CN111040663B - 一种人造板用的豆基蛋白胶黏剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种人造板用的豆基蛋白胶黏剂用交联剂及其制备方法、人造板用的豆基蛋白胶黏剂及其制备方法,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。

Description

一种人造板用的豆基蛋白胶黏剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种胶黏剂及制备方法,特别涉及一种人造板用的豆基蛋白胶黏剂及其制备方法。
背景技术
我国人造板工业用胶黏剂绝大多数为释放甲醛的合成树脂胶黏剂,此类木制品在生产及使用过程中产生的甲醛及挥发性有机化合物等问题会严重危害产业工人和消费者的身心健康。为解决现有的人造板工业用胶黏剂存在的问题和危害,开发绿色环保的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、巯基等极性基团,能与人造板中的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,豆基胶黏剂一直存在胶合强度低和耐水性差的问题,极大地限制了其推广应用,为此人们采取了各种方法对其改性。研究证实,诸如乙二醛、戊二醛、双氰胺、马来酸酐、多异氰酸酯等官能度≥2的交联剂,都能与大豆蛋白残基反应,通过交联密度的提高来改善豆基胶黏剂的胶合强度和耐水性。但是,此几大类交联剂普遍存在毒性大、环境污染等问题,开发环保低毒的绿色交联剂意义重大。受自然启发,海洋贻贝足丝蛋白具有优异的耐水胶接性能。贻贝足丝蛋白中的邻苯二酚结构氧化自聚后可与大豆分子链上的氨基、巯基、羟基、羧基等形成物理化学结合,提高交联密度,极大地改善耐水胶接强度。
本发明基于此,提供了一种人造板用的豆基蛋白胶黏剂用交联剂及其制备方法、人造板用的豆基蛋白胶黏剂及其制备方法。
发明内容
本发明的一个目的是在于提供一种豆基蛋白胶黏剂用交联剂及其制备方法,该交联剂绿色环保、健康低毒,交联效果优异;本发明的另一个目的在于提供一种豆基蛋白胶黏剂及其制备方法,该胶黏剂胶接强度高,耐水性好,无甲醛释放。
为达到上述目的,本发明采用下述技术方案:
本发明提供了一种豆基蛋白胶黏剂用交联剂,所述豆基蛋白胶黏剂用交联剂包括以下重量份的各原料:
交联剂组分A 5~20
交联剂组分B 10~15
氧化剂 1~5
上述原料配比优选为:
交联剂组分A 10~15
交联剂组分B 10~13
氧化剂 2~4
其中,所述交联剂组分A为聚碳化二亚胺。
其中,所述交联剂组分B为多巴胺、咖啡酸、氢化咖啡酸、单宁酸、原儿茶酸、高原儿茶酸、3,4-二羟基苯甲醛中的一种或几种的混合物。
其中,所述氧化剂为氯化铁、高碘酸钠、过氧化氢中的一种或几种的混合物。
进一步,所述聚碳化二亚胺的固体含量为30~50%wt,黏度(25℃)60~250mPa·s,活性期60~120天。
本发明进一步提供了上述豆基蛋白胶黏剂用交联剂的制备方法,包括以下步骤:
按各原料的重量份称取交联剂组分A、交联剂组分B和氧化剂。
将上述原料置于反应釜中搅拌,混合均匀,得到豆基蛋白胶黏剂用交联剂。
优选的,所述搅拌条件为机械搅拌,转速600~1000转/分钟。
优选的,所述搅拌的温度为75~85℃,时间为0.5~1小时。
本发明进一步提供了一种豆基蛋白胶黏剂,所述豆基蛋白胶黏剂包括以下重量份的各原料:
Figure BDA0002342387470000031
上述原料配比优选为:
Figure BDA0002342387470000032
其中,所述大豆蛋白基原料为脱脂大豆豆粕,粒度为50~400目。
