CN113249087B - 一种高导电抗菌的无醛胶黏剂及其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料技术领域，提供了一种高导电抗菌的无醛胶黏剂，由以下重量份计的原料组成：大豆蛋白粉末12份，交联剂6份，改性增强剂0.25‑1份，分散介质水88份，其中，大豆蛋白粉末中蛋白含量大于等于90％，粒径大于200目，改性增强剂为钛酸钡@银纳米粒子，钛酸钡@银纳米粒子粒径小于300纳米。本发明采用改性的核壳结构钛酸钡@银纳米粒子增强增韧大豆蛋白胶黏剂，钛酸钡纳米粒子表面残留的活性基团，有助于纳米粒子与蛋白形成相互作用，提高胶黏剂的强度；此外，引入的银离子壳层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，同时对芯层的钛酸钡纳米粒子形成了包埋，避免因团聚现象使得胶层强度和韧性均下降。
Description
技术领域
本发明属于胶黏剂技术领域，具体涉及一种高导电抗菌的无醛胶黏剂及其制备方法及应用。
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黏剂中三醛类胶黏剂(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。
人造板在使用过程中,在满足应用场合力学性能要求的同时,还应附加一些特定的功能。普通人造板属于绝缘体范畴，应用范围局限于结构用板材。而具有导电功能的人造板的应用前景非常宽广，可用于功能性抗静电、平面发热体、电磁波屏蔽等领域，具有高附加值、高经济和社会效益的特点。实现人造板导电功能化的有效途径之一是胶黏剂功能化，少量添加纳米导电填料，可实现单板间的胶层导电。
大豆分离蛋白是一种可持续的，可降解的、具有生物相容性的天然高分子材料，被认为是石油基胶黏剂的理想替代品。但是，纯大豆蛋白的机械性能不足，这限制了它们在高性能新兴材料领域的发展。研究发现将有机/无机导电纳米填料(例如石墨烯，碳纳米管，金属纳米线，硅酸盐，陶瓷填料等)与大豆蛋白胶黏剂复合，增强胶层机械性能的同时还能获得一定的导电性。但是胶层强化的同时通常伴随着塑性或韧性的急剧下降，难以实现高强度和高韧性的共存。此外，由于纳米粒子的高表面能，它们也容易发生团聚，造成粒子间距过近，使得微裂纹转变为大裂纹，导致胶层强度和韧性均下降。
发明内容
本发明克服了现有技术中传统醛类胶黏剂释放甲醛的问题，提供一种高导电抗菌的无醛胶黏剂及其制备方法及应用以解决现有技术中的不足，其制备工艺简单，原料易得，易于实施。
以下所述质量体积比的单位均为g/ml。
本发明提供一种高导电抗菌的无醛胶黏剂，由以下重量份计的原料组成：大豆蛋白粉末10-15份，交联剂6-8份，改性增强剂0.25-1份，分散介质水85-90份，其中，大豆蛋白粉末中蛋白含量大于等于90％，粒径大于200目；
所述改性增强剂为钛酸钡@银纳米粒子，所述钛酸钡@银纳米粒子粒径小于300纳米。
作为优选，所述交联剂为新戊二醇二缩水甘油醚。
作为优选，所述钛酸钡@银纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：
a：称取钛酸钡纳米粒子加入SnCl2·H2O和HCl的混合溶液中，搅拌均匀后超声分散30min，将混合液搅拌回流离心处理，沉淀物经去离子水洗涤后干燥处理；
b：将步骤a获得的沉淀物超声分散于硝酸银氨水中，搅拌30min后离心处理，沉淀物经去离子水清洗获得颗粒状产物；
c：另量取的硝酸银氨水，加入聚乙烯吡咯烷酮，将步骤b获得的颗粒状产物超声分散于上述混合溶液中，在30℃下边搅拌边加入甲醛和无水乙醇，搅拌反应2h后进行离心处理，颗粒状产物经去离子水洗涤后干燥处理获得改性的钛酸钡@银纳米粒子。
