一種豆粕基木材膠粘劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種豆粕基木材膠粘劑及其制備方法，由脫脂蛋白粉27?33份、降粘劑0.001?0.003份、乳化劑0.5?2.0份、變性劑1?2份、增強(qiáng)劑7?20份、分散介質(zhì)65?73份制備而成，制備方法包括分散、混合、升溫和攪拌等步驟；本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：能夠滿足人造板用膠粘劑的耐水要求，保證了蛋白膠粘劑的實(shí)用性能；徹底解決了人造板帶來的室內(nèi)空氣中的甲醛污染問題；主要原料為可再生資源，符合環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展原則。
【專利說明】
一種豆粕基木材膠粘劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種膠粘劑及其制備方法，具體地說是一種豆柏基木材膠粘劑及其制 備方法，屬于膠粘劑及其制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人民生活水平的提高和建筑、裝飾裝修、包裝等行業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，我國人 造板產(chǎn)量迅速增長。2014年，我國人造板總產(chǎn)量3.02億m 3,約占世界總產(chǎn)量的50%以上。其中 刨花板〇. 17億m3，同比增長13%;纖維板0.69億m3，同比增長16%;膠合板1.74億m 3，同比增長 7%。人造板總產(chǎn)量、膠合板產(chǎn)量、家具產(chǎn)量、木質(zhì)地板產(chǎn)量連續(xù)多年位居世界首位。
[0003]人造板生產(chǎn)中普遍使用的膠粘劑是甲醛系合成樹脂，以脲醛樹脂及其改性產(chǎn)品為 主。經(jīng)過多年的努力，我國人造板膠粘劑生產(chǎn)水平有了很大提高，人造板及其制品環(huán)保特性 有了很大改善，但是不能完全消除其制品甲醛釋放，并且不少企業(yè)生產(chǎn)的人造板及其制品 (家具、木地板、室內(nèi)木質(zhì)裝飾材料等)仍然存在著較為嚴(yán)重的甲醛釋放問題，是室內(nèi)空氣污 染中甲醛污染的主要來源。
[0004] 目前，降低人造板甲醛釋放量的方法主要有如下4種：1)采用低摩爾比改性脲醛樹 脂膠粘劑;2)在改性脲醛樹脂膠粘劑中加入甲醛捕捉劑;3)對(duì)人造板進(jìn)行后處理;4)采用其 他環(huán)保型膠粘劑。但是，這些技術(shù)方法都存在著諸多缺陷。例如：1)采用低摩爾比改性脲醛 樹脂膠粘劑雖然能夠有效降低人造板產(chǎn)品甲醛釋放量，但是產(chǎn)品膠合強(qiáng)度也往往降低，不 能滿足使用要求;并且可導(dǎo)致固化時(shí)間延長，生產(chǎn)效率降低;2)在人造板用脲醛樹脂膠粘劑 中加入甲醛捕捉劑，雖然能夠有效降低人造板游離甲醛釋放量，但是往往同時(shí)降低人造板 膠合強(qiáng)度；同時(shí)，一般甲醛捕捉劑價(jià)格往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于脲醛樹脂膠粘劑，其加入提高了產(chǎn)品成 本，降低了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力；3)對(duì)人造板進(jìn)行后處理，如公開號(hào)為CN1526528的發(fā)明專利申請(qǐng)中 公開了一種采用氨氣真空法制備E1/E0級(jí)環(huán)保型人造板的制造工藝;公開號(hào)為CN2394770的 實(shí)用新型專利中公開了一種降低人造板甲醛釋放量的處理裝置，這些后處理方法，不僅使 得人造板制造工藝復(fù)雜，而且后處理設(shè)備投資巨大，生產(chǎn)成本明顯提高;4)采用其他環(huán)保型 膠粘劑，如異氰酸酯類膠粘劑，導(dǎo)致人造板生產(chǎn)成本大幅度增加、生產(chǎn)工藝難度加大，企業(yè) 和用戶都難以接受;采用普通蛋白膠粘劑制備人造板膠合強(qiáng)度低，人造板易開膠。綜上所 述，上述措施雖然能夠有效降低人造板游離甲醛釋放量，但不能徹底解決甲醛釋放問題，或 由于生產(chǎn)成本過高等原因而無法推廣。