其中,所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、氢氧化钡中的一种或几种的混合碱。
其中,所述的交联剂为上述豆基蛋白胶黏剂用交联剂制备方法制得。
进一步,所述豆基蛋白胶黏剂的固体含量为30~50%wt,黏度(25℃)为200~2000mPa·s,活性期为15~30天。
本发明进一步提供了上述豆基蛋白胶黏剂的制备方法,包括以下步骤:
按各原料的重量份称取豆基蛋白原料、碱、尿素、交联剂和水。
将碱和尿素分散于水中,搅拌均匀,得到碱和尿素的混合溶液。
将交联剂在搅拌的条件下加入到上述混合溶液中,得到分散有交联剂的碱和尿素的混合溶液。
将上述含有交联剂的碱和尿素的混合溶液在搅拌的条件下加入到豆基蛋白原料固体中,搅拌回流反应,冷却,得到豆基蛋白胶黏剂。
优选的,所述搅拌条件为机械搅拌,转速600~1800转/分钟。
优选的,所述搅拌回流反应的温度为50~100℃,时间为1~3小时。
对本发明的豆基蛋白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2400元/吨左右,利用本发明优化方案制备的豆基蛋白胶黏剂的价格在1800~3000元/吨左右,而且不需要改造现有设备(与脲醛树脂相当),使用成本与低游离甲醛含量脲醛胶黏剂相当。
本发明的有益效果如下:
本发明所述的豆基蛋白胶黏剂用交联剂环保低毒,对人体和环境无害;所述的豆基蛋白胶黏剂无甲醛释放,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;本发明中将交联剂中的原料的重量份设置为:交联剂组分A 5~20、交联剂组分B10~15、氧化剂1~5,优选为,交联剂组分A 10~15、交联剂组分B10~13、氧化剂2~4,能够显著的提高胶黏剂的胶接强度以及耐水性。
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。
实施例1
1、按照以下重量配比备料(Kg):
Figure BDA0002342387470000051
1.将10Kg聚碳化二亚胺、12Kg单宁酸和2Kg的氯化铁置于反应釜中,在800转/分钟下搅拌均匀,得到豆基蛋白胶黏剂用交联剂。
2.将5Kg氢氧化钠和10Kg尿素分散于水中,在转速900转/分钟下搅拌均匀,得到氢氧化钠和尿素的混合溶液。
3.将步骤一中制得的交联剂分散至上述的氢氧化钠和尿素的混合溶液中,在1000转/分钟下搅拌均匀,得到分散有交联剂的氢氧化钠和尿素的混合溶液。
4.将上述含有交联剂的碱和尿素的混合溶液,在转速1000转/分钟下加入到25Kg的豆基蛋白原料中,60℃下共聚,得到豆基蛋白胶黏剂。
制备本胶黏剂的性能指标如表1所示。
表1本发明实施例1胶黏剂的性能指标
Figure BDA0002342387470000052
实施例2
1、按照以下重量配比备料(Kg):
Figure BDA0002342387470000053
Figure BDA0002342387470000061
1.将12Kg聚碳化二亚胺、12Kg咖啡酸和2Kg的高碘酸钠置于反应釜中,在1000转/分钟下搅拌均匀,得到豆基蛋白胶黏剂用交联剂。
2.将10Kg氢氧化钾和15Kg尿素分散于水中,在转速1100转/分钟下搅拌均匀,得到氢氧化钾和尿素的混合溶液。
3.将步骤一中制得的交联剂分散至上述的氢氧化钾和尿素的混合溶液中,在1000转/分钟下搅拌均匀,得到分散有交联剂的氢氧化钾和尿素的混合溶液。
4.将上述含有交联剂的碱和尿素的混合溶液,在转速1200转/分钟下加入到20Kg的豆基蛋白原料中,70℃下共聚,得到豆基蛋白胶黏剂。
制备本胶黏剂的性能指标如表2所示。
表2本发明实施例2胶黏剂的性能指标
Figure BDA0002342387470000062
实施例3
