CN109181631B - 一种大豆蛋白胶粘剂及其制备方法 - Google Patents

一种大豆蛋白胶粘剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大豆蛋白胶粘剂，包括如下重量份的原料：大豆蛋白粉20‑50份、水200‑600份、尿素5‑15份、硫酸钙5‑10份、石墨烯3‑5份、二氧化锰3‑5份、阴离子表面活性剂5‑15份；本发明还提供了一种大豆蛋白胶粘剂的制备方法，本方法通过对大豆蛋白粉疏水改性、高温处理、超声处理等，还加入了增强剂，使所制得的大豆蛋白胶粘剂耐水性好、胶合强度高，从而保证了胶合板的质量。

Description

一种大豆蛋白胶粘剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及木材胶粘剂技术领域，尤其涉及一种大豆蛋白胶粘剂及其制备方法。
背景技术
木材胶粘剂是木材工业中主要原材料之一，决定了木材加工品的质量和价格。目前木材胶粘剂中占主要地位的仍是甲醛系胶粘剂。但是甲醛系胶粘剂挥发出的甲醛污染环境，危害健康。长期吸入少量甲醛，会引起慢性中毒，出现粘膜充血、皮肤刺激症、过敏性皮炎、指甲角化和脆弱、甲床指端疼痛、全身疼痛、乏力、胃纳差、心悸、失眠、体重减轻及植物神经紊乱等症状。并且许多甲醛系胶粘剂的原料还依赖于石化产品，严重制约了木材工业的发展。人们迫切需要可再生的天然胶粘剂。因此之前因为粘接强度低，耐水性差被甲醛系胶粘剂取代的大豆蛋白胶粘剂又重新受到重视。但是粘接强度低，耐水性差仍然是要解决的主要问题。目前的解决方法主要是采用合成树脂共聚或共混的方法来提高其耐水性能，但会导致大豆蛋白胶粘剂存在挥发性有毒化合物，违背了绿色环保的发展宗旨。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种粘接强度高，耐水性好，无毒环保，制备工艺简单的大豆蛋白胶粘剂及其制备方法。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种大豆蛋白胶粘剂，包括如下重量份的原料：大豆蛋白粉20-50份、水20-600份、尿素5-15份、硫酸钙5-10份、石墨烯3-5份、二氧化锰3-5份、阴离子表面活性剂5-15份。
进一步的，包括如下重量份的原料：大豆蛋白粉35份、水400份、尿素10份、硫酸钙8份、石墨烯4份、二氧化锰4份、阴离子表面活性剂10份。
进一步的，所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基磺酸钠中的一种或几种混合物。
一种如上述所述的大豆蛋白胶粘剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、按重量份称取大豆蛋白粉和阴离子表面活性剂，将大豆蛋白粉和阴离子表面活性剂加入水中，搅拌均匀，加热至80-90℃，超声15-30min，制得大豆蛋白乳液，将大豆蛋白乳液经减压浓缩制成固含量80-90%的膏体，膏体经自然冷却至室温后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成大豆蛋白微粉；
步骤二、按重量份称取石墨烯、二氧化锰和阴离子表面活性剂加入水中，加热至50-60℃，搅拌均匀，降至室温后抽滤，放入鼓风干燥箱中烘干，制得疏水性石墨烯和疏水性二氧化锰的混合物；
步骤三、按重量份称取硫酸钙和尿素加入水中，搅拌溶解，再加入上述大豆蛋白微粉、疏水性石墨烯和疏水性二氧化锰，搅拌均匀，超声15-30min，即得大豆蛋白胶粘剂。
进一步的，超声功率为500-700W。
进一步的，所述步骤一中阴离子表面活性剂的重量为大豆蛋白粉重量的20％。
进一步的，所述步骤二中阴离子表面活性剂的重量为石墨烯和二氧化锰总重量的20％。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明以大豆蛋白粉为主料，通过阴离子表面活性剂改性处理大豆蛋白粉，使大豆蛋白其内部疏水端转而向外，从而增加蛋白的表面疏水性；石墨烯和二氧化锰是重要的无机增韧增强功能性材料，疏水改性处理后的石墨烯和二氧化锰使大豆蛋白有更好的增强增韧效果，增强了大豆蛋白胶粘剂的胶合强度；制备工艺中高温和超声波处理，提高了大豆蛋白质的耐水性能，超声处理可使一些化学键断裂，降低了粒子的大小，从而得到均匀的溶液或分散液，大量反应基团被暴露出来，使分子间的相互作用力增强；所制得的大豆蛋白胶粘剂使用环保性强，在使用过程中无甲醛释放，胶粘性较好，能实现胶合板板材之间的牢固胶合；同时耐水性能好，避免胶合板在潮湿环境下出现胶粘剂软化、胶合强度减弱的问题，从而保证胶合板的质量。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
实施例1 大豆蛋白胶粘剂的制备