[0005] 另外，目前普遍采用的人造板膠粘劑也都存在著原料的化石資源依賴問題，不符 合可持續(xù)發(fā)展的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種豆柏基木材膠粘劑及其制備方法，能夠滿 足人造板用膠粘劑的耐水要求，保證了蛋白膠粘劑的實(shí)用性能;徹底解決了人造板帶來的 室內(nèi)空氣中的甲醛污染問題;主要原料為可再生資源，符合環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展原則。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案為： 一種豆柏基木材膠粘劑，包括以下重量份的組分： 脫脂蛋白粉20-40份、降粘劑0.0005-0.005份、乳化劑0.1-5.0份、變性劑1-5份、增強(qiáng)劑 1-30份、分散介質(zhì)60-80份。
[0008] 優(yōu)選地，所述豆柏基人造板膠粘劑，按重量份計(jì)，包括如下組分:脫脂蛋白粉27-33 份、降粘劑〇. 001-0.003份、乳化劑0.5-2.0份、變性劑1-2份、增強(qiáng)劑7-20份、分散介質(zhì)65-73 份。
[0009] 其中，所述脫脂蛋白粉中的蛋白含量在40%以上，優(yōu)選43~50%，以確保更理想的應(yīng) 用效果和控制成本。
[0010] 所述脫脂蛋白粉可選自脫脂豆蛋白粉、脫脂花生蛋白粉、脫脂棉柏粉、脫脂血蛋白 粉、脫脂羽毛蛋白粉、脫脂骨蛋白粉中的一種或幾種，其中優(yōu)選為脫脂豆蛋白粉或脫脂花生 蛋白粉。
[0011] 進(jìn)一步地，所述脫脂蛋白粉的粒徑均大于150目，優(yōu)選200~250目。
[0012] 本發(fā)明所述脫脂豆蛋白粉、脫脂花生蛋白粉、脫脂棉柏粉、脫脂血蛋白粉、脫脂羽 毛蛋白粉和脫脂骨蛋白粉均可市售購得，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，或采用常規(guī)脫脂方法制備得到，具體方法本發(fā)明對(duì)此不作 特別限定。
[0013] 所述的降粘劑為木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、中性蛋白酶中的一種。
[0014] 所述的乳化劑為聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚醚酰亞胺中的一種。
[0015] 所述變性劑選自十二烷基苯磺酸鈉、尿素、鹽酸胍、碳酸鈉的一種或幾種。
[0016] 上述變性劑均為市售產(chǎn)品，可購自天津化工有限公司等。采用上述變性劑可將蛋 白分子解聚暴露分子內(nèi)部的活性基團(tuán)，有利于與加入的增強(qiáng)劑反應(yīng)形成更加密實(shí)的交聯(lián)網(wǎng) 絡(luò)，為增強(qiáng)膠粘劑奠定基礎(chǔ);采用降粘劑可使蛋白質(zhì)分子降解，產(chǎn)生大量小分子蛋白，一方 面分子鏈降解形成大量小分子蛋白質(zhì)有利于蛋白內(nèi)功能官能團(tuán)的暴露，另一方面大分子蛋 白質(zhì)降解小分子蛋白質(zhì)使膠粘劑粘度大幅度降低，生成的小分子蛋白質(zhì)有利于滲入木材中 形成更多膠釘，增加膠粘劑干濕狀膠合強(qiáng)度;采用乳化劑可以使膠粘劑各個(gè)組分混合更加 均勻，促進(jìn)各組分的有效接觸，并且加入的乳化劑也可參與反應(yīng)，與膠粘劑體系形成交聯(lián)網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)。
[0017] 所述增強(qiáng)劑變性劑選自尿素、鹽酸胍、碳酸鈉(10%溶液）中的一種。
[0018] 所述增強(qiáng)劑為一定條件下制備的單寧-間苯二酚-戊二醛預(yù)聚物。
[0019] 其中，所述單寧為縮合單寧，制備過程為在三口瓶中加入60g縮合單寧與45g水，后 加入20g甲醇和31g戊二醛(40%濃度），攪拌均勻后加入12g氫氧化鈉溶液(40%濃度），在常溫 下攪拌均勻后加熱至75°C反應(yīng)65分鐘，后降溫至40 °C，調(diào)節(jié)pH=9.0-10.0,制備單寧-間苯二 酚-戊二醛預(yù)聚物。增強(qiáng)劑基于高反應(yīng)活性多官能團(tuán)結(jié)構(gòu)，可與蛋白上氨基和羧酸基發(fā)生交 聯(lián)反應(yīng)形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)膠粘劑耐水膠接性能；另一方面制備預(yù)聚體可自身反應(yīng)形 成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，與交聯(lián)蛋白質(zhì)形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高膠粘劑耐水膠接性能。
