一種生物質(zhì)環(huán)保膠粘劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子化學(xué)研宄領(lǐng)域，具體涉及一種生物質(zhì)環(huán)保膠粘劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)生物質(zhì)膠粘劑使用的歷史十分悠久，其應(yīng)用也非常廣泛。例如，20世紀(jì)40?60年代，大豆蛋白膠一度占美國(guó)膠合板用膠量的85%以上。但由于傳統(tǒng)生物質(zhì)膠粘劑存在膠接性能差、耐水性能差的缺陷，伴隨著合成樹脂木材膠粘劑的開發(fā)應(yīng)用，生物質(zhì)膠粘劑逐漸被以石油產(chǎn)品為原料的合成樹脂膠粘劑所取代。
[0003]由于石油衍生物價(jià)格上漲帶來(lái)的成本問(wèn)題和環(huán)境保護(hù)問(wèn)題日益突出，使利用價(jià)格低廉的可再生資源代替石油資源，成為研宄的熱點(diǎn)。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著膠粘劑市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，全球石油資源的有限性和環(huán)境污染等問(wèn)題逐漸引起人們的重視；而合成樹脂膠粘劑因含有甲醛、苯酚等有毒物質(zhì)，在生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用過(guò)程中會(huì)對(duì)環(huán)境和人體健康造成極大的危害。因此，膠粘劑行業(yè)必須考慮使用可再生的、環(huán)境友好型膠粘劑，性能上可以代替合成樹脂膠粘劑，可持續(xù)發(fā)展環(huán)保型膠粘劑成為膠粘劑工業(yè)的研宄熱點(diǎn)。但生物質(zhì)膠由于粘接強(qiáng)度較低、耐水性差、抗微生物降解能力低而影響其市場(chǎng)發(fā)展。研宄發(fā)現(xiàn)通過(guò)對(duì)生物質(zhì)原料進(jìn)行改性和變性，可以改善生物質(zhì)膠粘劑的耐水性和膠接性能并應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域?；诳稍偕Y源生物質(zhì)膠粘劑對(duì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展意義重大，大豆蛋白膠改性膠粘劑已經(jīng)成為研宄熱點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述局限，提供一種生物質(zhì)環(huán)保膠粘劑的制備方法與應(yīng)用。
[0005]一種生物質(zhì)環(huán)保膠粘劑的制備方法，包括以下步驟:將5?25重量份的生物質(zhì)原料與100重量份的水放入反應(yīng)容器中，加入氫氧化鈉和硼酸鈉溶液，升溫至40?80°C，得到生物質(zhì)材料分散液，加入I?30份改性劑、乳化劑和催化劑，在40?80°C攪拌I?4小時(shí)進(jìn)行反應(yīng)，得到生物質(zhì)材料乳液；在所述的乳液加入0.1?20份增強(qiáng)劑，調(diào)節(jié)體系pH值為8-11，攪拌I?5小時(shí)，得到膠粘劑原液；最后，向所述的膠粘劑原液中加入防腐劑，得到生物質(zhì)環(huán)保膠粘劑。
[0006]所述的生物質(zhì)原料涉及大豆分離蛋白、大豆?jié)饪s蛋白、玉米蛋白粉、脫脂大豆粉、脫脂花生粉、脫脂大豆柏以及脫脂花生柏中的一種或多種。
[0007]所述的改性劑選自環(huán)氧豆油、環(huán)氧葵花油、環(huán)氧紅花油、環(huán)氧茶油、環(huán)氧菜籽油、環(huán)氧芝麻油、環(huán)氧玉米油、環(huán)氧胡麻油和食用廢棄油脂中的一種或多種。
[0008]所述的增強(qiáng)劑選自水性環(huán)氧一丙烯酸酯乳液、水性環(huán)氧一苯乙烯乳液、水性環(huán)氧一丙烯腈乳液、聚酰胺環(huán)氧氯丙烷樹脂、陽(yáng)離子型水性聚氨酯乳液、陰離子型水性聚氨酯乳液、非離子型水性聚氨酯乳液中的一種或多種。
[0009]所述的催化劑選自硫酸、鹽酸、硼酸、對(duì)甲苯磺酸和磷酸中的一種或多種； 所述的pH調(diào)節(jié)劑選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氧化鈣、氫氧化鈣、碳酸鈉和碳酸鉀中的一種或多種。
