CN116083050A - 一种新型豆粕胶粘剂及其制备和其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型豆粕胶粘剂及其制备和其应用，属于生物质胶粘剂技术领域，由豆粕15~25份、渗透剂0.01~0.03份，分散介质0.001~0.005份、蒸馏水15~25份和交联剂0.2~0.8份组成；本发明采用在渗透剂和分散介质协同作用下形成的均相体系中交联改性的方法制备豆粕胶粘剂，可以提升胶粘剂的耐水胶接性能；引入适当的渗透剂、分散剂和水，可以松散氢键网络结构，使胶粘剂黏度下降，在固化过程中增加对木材表面的润湿与渗透，有助于形成更多的机械结合，提高制备胶合板的干状胶合强度。本发明的新型豆粕胶粘剂可用于胶合板、纤维板等人造板的制造。
Description
技术领域
本发明涉及生物质胶粘剂技术领域，尤其是提供一种新型豆粕胶粘剂及其制备和其应用。
背景技术
近年来，越来越多的人造板家具代替实木家具，使得对胶粘剂的需求日益增长。目前人造板用胶粘剂以“三醛胶”为主，但在使用过程中会释放甲醛等有毒物质，且这些胶粘剂由不可再生的石化资源合成，存在发展不可持续的问题，因此开发新型生物质胶粘剂成为必然趋势。豆粕由于来源广、粘结能力强等优势成为热门研究方向。豆粕分子是球蛋白结构，通过一定的变性手段打开这种结构，展开分子链并暴露出活性基团，与木材发生一定的作用才能使其具备良好的粘结性能。然而变性过程中豆粕分子内大量的亲水基团同时外露，导致耐水性较差，因此在应用于胶粘剂之前，通常需要对其进行改性。最有效的改性方法是交联改性，利用变性剂破坏蛋白分子链结构，提高反应活性后，交联剂会赋予豆粕分子更加稳定的化学交联结构，同时封闭内部亲水基团，使制备出的产品能够有效防止水分子的渗透，从而协同提高胶粘剂的耐水胶接性能。目前研究大多采用酸、碱、尿素等变性剂展开豆粕球蛋白结构，但这些变性剂可能会造成蛋白分子链的降解，或者使分子链重叠，降低其粘结强度。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型豆粕胶粘剂及其制备方法和其应用，该胶粘剂制备简单，加工条件温和，通过分散介质和交联剂协同增加内部交联密度，具有优异的耐水性能和胶接性能，所生产的胶合板符合国标GB/T 9846-2015规定II类胶合板的强度要求。
为达到上述目的，本发明采用的第一个技术方案为：
一种新型豆粕胶粘剂，按重量份计，原料组成如下：豆粕15~25份、渗透剂0.01~0.03份，分散介质0.001~0.005份、蒸馏水15~25份和交联剂0.2~0.8份。
优选的，所述渗透剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中任一种。
优选的，所述分散介质为胰酶、淀粉酶、脂肪酶中任一种。
优选的，所述豆粕为脱脂大豆豆粕，蛋白质含量为40~50%，水分含量为10~15%。
优选的，所述交联剂为葡萄糖醛酸、5-羟甲基糠醛、二异氰酸酯中任一种。
本发明采用的第二个技术方案为：
新型豆粕胶粘剂的制备方法，包含以下步骤：
将渗透剂和分散介质混合加入蒸馏水反应得到第一混合物；
向第一混合物中加入豆粕，搅拌直至形成均相溶液；以及
向均相溶液中加入交联剂继续反应。
优选的，将渗透剂和分散介质混合加入蒸馏水在35-60℃，转速100-250 r/min下反应0.5-1.5 h得到第一混合物。
优选的，所述搅拌直至形成均相溶液的温度为35-60℃，转速为100-250 r/min。
优选的，所述向均相溶液中加入交联剂在35-60℃，转速为100-250 r/min下继续反应1-3 h。
本发明采用的第三个技术方案为：
新型豆粕胶粘剂在制备人造板材中的应用，其中，所述板材为三合板、五合板、纤维板。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）交联密度高，耐水性能好。本发明的优势在于通过渗透剂、分散介质-水溶解豆粕形成均相体系，结合交联剂改性，最终能得到一种稳定、致密的交联网络结构，胶粘剂的胶接性能和耐水性能均有所提高。所制造胶合板的胶合强度能够满足国标GB/T 9846-2015规定的室内II类胶合板的要求，具有在人造板工业中推广应用的可行性。
