CN111040728A

CN111040728A - 一种酵母蛋白胶粘剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN111040728A
Application number: CN201911252690.9A
Authority: CN
Inventors: 高振忠; 侯贤锋; 百明阳; 李锰; 李健
Original assignee: South China Agricultural University
Current assignee: South China Agricultural University
Priority date: 2019-12-09
Filing date: 2019-12-09
Publication date: 2020-04-21

Abstract

本发明属于无醛环保型胶粘剂技术领域，公开了一种酵母蛋白胶粘剂及其制备方法和应用，所述酵母蛋白胶粘剂包括酵母蛋白粉2～6份，十二烷基硫酸钠0.1～0.3份，聚乙烯醇3～5份，交联剂0.02～0.4份，水2～6份。本发明的胶粘剂不含甲醛苯酚等醛类胶粘剂携带的有害挥发物，该种胶粘剂胶接性能好，粘度较低，制备工艺简单且成本较低。本发明还提供了该胶粘剂用于制备胶合板，所得板材具备良好的胶合强度。

Description

一种酵母蛋白胶粘剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于无醛环保型胶粘剂技术领域，更具体地，涉及一种酵母蛋白胶粘剂及其制备方法和应用。

背景技术

我国木材行业使用的胶粘剂固含量超过1500万吨，其中醛类胶粘剂例如脲醛胶、酚醛胶、以及三聚氰胺-甲醛胶在木材行业占有率达到80％～90％。醛类胶粘剂因其优良的胶合性能以及耐水性能得到广泛的应用。然而，由于全球资源短缺愈演愈烈，这些以石油为基础的产品面临着各种各样的问题。并且醛类胶粘剂其及其制品在生产以及使用过程当中会释放出游离甲醛等有害物质危害人体健康。近年来随着人们对于环保意识以及营造良好空气质量意识不断提高，世界各国对于工作环境下甲醛释放浓度的要求不断提高。

近年来，利用生物质为原料来合成胶粘剂逐渐成为研究热点，其中植物大豆蛋白研究最为突出。蛋白质分子结构当中含有许多活性基团例如氨基、羟基、羧基、酚羟基、二硫基等能够通过化学反应与木材表面发生胶接。但是蛋白胶粘剂的主要缺点是胶合强度低，粘度高，初粘性差等等，制备的人造板强度不能够满足国家标准。目前，关于提高大豆蛋白胶粘剂的胶合强度有许多相关报道，例如利用甲醛、戊二醛、异氰酸酯、苯酚等以化石原料合成的化工产品来改性，获得的板材达到国家关于人造板的胶合强度要求，但是此类化工产品再生产以及使用过程当中仍旧是面临环境污染以及危害人体健康等问题。另外，大豆作为一种农业生产的主要粮食产物，其收成容易受到气候条件的影响，年产量存在一定的波动性，过分的利用大豆来制备研发胶粘剂将会关系到国家食品安全问题。因此，研发一种绿色环保、无醛无毒、原料来源广泛且满足行业要求的胶粘剂是迫切需要的。

酵母蛋白作为一种单细胞蛋白，亦叫微生物蛋白，主要是以工业、农业和石油工业的副产品或废弃物等作为原料人工培养的酵母菌、细菌、真菌和微藻等微生物菌体的主要成份。核苷酸酵母是酵母利用糖蜜、淀粉糖进行连续发酵，并通过对发酵液的分离、浓缩、破壁、定向酶解、干燥、粉碎制备而成的一种功能型酵母，其酵母内蛋白质含量高于50％高于大豆蛋白，且含有更多的氨基酸活性基团，更有利于形成良好的胶粘剂分子结构。其次，以酵母为原材料来源广，底物转化效率高，生长繁殖速度快，生长不受季节以及气候以及地区因素的影响。再者，其生产过程清洁环保无污染。目前有关酵母蛋白的利用多集中于功能新饲料或家禽水产行业中，利用酵母蛋白为原料制备改性生物质基环保型木材胶粘剂鲜有报道。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明目的在于提供一种酵母蛋白胶粘剂。该胶粘剂无甲醛苯酚等有害挥发物质，同时胶粘剂胶接性能好，粘度低，利用酵母可再生原材料能够缓解依托石油化石燃料等不可再生来制备胶粘剂而造成的能源及环境污染等问题。同时利用本发明提供的胶粘剂制备的胶合板的胶合强度高，初粘性好。

本发明的另一目的在于提供一种酵母蛋白胶粘剂的制备方法。该方法简单且成本低。

本发明的再一目的在于提供一种上述酵母蛋白胶粘剂的应用。其制得的胶合板的胶合强度高，初粘性好。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种酵母蛋白胶粘剂，按重量份计，所述酵母蛋白胶粘剂包括酵母蛋白粉2～6份，十二烷基硫酸钠0.1～0.3份，聚乙烯醇3～5份，交联剂0.02～0.4份，水2～6份。

