CN110003493A - 原位改性豆粕，胶黏剂及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种原位改性豆粕，胶黏剂及其制备方法与应用。将豆粕与改性剂混合均匀后，粉碎后制得原位改性豆粕。本发明研究发现，利用粉碎过程中产生的热量，能够实现改性剂与豆粕充分反应，达到豆粕粉碎与改性同时完成目的，制得反应活性高，使用方便的原位改性豆粕粉，特别适用于制备胶黏剂。本发明还提供以所述原位改性豆粕为原料制成的胶黏剂及其应用。该原位改性豆粕粉干燥状态下能够长期储存，运输方便，使用时直接加水和常用尿素和碱，混合均匀即可，大大简化了实际生产工艺，降低了原料运输成本。所述胶黏剂无甲醛释放，彻底解决了人造板甲醛释放问题；其胶接强度高，耐水性优良，能够满足Ⅱ类胶合板的要求。

Description

原位改性豆粕，胶黏剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于胶黏剂技术领域，具体涉及一种原位改性豆粕，利用其加工成的胶黏剂及其应用。

背景技术

木材工业用胶黏剂绝大多数以“三醛”为主，制备的人造板及其制品在使用过程中存在甲醛释放等问题。为了解决现有木材工业用胶黏剂存在的问题和危害，开发绿色环保无醛胶黏剂具有重要意义。

大豆是世界上最丰富的植物蛋白来源，而且大豆中蛋白含量很高，大豆蛋白分子上有大量的氨基、羧基、羟基、酚羟基等极性基团，能与木材组份形成很强的氢键、范德华力、疏水性作用以及少量共价键，因此是非常好的人造板用无醛胶黏剂原料。但是，胶合强度低和耐水性能差一直是限制大豆蛋白基胶黏剂发展的瓶颈问题，为此人们采取不同的方法对其进行改性。研究证实，诸如聚酰胺环氧氯丙烷树脂(PAE)、多异氰酸酯等交联剂能与大豆蛋白残基反应，从而增加胶黏剂本身的内聚强度，有效提高豆基蛋白胶黏剂耐水胶接性能。

然而，在实际生产中，胶黏剂在使用时需要现场配制，交联剂等与豆基蛋白原料是分批次加入的，导致生产过程繁琐，工艺操作性差；交联剂活性期短，固含量低、不能长期储存，液体交联剂运输成本较高，大大限制无醛胶黏剂推广使用。

发明内容

针对上述不足，本发明提供了一种人造板用豆基蛋白胶黏剂及其制备方法。

本发明一个目的是在于提供一种原位改性豆粕。本发明制备的原位改性豆粕用于制备胶黏剂，反应活性高，使用方便，生产成本低。

本发明另一个目的在于提供一种以上述原位改性豆粕为原料制备的豆基蛋白胶黏剂，该胶黏剂具有胶接强度高，耐水性好，无甲醛释放等优点，适合工业化生产。

本发明在实验研究中意外地发现，将豆粕与改性剂混合均匀后，加入豆粕粉碎机，利用粉碎过程中产生的热量，实现了改性剂与豆粕充分反应，达到豆粕粉碎与改性同时完成目的。得到了反应活性高，使用方便的原位改性豆粕粉，特别适用于制备胶黏剂。进一步深入地研究发现，实现豆粕原位改性的关键因素包括：1)粉碎过程中对豆粕的挤压力；2)粉碎过程中产生的热量；其直接表现是粉碎过程中豆粕的温度变化。研究发现，当粉碎过程中豆粕的温度升高至50-90℃优选65-75℃左右时，改性效果最佳。基于上述研究，特提出本发明。

具体而言，本发明提供一种原位改性豆粕的制备方法，包括将豆粕与改性剂混合均匀后，粉碎。

进一步地，粉碎过程中控制豆粕的温度升高至50-90℃优选65-75℃左右。

进一步地，粉碎过程中，控制控制对豆粕的挤压过程停留时间为10±2分钟左右。

进一步地，本发明采用超细微粉磨粉机进行粉碎，采用多头笼式选粉机进行分筛。

本发明还进一步优化了豆粕与改性剂的重量比例，其中当豆粕与改性剂的重量比为1-25:100，优选为3-17:100，更优选5-10:100时，改性效果最佳，更有利于制备胶黏剂。

