CN114854370A - 一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂、胶合板及其制备方法和应用 - Google Patents

一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂、胶合板及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂，其特征在于，其组分按重量比包含以下成分：废糖蜜60～75份；玉米秸秆25～30份；四硼酸钠1～3份；纤维素酶3～6份；果胶酶4～8份；葡萄糖异构化酶2～4份；氯化铵0.5～2份；乙酸铵1～5份；磷酸0.02～0.1份；固体酸催化剂0.05～0.1份；水18～25份；所述纤维素酶、果胶酶和葡萄糖异构化酶的重量比为（0.75~3）：（1~4）:1。本发明还公开了一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂的制备方法及其应用和一种胶合板。本发明获得的胶粘剂耐水性好，胶合强度高，粘度适中。

Description

一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂、胶合板及其制备方法和 应用
技术领域
本发明涉及一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂、胶合板及其制备方法和应用，属于废糖蜜技术领域。
背景技术
目前大多数生物纯化方法都停留在传统的水提醇沉提取法、超声波辅助提取法、微波辅助提取法、单一酶解提取法和超滤浓缩提取法。酶是生物体活细胞产生的，以蛋白质形式存在的一类特殊的生物催化剂。某些酶可以在常温、常压和温和的酸碱条件下，将植物细胞壁分解，较大幅度提高天然植物中有效成分的提取率，改善生产过程中的滤过速度和纯化效果，提高产品纯度和制剂的质量。其中在提纯含有大分子杂质的物质时，常用单一纤维素酶提取，也就是对原料进行酶解处理，由于纤维素酶破坏了物质的细胞壁，使其释放出细胞内的物质，从而可以使得物质提取物的产率大幅度提高，提高欲提取物质的提取率。但是单一酶提取不具有普适性，废糖蜜是一种易获得的生物废渣，其中除了大分子物质，还有高分子果胶等其他复杂成分，采用单一酶难以达到预期的提取效果，同时提纯的废糖蜜力学性能差，无法制备胶黏剂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂，该胶粘剂耐水性好，胶合强度高，粘度适中，固含量为71.8～74.5％。
同时，本发明提供一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂的制备方法，该法通过复合酶异构化酮糖中间体，同时将生物质衍生糖升级为5-羟甲基糠醛和糠醛，本发明的复合酶能够促进将醛糖异构化为酮糖，可以在低工艺温度(即 90-100℃)下进行以下对HMF和糠醛的脱水反应，从而最大限度地减少糖的副反应并限制糠醛降解为腐殖质和羧酸，该方法工艺简单，操作方便，适宜推广应用。
同时，本发明提供一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂在制备胶合板上的应用。
同时，本发明提供一种胶合板，该胶合板采用本发明所述的一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂与单板热压而成。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂，其特征在于，其组分按重量比包含以下成分：
废糖蜜60～75份；
玉米秸秆25～30份；
四硼酸钠1～3份；
纤维素酶3～6份；
果胶酶4～8份；
葡萄糖异构化酶2～4份；
氯化铵0.5～2份；
乙酸铵1～5份；
磷酸0.02～0.1份；
固体酸催化剂0.05～0.1份；
水18～25份；
所述纤维素酶、果胶酶和葡萄糖异构化酶的重量比为(0.75～3)：(1～4):1。
优选地，所述纤维素酶的酶活至少为2000μ/g；所述果胶酶的酶活至少为 0.4μ/mg；所述葡萄糖异构化酶的酶活至少为20000μ/g。
优选地，所述固体酸催化剂的产品型号为Amberlyst。
优选地，所述纤维素酶、果胶酶和葡萄糖异构化酶的重量比为1.5:2:1。
优选地，所述生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂的固含量71.8～74.5％，粘度范围为1520～1810mPa·s。
一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：
S01，将废糖蜜、磷酸和水混合，在80～90℃低速搅拌反应1～2小时；
S02，添加乙酸铵到反应体系中，在90～100℃低速搅拌反应1～3小时；
S03，待反应体系的温度降到40～50℃时，添加纤维素酶、果胶酶和葡萄糖异构化酶到反应体系中，在40～60℃反应30～70分钟；