（2）制备简单，原料成本低。本发明以豆粕为主要原料制备胶粘剂，操作简单，条件温和，不需要特殊设备，适合工业化大生产，原料来源广泛，价格便宜，天然可再生，有利于解决化石能源枯竭问题，实现大豆加工副产物生物质资源的高值化利用，具有良好的经济效益。
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，以下结合实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明第一实施方式为一种新型豆粕胶粘剂，按重量份计，原料组成如下：豆粕15~25份、渗透剂0.01~0.03份，分散介质0.001~0.005份、蒸馏水15~25份和交联剂0.2~0.8份。
本发明加入的渗透剂和分散介质一方面对豆粕中的蛋白质具有分散作用，另一方面可以除去豆粕中非纤维组分，两者协同能够更大程度地打开豆粕球蛋白结构，暴露更多的活性基团和疏水基团，改变传统变性剂导致的无规卷曲结构，得到一种均相体系，有助于提升交联效果和耐水性能。
其中，所述渗透剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠中任一种。
所述分散介质为胰酶、淀粉酶、脂肪酶中任一种。
所述豆粕为脱脂大豆豆粕，蛋白质含量为40~50%，水分含量为10~15%。
所述交联剂为葡萄糖醛酸、5-羟甲基糠醛、二异氰酸酯中任一种。
本发明以十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠表面活性剂作为豆粕的渗透剂，胰酶、淀粉酶或脂肪酶作为豆粕的分散介质，其原理是渗透剂是两亲性的，能完全溶解于水中，有助于分散介质渗透于蛋白结构中，分散介质充分渗透后可以去除豆粕中非蛋白结构，进一步分散蛋白纤维，阻止蛋白结构的聚集，充分打开蛋白质空间结构，暴露内部疏水基团，使豆粕蛋白稳定均匀地分散在介质中，利于交联改性。本发明利用具有较高活性的交联剂与蛋白分子羟基、氨基、羧基等基团上的活性氢反应，使分子间作用力由氢键转变为共价键连接，形成化学交联结构，提高胶粘剂胶接强度并加快固化速度；同时，交联改性可以消耗蛋白质分子亲水性基团，提高制备胶粘剂耐水性。
本发明第二实施方式为新型豆粕胶粘剂的制备方法，包含以下步骤：
将渗透剂和分散介质混合加入蒸馏水反应得到第一混合物；
向第一混合物中加入豆粕，搅拌直至形成均相溶液；以及
向均相溶液中加入交联剂继续反应。
其中，将渗透剂和分散介质混合加入蒸馏水在35-60℃，转速100-250 r/min下反应0.5-1.5 h得到第一混合物。
所述搅拌直至形成均相溶液的温度为35-60℃，转速为100-250 r/min。
所述向均相溶液中加入交联剂在35-60℃，转速为100-250 r/min下继续反应1-3h。即上述三个步骤中反应温度、转速均保持一致。
本发明采用在渗透剂和分散介质协同作用下形成的均相体系中交联改性的方法制备豆粕胶粘剂，可以提升胶粘剂的耐水胶接性能；引入适当的水，可以松散氢键网络结构，使胶粘剂黏度下降，在固化过程中增加对木材表面的润湿与渗透，有助于形成更多的机械结合，提高制备胶合板的干状胶合强度。
本发明第三实施方式为新型豆粕胶粘剂在制备人造板材中的应用，其中，所述板材为三合板、五合板、纤维板。
以下通过多个具体实施例进一步说明本发明的新型豆粕胶粘剂、制备方法和应用性能。
实施例1
将十二烷基硫酸钠0.1 g与胰酶0.01 g混合，保持温度35℃，转速100 r/min，加入蒸馏水150 g，搅拌0.5 h。加入豆粕（蛋白质含量40%，水分含量10%）150 g，保持温度35℃并持续搅拌使豆粕完全溶解，加入3 g葡萄糖醛酸，继续反应1 h，制得新型豆粕胶粘剂。
实施例2