[0020] 所述分散介質(zhì)選擇普通自來水或軟化水。
[0021] 本發(fā)明同時(shí)還提供了一種人造板用膠粘劑的制備方法，包括如下步驟： 1)按照重量配比稱量蛋白粉、乳化劑、變性劑并且使其均勻分散于分散介質(zhì)中，水浴升 溫至30 °C攪拌20分鐘； 2) 水浴升溫至50°C，加入降粘劑攪拌10分鐘，繼續(xù)升溫至90°C攪拌20分鐘對(duì)蛋白酶進(jìn) 行滅活處理。
[0022] 3)降溫至20°C，加入增強(qiáng)劑，攪拌均勻。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于： 1)本發(fā)明采用變性劑、乳化劑、降粘劑共同作用，使大豆蛋白分子從卷曲的大分子舒展 后切斷為短分子鏈蛋白，并且在乳化劑作用下均勻的分散，為后續(xù)增強(qiáng)劑的加入提供了合 適的分子量和大量的反應(yīng)活性官能團(tuán)，并且降低了粘度。
[0024] 2)本發(fā)明采用變性劑變性后用氧化單寧增強(qiáng)膠粘劑，使增強(qiáng)劑與大豆蛋白分子相 互作用形成交聯(lián)互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，解決了普通蛋白膠粘劑耐水性差、耐水煮性能差的問題，能 夠滿足人造板用膠粘劑的耐水要求，保證了蛋白膠粘劑的實(shí)用性能，并且由本發(fā)明的膠粘 劑制備的膠合板達(dá)到國標(biāo)中Π 類膠合板要求； 3) 本發(fā)明對(duì)蛋白粉和氧化單寧為原料改性處理后作為人造板用膠粘劑，不含有游離甲醛， 膠接的人造板不存在甲醛釋放問題，徹底解決了人造板帶來的室內(nèi)空氣中的甲醛污染問題； 4) 蛋白粉和單寧為可再生的資源，作為膠粘劑的主要原料，有助于解決常規(guī)人造板膠 粘劑中使用合成化石原料的枯竭問題，符合環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展原則； 5) 有效利用了農(nóng)副產(chǎn)品加工剩余物和造紙工業(yè)廢棄物，綜合利用資源，節(jié)約生產(chǎn)成本， 提高了產(chǎn)品的附加值。
[0025]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。在不背離本發(fā)明精神 和實(shí)質(zhì)的情況下，對(duì)本發(fā)明方法、步驟或條件所作的修改或替換，均屬于本發(fā)明的范圍。
[0027] 若未特別指明，實(shí)施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段。 此外，實(shí)施例中所使用的所有各組分原料均為已知的市售產(chǎn)品。
[0028] 本發(fā)明中涉及到的百分號(hào)"%"，若未特別說明，食指質(zhì)量百分比;但溶液的百分比， 除另有規(guī)定外，是指溶液l〇〇ml中含有溶質(zhì)若干克;液體之間的百分比，是指20 °C時(shí)容量的 比例。
[0029] 實(shí)施例1 本實(shí)施例提供了一種人造板用膠粘劑，所述膠粘劑按以下重量配比進(jìn)行備料： 軟化水 73 kg 脫脂豆蛋白粉 27 kg 變性劑 1.0kg 降粘劑 0.001kg 乳化劑 〇.5kg 增強(qiáng)劑 7kg 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）;變性劑為市售普通 鹽酸胍、降粘劑為木瓜蛋白酶、乳化劑為聚乙烯醇(購自北京化學(xué)試劑有限公司，含量99%); 增強(qiáng)劑為自制單寧-間苯二酚-戊二醛預(yù)聚物(固體含量60%，黏度2400mPa. s)。
[0030]本實(shí)施例同時(shí)提供了上述膠粘劑的制備方法，具體制備步驟如下： 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、乳化劑、變性劑，攪拌 均勻，升溫至30 °C攪拌20分鐘。
[0031] 2)升溫至50°C，加入降粘劑攪拌10分鐘，繼續(xù)升溫至90°C攪拌20分鐘對(duì)蛋白酶進(jìn) 行滅活處理。
[0032] 3)降溫至20Γ，加入增強(qiáng)劑，攪拌均勻。