[0010]所述的防腐劑選自四硼酸鈉、苯甲酸鈉、苯甲酸鉀、硝酸鈉、亞硝酸鈉、硝酸鉀、亞硝酸鉀、亞硫酸鈉、亞硫酸鉀或三乙醇胺中的一種或多種。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明基于生物質(zhì)蛋白材料，包括植物蛋白的副產(chǎn)物制備膠粘劑，原材料來(lái)源廣泛，具有成本低、可再生等優(yōu)點(diǎn)；制得蛋白膠粘劑不含甲醛，無(wú)毒環(huán)保，成本低，市場(chǎng)前景優(yōu)越。
[0012]本發(fā)明生物質(zhì)膠粘劑固含量在5?40%，生物質(zhì)材料占膠粘劑固體含量的80%以上，成本低；發(fā)明將現(xiàn)有生產(chǎn)的低值副產(chǎn)物如脫脂豆柏進(jìn)行高附加值的開發(fā)，為環(huán)保生物質(zhì)膠粘劑的開發(fā)和工業(yè)副產(chǎn)物的資源化利用提供了新的途徑。
[0013]本發(fā)明通過(guò)對(duì)生物質(zhì)原料進(jìn)行改性處理，攻克生物質(zhì)性質(zhì)的粘合劑膠合強(qiáng)度低、耐水性差的關(guān)鍵難題，制得無(wú)甲醛膠粘劑，其性能與傳統(tǒng)脲醛樹脂相媲美。膠粘劑熱壓工藝與現(xiàn)行脲醛樹脂壓板工藝相比已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)的其他生物質(zhì)膠粘劑將更有市場(chǎng)前景。
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例1
在裝有溫度計(jì)的1000毫升三頸瓶中，加入SOg大豆分離蛋白粉和400毫升水，然后加入3g氫氧化鈉和4g硼酸鈉，攪拌10 min，置于60攝氏度的恒溫水浴中糊化25分鐘；先后加入5 mL環(huán)氧大豆油，2 g十二燒基磺酸鈉及10 mL10%硫酸溶液，在50攝氏度下反應(yīng)4小時(shí)，利用氫氧化鉀調(diào)節(jié)PH值到8.5。往改性蛋白乳液中加入8毫升陽(yáng)離子型水性聚氨酯乳液，攪拌lOmin，再加入亞硝酸鈉，制備得到生物質(zhì)環(huán)保膠粘劑乳液。
[0015]實(shí)施例2
在裝有溫度計(jì)的1000毫升三頸瓶中，加入80g脫脂大豆粉和400毫升水，然后加入3g氫氧化鈉和4g硼酸鈉，攪拌10 min，置于50攝氏度的恒溫水浴中糊化30分鐘，先后加入5 mL環(huán)氧環(huán)氧菜籽油，2 g十二燒基磺酸鈉及13 mL10%硫酸溶液、4 g十四水合硼酸，在60攝氏度反應(yīng)3小時(shí)，利用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值到8.5。往共聚乳液中加入10毫升水性環(huán)氧一苯乙烯乳液，攪拌lOmin，再加入苯甲酸鈉，制備得到生物質(zhì)環(huán)保膠粘劑乳液。
[0016]實(shí)施例3
在裝有溫度計(jì)的1000毫升三頸瓶中，加入80g脫脂花生柏和400毫升水，然后加入3g氫氧化鈉和4g硼酸鈉，攪拌10 min，置于40攝氏度的恒溫水浴中糊化40分鐘，通入氮?dú)獠嚢?5min后，先后加入5mL環(huán)氧茶油，2g十二烷基磺酸鈉及4g硼酸，在70攝氏度反應(yīng)
2.5小時(shí)，利用碳酸鈉調(diào)節(jié)pH值到8.5。往乳液中加入20毫升聚酰胺環(huán)氧氯丙烷樹脂溶液，攪拌lOmin，再加入亞硫酸鉀，制備得到生物質(zhì)環(huán)保膠粘劑乳液。
[0017]測(cè)試效果:
使用本發(fā)明的膠粘劑時(shí)，施膠工藝涂膠后閉合陳放I?2小時(shí)后熱壓，熱壓溫度145攝氏度；壓力1.5MPa ;熱壓時(shí)間lmin/mm板厚，壓制的楊木三合板的膠合強(qiáng)度均大于1.8MPa，測(cè)定膠合強(qiáng)度時(shí)木材破壞率為30?40%，濕強(qiáng)度大于1.5 MPa0
