專利名稱：一種改性植物蛋白膠粘劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種植物蛋白膠粘劑，特別是涉及一種改性植物蛋白膠粘劑及其制備方法。
背景技術：
改革開放以來，我國人造板產業迅猛發展，年產量從1980年的99. 6萬立方米猛增長到2010年的I. 536億立方米，其中膠合板產量超過7100萬立方米。木材加工業的持續快速發展，三醛類膠粘劑(脲醛樹脂、酚醛樹脂和三聚氰胺樹脂)用量逐漸增加，占木材膠粘劑用量的95%以上，面臨的資源和環境問題也越來越嚴重。隨著人們健康意識、室內環境意識、生活質量意識的日益提高，人造板甲醛釋放造成的污染空氣、損害健康問題越來越受到人們的重視。
近年來，我國人造板生產技術水平有了長足進步，可以通過采用低摩爾比改性脲醛膠粘劑，在人造板用脲醛膠粘劑中加入甲醛捕捉劑或者對人造板進行后處理等措施從一定程度上降低了人造板的甲醛釋放量，但是上述方法或措施不能從根本上解決甲醛釋放問題。
利用植物蛋白等大宗農產品等可再生資源生產環保型的綠色化工產品引起了世界各國工業界的重視，具有原料來源廣，可再生性強，價格低廉和反應活性高等特點，用其制造人造板時，在生產和使用過程中均無甲醛釋放，從源頭上解決了甲醛污染問題，制造的人造板不僅能用在建筑裝修和家具上，還可用于食品包裝，具有很大的優勢。但是生物質膠粘劑普遍存在固化溫度高、固化速度慢、耐水強度低、固含量低、粘度大和施工不便等問題， 阻礙其廣泛應用。
通常情況下，生物質膠粘劑的耐水強度隨著熱壓溫度(一般要大于150°C )升高而逐漸增加，是由于在人造板熱壓過程中，板坯被壓縮，同時熱量從板坯表面向中心傳遞，板坯中心達到一定溫度后，其膠粘劑開始固化。隨著板坯中心溫度的升高，膠的固化速度加快。板坯在溫度和壓力作用下，經過一定時間使木材間緊密結合，形成具有一定厚度和強度的人造板材。但是熱壓溫度高，易出現如下問題①壓縮率高，出材率低；成本增加。②卸壓前板材內蒸汽不能充分逸出，從而導致鼓泡缺陷，廢品率上升，成本增加，而且固含量低時， 鼓泡現象尤為嚴重；③能耗增加；④易導致木材降解和變色，產品品質降低；⑤需要改造現有設備，投資大。
固含量低導致膠粘劑固化速度慢，在膠粘劑的水分揮發后，板坯中心溫度上升，膠粘劑才能固化，導致能耗增加；另外要獲得較好的耐水強度，所需固化時間(熱壓時間)比普通脲醛樹脂長達一倍以上，使得生產效率降低，單位時間產量降低，成本增加，競爭力下降。 生物質膠粘劑另一個主要缺點是粘度大，特別是固含量高于30%時，不具有流動性或者流動性太差，施膠困難。這些問題使得生物質膠粘劑不能滿足人造板工業使用的要求，阻礙其在人造板制造中的推廣使用。
目前于植物蛋白改性用來提高木材膠粘劑的性能方面的研究和報道國內外都很少，而且大多數都是關于大豆蛋白的。常用的植物蛋白改性的方法主要有熱改性、酸堿改性、有機溶劑改性、凈化劑改性、酶法改性以及脲改性法等。
專利CN 101857792，發明名稱復合改性大豆蛋白膠粘劑及其生產方法和應用， 公開了由表面活性劑的堿性溶液，大豆蛋白制品，改性劑，交聯劑和填料，通過降解-交聯的復合改性方法對大豆蛋白分子進行改性制備而成的大豆蛋白膠粘劑，其膠接強度和耐水強度有所提高。專利CN 101511925A，發明名稱來自尿素變性大豆粉的穩定的粘合劑，公開了將大豆粉加熱至變性，加入尿素、乳化或分散的聚合物、交聯劑，制備而成穩定的大豆粉基粘合劑，其穩定性、濕強度、干強度有所提高。專利CN 102304334A，發明名稱一種改性麻瘋樹膠粘劑及其制備方法。公開了水、生物酶、麻瘋樹柏、引發劑、接枝單體、交聯劑、催化劑制備的膠粘劑。
