一種改性材用大豆蛋白膠黏劑及其製備方法與流程
2023-06-14 10:55:06
本發明涉及一種改性材用大豆蛋白膠黏劑及其製備方法，具體地說是一種常溫固化無醛大豆蛋白膠黏劑及其製備方法，屬於膠黏劑及其製備領域。
背景技術：
隨著人民生活水平的提高和建築、裝飾裝修、包裝等行業的持續穩定發展，我國對木材的需求量持續增減，但可用於家具製造的木材生長周期長，成材緩慢，不能滿足日益增長的木材需求。速生材，主要為速生楊木，生長周期和產量大，但是速生材的材質差，密度僅為0.32g/cm3，相當於家具用硬木的一半的密度，容易變形、握釘力差、強度低，不能直接用於實木家具生產，多用於製備膠合板產品。因此為擴大低質楊木的利用率，近年來出現對與低質材增強改性研究，多利用低摩爾比的甲醛尿素低聚物或者三聚氰甲醛低聚物浸漬增強低質楊木增加密度提高強度，改性後楊木密度可達到0.60 g/cm3以上，可用於製備實木複合地板或者家具。但由於浸漬樹脂固化後反應活性低、樹脂封閉木材導致空隙減少、活性基團較少、木材脆性表達、表面自由能增大、潤溼性下降等，導致常用木材橫拼用膠黏劑不能很好的粘接改性材。另外，目前普遍採用的木材橫拼膠黏劑也都存在著原料的化石資源依賴問題，不符合可持續發展的要求。
技術實現要素：
為了解決上述問題，本發明設計了一種改性材用大豆蛋白膠黏劑及其製備方法，能夠滿足改性材橫拼用膠黏劑的耐水要求，保證了蛋白膠黏劑的實用性能；徹底解決了改性材橫拼強度低、有機揮發物汙染問題；主要原料為可再生資源，符合環境保護與可持續發展原則。
本發明的技術方案為：
一種改性材用大豆蛋白膠黏劑，包括以下重量份的組分：
低溫脫脂蛋白粉25-35份、活性劑改性單寧3-8份、催化劑季銨鹽0.1-0.8份、強化劑大漆5-10份、固化劑次氯酸鈉0.2-1份、分散介質70-80份。
其中，所述低溫脫脂蛋白粉中的蛋白含量在45%以上，優選45～50%，以確保更理想的應用效果和控制成本；
所述低溫脫脂蛋白粉可選自低溫脫脂豆蛋白粉、低溫脫脂花生蛋白粉、低溫脫脂棉粕粉中的一種或幾種，其中優選為低溫脫脂豆蛋白粉。
進一步地，所述低溫脫脂蛋白粉的粒徑均大於200目，優選200～250目。
本發明所述低溫脫脂豆蛋白粉、低溫脫脂花生蛋白粉、低溫脫脂棉粕粉均可市售購得，如可購自匯福糧油有限公司、周口益海糧油有限公司、中國糧油股份有限公司等，或採用常規脫脂方法製備得到，具體方法本發明對此不作特別限定。
進一步地，所述活化劑改性單寧製備過程為：在高壓反應釜中加入1000g單寧溶解在1000g水中調節pH值到5.0，升溫至150℃，保持1小時，冷卻洩壓後調節pH為7.0，離心分離後得到改性單寧，固體含量80%，分子量小，活性基團增多。
上述添加劑包括活化劑、固化劑、催化劑均為市售產品，可購自天津化工有限公司等。採用上述活化劑可有效增加蛋白分子上的反應性基團數量和種類，提高蛋白分子的反應活性。固化劑可在常溫下在催化劑和固化劑的協同作用下與蛋白反應，催化劑和固化劑可提高常溫反應的速率。
進一步地，所述分散介質選擇普通自來水或軟化水。
一種上述改性材橫拼用膠黏劑的製備方法，包括如下步驟：
（1）按照重量配比稱量各組分，將蛋白粉、活化劑均勻分散於分散介質中，然後加入催化劑，水浴升溫至30℃攪拌20分鐘；
（2）將步驟（1）得到的混合物用高壓均質機，在30MPa壓力和0.5MPa的乳化力作用下，均質乳化20分鐘，進一步提高反應活性；
（3）最後，將步驟（2）得到的混合物中加入增強劑和固化劑，攪拌均勻即可。
經試驗證明，本發明產品製造的改性材橫拼材其有機揮發物釋放量都很低，膠合強度按II膠合板檢測在1.20MPa以上，能達到水煮4小時不開膠，幹強度1.2以上，增強效果顯著；另外，產品使用方便，不必對現有橫拼材生產設備和工藝做改動，因此不需要增加設備投資。
本發明的優點在於：
1）本發明採用活化劑，使大豆蛋白分子分子體系活性基團數量和種類增加；
2）本發明採用活化劑、催化劑、固化劑協同作用，使大漆與蛋白分子在常溫下反應形成交聯網絡結構，並且滲透性好，適用於膠接改性材，解決了普通蛋白膠黏劑常溫固化慢，耐水性差、耐水煮性能差的問題，並且解決了市售普通橫拼材對改性材膠接性能差的問題，能夠滿足改性材常溫橫拼耐水要求，保證了蛋白膠黏劑的實用性能，並且由本發明的膠黏劑製備的橫拼改性材較改性材本身強度高10%，水煮3小時不開膠；
3）本發明對蛋白粉和改性單寧為原料結合各種助劑作為改性材橫拼膠黏劑，不含有有機揮發物，徹底解決了人造板帶來的室內空氣中的有機揮發物汙染問題；
4）蛋白粉和單寧為可再生的資源，作為膠黏劑的主要原料，有助於解決常規橫拼膠黏劑中使用合成化石原料的枯竭問題，符合環境保護與可持續發展原則；
5）有效利用了農副產品加工剩餘物和造紙工業廢棄物，綜合利用資源，節約生產成本，提高了產品的附加值。
