CN113061420B - 一种高性能大豆蛋白胶黏剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能大豆蛋白胶黏剂的制备方法，步骤如下：S1、将羟基磷灰石与水混合均匀得到分散液，然后向分散液中加入单宁酸水溶液，待两者充分混合后，得到单宁酸改性羟基磷灰石纳米复合物；S2、将步骤S1得到的纳米复合物加入到大豆蛋白胶黏剂中，并添加适量化学交联剂，混合均匀后即得到无机‑有机杂化高性能大豆蛋白木材胶黏剂。本发明采用上述的一种高性能大豆蛋白胶黏剂的制备方法，制备工艺简单，成本低廉，易于实现工业化生产。

Description

一种高性能大豆蛋白胶黏剂的制备方法
技术领域
本发明涉及无机材料、高分子材料技术领域，尤其是涉及一种高性能大豆蛋白胶黏剂的制备方法。
背景技术
全球每年人造板产量超过5×108立方米。胶黏剂在人造板生产过程中起着至关重要的作用。传统人造板胶黏剂以甲醛等有机化合物为原料，无法满足可再生和降解的要求。在长期使用过程中，胶黏剂中含有的挥发性有害物质如甲醛等会持续释放，造成严重的环境问题，危害人类健康。为了解决上述问题，以淀粉、植物蛋白等天然产物为原料的环保型木材胶黏剂引起研究者的关注。
大豆蛋白是大豆工业的副产品，具有储量丰富、可再生、可降解、生物相容性好等优点。但是，大豆蛋白分子链上的含有大量的亲水集团，分子链间相互作用较弱，使得胶黏剂的耐水性差，胶接强度低。同时大豆蛋白胶黏剂容易滋生细菌、真菌，影响其使用性能。在胶黏剂网络结构中引入纳米填料(石墨烯、纤维素纳米晶、纳米黏土、羟基磷灰石)可以改善胶黏剂的使用性能。其中羟基磷灰石具有类似于生物组织的结构和良好的生物相容性，被用于对多种材料进行增强(Advanced Functional Materials,2019,1908381)。然而，纳米填料与聚合物分子链之间的相容性较差，相互作用较弱，这极大削弱了纳米填料对胶黏剂的增强效果。
在自然界中，牡蛎等生物利用无机-有机杂化机制生成具有高强度和稳定性珍珠层结构。无机纳米颗粒均匀分布在珍珠层中，并通过蛋白质和多糖分子与珍珠层上的有机胶原纳米纤维紧密结合，形成独特的交联网络结构。其中，蛋白质和多糖分子可以有效改善无机纳米颗粒与胶原纤维之间的相容性，提高两者之间的相互作用。当受到外力时，珍珠层内部网络结构破裂，可以有效的耗散能量防止应力集中，提高材料的强度。受此结构启发，利用有机分子对羟基磷灰石进行表面改性，提高其与大豆蛋白分子链之间的相容性和相互作用，构建有机-无机杂化结构，用于改善大豆蛋白胶黏剂的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种高性能大豆蛋白胶黏剂的制备方法，克服现有木材胶黏剂产品的不足，制备工艺简单，成本低廉，易于实现工业化生产。
为实现上述目的，本发明提供了一种高性能大豆蛋白胶黏剂的制备方法，步骤如下：
S1、将羟基磷灰石与水混合均匀得到分散液，然后向分散液中加入单宁酸水溶液，待两者充分混合后，得到单宁酸改性羟基磷灰石纳米复合物；
S2、将步骤S1得到的纳米复合物加入到大豆蛋白胶黏剂中，并添加适量化学交联剂，混合均匀后即得到无机-有机杂化高性能大豆蛋白木材胶黏剂。
优选的，步骤S2中，所述无机-有机杂化是羟基磷灰石与单宁酸混合制备得到的复合物。
一种高性能大豆蛋白胶黏剂，胶粘剂的组成按照重量份数包括28-30份大豆粕(蛋白含量46％)、1-3.5份单宁酸、1-3.5份羟基磷灰石、45-70份水和5份化学交联剂。
优选的，所述羟基磷灰石与单宁酸的质量比为1:1。
优选的，所述化学交联剂为丙三醇缩水甘油醚或缩水甘油胺环氧树脂中的一种。
因此，本发明采用上述一种高性能大豆蛋白胶黏剂的制备方法，技术效果如下：
(1)本发明的制备的高性能大豆蛋白胶黏剂，原料来源充分，工艺简单，易于工业化生产。
(2)本发明通过仿牡蛎珍珠层结构，利用单宁酸改性羟基磷灰石增强大豆蛋白胶黏剂，改善其力学性能和耐水性。
(3)本发明制备的大豆蛋白胶黏剂的防霉性、抗菌能力和阻燃性能均得到明显提高。
(4)本发明制备的是一种环境友好型的木材胶黏剂，不会对环境造成破坏。
本发明利用单宁酸改性羟基磷灰石，单宁酸通过多种相互作用附着在羟基磷灰石表面，提高其与高分子基质间的相容性和相互作用，将单宁酸改性的羟基磷灰石用于改善大豆蛋白木材胶黏剂的性能，单宁酸改性的羟基磷灰石可以在胶黏剂内形成独特的无机-有机杂化结构，改善胶黏剂强度、韧性和耐水性能。除了作为纳米增强剂，单宁酸改性的羟基磷灰石还可以提高胶黏剂的防霉性、抗菌能力和阻燃性能。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1是制备的大豆蛋白木材胶黏剂的湿剪切强度示意图；
图2是制备的大豆蛋白木材胶黏剂的胶层韧性示意图；
图3是制备的大豆蛋白木材胶黏剂的(a)水中残留率示意图；
图4是制备的大豆蛋白木材胶黏剂的(b)吸水率示意图；
