CN117567982A - 一种用于铝塑复合的环保型高强度胶黏剂 - Google Patents

一种用于铝塑复合的环保型高强度胶黏剂 Download PDF

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Abstract

本发明涉及胶黏剂的领域,具体公开了一种用于铝塑复合的环保型高强度胶黏剂,其包括如下重量份的组分:大豆分离蛋白20‑25份;氢化蓖麻油3‑6份;30wt%氢氧化钠溶液3‑5份;纳米二氧化硅0.2‑0.5份;水80份。本发明的胶黏剂具有优异的粘接性能,能够满足铝箔和塑料薄膜的复合需求,且固化效率高。

Description

一种用于铝塑复合的环保型高强度胶黏剂
技术领域
本发明涉及胶黏剂的领域,更具体的说,它涉及一种用于铝塑复合的环保型高强度胶黏剂。
背景技术
铝塑复合是指将铝箔与塑料薄膜进行复合,结合两种材料的优势,常用于包装行业、电气行业等领域。其中,铝箔具有电磁屏蔽功能,且阻隔性能好、可回收、干净卫生、质量轻等优点,塑料薄膜具有良好的强度,能够对铝箔进行保护。胶粘法是制备铝塑复合材料的主要方法之一,通过刷涂胶黏剂的方式,可以将塑料薄膜复合在铝箔表面。
目前大部分胶黏剂均会释放挥发性有机物,环保性不足。其中,水性胶和生物胶因其环保无害的优点而被广泛研究,但是普遍存在粘接强度不足的缺陷。
公开号为CN102516933A的中国专利公开了一种层状硅酸盐增强的大豆胶黏剂,由100重量份水、10-50重量份大豆衍生品、0.1-10重量份改性剂及0.1-10重量份层状硅酸盐制成。
上述胶黏剂以大豆作为原料,属于环保型胶黏剂,且通过层状硅酸盐对大豆蛋白质进行改性处理,提高大豆胶黏剂的粘接强度。但是对于铝塑复合而言,其粘接效果仍旧不高,粘接强度不高有待改进
发明内容
为了提高粘接强度,本发明提供一种用于铝塑复合的环保型高强度胶黏剂。
本发明提供一种用于铝塑复合的环保型高强度胶黏剂,采用如下技术方案:
一种用于铝塑复合的环保型高强度胶黏剂,包括如下重量份的组分:
大豆分离蛋白20-25份;
氢化蓖麻油3-6份;
30wt%氢氧化钠溶液3-5份;
纳米二氧化硅0.2-0.5份;
水80份。
通过采用上述技术方案,大豆分离蛋白作为胶黏剂的主要成分,为多种氨基酸组成,通过蛋白质大分子之间的机械锁力和极性基团之间形成的氢键作用力实现胶粘,但氢键等作用力容易受到水分侵蚀,导致耐水性差。
纳米二氧化硅作为最为常用的纳米材料,粒径较小,表面极性高,混合时纳米二氧化硅与蛋白分子表面结合,增强胶黏剂的分子化学键能,进而改善胶黏剂的粘接强度。
氢化蓖麻油作为大豆分离蛋白的改性剂,一方面能够改善胶黏剂的耐水性和粘接强度,另一方面能够帮助纳米二氧化硅均匀分散。
氢氧化钠主要用于降解蛋白,打开大豆蛋白的球形结构,切断分子长链,使得粘度适中,且有利于纳米二氧化硅附着,并有利于与氢化蓖麻油键合。
可选地,按重量份计,还包括1-2份植酸。
通过采用上述技术方案,植酸包含六个带负电的磷酸基团,容易通过静电力与蛋白大分子相互作用,改善胶黏剂的机械强度。此外,植酸可以和铝反应,生成络合物,进而有利于提高胶黏剂在铝箔表面的粘接强度,使得本发明的胶黏剂尤为适用于铝箔表面。
可选地,还包括1-2份山茶提取物。
通过采用上述技术方案,山茶提取物中含有多酚类、黄酮类、皂苷、儿茶酸等物质,在大豆胶黏剂中能够提高固化速率,使得大豆胶黏剂在常温下便能快速固化,提高生产效率,并由于无需加热,而能够降低能耗。
可选地,所述山茶提取物的制备过程如下:
步骤一,先采取山茶树的树叶,洗净后粉碎至过100目筛,得到原料粉末;
步骤二,将甲苯和乙醇按照1:(2-4)的体积混合,得到提取溶剂;
步骤三,按照1kg:(5-10)L的固液比,将原料粉末和提取溶剂混合均匀,持续搅拌并升温至60-65℃,保温2-4h后过滤,得到山茶提取物。
