摘 要：本發(fā)明屬于膠粘劑技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種亞麻籽粕蛋白膠粘劑及其制備方法和應(yīng)用。該膠粘劑是將亞麻籽粕、強(qiáng)堿和尿素添加入水中攪拌均勻，在60～80℃預(yù)處理反應(yīng)至黏度為4000～6000mPa·s，得到亞麻籽粕蛋白預(yù)處理膠粘劑；將乙二胺、三羥甲基丙烷三縮水甘油醚加入水中攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH為10～12，在30～50℃反應(yīng)，制得多環(huán)氧預(yù)聚物；將亞麻籽粕蛋白預(yù)處理膠粘劑和防腐劑混合均勻后加入多環(huán)氧預(yù)聚物中攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH為10～12，在50～70℃反應(yīng)至黏度為20000～40000mPa·s制得。本發(fā)明的亞麻籽粕蛋白膠粘劑的質(zhì)地均勻、耐水性好、膠合強(qiáng)度高，可應(yīng)用在細(xì)木工板、膠合板等單板類木材工業(yè)領(lǐng)域。
技術(shù)要點(diǎn)
1.一種亞麻籽粕蛋白膠粘劑，其特征在于，所述亞麻籽粕蛋白膠粘劑是將亞麻籽粕、強(qiáng)堿和尿素添加入水中攪拌均勻，在60～80℃預(yù)處理反應(yīng)至黏度為4000～6000mPa·s，得到小分子的亞麻籽粕蛋白預(yù)處理膠粘劑；將乙二胺、三羥甲基丙烷三縮水甘油醚加入水中攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH為10～12，在30～50℃反應(yīng)，制得多環(huán)氧預(yù)聚物；將亞麻籽粕蛋白預(yù)處理膠粘劑和防腐劑混合均勻后按流速為100～150ml·s?1加入多環(huán)氧預(yù)聚物中攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH為10～12，在50～70℃反應(yīng)至黏度為20000～40000mPa·s制得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞麻籽粕蛋白膠粘劑，其特征在于，所述亞麻籽粕、強(qiáng)堿、尿素和水的質(zhì)量比為(20～30)：(2.5～6)：(2.5～4)：(120～200)；所述強(qiáng)堿為氫氧化鈉和/或氫氧化鉀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞麻籽粕蛋白膠粘劑，其特征在于，所述乙二胺、三羥甲基丙烷三縮水甘油醚和水的質(zhì)量比為(1～2.5)：(7～10)：20。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞麻籽粕蛋白膠粘劑，其特征在于，所述防腐劑為1，2?苯并異噻唑?3?酮、硼酸鋅、苯甲酸鈉或?qū)αu基苯甲酸丁酯中的一種以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞麻籽粕蛋白膠粘劑，其特征在于，亞麻籽粕預(yù)處理膠粘劑、多環(huán)氧預(yù)聚物和防腐劑的質(zhì)量比為(100～200)：(8～12)：(0.015～0.02)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞麻籽粕蛋白膠粘劑，其特征在于，所述亞麻籽粕蛋白膠粘劑的濕強(qiáng)度為1.21～1.32MPa。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1?6任一項(xiàng)所述的亞麻籽粕蛋白膠粘劑的制備方法，其特征在于，包括如下具體步驟：
S1.將亞麻籽粕、強(qiáng)堿和尿素添加入水中攪拌均勻，在60～80℃預(yù)處理反應(yīng)40～70min至黏度為4000～6000mPa·s，得到小分子的亞麻籽粕蛋白預(yù)處理膠粘劑；
S2.將乙二胺和三羥甲基丙烷三縮水甘油醚加入水中攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH為10～12，在30～50℃反應(yīng)2～6min，制得多環(huán)氧預(yù)聚物；