优选地，按重量份计，所述酵母蛋白胶粘剂包括酵母蛋白粉3～4份，十二烷基硫酸钠0.1～0.2份，聚乙烯醇3.5～4.5份，交联剂0.04～0.2份，水3～5份。

优选地，所述酵母蛋白粉为核苷酸酵母蛋白。

优选地，所述的聚乙烯醇的质量浓度为5～10wt％。

优选地，所述的交联剂为乙二醇二缩水甘油醚，丁基缩水甘油醚，1,6-己二醇二缩水甘油醚中的一种以上。

所述的酵母蛋白胶粘剂的制备方法，包括如下步骤：

S1.在室温下将水加入聚乙烯醇，搅拌均匀，制得聚乙烯醇溶液；

S2.在聚乙烯醇溶液中添加酵母蛋白粉并保持搅拌至其完全溶解；

S3.然后加入十二烷基硫酸钠继续搅拌；最后加入交联剂搅拌后，制得酵母蛋白胶粘剂。

优选地，步骤S3中所述加入十二烷基硫酸钠时搅拌的时间为30～40min；

优选地，步骤S3中所述加入交联剂搅拌的时间为2～3h。

所述酵母蛋白胶粘剂在胶合板制备领域中的应用。

本发明中聚乙烯醇选择为质量分数为5-10％的溶液，聚乙烯醇当中的大量羟基能够与蛋白质当中的羧基发生酯化反应提升交联网络密度；同时在粘接胶合板的过程当中聚乙烯醇与亲水性的纤维素有较好的粘接力，在整个胶粘剂体系当中聚乙烯醇充当良好的助剂。所述的交联剂为乙二醇二缩水甘油醚，丁基缩水甘油醚，1,6-己二醇二缩水甘油醚的一种或几种，其均携带环氧基团，通常在50℃条件下即可发生开环反应，在制备胶合板的过程当中热压温度在100℃以上环氧基团与蛋白质当中的氨基、羧基、二硫基等活性基团以及木材表面的羟基、羧基基团发生开环反应，胶粘剂固化过后形成稳定的交联网络。另外，在固化发生之前乙二醇二缩水甘油醚相交于蛋白质大分子是一种油性小分子，在胶粘剂体系当中，作为润滑剂减少长肽链构成团状的蛋白质分子相互缠绕从而降低了体系的粘度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明的酵母蛋白胶粘剂不含有甲醛等有害气体，利用的原料能够做到环保可再生，以酵母蛋白为主要原料制备的酵母蛋白胶粘剂，克服了对化石、石油等不可再生资源的依赖，同时解决了甲醛等有害物质对环境的污染以及对人体健康危害的问题，利用废弃资源养殖的酵母同时也是对资源的一种循环利用。

2.本发明的酵母蛋白胶粘剂具备较好的流动性、初粘性，接性能好，粘度较低，易于施胶，利用酵母蛋白胶粘剂制备的胶合板具有优良的胶合性能，符合国家II类胶合板的相关要求，是一种绿色环保可再生的人造板产品。

3.本发明的制备胶粘剂所需原料较少，室温下反应耗能低等特点。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