将十二烷基磺酸钠0.3 g与淀粉酶0.05 g混合，保持温度50℃，转速150 r/min，加入蒸馏水250 g，搅拌1 h。加入豆粕（蛋白质含量45%，水分含量12%）250 g，保持温度50℃并持续搅拌使豆粕完全溶解，加入8 g 5-羟甲基糠醛，继续反应2 h，制得新型豆粕胶粘剂。
实施例3
将十二烷基苯磺酸钠0.2 g与脂肪酶0.03 g混合，保持温度60℃，转速250 r/min，加入蒸馏水180 g，搅拌1.5 h。加入豆粕（蛋白质含量50%，水分含量15%）200 g，保持温度60℃并持续搅拌使豆粕完全溶解，加入2 g二异氰酸酯，继续反应3 h，制得新型豆粕胶粘剂。
试验例
采用本发明实施例1-3获得的新型豆粕胶粘剂制造三层胶合板。
杨木单板：含水率8%，尺寸10 cm×2.5 cm×0.2 cm。
按以下制备工艺进行压合：
施胶：芯板双面施胶，涂胶量为360 g/m2。
热压条件：压力0.8 MPa，温度110℃，时间8分钟。
按GB/T 9846-2015《普通胶合板》和GB/T 17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》中对横拼材产品进行性能检测的方法进行测试，所有胶合板试样重复测试六次，并取平均值。
对比国家标准要求，检测结果见表1。
表1 胶合板的性能测试结果
。
由上述表格可知，采用本发明新型豆粕胶粘剂制备的胶合板的干、湿胶合强度按II型胶合板检测均在0.7 MPa以上，达到国标GB/T 9846-2015规定的强度要求。其中，干态强度超过标准要求的400%-450%，增强效果明显。此外，胶合板的最高24 h吸水率仅为23.8%，吸水厚度膨胀率7%左右，表明本发明提供的新型豆粕胶粘剂具有优异的耐水胶接性能，这有助于扩大其在人造板中的实际应用范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种新型豆粕胶粘剂，其特征在于，按重量份计，原料组成如下：豆粕15~25份、渗透剂0.01~0.03份，分散介质0.001~0.005份、蒸馏水15~25份和交联剂0.2~0.8份。
2.如权利要求1所述的新型豆粕胶粘剂，其特征在于，所述渗透剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中任一种。
3.如权利要求1所述的新型豆粕胶粘剂，其特征在于，所述分散介质为胰酶、淀粉酶、脂肪酶中任一种。
4.如权利要求1所述的新型豆粕胶粘剂，其特征在于，所述豆粕为脱脂大豆豆粕，蛋白质含量为40~50%，水分含量为10~15%。
5.如权利要求1所述的新型豆粕胶粘剂，其特征在于，所述交联剂为葡萄糖醛酸、5-羟甲基糠醛、二异氰酸酯中任一种。
6.如权利要求1-5任一所述的新型豆粕胶粘剂的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
将渗透剂和分散介质混合加入蒸馏水反应得到第一混合物；
向第一混合物中加入豆粕，搅拌直至形成均相溶液；以及
向均相溶液中加入交联剂继续反应。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，将渗透剂和分散介质混合加入蒸馏水在35-60℃，转速100-250 r/min下反应0.5-1.5 h得到第一混合物。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌直至形成均相溶液的温度为35-60℃，转速为100-250 r/min。
9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述向均相溶液中加入交联剂在35-60℃，转速为100-250 r/min下继续反应1-3 h。
10.如权利要求1-5任一所述的新型豆粕胶粘剂或如权利要求6-9任一所述制备方法得到的新型豆粕胶粘剂在制备人造板材中的应用，其中，所述板材为三合板、五合板、纤维板。
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