通过采用上述技术方案,甲苯和乙醇配比而成的提取溶剂,能够有效提取山茶树的树叶中的有效物质,相比于市售的山茶提取物效果更好。
可选地,所述山茶树的树龄大于3年。
通过采用上述技术方案,树龄大于3年的山茶树中有效成分含量更高,更能满足大豆胶黏剂的固化需求。
可选地,所述纳米二氧化硅的添加份数为0.5份。
通过采用上述技术方案,山茶提取物还能够改善纳米二氧化硅的分散效果,使得纳米二氧化硅在添加份数较多时能够发挥更好的促进作用。
可选地,按重量份计,还包括3-5份羧甲基纤维素钠。
通过采用上述技术方案,羧甲基纤维素钠主要起到增稠剂的作用,能够调节胶黏剂的粘度。
可选地,按重量份计,还包括2-3份硅酸钠。
通过采用上述技术方案,硅酸钠是一种具有良好水溶性和粘性的无机盐,能够与大豆胶黏剂中的其他成分形成稳定的复合物,提高胶黏剂的耐水性和稳定性,从而延长其使用寿命。此外,硅酸钠还具有较好的防腐和防霉效果,能够有效地抑制细菌和霉菌的生长,保护胶黏剂不受微生物侵蚀。
可选地,按重量份计,还包括0.2-0.6份防霉剂;
所述防霉剂的制备过程如下:
第一步,按重量份计,先将6-10份壳聚糖与80-100份5wt%醋酸溶液混合均匀,得到壳聚糖溶液;
第二步,将3-5份没食子酸和40-50份乙醇混合均匀,再加入0.8-1份EDC和0.4-0.6份N-羟基丁二酰亚胺,混合均匀,得到酚酸溶液;
第三步,将酚酸溶液和壳聚糖溶液混合,升温至30-35℃,持续12-24h,反应结束后经透析、冷冻干燥,得到防霉剂。
通过采用上述技术方案,壳聚糖是一种带正电荷的碱性多糖,本身具有较强的抗菌防霉作用,其阳离子易与细菌细胞表面负电荷基团作用,改变细胞膜的流动性和通透性,导致营养成分泄漏而产生抗菌作用;其氨基基团,可与致病菌细胞膜相吸附并使其絮凝、聚沉,从而抑制其繁殖能力,阻断病原菌代谢。壳聚糖与没食子酸反应后,引入酚羟基,进一步提高防霉剂的抗菌防霉活性。
此外,防霉剂可以与大豆蛋白胶中的肽键发生相互作用,增加胶黏剂的交联度,从而提高其耐水性和粘接强度。
可选地,按重量份计,还包括0.3-0.5份顺丁烯二酸酐。
通过采用上述技术方案,大豆分离蛋白与顺丁烯二酸酐能够发生接枝反应,在蛋白分子结构中引入羧基,进而提高在铝表面的浸润效果,与铝表面产生化学键合,形成氢键,使得胶黏剂的粘接性能提高。
此外,经过接枝的大豆分离蛋白与防霉剂的协同作用效果更好。
综上所述,本发明具有以下有益效果:
1、本发明采用氢化蓖麻油作为改性剂,一方面能够改善胶黏剂的耐水性和粘接强度,另一方面能够帮助纳米二氧化硅均匀分散;
2、本发明中优选添加植酸,由于植酸可以和铝反应,生成络合物,进而有利于提高胶黏剂在铝箔表面的粘接强度,使得本发明的胶黏剂尤为适用于铝箔表面;
3、本发明中优选添加山茶提取物,提高固化速率,使得大豆胶黏剂在常温下便能快速固化,提高生产效率。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明,予以特别说明的是:以下实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行,以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
本发明的实施例采用如下原料:
大豆分离白蛋白购买自江苏久佳生物科技有限公司;氢化蓖麻油购买自济南骏腾化工有限公司;纳米二氧化硅的平均粒径为50nm;壳聚糖购买自山东亚图生物科技有限公司;EDC即1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺。
制备例1:
山茶提取物的制备过程如下:
步骤一,先采取5年树龄的山茶树的树叶,洗净后干燥,再粉碎至过100目筛,得到原料粉末;