所述改性剂以能够使得豆粕改性满足制备胶黏剂的目的均可，例如可选用环氧氯丙烷、缩水甘油醚、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)、N-羟甲基丙烯酰胺、马来酸酐、三环氧丙基异氰尿酸酯中的一种或任意几种的混合物。

所述豆粕为脱脂大豆豆粕；优选地，所述豆粕的蛋白质含量为43-65％，脂肪含量≤1.2％。

本发明还包括上述方法制备的原位改性豆粕。

本发明还包括上述方法制备的原位改性豆粕在制备胶黏剂上的应用。

具体地，本发明还提供一种胶黏剂，由上述原位改性豆粕粉、碱、尿素、水等为原料制成。通常的制备方法是按配比取各原料，搅拌均匀即可。

为更好地改善胶黏剂的相关性能，例如固化温度、胶合强度等方面，本发明还进一步优化了各原料的用量配比。

具体地说，本发明提供一种胶黏剂，包括以下重量份的原料：

进一步优选地，所述胶黏剂包括以下重量份的原料：

其中，所述碱可选用氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化钡等中的一种或几种的混合碱。

进一步地，所述胶黏剂的固体含量为25-45％wt，和/或黏度为200-2000mPa·s，和/或活性期为5-15天。

本发明还包括上述胶黏剂在木材、竹材、家具、印刷品、装修装饰、建筑等领域的应用。

特别地，本发明还包括含有上述胶黏剂的木材加工品、竹材加工品，例如胶合板、刨花板、中密度纤维板和细木工板等人造板等。

本发明胶黏剂进行成本分析如下：目前，低游离甲醛含量脲醛胶黏剂的价格在2500元/吨左右；本发明胶黏剂的价格在2000-3500元/吨左右，使用成本较低，尤其降低了运输成本，简化了生产工艺，具有良好的推广前景。

本发明的有益效果如下：

本发明以原位改性豆粕粉为原料制成胶黏剂，该原位改性豆粕粉干燥状态下能够长期储存，运输方便，使用时直接加水和常用尿素和碱，混合均匀即可，大大简化了实际生产工艺，降低了原料运输成本。

本发明所述胶黏剂无甲醛释放，制造的人造板不存在甲醛释放，彻底解决了人造板甲醛释放问题；其胶接强度高，耐水性优良，能够满足Ⅱ类胶合板的要求，而且经100℃水煮不开胶，可用于生产胶合板、刨花板、中密度纤维板和细木工板等人造板。

本发明主要原料豆粕是粮食作物加工剩余物，是一种可再生的资源，可以同时解决粮食作物废料的资源化问题和生物质胶黏剂的成本较高问题，解决合成胶黏剂对化石资源的过度依赖问题，符合环境保护与可持续发展要求，具有重要的经济与社会效益。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

以下所用粉碎机为超细微粉磨粉机，采用多头笼式选粉机进行分筛。

所述豆粕为脱脂大豆豆粕；蛋白质含量为43-65％，脂肪含量≤1.2％。

实施例1

将5kgγ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)和100kg豆粕混合均匀，加入粉碎机，粉碎过程中使豆粕温度升高至90℃，挤压过程停留时间为10分钟，分筛，制成原位改性豆粕粉。

实施例2

一种胶黏剂，配方如下：

制备方法：按配方将尿素和氢氧化钠分散到水中，搅拌均匀(搅拌转速为1200转/分钟)，得到含碱和尿素的混合溶液；在搅拌的条件下加入实施例1制备的原位改性豆粕粉搅拌均匀，即可。