步骤一、称取大豆蛋白粉20份和十二烷基磺酸钠4份，将大豆蛋白粉和十二烷基磺酸钠加入100份水中，搅拌均匀，加热至80℃，超声功率500W，超声15min，制得大豆蛋白乳液，将大豆蛋白乳液经减压浓缩制成固含量90%的膏体，膏体经自然冷却至室温后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成大豆蛋白微粉；
步骤二、称取石墨烯3份、二氧化锰3份和十二烷基磺酸钠1.2份加入30份水中，加热至50℃，搅拌均匀，降至室温后抽滤，放入鼓风干燥箱中烘干，制得疏水性石墨烯和疏水性二氧化锰的混合物；
步骤三、称取硫酸钙5份和尿素5份加入100份水中，搅拌溶解，再加入上述大豆蛋白微粉、疏水性石墨烯和疏水性二氧化锰，搅拌均匀，超声功率500W，超声15min，即得大豆蛋白胶粘剂。
实施例2 大豆蛋白胶粘剂的制备
步骤一、称取大豆蛋白粉30份和十二烷基磺酸钠6份，将大豆蛋白粉和十二烷基磺酸钠加入150份水中，搅拌均匀，加热至85℃，超声功率550W，超声20min，制得大豆蛋白乳液，将大豆蛋白乳液经减压浓缩制成固含量88%的膏体，膏体经自然冷却至室温后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成大豆蛋白微粉；
步骤二、称取石墨烯4份、二氧化锰3份和十二烷基磺酸钠1.4份加入35份水中，加热至55℃，搅拌均匀，降至室温后抽滤，放入鼓风干燥箱中烘干，制得疏水性石墨烯和疏水性二氧化锰的混合物；
步骤三、称取硫酸钙6份和尿素7份加入150份水中，搅拌溶解，再加入上述大豆蛋白微粉、疏水性石墨烯和疏水性二氧化锰，搅拌均匀，超声功率550W，超声20min，即得大豆蛋白胶粘剂。
实施例3 大豆蛋白胶粘剂的制备
步骤一、称取大豆蛋白粉35份和十二烷基磺酸钠7份，将大豆蛋白粉和十二烷基磺酸钠加入180份水中，搅拌均匀，加热至80℃，超声功率600W，超声25min，制得大豆蛋白乳液，将大豆蛋白乳液经减压浓缩制成固含量85%的膏体，膏体经自然冷却至室温后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成大豆蛋白微粉；
步骤二、称取石墨烯4份、二氧化锰4份和十二烷基磺酸钠1.6份加入40份水中，加热至50℃，搅拌均匀，降至室温后抽滤，放入鼓风干燥箱中烘干，制得疏水性石墨烯和疏水性二氧化锰的混合物；
步骤三、称取硫酸钙8份和尿素10份加入180份水中，搅拌溶解，再加入上述大豆蛋白微粉、疏水性石墨烯和疏水性二氧化锰，搅拌均匀，超声功率600W，超声30min，即得大豆蛋白胶粘剂。
实施例4 大豆蛋白胶粘剂的制备
步骤一、称取大豆蛋白粉40份和十二烷基磺酸钠8份，将大豆蛋白粉和十二烷基磺酸钠加入200份水中，搅拌均匀，加热至90℃，超声功率650W，超声20min，制得大豆蛋白乳液，将大豆蛋白乳液经减压浓缩制成固含量83%的膏体，膏体经自然冷却至室温后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成大豆蛋白微粉；
步骤二、称取石墨烯4份、二氧化锰5份和十二烷基磺酸钠1.8份加入45份水中，加热至50℃，搅拌均匀，降至室温后抽滤，放入鼓风干燥箱中烘干，制得疏水性石墨烯和疏水性二氧化锰的混合物；
步骤三、称取硫酸钙9份和尿素12份加入200份水中，搅拌溶解，再加入上述大豆蛋白微粉、疏水性石墨烯和疏水性二氧化锰，搅拌均匀，超声功率650W，超声20min，即得大豆蛋白胶粘剂。
实施例5 大豆蛋白胶粘剂的制备
步骤一、称取大豆蛋白粉50份和十二烷基磺酸钠10份，将大豆蛋白粉和十二烷基磺酸钠加入250份水中，搅拌均匀，加热至80℃，超声功率700W，超声30min，制得大豆蛋白乳液，将大豆蛋白乳液经减压浓缩制成固含量80%的膏体，膏体经自然冷却至室温后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成大豆蛋白微粉；
步骤二、称取石墨烯5份、二氧化锰5份和十二烷基磺酸钠2份加入50份水中，加热至60℃，搅拌均匀，降至室温后抽滤，放入鼓风干燥箱中烘干，制得疏水性石墨烯和疏水性二氧化锰的混合物；
步骤三、称取硫酸钙10份和尿素15份加入250份水中，搅拌溶解，再加入上述大豆蛋白微粉、疏水性石墨烯和疏水性二氧化锰，搅拌均匀，超声功率700W，超声30min，即得大豆蛋白胶粘剂。
对比例1
称取大豆蛋白粉35份和十二烷基磺酸钠7份，将大豆蛋白粉和十二烷基磺酸钠加入180份水中，搅拌均匀，加热至80℃，超声功率600W，超声25min，制得大豆蛋白乳液，冷却至室温后加入硫酸钙8份和尿素10份，搅拌均匀，超声功率600W，超声30min，即得大豆蛋白胶粘剂。
对比例2
步骤一、称取大豆蛋白粉35份和十二烷基磺酸钠7份，将大豆蛋白粉和十二烷基磺酸钠加入180份水中，搅拌均匀，加热至80℃，超声功率600W，超声25min，制得大豆蛋白乳液，将大豆蛋白乳液经减压浓缩制成固含量85%的膏体，膏体经自然冷却至室温后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成大豆蛋白微粉；