S04，添加固体酸催化剂到反应体系中，使用饱和盐酸溶液将反应体系环境调至pH＝1.5～2；
S05，添加四硼酸钠到反应体系中，在90～100℃低速搅拌反应2～3小时；
S06，待反应体系的温度降至室温后，过滤固体酸催化剂，添加氯化铵到反应体系中，在50℃～80℃低速搅拌1～3小时；
S07，将玉米秸秆添加到反应体系中，在室温下低速搅拌反应1～2小时。
优选地，所述低速搅拌的速度为180～220r/min。
一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂在制备胶合板上的应用。
将所述生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂涂刷在单板上，基于垂直纹理方式组坯至少3层单板，热压成型，双面施胶量为140～220g/m2，热压温度为130～ 190℃，压力为1～1.5MPa，热压时间为3～9min。
一种胶合板，采用本发明的一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂与单板热压而成。
本发明具有以下有益效果：
本发明胶粘剂各组分间良好协同，通过复合酶异构化酮糖中间体，同时将生物质衍生糖升级为5-羟甲基糠醛和糠醛，酶解废糖蜜中的纤维素及其他多糖聚糖大分子，高温作用下废糖蜜发生焦糖化反应转化为单糖、葡萄糖和果糖，单糖醛糖异构化，在四硼酸钠的协同作用下生成酮糖后转化为糠醛和5羟甲基糠醛。本发明的胶粘剂的粘度适中，固含量为71.8～74.5％。本发明不仅解决了废糖蜜基胶粘剂耐水性差以及胶合强度低的问题，通过复合酶促进将醛糖异构化为酮糖，可以在低工艺温度(即90-100℃)下进行以下对HMF和糠醛的脱水反应，从而最大限度地减少糖的副反应并限制糠醛降解为腐殖质和羧酸，本发明提供了一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂的制备方法，该方法工艺简单，操作方便，适宜推广应用。
本发明提纯废糖蜜是为了制备胶粘剂，在糖基胶粘剂中，5HMF和糠醛发挥巨大的交联作用，故本发明的5HMF产率高，葡萄糖异构酶和四硼酸钠将醛糖异构化为酮糖，促进5HMF和糠醛的脱水反应，从而最大限度地减少糖的副反应并限制糠醛降解为腐殖质和羧酸，更多的糠醛产生更致密的交联网络，促进胶黏剂耐热水性能。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，以下所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂，其组分按重量比包含以下成分：废糖蜜60份；玉米秸秆25份；四硼酸钠1份；纤维素酶(酶活2000μ/g)3份；果胶酶(酶活0.4μ/mg)4份；葡萄糖异构化酶(酶活20000μ/g)2份；氯化铵 0.5份；乙酸铵1份；磷酸0.02份；固体酸催化剂Amberlyst360 0.05份；水18 份；纤维素酶、果胶酶和葡萄糖异构化酶的重量比为1.5:2:1。
所述生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂的固含量71.8％，粘度为1520mPa·s左右。
一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：
S01，将废糖蜜、磷酸和水混合，在80℃低速搅拌反应1小时；
S02，添加乙酸铵到反应体系中，在90℃低速搅拌反应1小时；
S03，待反应体系的温度降到40℃时，添加纤维素酶、果胶酶和葡萄糖异构化酶到反应体系中，在55℃反应60分钟；
S04，添加固体酸催化剂Amberlyst360到反应体系中，使用饱和盐酸溶液将反应体系环境调至pH＝1.5；
S05，添加四硼酸钠到反应体系中，在90℃低速搅拌反应2小时；
S06，待反应体系的温度降至室温后，过滤固体酸催化剂Amberlyst360，添加氯化铵到反应体系中，在50℃低速搅拌1小时；
S07，将玉米秸秆添加到反应体系中，在室温下低速搅拌反应1小时。
低速搅拌的速度为180r/min。
一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂在制备胶合板上的应用。
将所述生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂涂刷在单板上，基于垂直纹理方式组坯3层单板，热压成型，双面施胶量为140g/m2，热压温度为130℃，压力为1MPa，热压时间为3min。
一种胶合板，采用生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂与单板热压而成。
本实施例获得的生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂，干剪切强度1.37MPa，干木破率90％，湿剪切强度1.28MPa，湿木破率60％。由于湿剪切强度越高，耐水性越好，故本实施例的胶粘剂耐水性优异。