1、按照以下重量配比备料(Kg):
Figure BDA0002342387470000063
1.将10Kg聚碳化二亚胺、10Kg原儿茶酸和3Kg的过氧化氢置于反应釜中,在1100转/分钟下搅拌均匀,得到豆基蛋白胶黏剂用交联剂。
2.将8Kg氢氧化钙和15Kg尿素分散于水中,在转速1000转/分钟下搅拌均匀,得到氢氧化钙和尿素的混合溶液。
3.将步骤一中制得的交联剂分散至上述的氢氧化钙和尿素的混合溶液中,在900转/分钟下搅拌均匀,得到分散有交联剂的氢氧化钙和尿素的混合溶液。
4.将上述含有交联剂的碱和尿素的混合溶液,在转速1000转/分钟下加入到20Kg的豆基蛋白原料中,90℃下共聚,得到豆基蛋白胶黏剂。
制备本胶黏剂的性能指标如表3所示。
表3本发明实施例3胶黏剂的性能指标
Figure BDA0002342387470000071
实施例4
1、按照以下重量配比备料(Kg):
Figure BDA0002342387470000072
1.将13Kg聚碳化二亚胺、11Kg氢化咖啡酸和4Kg的过氧化氢置于反应釜中,在600转/分钟下搅拌均匀,得到豆基蛋白胶黏剂用交联剂。
2.将9Kg氢氧化钡和20Kg尿素分散于水中,在转速1000转/分钟下搅拌均匀,得到氢氧化钡和尿素的混合溶液。
3.将步骤一中制得的交联剂分散至上述的氢氧化钡和尿素的混合溶液中,在900转/分钟下搅拌均匀,得到分散有交联剂的氢氧化钡和尿素的混合溶液。
4.将上述含有交联剂的碱和尿素的混合溶液,在转速1200转/分钟下加入到35Kg的豆基蛋白原料中,60℃下共聚,得到豆基蛋白胶黏剂。
制备本胶黏剂的性能指标如表4所示。
表4本发明实施例4胶黏剂的性能指标
Figure BDA0002342387470000081
实施例5
1、按照以下重量配比备料(Kg):
Figure BDA0002342387470000082
1.将14Kg聚碳化二亚胺、12Kg 3,4-二羟基苯甲醛和3Kg的高碘酸钠置于反应釜中,在1000转/分钟下搅拌均匀,得到豆基蛋白胶黏剂用交联剂。
2.将6Kg氢氧化钠和10Kg尿素分散于水中,在转速1500转/分钟下搅拌均匀,得到氢氧化钠和尿素的混合溶液。
3.将步骤一中制得的交联剂分散至上述的氢氧化钠和尿素的混合溶液中,在1500转/分钟下搅拌均匀,得到分散有交联剂的氢氧化钠钠和尿素的混合溶液。
4.将上述含有交联剂的碱和尿素的混合溶液,在转速1500转/分钟下加入到30Kg的豆基蛋白原料中,100℃下共聚,得到豆基蛋白胶黏剂。
制备本胶黏剂的性能指标如表5所示。
表5本发明实施例5胶黏剂的性能指标
Figure BDA0002342387470000091
实施例6
1、按照以下重量配比备料(Kg):
Figure BDA0002342387470000092
1.将12Kg聚碳化二亚胺、5Kg单宁酸、5Kg咖啡酸和3Kg的高碘酸钠置于反应釜中,在750转/分钟下搅拌均匀,得到豆基蛋白胶黏剂用交联剂。
2.将7Kg氢氧化钙和10Kg尿素分散于水中,在转速1600转/分钟下搅拌均匀,得到氢氧化钙和尿素的混合溶液。
3.将步骤一中制得的交联剂分散至上述的氢氧化钙和尿素的混合溶液中,在1600转/分钟下搅拌均匀,得到分散有交联剂的氢氧化钙钠和尿素的混合溶液。
4.将上述含有交联剂的碱和尿素的混合溶液,在转速1600转/分钟下加入到25Kg的豆基蛋白原料中,90℃下共聚,得到豆基蛋白胶黏剂。
制备本胶黏剂的性能指标如表6所示。
表6本发明实施例6胶黏剂的性能指标
Figure BDA0002342387470000093
实验例
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制备的豆基蛋白胶黏剂实施例1-6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7所示。