步骤二、称取硫酸钙8份和尿素10份加入180份水中，搅拌溶解，再加入上述大豆蛋白微粉，搅拌均匀，超声功率600W，超声30min，即得大豆蛋白胶粘剂。
对比例3
步骤一、称取大豆蛋白粉35份和十二烷基磺酸钠7份，将大豆蛋白粉和十二烷基磺酸钠加入180份水中，搅拌均匀，加热至80℃，超声功率600W，超声25min，制得大豆蛋白乳液，将大豆蛋白乳液经减压浓缩制成固含量85%的膏体，膏体经自然冷却至室温后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成大豆蛋白微粉；
步骤二、称取二氧化锰4份和十二烷基磺酸钠0.8份加入20份水中，加热至50℃，搅拌均匀，降至室温后抽滤，放入鼓风干燥箱中烘干，制得疏水性二氧化锰的混合物；
步骤三、称取硫酸钙8份和尿素10份加入180份水中，搅拌溶解，再加入上述大豆蛋白微粉和疏水性二氧化锰，搅拌均匀，超声功率600W，超声30min，即得大豆蛋白胶粘剂。
采用本实施方式制备的大豆蛋白胶粘剂压制3层杨木胶合板，评价胶粘剂的胶合强度和耐水强度。杨木单板规格为300mm×300mm×2mm，每平方厘米的施胶量为1.8mg，热压温度140℃，热压压力为2.5MPa，热压时间90s/mm。然后将压制的胶合板按照GB/T 9846-2004 标准测试胶合强度，将压制的胶合板按照GB/T 9846-2004标准剪裁后，浸没于温度为63±3℃的水中浸泡3h（试样全部浸没于水中并加上盖），取出在室温静置10min后，在力学试验机上测定耐水胶合强度，重复3次，取测平均值作为试验结果，见表格：
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例1 对比例2 对比例3
干基胶合强度/MPa 1.4 1.6 1.85 1.80 1.82 0.6 0.82 1.30
湿基胶合强度/MPa 1.12 1.25 1.31 1.34 1.30 0.51 0.77 1.08
本实施例1-5制备的大豆蛋白胶粘剂均大于对比例1-3制备的大豆蛋白胶粘剂的胶合强度，且达到胶合板国家标准GB/T9846-2004中胶粘剂的标准。实验证明，本实施方式对大豆蛋白粉的改性可有效增强大豆蛋白胶粘剂的疏水性和胶合强度。
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，而非对其限制；尽管参照前述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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种大豆蛋白胶粘剂，其特征在于，包括如下重量份的原料：大豆蛋白粉20-50份、水200-600份、尿素5-15份、硫酸钙5-10份、石墨烯3-5份、二氧化锰3-5份、阴离子表面活性剂5-15份；
大豆蛋白胶粘剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、按重量份称取大豆蛋白粉和阴离子表面活性剂，将大豆蛋白粉和阴离子表面活性剂加入水中，搅拌均匀，加热至80-90℃，超声15-30min，制得大豆蛋白乳液，将大豆蛋白乳液经减压浓缩制成固含量80-90％的膏体，膏体经自然冷却至室温后送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成大豆蛋白微粉；
步骤二、按重量份称取石墨烯、二氧化锰和阴离子表面活性剂加入水中，加热至50-60℃，搅拌均匀，降至室温后抽滤，放入鼓风干燥箱中烘干，制得疏水性石墨烯和疏水性二氧化锰的混合物；
步骤三、按重量份称取硫酸钙和尿素加入水中，搅拌溶解，再加入上述大豆蛋白微粉、疏水性石墨烯和疏水性二氧化锰，搅拌均匀，超声15-30min，即得大豆蛋白胶粘剂。
2.根据权利要求1所述的一种大豆蛋白胶粘剂，其特征在于，包括如下重量份的原料：大豆蛋白粉35份、水400份、尿素10份、硫酸钙8份、石墨烯4份、二氧化锰4份、阴离子表面活性剂8.6份。
3.根据权利要求1或2所述的一种大豆蛋白胶粘剂，其特征在于，所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基磺酸钠中的一种或几种混合物。
4.根据权利要求1所述的大豆蛋白胶粘剂，其特征在于，超声功率为500-700W。
5.根据权利要求1所述的大豆蛋白胶粘剂，其特征在于，所述步骤一中阴离子表面活性剂的重量为大豆蛋白粉重量的20％。
6.根据权利要求1所述的大豆蛋白胶粘剂，其特征在于，所述步骤二中阴离子表面活性剂的重量为石墨烯和二氧化锰总重量的20％。
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