实施例2
一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂，其组分按重量比包含以下成分：废糖蜜75份；玉米秸秆30份；四硼酸钠3份；纤维素酶(酶活2500μ/g)3份；果胶酶(酶活0.45μ/mg)4份；葡萄糖异构化酶(酶活30000μ/g)4份；氯化铵2份；乙酸铵5份；磷酸0.1份；固体酸催化剂Amberlyst360 0.1份；水25 份；纤维素酶、果胶酶和葡萄糖异构化酶的重量比为0.75:1:1。
所述生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂的固含量74.5％，粘度为1810mPa·s左右。
一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：
S01，将废糖蜜、磷酸和水混合，在90℃低速搅拌反应2小时；
S02，添加乙酸铵到反应体系中，在100℃低速搅拌反应3小时；
S03，待反应体系的温度降到50℃时，添加纤维素酶、果胶酶和葡萄糖异构化酶到反应体系中，在60℃反应70分钟；
S04，添加固体酸催化剂Amberlyst360到反应体系中，使用饱和盐酸溶液将反应体系环境调至pH＝2；
S05，添加四硼酸钠到反应体系中，在100℃低速搅拌反应3小时；
S06，待反应体系的温度降至室温后，过滤固体酸催化剂Amberlyst360，添加氯化铵到反应体系中，在80℃低速搅拌3小时；
S07，将玉米秸秆添加到反应体系中，在室温下低速搅拌反应2小时。
低速搅拌的速度为220r/min。
一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂在制备胶合板上的应用。
将所述生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂涂刷在单板上，基于垂直纹理方式组坯3层单板，热压成型，双面施胶量为220g/m2，热压温度为190℃，压力为 1.5MPa，热压时间为9min。
一种胶合板，采用生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂与单板热压而成。
本实施例获得的生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂，干剪切强度1.25MPa，干木破率85％，湿剪切强度1.17MPa，湿木破率55％。
实施例3
一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂，其组分按重量比包含以下成分：废糖蜜65份；玉米秸秆28份；四硼酸钠2份；纤维素酶(酶活2000μ/g)6份；果胶酶(酶活0.4μ/mg)8份；葡萄糖异构化酶(酶活20000μ/g)2份；氯化铵 1份；乙酸铵3份；磷酸0.05份；固体酸催化剂Amberlyst360 0.08份；蒸馏水 20份；纤维素酶、果胶酶和葡萄糖异构化酶的重量比为3:4:1。
所述生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂的固含量72.5％，粘度为1650mPa·s左右。
一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：
S01，将废糖蜜、磷酸和水混合，在85℃低速搅拌反应1.5小时；
S02，添加乙酸铵到反应体系中，在95℃低速搅拌反应2小时；
S03，待反应体系的温度降到44℃时，添加纤维素酶、果胶酶和葡萄糖异构化酶到反应体系中，在40℃反应30分钟；
S04，添加固体酸催化剂Amberlyst360到反应体系中，使用饱和盐酸溶液将反应体系环境调至pH＝1.5；
S05，添加四硼酸钠到反应体系中，在95℃低速搅拌反应2.5小时；
S06，待反应体系的温度降至室温后，过滤固体酸催化剂Amberlyst360，添加氯化铵到反应体系中，在65℃低速搅拌2小时；
S07，将玉米秸秆添加到反应体系中，在室温下低速搅拌反应1.5小时。
低速搅拌的速度为200r/min。
一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂在制备胶合板上的应用。
将所述生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂涂刷在单板上，基于垂直纹理方式组坯4层单板，热压成型，双面施胶量为180g/m2，热压温度为160℃，压力为 1MPa，热压时间为6min。
一种胶合板，采用生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂与单板热压而成。
本实施例获得的生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂，干剪切强度1.29MPa，干木破率85％，湿剪切强度1.14MPa，湿木破率60％。