图5是制备的大豆蛋白木材胶黏剂的防霉能力示意图；
图6是制备的大豆蛋白木材胶黏剂的抗菌能力示意图；
图7是制备的大豆蛋白木材胶黏剂的阻燃能力示意图。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
实施例一
(1)将0.5份羟基磷灰石分散于9.5份水中，在室温条件下搅拌均匀，形成羟基磷灰石散液；
(2)将0.5份单宁酸溶解于9.5份水中，在室温条件下搅拌均匀，形成单宁酸溶液；
(3)将28份豆粕分散在47份水中，在室温下搅拌均匀，形成豆粕分散液；
(4)将(1)和(2)混合均匀加入到步骤(3)中的分散液中，再加入5份丙三醇缩水甘油醚，混合均匀后得到无机-有机杂化高性能大豆蛋白木材胶黏剂。
实施例二
(1)将1.5份羟基磷灰石分散于8.5份水中，在室温条件下搅拌均匀，形成羟基磷灰石散液；
(2)将1.5份单宁酸溶解于8.5份水中，在室温条件下搅拌均匀，形成单宁酸溶液；
(3)将28份豆粕分散在47份水中，在室温下搅拌均匀，形成豆粕分散液；
(4)将(1)和(2)混合均匀加入到步骤(3)中的分散液中，再加入5份丙三醇缩水甘油醚，混合均匀后得到无机-有机杂化高性能大豆蛋白木材胶黏剂。
实施例三
(1)将2.5份羟基磷灰石分散于7.5份水中，在室温条件下搅拌均匀，形成羟基磷灰石散液；
(2)将2.5份单宁酸溶解于7.5份水中，在室温条件下搅拌均匀，形成单宁酸溶液；
(3)将28份豆粕分散在47份水中，在室温下搅拌均匀，形成豆粕分散液；
(4)将(1)和(2)混合均匀加入到步骤(3)中的分散液中，再加入5份丙三醇缩水甘油醚，混合均匀后得到无机-有机杂化高性能大豆蛋白木材胶黏剂。
实施例四
(1)将3.5份羟基磷灰石分散于6.5份水中，在室温条件下搅拌均匀，形成羟基磷灰石散液；
(2)将3.5份单宁酸溶解于6.5份水中，在室温条件下搅拌均匀，形成单宁酸溶液；
(3)将28份豆粕分散在47份水中，在室温下搅拌均匀，形成豆粕分散液；
(4)将(1)和(2)混合均匀加入到步骤(3)中的分散液中，再加入5份丙三醇缩水甘油醚，混合均匀后得到无机-有机杂化高性能大豆蛋白木材胶黏剂。
对比例一
将28份豆粕分散在67份水中，在室温下搅拌均匀，形成豆粕分散液，再加入5份丙三醇缩水甘油醚，混合均匀后得到大豆蛋白木材胶黏剂。
对比例二
(1)将1份羟基磷灰石分散于9份水中，在室温条件下搅拌均匀，形成羟基磷灰石分散液；
(2)将28份豆粕分散在57份水中，在室温下搅拌均匀，形成豆粕分散液；
(3)将(1)和(2)混合均匀再加入5份丙三醇缩水甘油醚，混合均匀后得到大豆蛋白木材胶黏剂。
试验测试
通过将实施例一至三、对比例一至二得到的胶粘剂根据国标法进行试验测试，通过附图1，可以看出添加单宁酸改性羟基磷灰石的大豆蛋白木材胶黏剂的湿剪切强度明显增强。通过附图2，可以看出添加单宁酸改性羟基磷灰石的大豆蛋白木材胶黏剂的韧性显著提高。通过附图3-4，可以看出添加单宁酸改性羟基磷灰石的大豆蛋白木材胶黏剂的耐水性得到有效改善。通过附图5，可以看出添加单宁酸改性羟基磷灰石的大豆蛋白木材胶黏剂的具有优异的防霉性。通过附图6，可以看出添加单宁酸改性羟基磷灰石的大豆蛋白木材胶黏剂的具有良好的抗菌能力。通过附图7，可以看出添加单宁酸改性羟基磷灰石的大豆蛋白木材胶黏剂的阻燃性能得到明显改善。
因此，本发明采用上述一种高性能大豆蛋白胶黏剂的制备方法，制备工艺简单，成本低廉，易于实现工业化生产。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种高性能大豆蛋白胶黏剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：
S1、将羟基磷灰石与水混合均匀得到分散液，然后向分散液中加入单宁酸水溶液，待两者充分混合后，得到单宁酸改性羟基磷灰石纳米复合物, 所述羟基磷灰石与单宁酸的质量比为1:1；
S2、将步骤S1得到的纳米复合物加入到大豆蛋白胶黏剂中，并添加适量化学交联剂，混合均匀后即得到无机-有机杂化高性能大豆蛋白木材胶黏剂。
2.根据权利要求1所述的一种高性能大豆蛋白胶黏剂的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述无机-有机杂化是羟基磷灰石与单宁酸混合制备得到的复合物。
3.一种如权利要求1-2任一项所述的一种高性能大豆蛋白胶黏剂的制备方法所得的胶黏剂，其特征在于：胶黏剂的组成按照重量份数包括28-30份大豆粕、1-3.5份单宁酸、1-3.5份羟基磷灰石、45-70份水和5份化学交联剂，所述大豆粕中的蛋白含量为46％。
4.根据权利要求3所述的胶黏剂，其特征在于：所述化学交联剂为丙三醇缩水甘油醚或缩水甘油胺环氧树脂中的一种。
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