現有技術存在生產過程相對較為復雜，不易控制，制備的產品適用期較短，流動性能有待進一步不改善。發明內容
為解決上述技術問題，本發明提供一種改性植物蛋白膠粘劑。
本發明另一目的是提供上述改性植物蛋白膠粘劑的制備方法，包括向植物蛋白柏粘液中加入蛋白酶降解，然后加入乳化劑，使用前再加入交聯劑和固化劑，得到改性植物蛋白基木材股粘劑。
本發明的改性植物蛋白膠粘劑，包括如下原料水、生物酶、植物蛋白柏、乳化劑、 交聯劑和固化劑。
所述改性植物蛋白膠粘劑包括如下重量份原料
水100生物酶0.1-2 尿素0-20 植物蛋白粕50-90 乳化劑0.2-5 交聯劑5-20 固化劑5-15。
優選地,包括如下重量份原料
水100生物酶0.5-2植物蛋白粕50-80乳化劑0.5-2
交聯劑5-15 固化劑5-10。
其中，所述生物酶為中性蛋白酶、菠蘿蛋白酶、木瓜蛋白酶、堿性蛋白酶中的一種或多種。
所述植物蛋白選自脫脂豆柏粉、脫脂葵花籽柏粉、脫脂麻楓樹柏粉、脫脂花生柏粉、脫脂油茶子柏、脫脂蓖麻柏、脫脂棉籽柏粉、脫脂菜子柏、脫脂玉米胚芽柏、玉米酒精糟 (DDGS)中的一種或多種；優選地，所述植物蛋白柏的粒度為100目以上。
所述乳化劑選自十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、單脂肪酸甘油酯、山梨醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨醇六硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨醇蜂蠟衍生物、環氧乙烷環氧丙烷共聚醚(ΡΕ0-ΡΡ0-ΡΕ0)中的一種或多種。
所述交聯劑選自水性環氧樹脂。
所述固化劑為環氧樹脂固化劑，優選堿性類固化劑，包括脂肪族二胺、脂肪族多胺、芳香族多胺、其它含氮化合物及改性脂肪胺，所述固化劑活潑氫環氧基團比為1:1
所述改性植物蛋白膠粘劑的制備方法，包括以下步驟
I)將水、生物酶、植物蛋白柏混勻，調pH值，反應10_180min后，生物酶失活處理；
2)加入乳化劑，攪拌均勻；
3)使用前加入交聯劑和固化劑混勻即可。
其中，步驟I)中反應溫度50-55 0C，pH值5. 5-8. 5。
優選地，在步驟I)中加入尿素。
所述改性植物蛋白膠粘劑可用作木材膠粘劑。
本發明原理本發明植物蛋白柏經過生物酶降解處理和高效乳化改性后，粘度降低，流動性增加，反應活性提高，使用前加入水性環氧樹脂交聯劑和固化劑，提高膠粘劑固化速度和耐水強度，降低固化溫度，解決了普通植物蛋白基膠粘劑固化溫度高、固體含量低、耐水性差、粘度大等問題，并提高了植物蛋白基膠粘劑的耐水膠合強度。
本發明的有益效果
( I)本發明制備的植物蛋白膠粘劑固化溫度低(120°C )，固化速度快，固含量高，粘度小，流動性好(固含量為40%以上時，仍具有較好的流動性)，易于均勻涂膠且涂膠量小，滿足人造板工業應用的要求，方便其在人造板工業中的廣泛使用。
(2)本發明制備的植物蛋白膠粘劑，不但制造的人造板不存在游離甲醛和甲醛釋放問題(木材自身的甲醛除外)、解決人造板的甲醛污染問題；其膠合強度和耐水強度高，能夠滿足II類膠合板的要求，而且經100°c水煮處理12小時以上不開膠。
(3)本發明主要原料植物蛋白柏是一種可再生的資源，具有來源廣泛、成本低廉、 可生物降解等特點，作為膠粘劑的主要原料，可以同時解決原料依賴于化石資源、不可再生和成本較高的問題，用于制造木材膠粘劑具有重大經濟前景和社會意義。
(4)本發明方法的膠粘劑的制備方法簡單，工藝條件相對較為溫和，操作簡便，成品質量容易控制，生產成本低。
具體實施方式