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種生物質(zhì)環(huán)保膠粘劑的制備方法，包括以下步驟，其特征在于:將5?25重量份的生物質(zhì)原料與100重量份的水放入反應(yīng)容器中，加入氫氧化鈉和硼酸鈉溶液，升溫至40?80 °C，得到生物質(zhì)材料分散液，加入I?30份改性劑、乳化劑和催化劑，在40?80 °C攪拌i?4小時(shí)進(jìn)行反應(yīng)，得到生物質(zhì)材料乳液；在所述的乳液加入0.1?20份增強(qiáng)劑，調(diào)節(jié)體系PH值為8-11，攪拌I?5小時(shí)，得到膠粘劑原液；最后，向所述的膠粘劑原液中加入防腐劑，得到生物質(zhì)環(huán)保膠粘劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)環(huán)保膠粘劑的制備方法，其特征在于:生物質(zhì)原料涉及大豆分離蛋白、大豆?jié)饪s蛋白、玉米蛋白粉、脫脂大豆粉、脫脂花生粉、脫脂大豆柏以及脫脂花生柏中的一種或多種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)環(huán)保膠粘劑，其特征在于:改性劑選自環(huán)氧豆油、環(huán)氧葵花油、環(huán)氧紅花油、環(huán)氧茶油、環(huán)氧菜籽油、環(huán)氧芝麻油、環(huán)氧玉米油、環(huán)氧胡麻油和食用廢棄油脂中的一種或多種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)環(huán)保膠粘劑的制備方法，其特征在于:增強(qiáng)劑選自水性環(huán)氧一丙烯酸酯乳液、水性環(huán)氧一苯乙烯乳液、水性環(huán)氧一丙烯腈乳液、聚酰胺環(huán)氧氯丙烷樹脂、陽(yáng)離子型水性聚氨酯乳液、陰離子型水性聚氨酯乳液、非離子型水性聚氨酯乳液中的一種或多種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)環(huán)保膠粘劑的制備方法，其特征在于:所述的催化劑選自硫酸、鹽酸、硼酸、對(duì)甲苯磺酸和磷酸中的一種或多種。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)環(huán)保膠粘劑的制備方法，其特征在于:所述的pH調(diào)節(jié)劑選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氧化鈣、氫氧化鈣、碳酸鈉和碳酸鉀中的一種或多種。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)環(huán)保膠粘劑的制備方法，其特征在于:所述的防腐劑選自四硼酸鈉、苯甲酸鈉、苯甲酸鉀、硝酸鈉、亞硝酸鈉、硝酸鉀、亞硝酸鉀、亞硫酸鈉、亞硫酸鉀或三乙醇胺中的一種或多種。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)環(huán)保膠粘劑的制備方法，利用生物原料以及改性油對(duì)生物質(zhì)材料進(jìn)行改性，與增強(qiáng)劑共混，制備生物質(zhì)環(huán)保膠粘劑。將5～25重量份的生物質(zhì)原料與100重量份的水放入反應(yīng)容器中，加入氫氧化鈉和硼酸鈉溶液，升溫至40～80℃，得到生物質(zhì)材料分散液，加入1～30份改性劑、乳化劑和催化劑，在40～80℃攪拌1～4小時(shí)進(jìn)行反應(yīng)，得到生物質(zhì)材料乳液；在所述的乳液加入0.1～20份增強(qiáng)劑，調(diào)節(jié)體系pH值為8-11，攪拌1～5小時(shí)，得到膠粘劑原液；最后，向所述的膠粘劑原液中加入防腐劑，得到生物質(zhì)環(huán)保膠粘劑。本發(fā)明提供的環(huán)保膠粘劑，其耐水性能和膠合強(qiáng)度都超過(guò)相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的值，使其能夠應(yīng)用于紙張、玻璃纖維和木材等領(lǐng)域。
【IPC分類】C09J11/04, C09J11/06, C09J11/08, C09J189/00
【公開號(hào)】CN104927757
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510381662
【發(fā)明人】李建忠, 于守曉
【申請(qǐng)人】青島農(nóng)業(yè)大學(xué), 山東華凱塑膠科技有限公司
【公開日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年7月2日