尿素，搅拌并加热至60℃进行改性反应60分钟，搅拌速度为50rpm。反应结束后，冷却产物至30℃，在产物中加入5Kg，固含量30％，pH值为9的硅溶胶，充分搅拌混合均匀后，加入10Kg，浓度为8％的聚乙烯醇水溶液，充分搅拌制成大豆蛋白胶粘剂。测试所得大豆蛋白胶粘剂的性能指标见表1。
对比例2：
将0.05Kg四硼酸钠和100Kg的水加入到反应容器中，搅拌溶解，然后加入5Kg大豆蛋白粉，充分搅拌混合，再加入2.5Kg尿素，搅拌并加热至60℃进行改性反应60分钟，搅拌速度为50rpm。反应结束即在产物中加入5Kg，固含量30％，pH值为9的硅溶胶，充分搅拌混合均匀后，加入10Kg，浓度为8％的聚乙烯醇水溶液，充分搅拌制成大豆蛋白胶粘剂。测试所得大豆蛋白胶粘剂的性能指标见表1。
对比例3：
将0.05Kg四硼酸钠和100Kg的水加入到反应容器中，搅拌溶解，然后加入5Kg大豆蛋白粉，充分搅拌混合，再加入2.5Kg尿素，搅拌并加热至60℃进行改性反应60分钟，搅拌速度为50rpm。反应结束后，冷却产物至30℃，在产物中加入2Kg，固含量30％，pH值为9的硅溶胶，充分搅拌混合均匀后，加入10Kg，浓度为8％的聚乙烯醇水溶液，充分搅拌制成大豆蛋白胶粘剂。测试所得大豆蛋白胶粘剂的性能指标见表1。
对比例4：
将0.05Kg四硼酸钠和100Kg的水加入到反应容器中，搅拌溶解，然后加入5Kg大豆蛋白粉，充分搅拌混合，再加入2.5Kg尿素，搅拌并加热至60℃进行改性反应60分钟，搅拌速度为50rpm。反应结束后，冷却产物至30℃，在产物中加入12Kg，固含量20％，pH值为9的硅溶胶，充分搅拌混合均匀后，加入10Kg，浓度为8％的聚乙烯醇水溶液，充分搅拌制成大豆蛋白胶粘剂。测试所得大豆蛋白胶粘剂的性能指标见表1
对比例5：
将0.05Kg四硼酸钠和100Kg的水加入到反应容器中，搅拌溶解，然后加入8Kg大豆蛋白粉，充分搅拌混合，再加入3.5Kg尿素，搅拌并加热至60℃进行改性反应60分钟，搅拌速度为50rpm。反应结束后，冷却产物至30℃，在产物中加入8Kg，固含量20％，pH值为7的硅溶胶，充分搅拌混合均匀后，加入6Kg，浓度为8％的聚乙烯醇水溶液，充分搅拌制成大豆蛋白胶粘剂。测试所得大豆蛋白胶粘剂的性能指标见表1。
对比例6：
将0.05Kg四硼酸钠和100Kg的水加入到反应容器中，搅拌溶解，然后加入8Kg大豆蛋白粉，充分搅拌混合，再加入3.5Kg尿素，搅拌并加热至60℃进行改性反应60分钟，搅拌速度为50rpm。反应结束后，冷却产物至30℃，在产物中加入8Kg，固含量20％，pH值为7的硅溶胶，充分搅拌混合均匀后，加入17Kg，浓度为8％的聚乙烯醇水溶液，充分搅拌制成大豆蛋白胶粘剂。测试所得大豆蛋白胶粘剂的性能指标见表1。
表1实施例所制备的大豆蛋白胶粘剂性能测试指标
Figure BDA0002648292140000071
注：大豆蛋白胶粘剂性能测试方法参照GB/T 17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》执行，中密度纤维板质量标准参照GB/T 11718-2009《中密度纤维板》，其中物理力学性能参照5.3.2.2，甲醛释放量标准采用气体分析法执行。
从上表1数据可以看出，采用本发明的实施例1～3所得的硅溶胶大豆蛋白胶粘剂生产的纤维板，各项理化指标较好，均达到或超过了国家标准，无甲醛释放。在对比例1中，因加入的四硼酸钠量过大，所得的胶粘剂产品呈凝胶状，无法使用。在对比例2中，因大豆蛋白改性液未冷却到常温即加入硅溶胶，导致蛋白质与硅溶胶预交联度过大，所得产品呈凝胶状，无法使用。在对比例3中，添加的硅溶胶量过小，所制得的纤维板吸水厚度膨胀率较大，未达到国标要求，各项物理力学指标均有所下降，其中静曲强度和弹性模量较差，未达到国标要求。在对比例4中，添加的硅溶胶量过大，所制得的纤维板内结合强度和表面结合强度较好，超过了国标要求，但静曲强度和弹性模量较差，未达到国标要求，纤维板呈现出脆断性。在对比例5中，添加的聚乙烯醇溶液量过小，所制得的胶粘剂呈高粘稠糊状，施工困难，所制得的纤维板各项物理力学指标均有明显下降，其中弹性模量未达到国标要求。