步骤二,将甲苯和乙醇按照1:2的体积混合,得到提取溶剂;
步骤三,按照1kg:5L的固液比,将原料粉末和提取溶剂混合均匀,持续搅拌并升温至60℃,保温2h后过滤去除滤渣,得到山茶提取物。
制备例2:
山茶提取物的制备过程如下:
步骤一,先采取5年树龄的山茶树的树叶,洗净后干燥,再粉碎至过100目筛,得到原料粉末;
步骤二,将甲苯和乙醇按照1:4的体积混合,得到提取溶剂;
步骤三,按照1kg:10L的固液比,将原料粉末和提取溶剂混合均匀,持续搅拌并升温至65℃,保温4h后过滤去除滤渣,得到山茶提取物。
制备例3:
山茶提取物的制备过程如下:
步骤一,先采取5年树龄的山茶树的树叶,洗净后干燥,再粉碎至过100目筛,得到原料粉末;
步骤二,将甲苯和乙醇按照1:3的体积混合,得到提取溶剂;
步骤三,按照1kg:8L的固液比,将原料粉末和提取溶剂混合均匀,持续搅拌并升温至62℃,保温3h后过滤去除滤渣,得到山茶提取物。
制备例4:
山茶提取物的制备过程如下:
步骤一,先采取2年树龄的山茶树的树叶,洗净后干燥,再粉碎至过100目筛,得到原料粉末;
步骤二,将甲苯和乙醇按照1:3的体积混合,得到提取溶剂;
步骤三,按照1kg:8L的固液比,将原料粉末和提取溶剂混合均匀,持续搅拌并升温至62℃,保温3h后过滤去除滤渣,得到山茶提取物。
制备例5:
防霉剂的制备过程如下:
第一步,按重量份计,先将6份壳聚糖与80份5wt%醋酸溶液混合均匀,得到壳聚糖溶液;
第二步,将3份没食子酸和40份乙醇混合均匀,再加入0.8份EDC和0.4份N-羟基丁二酰亚胺,混合均匀,得到酚酸溶液;
第三步,将酚酸溶液和壳聚糖溶液混合,升温至30℃,持续24h,反应结束后经透析、冷冻干燥,得到防霉剂。
制备例6:
防霉剂的制备过程如下:
第一步,按重量份计,先将10份壳聚糖与100份5wt%醋酸溶液混合均匀,得到壳聚糖溶液;
第二步,将5份没食子酸和50份乙醇混合均匀,再加入1份EDC和0.6份N-羟基丁二酰亚胺,混合均匀,得到酚酸溶液;
第三步,将酚酸溶液和壳聚糖溶液混合,升温至35℃,持续12h,反应结束后经透析、冷冻干燥,得到防霉剂。
制备例7:
防霉剂的制备过程如下:
第一步,按重量份计,先将8份壳聚糖与90份5wt%醋酸溶液混合均匀,得到壳聚糖溶液;
第二步,将4份没食子酸和45份乙醇混合均匀,再加入0.9份EDC和0.5份N-羟基丁二酰亚胺,混合均匀,得到酚酸溶液;
第三步,将酚酸溶液和壳聚糖溶液混合,升温至32℃,持续18h,反应结束后经透析、冷冻干燥,得到防霉剂。
实施例1:
一种用于铝塑复合的环保型高强度胶黏剂,包括如下质量的组分:
大豆分离蛋白20kg;
氢化蓖麻油3kg;
30wt%氢氧化钠溶液3kg;
羧甲基纤维素钠3kg;
硅酸钠2kg;
纳米二氧化硅0.2kg;
水80kg。
胶黏剂的制备方法如下:
第一步,按照配方所需质量,先将30wt%氢氧化钠溶液和水混合均匀,再升温至65℃,接着边搅拌边加入大豆分离蛋白,投加完成后持续搅拌1h,冷却至室温,调节pH至6.5,得到碱处理蛋白液;
第二步,将碱处理蛋白液、氢化蓖麻油、羧甲基纤维素钠、硅酸钠和纳米二氧化硅混合均匀,加热至60℃,持续搅拌1h,得到胶黏剂。
实施例2:
一种用于铝塑复合的环保型高强度胶黏剂,包括如下质量的组分:
大豆分离蛋白25kg;
氢化蓖麻油6kg;
30wt%氢氧化钠溶液5kg;
羧甲基纤维素钠5kg;
硅酸钠3kg;
纳米二氧化硅0.5kg;
水80kg。
胶黏剂的制备方法如下:
第一步,按照配方所需质量,先将30wt%氢氧化钠溶液和水混合均匀,再升温至65℃,接着边搅拌边加入大豆分离蛋白,投加完成后持续搅拌1h,冷却至室温,调节pH至6.5,得到碱处理蛋白液;