S3.將亞麻籽粕蛋白預(yù)處理膠粘劑和防腐劑混合均勻后按流速為100～150ml·s?1加入多環(huán)氧預(yù)聚物中攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH為10～12，在50～70℃反應(yīng)10～30min，至黏度為20000～ 40000mPa·s，制得亞麻籽粕蛋白膠粘劑。
8.權(quán)利要求1?6任一項(xiàng)所述的亞麻籽粕蛋白膠粘劑在家具或木質(zhì)材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于膠粘劑技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種亞麻籽粕蛋白膠粘劑及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)
根據(jù)2019年5月22日國家林業(yè)和草原局規(guī)劃財(cái)務(wù)司發(fā)布的《2018年全國林業(yè)和草原發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》數(shù)據(jù)顯示，2018年我國人造板總產(chǎn)量為29909萬立方米。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院官方數(shù)據(jù)預(yù)測，2019年我國人造板產(chǎn)量將達(dá)到3.25億立方米，2020年人造板產(chǎn)量將達(dá)到3.43億立方米，且2019～2023年均復(fù)合增長率約為3.57％。隨著全球木材行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，人造板年產(chǎn)量將會(huì)持續(xù)穩(wěn)定增長。人造板產(chǎn)業(yè)對于膠黏劑使用量巨大，全球木材膠黏劑的產(chǎn)量約占膠黏劑總產(chǎn)量的75％。當(dāng)前甲醛類膠黏劑仍在我國木材行業(yè)當(dāng)中占重要地位，約占木材工業(yè)總用膠量的80％以上，主要?dú)w因于醛類膠黏劑所具備一些特有的優(yōu)勢，包括較高的膠合強(qiáng)度與耐水性，合適的粘度以及良好的耐久性等。然而，甲醛類膠黏劑以及利用其所制備的木質(zhì)品在生產(chǎn)以及使用過程當(dāng)中會(huì)釋放出甲醛等揮發(fā)性有機(jī)物。
近年來，人們對生物基可生物降解粘合劑的各種應(yīng)用越來越感興趣。生物質(zhì)材料作為天然的的高分子材料，具有循環(huán)利用和可持續(xù)開發(fā)利用的特點(diǎn)，不僅可以緩解石油資源的危機(jī)，在自然條件下可以自我降解從而降低生態(tài)環(huán)境負(fù)擔(dān)。國內(nèi)外蛋白質(zhì)膠粘劑的原料使用主要集中在植物蛋白膠中的大豆蛋白膠，亞麻籽粕作為亞麻籽糧油副產(chǎn)物，其具有豐富的蛋白質(zhì)，將其作為蛋白膠粘劑可以增加附加值和經(jīng)濟(jì)效益。通過對蛋白質(zhì)化學(xué)預(yù)處理和交聯(lián)改性，可以解決蛋白質(zhì)膠粘劑由于其蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)有很多缺陷，粘合強(qiáng)度低，耐水性差，導(dǎo)致其不能滿足產(chǎn)品的強(qiáng)度要求，粘性太強(qiáng)，涂膠困難，限制了其在木材行業(yè)的應(yīng)用的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺點(diǎn)，首要目的在于提供一種亞麻籽粕蛋白膠粘劑，該亞麻籽粕蛋白膠粘劑濕強(qiáng)度可達(dá)到1.21MPa以上。
本發(fā)明的另一目的在于提供上述亞麻籽粕蛋白膠粘劑的制備方法，該方法通過對亞麻籽粕蛋白預(yù)處理、預(yù)處理蛋白膠粘劑與多環(huán)氧預(yù)聚物交聯(lián)，從而有效的提高了膠粘劑的耐水性和膠合強(qiáng)度，降低了蛋白膠粘劑的制造成本。
本發(fā)明的另一目的在于提供上述亞麻籽粕蛋白膠粘劑在家具或木質(zhì)材料等領(lǐng)域的應(yīng)用。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