作为优选，步骤a中所述SnCl2·H2O在混合溶液中的浓度为0.05M，所述HCl在混合溶液中的浓度为0.02M，所述钛酸钡纳米粒子与混合溶液的质量体积比为1:300。
作为优选，步骤b中所述硝酸银氨水的浓度为0.35M，所述沉淀物与硝酸银氨水的质量体积比为1:200。
作为优选，步骤c中所述硝酸银氨水的浓度为0.03M，所述聚乙烯吡咯烷酮的质量百分比为0.25％，所述颗粒状产物与混合溶液的质量体积比为1:150，所述甲醛和无水乙醇的体积比为1:5，所述硝酸银氨水和无水乙醇的体积比为9:2。
作为优选，步骤b和步骤c中离心处理的条件均为转速8000rpm，时间为5min。
本发明还提供一种高导电抗菌的无醛胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
1)按照前述任意一项所述的一种高导电抗菌的无醛胶黏剂中的质量配比，称量各组分原料；
2)将交联剂、一半的大豆蛋白粉末和改性增强剂分别依次加入分散介质水中，搅拌均匀后超声分散10min；
3)将另一半的大豆蛋白粉末加入步骤2)混合液中，搅拌均匀，制得高导电抗菌的无醛胶黏剂。
本发明还提供一种如前述所述的高导电抗菌的无醛胶黏剂在木材加工和人造板材中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明采用改性的核壳结构钛酸钡@银纳米粒子增强增韧大豆蛋白胶黏剂，钛酸钡纳米粒子表面残留的活性基团，有助于纳米粒子与蛋白形成相互作用，提高胶黏剂的强度；此外，引入的银离子壳层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，同时对芯层的钛酸钡纳米粒子形成了包埋，避免因团聚现象使得胶层强度和韧性均下降。
2、本发明选用可再生的大豆分离蛋白粉作为胶黏剂的主要原料，有助于解决石油资源不可再生问题，符合保护环境和可持续发展的原则。
3、本发明胶黏剂分子量小、活性高、固化速度快、保水能力强、耐水胶接性能高、稳定性高之外，还具有韧性高的特点，可有效降低制备人造板内应力，制备板材干强度和耐水胶接性能高，能够满足人造板胶黏剂的耐水要求。
附图说明
图1为本发明中采用实施例和对比例所得的胶黏剂制作的胶合板的胶合强度柱形图。
具体实施方式
为了理解本发明，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。应当理解。此处所描述的具体实施例仅仅用以理解本发明，并不用于限定本发明。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。
总方案：
一种高导电抗菌的无醛胶黏剂，由以下重量份计的原料组成：大豆蛋白粉末10-15份，交联剂6-8份，改性增强剂0.25-1份，分散介质水85-90份，其中，大豆蛋白粉末中蛋白含量大于等于90％，粒径大于200目；
所述改性增强剂为钛酸钡@银纳米粒子，所述钛酸钡@银纳米粒子粒径小于300纳米。
所述交联剂为新戊二醇二缩水甘油醚。
所述钛酸钡@银纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：
a：称取0.3g钛酸钡纳米粒子加入90ml SnCl2·H2O和HCl的混合溶液中，所述SnCl2·H2O在混合溶液中的浓度为0.05M，所述HCl在混合溶液中的浓度为0.02M，搅拌均匀后超声分散30min，将混合液搅拌回流离心处理，沉淀物经去离子水洗涤后干燥处理；
b：将步骤a获得的沉淀物超声分散于60ml浓度为0.35M硝酸银氨水中，搅拌30min后离心处理，沉淀物经去离子水清洗获得颗粒状产物；
c：另量取45ml 0.03M硝酸银氨水，加入45ml浓度为0.25％聚乙烯吡咯烷酮，将步骤c获得的颗粒状产物超声分散于上述混合溶液中，在30℃下边搅拌边加入2ml甲醛和10ml无水乙醇，搅拌反应2h后进行离心处理，颗粒状产物经去离子水洗涤后干燥处理获得改性的钛酸钡@银纳米粒子。