在对比例6中，添加的聚乙烯醇溶液量过大，所制得的纤维板吸水厚度膨胀率较大，未达到国标要求，各项物理力学指标均有明显下降。以上实施案例仅用于说明本专利的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施案例对本专利进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施案例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本专利各实施案例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种纤维板生产用硅溶胶大豆蛋白胶粘剂，其特征在于包括以下重量份的原料：0.03～0.15重量份的四硼酸钠，100重量份的水、3～8重量份的大豆分离蛋白、1～4重量份的尿素、4～10重量份硅溶胶、8～15重量份的聚乙烯醇水溶液。
2.一种纤维板生产用硅溶胶大豆蛋白胶粘剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将0.03～0.15重量份的四硼酸钠，100重量份的水加入到反应容器中，搅拌分散溶解，然后加入3～8重量份的大豆分离蛋白，搅拌形成混合物料；
(2)向步骤(1)所得的混合物料中加入1～4重量份的尿素，在搅拌的条件下加热至55～65℃进行改性反应，溶解大豆分离蛋白；
(3)步骤(2)结束后，冷却反应产物至常温，加入4～10重量份的硅溶胶，充分搅拌，形成混合液；
(4)向步骤(3)所得的混合液中，加入8～15重量份的常温聚乙烯醇水溶液，充分搅拌，即得。
3.根据权利要求2所述的纤维板生产用硅溶胶大豆蛋白胶粘剂及其制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中大豆分离蛋白为凝胶型大豆分离蛋白，加入的重量份为4～6份。
4.根据权利要求2所述的纤维板生产用硅溶胶大豆蛋白胶粘剂及其制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中尿素加入的重量份为2～3份。
5.根据权利要求2所述的纤维板生产用硅溶胶大豆蛋白胶粘剂及其制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中硅溶胶加入的重量份为5～8份，硅溶胶中固含量为20wt％～30wt％，pH值为6～9。
6.根据权利要求2所述的用纤维板生产用硅溶胶大豆蛋白胶粘剂及其制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中聚乙烯醇水溶液加入的重量份为9～11份，聚乙烯醇水溶液的浓度为8wt％～11wt％。
7.根据权利要求2所述的纤维板生产用硅溶胶大豆蛋白胶粘剂及其制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中四硼酸钠加入的重量份为0.05份；大豆分离蛋白为凝胶型大豆分离蛋白，加入的重量份为5份。
8.根据权利要求2所述的纤维板生产用硅溶胶大豆蛋白胶粘剂及其制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中尿素加入的重量份为2.5份。
9.根据权利要求2所述的纤维板生产用硅溶胶大豆蛋白胶粘剂及其制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中硅溶胶加入的重量份为5份，硅溶胶中固含量为30wt％，pH值为9。
10.根据权利要求2所述的用纤维板生产用硅溶胶大豆蛋白胶粘剂及其制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中聚乙烯醇水溶液加入的重量份为10份，聚乙烯醇水溶液的浓度为8wt％。
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