本发明实施例中所述的聚乙烯醇的质量浓度为5～10wt％。

实施例1

酵母蛋白胶粘剂按质量包括：水3份；核苷酸酵母蛋白3份，聚乙烯醇4份；十二烷基硫酸钠0.1份。

实施例2

酵母蛋白胶粘剂按质量包括：水3份；核苷酸酵母蛋白3份；聚乙烯醇4份；十二烷基硫酸钠0.1份；乙二醇二缩水甘油醚0.04份。

实施例3

酵母蛋白胶粘剂按质量包括：水3份；核苷酸酵母蛋白3份；聚乙烯醇4份；十二烷基硫酸钠0.1份；乙二醇二缩水甘油醚0.12份。

实施例4

酵母蛋白胶粘剂按质量包括：水3份；核苷酸酵母蛋白3份；聚乙烯醇4份；十二烷基硫酸钠0.1份；乙二醇二缩水甘油醚0.16份。

实施例5

酵母蛋白胶粘剂按质量包括：水3份；核苷酸酵母蛋白3份；聚乙烯醇4份；十二烷基硫酸钠0.1份；乙二醇二缩水甘油醚0.2份。

实施例6

酵母蛋白胶粘剂按质量包括：水3份；核苷酸酵母蛋白2份；聚乙烯醇5份；十二烷基硫酸钠0.2份；丁基缩水甘油醚0.2份。

实施例7

酵母蛋白胶粘剂按质量包括：水3份；核苷酸酵母蛋白6份；聚乙烯醇3份；十二烷基硫酸钠0.3份；乙二醇二缩水甘油醚0.04份。

实施例8

酵母蛋白胶粘剂按质量包括：水4份；核苷酸酵母蛋白6份；聚乙烯醇5份；十二烷基硫酸钠0.3份；乙二醇二缩水甘油醚0.4份。

实施例9

酵母蛋白胶粘剂按质量包括：水5份；核苷酸酵母蛋白6份；聚乙烯醇5份；十二烷基硫酸钠0.3份；1,6-己二醇二缩水甘油醚0.4份。

实施例10

酵母蛋白胶粘剂按质量包括：水5份；核苷酸酵母蛋白4份；聚乙烯醇4.5份；十二烷基硫酸钠0.2份；1,6-己二醇二缩水甘油醚0.3份。

实施例11

酵母蛋白胶粘剂按质量包括：水5份；核苷酸酵母蛋白4份；聚乙烯醇3.5份；十二烷基硫酸钠0.2份；1,6-己二醇二缩水甘油醚0.1份。

实施例12

酵母蛋白胶粘剂按质量包括：水2份；核苷酸酵母蛋白2份；聚乙烯醇3份；十二烷基硫酸钠0.1份；1,6-己二醇二缩水甘油醚0.15份。

将实施例1-5制得酵母蛋白胶粘剂按照单面施胶量300-360g/m²涂于桉木单板(2.2mm的单板，共计三层，含水率维持在13％左右)表面，预压20min，在热压温度120℃下以1.4MPa的压力热压3min；然后降压至1.2MPa保持2min，接着在5min内降压至0MPa，制备出胶合板。

将热压过的板材置于室温条件下静置24h用于测试其性能。按照GB/T14074-2006木材胶粘剂及其树脂检验方法当中的要求对制备的酵母蛋白胶粘剂测试其外观检验、粘度、游离甲醛含量等性能指标；按照GB/T 17657-2013人造板及饰面人造板理化性能试验方法当中的要求对制备的胶合板测试其干胶合强度、甲醛释放量等性能指标，如表1中所示。

表1实施例1-5制得的酵母蛋白胶粘剂与胶合板的理化性质

表1为实施例1-5制得的酵母蛋白胶粘剂与胶合板的理化性质。从表1中可以看出，利用常规检验手法均未检出利用酵母蛋白胶粘剂制备的胶合板中甲醛的释放。从添加实施例1-5中酵母蛋白胶粘剂的胶合板粘度分析可得，没有添加乙二醇二缩水甘油醚条件下制备的胶液粘度相对较大为2342mpa·s，随着添加乙二醇二缩水甘油醚浓度的提高，粘度不断下降，当添加至0.2份的乙二醇二缩水甘油醚时，粘度为1010mpa·s，完全适合胶合板的施胶要求。随着乙二醇二缩水甘油醚浓度的提高，交联网络密度不断提高，固含量从26.93％提高到33.84％。当胶粘剂中不添加乙二醇二缩水甘油醚时，用胶粘剂制备的胶合板干胶合强度为0.4137Mpa，不能够满足国家II类胶合板的强度要求，随着胶粘剂中乙二醇二缩水甘油醚浓度的提高，胶合强度不断提高，当添加0.12份乙二醇二缩水甘油醚时，干胶合强度为0.8001Mpa满足国家II类胶合板的需求。此外，其他交联剂丁基缩水甘油醚和1,6-己二醇二缩水甘油醚在同等条件下效果接近乙二醇二缩水甘油醚，但乙二醇二缩水甘油醚分子量相对较小，同等添加量下环氧当量较高，具有较好的交联效果。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种酵母蛋白胶粘剂，其特征在于，按重量份计，所述酵母蛋白胶粘剂包括酵母蛋白粉2～6份，十二烷基硫酸钠0.1～0.3份，聚乙烯醇3～5份，交联剂0.02～0.4份，水2～6份。

2.根据权利要求1所述的酵母蛋白胶粘剂，其特征在于，按重量份计，所述酵母蛋白胶粘剂包括酵母蛋白粉3～4份，十二烷基硫酸钠0.1～0.2份，聚乙烯醇3.5～4.5份，交联剂0.04～0.2份，水3～5份。

3.根据权利要求1或2所述的酵母蛋白胶粘剂，其特征在于，所述酵母蛋白粉为核苷酸酵母蛋白。

4.根据权利要求1或2所述的酵母蛋白胶粘剂，其特征在于，所述的聚乙烯醇的质量浓度为5～10wt％。

5.根据权利要求1或2所述的酵母蛋白胶粘剂，其特征在于，所述的交联剂为乙二醇二缩水甘油醚，丁基缩水甘油醚，1,6-己二醇二缩水甘油醚中的一种以上。

6.根据权利要求1-5任一项所述的酵母蛋白胶粘剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.在室温下将聚乙烯醇加入水中，搅拌均匀，制得聚乙烯醇溶液；

S2.在聚乙烯醇溶液中添加酵母蛋白粉并搅拌至其完全溶解；

S3.然后加入十二烷基硫酸钠继续搅拌，再加入交联剂搅拌后，制得酵母蛋白胶粘剂。

7.根据权利要求6所述的酵母蛋白胶粘剂的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述加入十二烷基硫酸钠时搅拌的时间为30～40min。

8.根据权利要求6所述的酵母蛋白胶粘剂的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述加入交联搅拌的时间为2～3h。

9.权利要求1-5任一项所述酵母蛋白胶粘剂在胶合板制备领域中的应用。