实施例1
一种高导电抗菌的无醛胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
1)称量6g新戊二醇二缩水甘油醚，两份6g大豆蛋白粉末，88g分散介质水，0.25g钛酸钡@银纳米粒子；
2)将新戊二醇二缩水甘油醚、一份大豆蛋白粉末和钛酸钡@银纳米粒子分别依次加入分散介质水中，搅拌均匀后超声分散10min；
3)将另一份大豆蛋白粉末加入步骤2)混合液中，搅拌均匀，制得高导电抗菌的无醛胶黏剂。
实施例2
一种高导电抗菌的无醛胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
1)称量6g新戊二醇二缩水甘油醚，两份6g大豆蛋白粉末，88g分散介质水，0.5g钛酸钡@银纳米粒子；
2)将新戊二醇二缩水甘油醚、一份大豆蛋白粉末和钛酸钡@银纳米粒子分别依次加入分散介质水中，搅拌均匀后超声分散10min；
3)将另一份大豆蛋白粉末加入步骤2)混合液中，搅拌均匀，制得高导电抗菌的无醛胶黏剂。
实施例3
一种高导电抗菌的无醛胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
1)称量6g新戊二醇二缩水甘油醚，两份6g大豆蛋白粉末，88g分散介质水，1g钛酸钡@银纳米粒子；
2)将新戊二醇二缩水甘油醚、一份大豆蛋白粉末和钛酸钡@银纳米粒子分别依次加入分散介质水中，搅拌均匀后超声分散10min；
3)将另一份大豆蛋白粉末加入步骤2)混合液中，搅拌均匀，制得高导电抗菌的无醛胶黏剂。
实施例4
一种高导电抗菌的无醛胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
1)称量6g新戊二醇二缩水甘油醚，两份6g大豆蛋白粉末，88g分散介质水，2g钛酸钡@银纳米粒子；
2)将新戊二醇二缩水甘油醚、一份大豆蛋白粉末和钛酸钡@银纳米粒子分别依次加入分散介质水中，搅拌均匀后超声分散10min；
3)将另一份大豆蛋白粉末加入步骤2)混合液中，搅拌均匀，制得高导电抗菌的无醛胶黏剂。
为检测本发明所制备的高导电抗菌的无醛胶黏剂的性能，本发明还设置了对比例。
对比例1
一种胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
1)称量12g大豆蛋白粉末，88g分散介质水；
2)将大豆蛋白粉末加入分散介质水中，搅拌均匀后超声分散10min，制得无醛胶黏剂。
对比例2
一种胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
1)称量6g新戊二醇二缩水甘油醚，12g大豆蛋白粉末，88g分散介质水；
2)将新戊二醇二缩水甘油醚、大豆蛋白粉末分别依次加入分散介质水中，搅拌均匀后超声分散10min，制得胶黏剂。
对比例3
一种胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
1)称量6g新戊二醇二缩水甘油醚，1g未改性的钛酸钡纳米粒子，12g大豆蛋白粉末，88g分散介质水，2g钛酸钡@银纳米粒子；
2)将新戊二醇二缩水甘油醚、大豆蛋白粉末和钛酸钡纳米粒子分别依次加入分散介质水中，搅拌均匀后超声分散10min，搅拌均匀，制得胶黏剂。
采用实施例1～4所制得的高导电抗菌的无醛胶黏剂和对比例1～3制备的胶黏剂制作胶合板，并对胶合板进行性能测试：
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所示，
| 项目 | 甲醛释放量(mg/L) | 胶合强度(MPa) | 电导率(S/m) |
| 实施例一 | 0.007 | 1.13±0.03 | 0.15 |
| 实施例二 | 0.005 | 1.55±0.04 | 0.28 |