一種亞麻籽粕蛋白膠粘劑，所述亞麻籽粕蛋白膠粘劑是將亞麻籽粕、強(qiáng)堿和尿素添加入水中攪拌均勻，在60～80℃預(yù)處理反應(yīng)至黏度為4000～6000mPa·s，得到小分子的亞麻籽粕蛋白預(yù)處理膠粘劑；將乙二胺、三羥甲基丙烷三縮水甘油醚加入水中攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH為10～12，在30～50℃反應(yīng)，制得多環(huán)氧預(yù)聚物；將亞麻籽粕蛋白預(yù)處理膠粘劑和防腐劑混合均勻后按流速為100～150ml·s?1加入多環(huán)氧預(yù)聚物中攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH為10～12，在50～70℃反應(yīng)至黏度為20000～40000mPa·s制得。
優(yōu)選地，所述亞麻籽粕、強(qiáng)堿、尿素和水的質(zhì)量比為(20～30)：(2.5～6)：(2.5～4)：(120～200)；所述強(qiáng)堿為氫氧化鈉和/或氫氧化鉀。
優(yōu)選地，所述乙二胺、三羥甲基丙烷三縮水甘油醚和水的質(zhì)量比為(1～2 .5)：(7～10)：20。
優(yōu)選地，所述防腐劑為1，2?苯并異噻唑?3?酮、硼酸鋅、苯甲酸鈉或?qū)αu基苯甲酸丁酯中的一種以上。
優(yōu)選地，所述亞麻籽粕預(yù)處理膠粘劑、多環(huán)氧預(yù)聚物和防腐劑的質(zhì)量比為(100～200)：(8～12)：(0.015～0.02)。
優(yōu)選地，所述亞麻籽粕蛋白膠粘劑的濕強(qiáng)度為1.21～1.32MPa。
所述的亞麻籽粕蛋白膠粘劑的制備方法，包括如下具體步驟：
S1.將亞麻籽粕、強(qiáng)堿和尿素添加入水中攪拌均勻，在60～80℃預(yù)處理反應(yīng)40～70min至黏度為4000～6000mPa·s，得到小分子的亞麻籽粕蛋白預(yù)處理膠粘劑；
S2.將乙二胺和三羥甲基丙烷三縮水甘油醚加入水中攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH為10～12，在30～50℃反應(yīng)2～6min，制得多環(huán)氧預(yù)聚物；
S3.將亞麻籽粕蛋白預(yù)處理膠粘劑和防腐劑混合均勻后按流速為100～150ml·s?1加入多環(huán)氧預(yù)聚物中攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH為10～12，在50～70℃反應(yīng)10～30min，至黏度為20000～40000mPa·s，制得亞麻籽粕蛋白膠粘劑。
所述的亞麻籽粕蛋白膠粘劑在家具或木質(zhì)材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。
本發(fā)明亞麻籽粕蛋白膠粘劑的主要原料為亞麻籽粕，亞麻籽粕源于亞麻籽糧油副產(chǎn)物，利用尿堿預(yù)處理以及蛋白質(zhì)交聯(lián)骨架等方法對亞麻籽粕進(jìn)行改性處理。結(jié)果表明，三羥甲基丙烷三縮水甘油醚與乙二胺的加入能夠顯著提高亞麻籽粕蛋白膠粘劑的濕強(qiáng)度和粘合性能，得到的膠粘劑的質(zhì)地均勻、耐水性好、膠合強(qiáng)度高。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
1.本發(fā)明亞麻籽粕蛋白膠粘劑具備優(yōu)良的耐水性、高強(qiáng)度和防腐效果，通過加入防腐劑，利用乙二胺和三羥甲基丙烷三縮水甘油醚對蛋白質(zhì)進(jìn)行交聯(lián)，濕強(qiáng)度可達(dá)到1.21～1.32MPa。
2.本發(fā)明主要使用亞麻籽粕蛋白作為蛋白基膠粘劑材料，充分利用亞麻籽粕不僅可以應(yīng)對糧食安全的國際背景，還可以提高其經(jīng)濟(jì)附加值，從而變廢為寶，亞麻籽粕的市場價(jià)格僅為大豆蛋白價(jià)格的1/3，可以大大降低膠粘劑企業(yè)的制造成本。