第二步,将碱处理蛋白液、氢化蓖麻油、羧甲基纤维素钠、硅酸钠和纳米二氧化硅混合均匀,加热至60℃,持续搅拌1h,得到胶黏剂。
实施例3:
一种用于铝塑复合的环保型高强度胶黏剂,包括如下质量的组分:
大豆分离蛋白22kg;
氢化蓖麻油5kg;
30wt%氢氧化钠溶液4kg;
羧甲基纤维素钠4kg;
硅酸钠2.5kg;
纳米二氧化硅0.3kg;
水80kg。
胶黏剂的制备方法如下:
第一步,按照配方所需质量,先将30wt%氢氧化钠溶液和水混合均匀,再升温至65℃,接着边搅拌边加入大豆分离蛋白,投加完成后持续搅拌1h,冷却至室温,调节pH至6.5,得到碱处理蛋白液;
第二步,将碱处理蛋白液、氢化蓖麻油、羧甲基纤维素钠、硅酸钠和纳米二氧化硅混合均匀,加热至60℃,持续搅拌1h,得到胶黏剂。
实施例4:
与实施例3的区别仅在于,胶黏剂的制备方法第二步中还添加有1kg植酸。
实施例5:
与实施例3的区别仅在于,胶黏剂的制备方法第二步中还添加有2kg植酸。
实施例6:
与实施例5的区别仅在于,纳米二氧化硅的添加量为0.5kg。
实施例7:
与实施例3的区别仅在于,纳米二氧化硅的添加量为0.5kg。
实施例8:
与实施例5的区别仅在于,胶黏剂的制备方法第二步中还添加有1kg制备例1制得的山茶提取物。
实施例9:
与实施例5的区别仅在于,胶黏剂的制备方法第二步中还添加有2kg制备例2制得的山茶提取物。
实施例10:
与实施例5的区别仅在于,胶黏剂的制备方法第二步中还添加有1.5kg制备例3制得的山茶提取物。
实施例11:
与实施例5的区别仅在于,胶黏剂的制备方法第二步中还添加有1.5kg制备例4制得的山茶提取物。
实施例12:
与实施例10的区别在于,胶黏剂的制备方法第二步中还添加有胶黏剂还添加有0.2kg防霉剂。
实施例13:
与实施例10的区别在于,胶黏剂的制备方法第二步中还添加有胶黏剂还添加有0.6kg防霉剂。
实施例14:
与实施例10的区别在于,胶黏剂的制备方法第二步中还添加有胶黏剂还添加有0.4kg防霉剂。
实施例15:
与实施例14的区别在于,胶黏剂还添加有0.3kg顺丁烯二酸酐。
胶黏剂的制备方法如下:
第一步,按照配方所需质量,先将30wt%氢氧化钠溶液和水混合均匀,再升温至65℃,接着边搅拌边加入大豆分离蛋白,投加完成后持续搅拌1h,冷却至室温,调节pH至6.5,得到碱处理蛋白液;
第二步,将碱处理蛋白液和顺丁烯二酸酐混合,并加热至50℃,反应30min,得到接枝蛋白液;
第三步,将接枝蛋白液、氢化蓖麻油、羧甲基纤维素钠、硅酸钠和纳米二氧化硅混合均匀,加热至60℃,持续搅拌1h,得到胶黏剂。
实施例16:
与实施例14的区别在于,胶黏剂还添加有0.5kg顺丁烯二酸酐。
胶黏剂的制备方法如下:
第一步,按照配方所需质量,先将30wt%氢氧化钠溶液和水混合均匀,再升温至65℃,接着边搅拌边加入大豆分离蛋白,投加完成后持续搅拌1h,冷却至室温,调节pH至6.5,得到碱处理蛋白液;
第二步,将碱处理蛋白液和顺丁烯二酸酐混合,并加热至50℃,反应30min,得到接枝蛋白液;
第三步,将接枝蛋白液、氢化蓖麻油、羧甲基纤维素钠、硅酸钠和纳米二氧化硅混合均匀,加热至60℃,持续搅拌1h,得到胶黏剂。
对比例1:
与实施例3的区别仅在于,未添加氢化蓖麻油。
对比例2:
与实施例3的区别仅在于,未添加30wt%氢氧化钠溶液。
对比例3:
与实施例3的区别仅在于,未添加纳米二氧化硅。
应用例1:
铝塑复合过程如下:先将实施例3的胶黏剂分别刷涂在铝箔和PET薄膜粘接表面,再将铝箔和PET薄膜相贴合,最后热风升温至70℃,持续1h,完成固化。
应用例2:
铝塑复合过程如下:先将实施例10的胶黏剂分别刷涂在铝箔和PET薄膜粘接表面,再将铝箔和PET薄膜相贴合,常温通风下静置45min,完成固化。
粘接性能检测:
参考GB/T 39289-2020《胶粘剂粘接强度的测定金属与塑料》中记载的方法,测试实施例1-16及对比例1-3的胶黏剂的粘接性能,金属为铝材,塑料为PET材质,测试结果为剥离强度,剥离强度越大表示粘接性能越好,所得结果见表1。
表1胶黏剂的粘接性能测试结果表
由表1可见:
1、氢化蓖麻油、纳米二氧化硅和30wt%氢氧化钠溶液的添加对于胶黏剂的粘接性能影响显著,能够大幅改善大豆胶黏剂的性能,提高粘接强度;
2、植酸能够帮助纳米二氧化硅在胶黏剂中分散。
粘接介质区别检测:
参照GB/T 17657-2022《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》中记载的方法对实施例3-5的胶黏剂的胶合强度进行测试,所得结果见表1。
表2胶黏剂的木板粘接性能检测结果表
由表1和表2可见:植酸的添加尤其适用于粘接铝箔,对于木板的粘接性能影响较小。
储存期检测:
将胶黏剂置于容器中,在室温、阴凉的条件下储存,间隔8h观察胶黏剂的性状变化,当出现固液分层或表层发白发泡等异常现象时,则认定胶黏剂已腐坏,并记录未出现腐坏的最晚时间,所得结果见表2。
表3胶黏剂储存期检测结果表
由表3可见:防霉剂的添加能够大幅延长胶黏剂的储存期,避免因胶黏剂未及时使用而腐坏的麻烦。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释,其并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种用于铝塑复合的环保型高强度胶黏剂,其特征在于,包括如下重量份的组分:
大豆分离蛋白20-25份;
氢化蓖麻油3-6份;
30wt%氢氧化钠溶液3-5份;
纳米二氧化硅0.2-0.5份;
水80份。
2.根据权利要求1所述的用于铝塑复合的环保型高强度胶黏剂,其特征在于:按重量份计,还包括1-2份植酸。
3.根据权利要求1所述的用于铝塑复合的环保型高强度胶黏剂,其特征在于:还包括1-2份山茶提取物。
4.根据权利要求3所述的用于铝塑复合的环保型高强度胶黏剂,其特征在于:所述山茶提取物的制备过程如下:
步骤一,先采取山茶树的树叶,洗净后粉碎至过100目筛,得到原料粉末;
步骤二,将甲苯和乙醇按照1:(2-4)的体积混合,得到提取溶剂;
步骤三,按照1kg:(5-10)L的固液比,将原料粉末和提取溶剂混合均匀,持续搅拌并升温至60-65℃,保温2-4h后过滤,得到山茶提取物。
5.根据权利要求4所述的用于铝塑复合的环保型高强度胶黏剂,其特征在于:所述山茶树的树龄大于3年。
6.根据权利要求4所述的用于铝塑复合的环保型高强度胶黏剂,其特征在于:所述纳米二氧化硅的添加份数为0.5份。
7.根据权利要求1所述的用于铝塑复合的环保型高强度胶黏剂,其特征在于:按重量份计,还包括3-5份羧甲基纤维素钠。
8.根据权利要求1所述的用于铝塑复合的环保型高强度胶黏剂,其特征在于:按重量份计,还包括2-3份硅酸钠。
9.根据权利要求1所述的用于铝塑复合的环保型高强度胶黏剂,其特征在于:按重量份计,还包括0.2-0.6份防霉剂;
所述防霉剂的制备过程如下:
第一步,按重量份计,先将6-10份壳聚糖与80-100份5wt%醋酸溶液混合均匀,得到壳聚糖溶液;
第二步,将3-5份没食子酸和40-50份乙醇混合均匀,再加入0.8-1份EDC和0.4-0.6份N-羟基丁二酰亚胺,混合均匀,得到酚酸溶液;
第三步,将酚酸溶液和壳聚糖溶液混合,升温至30-35℃,持续12-24h,反应结束后经透析、冷冻干燥,得到防霉剂。
10.根据权利要求9所述的用于铝塑复合的环保型高强度胶黏剂,其特征在于:按重量份计,还包括0.3-0.5份顺丁烯二酸酐。
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