| 实施例三 | 0.006 | 1.92±0.04 | 0.46 |
| 实施例四 | 0.004 | 2.35±0.03 | 0.79 |
| 对比例一 | 0.03 | 0.31±0.04 | 1.2×10<sup>-8</sup> |
| 对比例二 | 0.02 | 0.61±0.04 | 7.2×10<sup>-8</sup> |
| 对比例三 | 0.015 | 0.69±0.01 | 6.5×10<sup>-5</sup> |
表1
由表1可知，本发明一种高导电抗菌的无醛胶黏剂制造的胶合板电导率均远高于对比例制备的胶合板，提高了4个数量级；胶合强度按II胶合板检测在1.13MPa以上，能达到63℃水煮3小时不开胶，比对照组(0.61MPa)的提高了85％左右，增强效果显著。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何的简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种高导电抗菌的无醛胶黏剂，其特征在于，由以下重量份计的原料组成：大豆蛋白粉末12份，交联剂6份，改性增强剂0.25-1份，分散介质水88份，其中，大豆蛋白粉末中蛋白含量大于等于90%，粒径大于200目；
所述改性增强剂为钛酸钡@银纳米粒子，所述钛酸钡@银纳米粒子粒径小于300纳米；
所述交联剂为新戊二醇二缩水甘油醚；
所述钛酸钡@银纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：
a：称取钛酸钡纳米粒子加入SnCl2•H2O和HCl的混合溶液中，搅拌均匀后超声分散30min，将混合液搅拌回流离心处理，沉淀物经去离子水洗涤后干燥处理；
b：将步骤a获得的沉淀物超声分散于硝酸银氨水中，搅拌30min后离心处理，沉淀物经去离子水清洗获得颗粒状产物；
c：另量取的硝酸银氨水，加入聚乙烯吡咯烷酮，将步骤b获得的颗粒状产物超声分散于上述混合溶液中，在30℃下边搅拌边加入甲醛和无水乙醇，搅拌反应2h后进行离心处理，颗粒状产物经去离子水洗涤后干燥处理获得改性的钛酸钡@银纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的一种高导电抗菌的无醛胶黏剂，其特征在于，步骤a中所述SnCl2•H2O在混合溶液中的浓度为0.05M，所述HCl在混合溶液中的浓度为0.02M，所述钛酸钡纳米粒子与混合溶液的质量比为1:300。
3.根据权利要求1所述的一种高导电抗菌的无醛胶黏剂，其特征在于，步骤b中所述硝酸银氨水的浓度为0.35M，所述沉淀物与硝酸银氨水的质量比为1:200。
4.根据权利要求1所述的一种高导电抗菌的无醛胶黏剂，其特征在于，步骤c中所述硝酸银氨水的浓度为0.03M，所述聚乙烯吡咯烷酮的质量百分比为0.25%，所述颗粒状产物与混合溶液的质量比为1:150，所述甲醛和无水乙醇的体积比为1:5，所述硝酸银氨水和无水乙醇的体积比为9:2。
5.根据权利要求1所述的一种高导电抗菌的无醛胶黏剂，其特征在于，步骤b和步骤c中离心处理的条件均为转速8000rpm，时间为5min。
6.一种高导电抗菌的无醛胶黏剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）按照权利要求1-5中任意一项所述的一种高导电抗菌的无醛胶黏剂中的质量配比，称量各组分原料；
2）将交联剂、一半的大豆蛋白粉末和改性增强剂分别依次加入分散介质水中，搅拌均匀后超声分散10min；
3）将另一半的大豆蛋白粉末加入步骤2）混合液中，搅拌均匀，制得高导电抗菌的无醛胶黏剂。
7.一种如权利要求1所述的高导电抗菌的无醛胶黏剂在木材加工和人造板材中的应用。
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