3.本發(fā)明利用亞麻籽粕蛋白為主要原料，作為可在自然界自然降解的生物質(zhì)材料，大大減少了自然界降解的負(fù)擔(dān)，從而改善了人類的生存環(huán)境，符合社會(huì)綠色可持續(xù)發(fā)展的總體方向。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，但不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。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。除非特別說明，本發(fā)明采用的試劑、方法和設(shè)備為本技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)試劑、方法和設(shè)備。
本發(fā)明實(shí)施例采用的亞麻籽粕購于遼寧晟麥實(shí)業(yè)股份有限公司，乙二胺購于天津市英科新材料科技有限公司，三羥甲基丙烷三縮水甘油醚購于上海釜順國際貿(mào)易有限公司，尿素購于廣州純啟進(jìn)出口貿(mào)易有限公司，1，2?苯并異噻唑?3?酮購買于淮南市新泰化工廠。
實(shí)施例1
1.將亞麻籽粕、氫氧化鈉、尿素與水按重量份混合并攪拌均勻，1000r/min速率下，在60℃反應(yīng)40min，制得預(yù)處理蛋白膠粘劑。
2.將乙二胺與三羥甲基丙烷三縮水甘油醚重量份混合倒入預(yù)處理反應(yīng)釜中，pH調(diào)節(jié)為10，在1000r/min速率下50℃反應(yīng)5min，制得多環(huán)氧預(yù)聚物。
3.將預(yù)處理蛋白膠粘劑與防腐劑1，2?苯并異噻唑?3?酮按質(zhì)量份數(shù)混合，預(yù)處理蛋白膠粘劑重量份為100～200份、防腐劑的重量份為0.015～0.02份，速率500～1000r/min下攪拌5min，pH調(diào)節(jié)10～12，攪拌均勻后按流速為100～150ml·s?1加入至重量份為8～12份多環(huán)氧預(yù)聚物中，在50～70℃反應(yīng)10～30min，至黏度為20000～40000mPa·s，制得亞麻籽粕蛋白膠粘劑，所述防腐劑可替換為硼酸鋅、苯甲酸鈉或?qū)αu基苯甲酸丁酯中的一種以上。
參照GB/T17657《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》當(dāng)中關(guān)于II類膠合板的測定方法進(jìn)行膠合強(qiáng)度測試，蛋白膠粘劑防霉性能參照ASTM D4300?01《膠粘膜支持或阻止霉菌生長能力的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》亞麻籽粕蛋白膠粘劑的濕強(qiáng)度為1.24MPa，防腐時(shí)間為30天，按GB/T17657標(biāo)準(zhǔn)測試，濕強(qiáng)度是經(jīng)過63℃水溫3h處理后測定強(qiáng)度，耐水性與濕強(qiáng)度成正比，耐水性強(qiáng)則濕強(qiáng)度高，反之則低，間接說明亞麻籽粕蛋白膠粘劑具有耐水性能，各組分及其質(zhì)量份數(shù)如下：
實(shí)施例2
本實(shí)施例的亞麻籽粕蛋白膠粘劑的濕強(qiáng)度為1.28MPa，防腐時(shí)間為30天，各組分及其質(zhì)量份數(shù)如下：
實(shí)施例3
本實(shí)施例的亞麻籽粕蛋白膠粘劑的濕強(qiáng)度為1.21MPa，防腐時(shí)間為30天，各組分及其質(zhì)量份數(shù)如下：
實(shí)施例4
本實(shí)施例的亞麻籽粕蛋白膠粘劑的濕強(qiáng)度為1.21MPa，由于尿素量不同，導(dǎo)致舒展蛋白質(zhì)程度不同和交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度不同，各組分及其質(zhì)量份數(shù)如下：
實(shí)施例5
本實(shí)施例的亞麻籽粕蛋白膠粘劑的通過防霉性能實(shí)效試驗(yàn)，防腐時(shí)間為35天，其防霉效果優(yōu)于實(shí)施例1(防腐時(shí)間為30天)，濕強(qiáng)度為1.28MPa，各組分及其質(zhì)量份數(shù)如下：
實(shí)施例7
本實(shí)施例的亞麻籽粕蛋白膠粘劑的濕強(qiáng)度為1 .31MPa，防腐時(shí)間為30天，各組分及其質(zhì)量份數(shù)如下：
上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
摘自國家發(fā)明專利，發(fā)明人：侯賢鋒，鐘成龍，吳慧娟，胡碩飛，莫清林，王昱，申請?zhí)枺?/font>202310427967.7，申請日：2023.04.20