以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。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，均屬于本發明的范圍。
若為特別指明，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。 實施例II、按照以下重量配比備料(Kg)水100屎素10中性蛋白酶 0.8 脫脂豆柏粉 60
2、將上述全部原料加入到反應釜中，攪拌均勻，制得植物蛋白柏溶液；
3,NaOH調節溶液pH值為7. O, 50°C條件下反應60min，然后升溫至90°C，并使得生物酶完全失活；
4、加入IKg ΡΕ0-ΡΡ0-ΡΕ0乳化劑，并用勻質機處理，使其充分乳化和分散，壓力 60MPa,備用；
5、使用前加入15Kg水性環氧樹脂交聯劑及5kg己二胺固化劑，攪拌均勻。檢測植物蛋白膠粘劑的性能指標，如表I所示。
實施例2I、按照以下重量配比備料(Kg)水100尿素5 菠蘿蛋白酶1.5 中性蛋白酶0.5 脫脂花生柏粉 802、將上述全部原料加入到反應釜中，攪拌均勻，制得植物蛋白柏溶液；3、Κ0Η調節溶液pH值為7.O, 50°C條件下反應180min，然后升溫至90°C，并使得生物酶完全失活；
4、加入O. 5Kg山梨醇酐脂肪酸酯乳化劑，O. 7Kg SDS和O. 8KgPE0-PP0_PE0，并用勻7
5、使用前加入IOKg水性環氧樹脂交聯劑及4kg 二乙烯三胺，攪拌均勻。檢測植物蛋白膠粘劑的性能指標，如表I所示。
實施例3
I、按照以下重量配比備料(Kg):
水100尿素7 木瓜蛋白酶 1.5脫脂葵花籽柏粉65
2、將上述全部原料加入到反應釜中，攪拌均勻，制得植物蛋白柏溶液；
3、NaOH調節溶液pH值為5. 5，50°C條件下反應120min，然后升溫至90°C，并使得生物酶完全失活；
4、加入O. 4Kg SDBS和I. OKg ΡΕ0_ΡΡ0_ΡΕ0，并用勻質機處理，使其充分乳化和分散，備用；
5、使用前加入12Kg水性環氧樹脂交聯劑及8kg間苯二胺，攪拌均勻。檢測植物蛋白月父粘劑的性能指標，如表I所不。
實施例4
I、按照以下重量配比備料(Kg):
水100尿素O堿性蛋白酶 0.5 脫脂麻楓樹粕粉50
2、將上述全部原料加入到反應釜中，攪拌均勻，制得植物蛋白柏溶液；
3,NaOH調節溶液pH值為8. 5，55°C條件下反應90min，然后升溫至90°C，并使得生物酶完全失活；
4、加入O. 5Kg聚氧乙烯山梨醇蜂蠟衍生物(非離子4. O),并用勻質機處理，使其充分乳化和分散，備用；
5、使用前加入5Kg水性環氧樹脂交聯劑及3kg聚丙烯酰胺(分子量為 3000-50000)，攪拌均勻。檢測植物蛋白膠粘劑的性能指標，如表I所示。
實施例5
I、按照以下重量配比備料(Kg):
水100尿素O中性蛋白酶1.2脫脂豆粕粉50脫脂蓖麻粕20
2、將上述全部原料加入到反應釜中，攪拌均勻，制得植物蛋白柏溶液；
3、Na0H調節溶液pH值為7. O, 50°C條件下反應90min，然后升溫至90°C以上，并使得生物酶完全失活；
4、加入O. 4Kg SDBS和I. OKg ΡΕ0_ΡΡ0_ΡΕ0，并用勻質機處理，使其充分乳化和分散，備用；
5、使用前加入15Kg水性環氧樹脂交聯劑及IOkg聚酰胺EDTA環氧固化劑(常州山峰化工有限公司)，攪拌均勻。檢測植物蛋白膠粘劑的性能指標，如表I所示。
實施例6
I、按照以下重量配比備料(Kg):
水100尿素5堿性蛋白酶1.0脫脂油茶子粕粉 30脫脂豆粕粉30
2、將上述全部原料加入到反應釜中，攪拌均勻，制得植物蛋白柏溶液；