实验例1

实施例2制备的胶黏剂的性能指标如表1所示。

表1胶黏剂的性能指标

实施例3

将10kg的环氧氯丙烷和100kg豆粕混合均匀，加入粉碎机，粉碎过程中使豆粕温度升高至88℃左右，挤压过程停留时间为10分钟，分筛，制成原位改性豆粕粉。

实施例4

一种胶黏剂，配方如下：

制备方法：按配方将尿素和氢氧化钠分散到水中，搅拌均匀(搅拌转速为1200转/分钟)，得到含碱和尿素的混合溶液；在搅拌的条件下加入实施例3制备的原位改性豆粕粉搅拌均匀，即可。

实验例2

实施例4制备的胶黏剂的性能指标如表2所示。

表2胶黏剂的性能指标

实验例3

比较例1：采用人造板制造中常规使用的脲醛树脂胶黏剂。

比较例2：采用人造板制造中常规使用的三聚氰胺树脂胶黏剂。

分别利用本发明实施例2、4制备的胶黏剂和比较例1-2的胶黏剂来制造三层胶合板，采用以下制备工艺参数：

单板：杨木，含水率8-12％，厚度1.6mm；

施胶：芯板涂胶，涂胶量为270-325g/m²(双面)；

陈化时间：30-90min；

热压：热压温度为120℃；热压压力为1.0-1.3Mpa；热压时间为10min(100s/min)

上述工艺制造的三层胶合板按照GB/T17657-1999《人造板及饰面人造板理化性能实验方法》检测其甲醛释放量和胶合强度(Ⅱ类)，结果如表3所示。

表3胶合板的甲醛释放量与胶合强度

试件	甲醛释放量(mg/L)	胶合强度(MPa)
			实施例2	0.02	1.24±0.05
实施例4	0.03	1.01±0.02
			比较例1	1.46	0.56
比较例2	0.38	0(开胶)

注1：Ⅱ类胶合板标准：E0标准为≤0.5mg/L；E1标准为0.5-1.5mg/L；E2标准为1.5-5.0mg/L。

注2：来自木材本身的甲醛释放，下同。

检测结果表明，采用本发明豆基蛋白胶黏剂制备的胶合板中甲醛释放量均小于0.1mg/L，制造的胶合板的耐水强度高，均满足Ⅱ类胶合板的要求。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种原位改性豆粕的制备方法，其特征在于，包括将豆粕与改性剂混合均匀后，粉碎；粉碎过程中控制豆粕的温度升高至50-90℃。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，粉碎过程中控制豆粕的温度升高至65-75℃。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，粉碎过程中，控制对豆粕的挤压过程停留时间为10±2分钟，和/或；采用多头笼式选粉机进行分离。

4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，豆粕与改性剂的重量比为1-25:100，优选为3-17:100，更优选为5-10:100。

5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述改性剂选用环氧氯丙烷、缩水甘油醚、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)、N-羟甲基丙烯酰胺、马来酸酐、三环氧丙基异氰尿酸酯中的一种或任意几种的混合物；和/或

所述豆粕为脱脂大豆豆粕；优选地，所述豆粕的蛋白质含量为43-65％，脂肪含量≤1.2％。

6.权利要求1-5任一项所述方法制备的原位改性豆粕。

7.权利要求6所述原位改性豆粕在制备胶黏剂上的应用。

8.一种胶黏剂，其原料包括权利要求6所述原位改性豆粕粉、碱、尿素和水；

优选地，所述胶黏剂，包括以下重量份的原料：

进一步优选地，所述胶黏剂包括以下重量份的原料：

优选地，所述碱选用氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化钡等中的一种或几种的混合碱；

优选地，所述胶黏剂的固体含量为25-45％wt，和/或黏度为200-2000mPa·s，和/或活性期为5-15天。

9.权利要求8所述胶黏剂的制备方法，包括按配比取各原料，搅拌均匀即可。

10.权利要求8所述胶黏剂或权利要求9所述方法制备的胶黏剂在木材、竹材、家具、印刷品、装修装饰或建筑领域的应用。