表7:实施例1至6及比较例1至2制备胶合板主要性能检测结果
检测项目 胶合强度/MPa 甲醛释放量/mg/L
实施例1 1.33 未检测出
实施例2 1.32 未检测出
实施例3 1.45 未检测出
实施例4 1.42 未检测出
实施例5 1.43 未检测出
实施例6 1.28 未检测出
比较例1 1.37 5.9
比较例2 1.15 未检测出
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,采用本发明的大豆蛋白基胶黏剂制备的胶合板中均无甲醛释放,制造的胶合板的耐水强度高,均满足Ⅱ类胶合板的要求;尤其从上表中可以得出,在实施例的成分组合的条件下,胶合板的胶合强度为最优。
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 (9)

1.一种豆基蛋白胶黏剂用交联剂,其特征在于,所述豆基蛋白胶黏剂用交联剂包括以下重量份的各原料:
交联剂组分A 5~20
交联剂组分B 10~15
氧化剂 1~5
其中,所述交联剂组分A为聚碳化二亚胺;
其中,所述交联剂组分B为多巴胺、咖啡酸、氢化咖啡酸、单宁酸、原儿茶酸、高原儿茶酸、3,4-二羟基苯甲醛中的一种或几种的混合物;
其中,所述氧化剂为氯化铁、高碘酸钠、过氧化氢中的一种或几种的混合物。
2.一种如权利要求1所述的豆基蛋白胶黏剂用交联剂,其特征在于,所述豆基蛋白胶黏剂用交联剂包括以下重量份的各原料:
交联剂组分A 10~15
交联剂组分B 10~13
氧化剂2~4。
3.一种如权利要求1所述的豆基蛋白胶黏剂用交联剂,其特征在于,所述聚碳化二亚胺的固体含量为30~50%wt,25℃下粘度为60~250 mPa·s,活性期60~120天。
4.一种如权利要求1所述的豆基蛋白胶黏剂用交联剂的制备方法,包括以下步骤:按各原料的重量份称取交联剂组分A、交联剂组分B和氧化剂;
将上述原料置于反应釜中搅拌,混合均匀,得到豆基蛋白胶黏剂用交联剂;
所述搅拌条件为机械搅拌,转速600~1000转/分钟;
所述搅拌的温度为75~85℃,时间为0.5~1小时。
5.一种豆基蛋白胶黏剂,其包含如权利要求1所述的豆基蛋白胶黏剂用交联剂,其特征在于,所述豆基蛋白胶黏剂包括以下重量份的各原料:
水 100
尿素 5~20
碱 5~20
交联剂 15~40
豆基蛋白原料 15~60
其中,所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、氢氧化钡中的一种或几种的混合碱。
6.一种如权利要求5所述的豆基蛋白胶黏剂,其特征在于,所述豆基蛋白胶黏剂包括以下重量份的各原料:
水 100
尿素 10~20
碱 5~10
交联剂 20~35
豆基蛋白原料 15~35。
7.一种如权利要求5所述的豆基蛋白胶黏剂,其特征在于,所述豆基蛋白原料为脱脂豆基蛋白原料,粒度为50~400目。
8.一种如权利要求5所述的豆基蛋白胶黏剂的制备方法,包括以下步骤:
按各原料的重量份称取豆基蛋白原料、碱、尿素、交联剂和水;
将碱和尿素分散于水中,搅拌均匀,得到碱和尿素的混合溶液;
将交联剂在搅拌的条件下加入到上述混合溶液中,得到分散有交联剂的碱和尿素的混合溶液;
将上述含有交联剂的碱和尿素的混合溶液在搅拌的条件下加入到豆基蛋白原料固体中,搅拌回流反应,冷却,得到豆基蛋白胶黏剂。
9.一种如权利要求8所述的豆基蛋白胶黏剂的制备方法,其特征在于,所述搅拌条件为机械搅拌,转速600~1800转/分钟,搅拌回流反应的温度为50~100℃,时间为1~3小时。
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