3、NaOH調節溶液pH值為8. 5，55°C條件下反應90min，然后升溫至90°C以上，并使得生物酶完全失活；
4、加入O. 5Kg SDBS,O. 2Kg山梨醇酐脂肪酸酯和O. 6Kg聚氧乙烯山梨醇六硬脂酸酯，并用勻質機處理，使其充分乳化和分散，備用；
5、使用前加入20Kg水性環氧樹脂交聯劑及6Kg多乙烯多胺(Cas29320-38_5)，攪拌均勻。檢測植物蛋白膠粘劑的性能指標，如表I所示。
表I本發明膠粘劑的性能指標
權利要求
1.一種改性植物蛋白膠粘劑，包括如下重量份的原料Z100生物酶0.1-2尿素0-20植物蛋白粕50-90乳化劑0.2-5交聯劑5-20固化劑5-15。
2.根據權利要求I所述的改性植物蛋白膠粘劑，其特征在于，所述原料的重量份如下水100生物酶0.5-2 尿素0-10 植物蛋白粕50-80乳化劑0.5-2交聯劑5-15固化劑5-10。
3.根據權利要求I所述的改性植物蛋白膠粘劑，其特征在于，所述生物酶為中性蛋白酶、菠蘿蛋白酶、木瓜蛋白酶、堿性蛋白酶中的一種或多種； 所述植物蛋白柏為脫脂豆柏粉、脫脂葵花籽柏粉、脫脂麻楓樹柏粉、脫脂花生柏粉、脫脂油茶子柏、脫脂蓖麻柏、脫脂棉籽柏粉、脫脂菜子柏、脫脂玉米胚芽柏、玉米酒精糟中的一種或多種。
4.根據權利要求I所述的改性植物蛋白膠粘劑，其特征在于，所述乳化劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、單脂肪酸甘油酯、山梨醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨醇六硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨醇蜂蠟衍生物、環氧乙烷環氧丙烷共聚醚中的一種或多種； 所述交聯劑為水性環氧樹脂； 所述固化劑為環氧樹脂固化劑。
5.根據權利要求4所述的改性植物蛋白膠粘劑，其特征在于，所述固化劑為脂肪族二胺、脂肪族多胺、芳香族多胺、其它含氮化合物及改性脂肪胺，所述固化劑活潑氫環氧基團比為1:1。
6.權利要求1-5任一項所述改性植物蛋白膠粘劑的制備方法，包括以下步驟 1)將水、生物酶、植物蛋白柏混勻，調pH值，反應10-180min后，生物酶失活處理； 2)加入乳化劑，攪拌均勻； 3)使用前加入交聯劑和固化劑混勻即可。
7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，在步驟I)中還加入尿素。
8.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟I)中反應溫度50-55°C，pH值5. 5~8. 5。
9.權利要求1-5任一項所述改性植物蛋白膠粘劑在作為木材膠粘劑中的應用。
全文摘要
本發明涉及一種改性植物蛋白膠粘劑及其制備方法。包括如下原料水、生物酶、植物蛋白粕、乳化劑、交聯劑和固化劑。本發明制備的植物蛋白膠粘劑固化溫度低，固化速度快，固含量高，粘度小，流動性好，易于均勻涂膠且涂膠量小，膠合強度和耐水強度高，滿足人造板工業應用的要求，方便其在人造板工業中的廣泛使用。本發明原料來源廣泛、成本低廉、可生物降解。本發明制備方法簡單，工藝條件相對較為溫和，操作簡便，成品質量容易控制，生產成本低。
文檔編號C09J189/00GK102977844SQ201210479870
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月22日 優先權日2012年11月22日
發明者張世鋒, 李建章, 李紅艷, 周文瑞, 高強 申請人:北京林業大學