下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。
具體實施方式
以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。在不背離本發明精神和實質的情況下，對本發明方法、步驟或條件所作的修改或替換，均屬於本發明的範圍。
若未特別指明，實施例中所用的技術手段為本領域技術人員所熟知的常規手段。此外，實施例中所使用的所有各組分原料均為已知的市售產品。
本發明中涉及到的百分號「%」，若未特別說明，食指質量百分比；但溶液的百分比，除另有規定外，是指溶液100ml中含有溶質若干克；液體之間的百分比，是指20℃時容量的比例。
實施例1
一種改性材橫拼用常溫固化膠黏劑，所述膠黏劑按以下重量配比進行備料：
軟化水 70 kg
脫脂豆蛋白粉 25 kg
活性劑 3.0kg
催化劑 0.1kg
固化劑 0.2kg
增強劑 5kg
其中，脫脂豆蛋白粉的蛋白含量43%以上（購自匯福糧油有限公司）；活化劑為改性單寧、催化劑為市售季銨鹽（購自北京化學試劑有限公司，含量99%）、固化劑為次氯酸鈉（購自北京化學試劑有限公司，含量99%）；增強劑為大漆（固體含量65%，黏度3800mPa.s）。
本實施例同時提供了上述膠黏劑的製備方法，具體製備步驟如下：
1）在配有攪拌器的混合器中，加入全部的軟化水、脫脂豆蛋白粉、活化劑，攪拌均勻，加入催化劑，升溫至30℃攪拌20分鐘。
2）將混合物用高壓均質機，在30MPa壓力和0.5MPa的乳化力作用下，均質乳化20分鐘。
3）加入增強劑和固化劑，攪拌均勻。
所得膠黏劑的性能質量指標見表1。
實施例2
本實施例提供了一種改性材橫拼用常溫固化膠黏劑，所述膠黏劑按以下重量配比進行備料：
軟化水 75 kg
脫脂豆蛋白粉 30 kg
活性劑 5.0kg
催化劑 0.4kg
固化劑 0.6kg
增強劑 8kg
其中，脫脂豆蛋白粉的蛋白含量43%以上（購自匯福糧油有限公司）；活化劑為改性單寧、催化劑為市售季銨鹽（購自北京化學試劑有限公司，含量99%）、固化劑為次氯酸鈉（購自北京化學試劑有限公司，含量99%）；增強劑為大漆（固體含量65%，黏度3800mPa.s）。
本實施例所述膠黏劑的製備方法同實施例1，所得膠黏劑的性能質量指標見表1。
實施例3
本實施例提供了一種改性材橫拼用常溫固化膠黏劑，所述膠黏劑按以下重量配比進行備料：
軟化水 80 kg
脫脂豆蛋白粉 35 kg
活性劑 8.0kg
催化劑 0.8kg
固化劑 1kg
增強劑 10kg
其中，脫脂豆蛋白粉的蛋白含量43%以上（購自匯福糧油有限公司）；活化劑為改性單寧、催化劑為市售季銨鹽（購自北京化學試劑有限公司，含量99%）、固化劑為次氯酸鈉（購自北京化學試劑有限公司，含量99%）；增強劑為大漆（固體含量65%，黏度3800mPa.s）。
本實施例所述膠黏劑的製備方法同實施例1，所得膠黏劑的性能質量指標見表1。
表1 實施例1-4所製備膠黏劑性能指標
對照例1-6
分別與實施例1-3相比，對照組1-3依次為不加入活化劑、催化劑、固化劑的膠黏劑。
分別與實施例1-3相比，對照組4-6依次為不加入增強劑的膠黏劑。
對照例7
市售的常用雙組份橫拼膠，組分1為50%固體含量聚醋酸乙烯酯，組分2為粗異氰酸酯，混合比例為100:8，購自中原木業有限公司。
對照例8
改性材木條。
試驗例
分別採用本發明實施例1-3和對照例1-6的膠黏劑製造改性材橫拼材。
改性楊木條：含水率乾燥到6-14％；尺寸2cm*2cm*2cm。
膠黏劑採用本發明實施例1-3的產品和對照例1-6的產品。
按以下正常製備工藝：
施膠：塗膠量為300-460g/m2。
冷壓壓力及時間：壓力0.2MPa，時間2天。
按GB/T17657-1999《人造板及飾面人造板理化性能實驗方法》檢測方法對橫拼材產品進行性能檢測，檢測結果見表2。
表2 膠合板甲醛釋放量與膠合強度
實驗結果表明，本發明改性材用常溫固化無醛大豆蛋白膠黏劑製造的改性材橫拼材的有機揮發物釋放量都很低（為木材本體甲醛釋放），膠合強度按II膠合板檢測在1.20MPa以上，能達到水煮4小時不開膠，幹強度1.2以上，比對照組的提高了50%左右，增強效果顯著。
本發明無甲醛蛋白膠黏劑使用方便，不必對現有橫拼材生產設備和工藝做改動，因此不需要增加設備投資。
本發明製備的膠黏劑可替代常規橫拼材膠黏劑，製備時的總施膠量不變，因此使用成本與常用雙組份橫拼材膠黏劑相當。因此，本發明的蛋白膠黏劑具有良好的應用前景。
雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施方案對本發明作了詳盡的描述，但在本發明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬於本發明要求保護的範圍。