[0033]所得膠粘劑的性能質(zhì)量指標(biāo)見表1。
[0034] 實(shí)施例2 本實(shí)施例提供了一種人造板用膠粘劑，所述膠粘劑按以下重量配比進(jìn)行備料 自來水 71 kg 脫脂豆蛋白粉 29 kg 變性劑 1.5kg 降粘劑 0.002kg 乳化劑 1.0kg 增強(qiáng)劑 12kg 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）；變性劑為市售尿 素、降粘劑為菠蘿蛋白酶、乳化劑為聚丙烯酰胺(購自北京化學(xué)試劑有限公司，含量99%);增 強(qiáng)劑為自制單寧-間苯二酚-戊二醛預(yù)聚物(固體含量60%，黏度2400mPa. s )。
[0035] 本實(shí)施例所述膠粘劑的制備方法同實(shí)施例1，所得膠粘劑的性能質(zhì)量指標(biāo)見表1。
[0036] 實(shí)施例3 本實(shí)施例提供了一種人造板用膠粘劑，所述膠粘劑按以下重量配比進(jìn)行備料： 軟化水 69 kg 脫脂花生蛋白粉 31 kg 變性劑 1.0kg 降粘劑 0.002kg 乳化劑 1.5kg 增強(qiáng)劑 18kg 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）；變性劑為市售尿 素、降粘劑為中性蛋白酶、乳化劑為聚醚酰亞胺(購自北京化學(xué)試劑有限公司，含量99%);增 強(qiáng)劑為自制單寧-間苯二酚-戊二醛預(yù)聚物(固體含量60%，黏度2400mPa. s )。
[0037] 本實(shí)施例所述膠粘劑的制備方法同實(shí)施例1，所得膠粘劑的性能質(zhì)量指標(biāo)見表1。
[0038] 實(shí)施例4 本實(shí)施例提供了一種人造板用膠粘劑，所述膠粘劑按以下重量配比進(jìn)行備料： 軟化水 67 kg 脫脂花生蛋白粉 33 kg 變性劑 2.0kg 降粘劑 0.003kg 乳化劑 2.0kg 增強(qiáng)劑 20kg 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）;變性劑為市售普通 碳酸鈉、降粘劑為菠蘿蛋白酶、乳化劑為聚醚酰亞胺（購自北京化學(xué)試劑有限公司，含量 99%);增強(qiáng)劑為自制單寧-間苯二酚-戊二醛預(yù)聚物(固體含量60%，黏度2400mPa. s)。
[0039] 本實(shí)施例所述膠粘劑的制備方法同實(shí)施例1，所得膠粘劑的性能質(zhì)量指標(biāo)見表1。
[0040] 表1實(shí)施例1-4所制備膠粘劑性能指標(biāo)
對(duì)照例1-8 分別與實(shí)施例1-4相比，對(duì)照組1-4依次為不加入變性劑、降粘劑、乳化劑的膠粘劑。 [0041 ]分別與實(shí)施例1-4相比，對(duì)照組5-8依次為不加入增強(qiáng)劑的膠粘劑。
[0042] 對(duì)照例9 市售的50%固體含量的低游離甲醛含量三聚氰胺改性脲醛樹脂膠粘劑(具體配方為:三 聚氰胺添加量為膠粘劑總重量的10%，摩爾比1.18,尿素分三批加入摩爾比分別為2.1、 1.45、1.18,三聚氰胺隨第二批尿素加入，購自徐州安聯(lián)木業(yè)有限公司） 試驗(yàn)例 分別采用本發(fā)明實(shí)施例1-4和對(duì)照例1-9的膠粘劑制造三層400 X 400mm膠合板。
[0043] 楊木單板:含水率干燥到6-14%;厚1.6mm; 單板膠粘劑采用本發(fā)明實(shí)施例1-5的產(chǎn)品和對(duì)照例1-10的產(chǎn)品。
[0044]按以下正常工藝制備膠合板： 施膠:芯板雙面施膠，涂膠量為300-460g/m2。
[0045]陳化方式及時(shí)間：閉合陳化，10-30分鐘。
[0046] 預(yù)壓壓力及時(shí)間:預(yù)壓30-40分鐘，壓力0.8MPa。
[0047] 熱壓壓力：1 · OMPa，熱壓溫度：110-120°C，熱壓時(shí)間：70-90s/mm。
[0048] 按GB/T17657-1999《人造板及飾面人造板理化性能實(shí)驗(yàn)方法》檢測(cè)方法對(duì)生產(chǎn)的 膠合板產(chǎn)品進(jìn)行性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表2。
[0049] 表2膠合板甲醛釋放量與膠合強(qiáng)度