力学性能测试：下表1为添加酶对比实验的力学性能表，其中，酶添加量为1％，酶解时间为60min，酶解温度为50℃。
表1添加酶对比实验的力学性能表
Figure BDA0003665923620000071
Figure BDA0003665923620000081
下面对酶解温度进行考察，表2为酶解温度实验的力学性能数据表。
表2酶解温度实验的力学性能数据表
干剪切强度 干木破率 湿剪切强度 湿木破率
40℃ 1.22MPa 60％ 1.02MPa 30％
45℃ 1.25MPa 70％ 1.11MPa 40％
50℃ 1.35MPa 80％ 1.18MPa 50％
55℃ 1.38MPa 90％ 1.25MPa 60％
60℃ 1.32MPa 85％ 1.15MPa 55％
下面对酶解时间进行考察，表3为酶解时间实验的力学性能数据表。
表2酶解时间实验的力学性能数据表
干剪切强度 干木破率 湿剪切强度 湿木破率
30min 1.12MPa 50％ 0.98MPa 30％
40min 1.15MPa 50％ 1.04MPa 40％
50min 1.31MPa 75％ 1.24MPa 40％
60min 1.38MPa 90％ 1.25MPa 60％
70min 1.35MPa 70％ 1.17MPa 45％
应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂，其特征在于，其组分按重量比包含以下成分：
废糖蜜60～75份；
玉米秸秆25～30份；
四硼酸钠1～3份；
纤维素酶3～6份；
果胶酶4～8份；
葡萄糖异构化酶2～4份；
氯化铵0.5～2份；
乙酸铵1～5份；
磷酸0.02～0.1份；
固体酸催化剂0.05～0.1份；
水18～25份；
所述纤维素酶、果胶酶和葡萄糖异构化酶的重量比为(0.75～3)：(1～4):1。
2.根据权利要求1所述的一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂，其特征在于，所述纤维素酶的酶活至少为2000μ/g；所述果胶酶的酶活至少为0.4μ/mg；所述葡萄糖异构化酶的酶活至少为20000μ/g。
3.根据权利要求1所述的一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂，其特征在于，所述固体酸催化剂的产品型号为Amberlyst。
4.根据权利要求1所述的一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂，其特征在于，所述纤维素酶、果胶酶和葡萄糖异构化酶的重量比为1.5:2:1。
5.根据权利要求1所述的一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂，其特征在于，所述生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂的固含量71.8～74.5％，粘度范围为1520～1810mPa·s。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01，将废糖蜜、磷酸和水混合，在80～90℃低速搅拌反应1～2小时；
S02，添加乙酸铵到反应体系中，在90～100℃低速搅拌反应1～3小时；
S03，待反应体系的温度降到40～50℃时，添加纤维素酶、果胶酶和葡萄糖异构化酶到反应体系中，在40～60℃反应30～70分钟；
S04，添加固体酸催化剂到反应体系中，使用饱和盐酸溶液将反应体系环境调至pH＝1.5～2；
S05，添加四硼酸钠到反应体系中，在90～100℃低速搅拌反应2～3小时；
S06，待反应体系的温度降至室温后，过滤固体酸催化剂，添加氯化铵到反应体系中，在50℃～80℃低速搅拌1～3小时；
S07，将玉米秸秆添加到反应体系中，在室温下低速搅拌反应1～2小时。
7.根据权利要求6所述的一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂的制备方法，其特征在于，所述低速搅拌的速度为180～220r/min。
8.根据权利要求1～5任意一项所述的一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂在制备胶合板上的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，其步骤包括：将所述生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂涂刷在单板上，基于垂直纹理方式组坯至少3层单板，热压成型，双面施胶量为140～220g/m2，热压温度为130～190℃，压力为1～1.5MPa，热压时间为3～9min。
10.一种胶合板，其特征在于，采用权利要求1～5任意一项所述的一种生物纯化废糖蜜基环保胶粘剂与单板热压而成。
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