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明無甲醛生物質(zhì)膠粘劑制造的膠合板的甲醛釋放量都很低(為木 材本體甲醛釋放），添加增強(qiáng)劑的生物質(zhì)膠粘劑制備的膠合板的膠合強(qiáng)度按II膠合板檢測(cè) 在1. lOMPa以上，能達(dá)到水煮10小時(shí)不開膠，干強(qiáng)度1.2以上，比對(duì)照組的提高了50%左右，增 強(qiáng)效果顯著。
[0050] 本發(fā)明無甲醛蛋白膠粘劑使用方便，不必對(duì)現(xiàn)有人造板生產(chǎn)設(shè)備和工藝做改動(dòng)， 因此不需要增加設(shè)備投資。
[0051] 本發(fā)明制備的膠粘劑可替代含甲醛的常規(guī)膠合板膠粘劑，制備膠合板時(shí)的總施膠 量不變，因此使用成本與改性脲醛樹脂膠粘劑相當(dāng)。因此，本發(fā)明的蛋白膠粘劑具有良好的 應(yīng)用前景。
[0052] 雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明作了詳盡的描述，但在 本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因 此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種豆柏基木材膠粘劑，其特征在于:包括以下重量份的組分： 脫脂蛋白粉27-33份、變性劑1-2份、增強(qiáng)劑7-20份、分散介質(zhì)65-73份。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種豆柏基木材膠粘劑，其特征在于:所述脫脂蛋白粉選自脫 脂豆蛋白粉、脫脂花生蛋白粉、脫脂棉柏粉、脫脂血蛋白粉、脫脂羽毛蛋白粉、脫脂骨蛋白粉 中的一種或幾種。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種豆柏基木材膠粘劑，其特征在于:所述脫脂蛋白粉的粒徑 均大于150目。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種豆柏基木材膠粘劑，其特征在于:所述變性劑選自尿素、 鹽酸胍、碳酸鈉中的一種。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大豆無醛膠粘劑，其特征在于:所述降粘劑選自木瓜蛋白 酶、菠蘿蛋白酶、中性蛋白酶中的一種。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大豆無醛膠粘劑，其特征在于:所述乳化劑選自聚丙烯酰 胺、聚乙烯醇、聚醚酰亞胺中的一種。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種豆柏基木材膠粘劑，其特征在于:所述增強(qiáng)劑為一定條件 下制備的單寧-間苯二酚-戊二醛預(yù)聚物。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種豆柏基木材膠粘劑，其特征在于，所述增強(qiáng)劑合成工藝 為:在三口瓶中加入60g縮合單寧與45g水，后加入20g甲醇和31g戊二醛(40%濃度），攪拌均 勻后加入12g氫氧化鈉溶液(40%濃度），在常溫下攪拌均勻后加熱至75 °C反應(yīng)65分鐘，后降 溫至40°C，調(diào)節(jié)pH=9.0-10.0，制備單寧-間苯二酚-戊二醛預(yù)聚物。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種豆柏基木材膠粘劑，其特征在于:所述分散介質(zhì)選擇普通 自來水或軟化水。10. -種如權(quán)利要求1-9任意一項(xiàng)所述的豆柏基木材膠粘劑的制備方法，其特征在于， 包括如下步驟： 1) 按照重量配比稱量蛋白粉、乳化劑、變性劑并且使其均勻分散于分散介質(zhì)中，水浴升 溫至30 °C攪拌20分鐘； 2) 水浴升溫至50 °C，加入降粘劑攪拌10分鐘，繼續(xù)升溫至90 °C攪拌20分鐘對(duì)蛋白酶進(jìn) 行滅活處理； 3) 降溫至20°C，加入增強(qiáng)劑，攪拌均勻。
【文檔編號(hào)】C08G8/04GK105969303SQ201610372058
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日
【發(fā)明人】高強(qiáng), 羅晶, 李建章, 陳惠 , 張偉
【申請(qǐng)人】北京林業(yè)大學(xué)