专利名称：用富含蛋白质的植物性原料制备无甲醛木材胶粘剂的新工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用富含蛋白质的植物性原料制备无甲醛木材胶粘剂的新工艺。
背景技术：
随着世界经济由工业化社会向生态化社会发展，木材工业面临木材资源短缺、环境保护等重大问题，这就为木材胶粘剂带来了新的机遇和挑战。因此如何利用可再生资源研究开发绿色环保的木材胶粘剂已逐渐成为世界各国木材工业界关注的焦点。
虽然目前木材胶粘剂主导胶种仍然是脲醛树脂、酚醛树脂和三聚氰胺缩甲醛，但是由于从20世纪90年代开始，全球性的石油供给失衡问题日趋严重，合成树脂胶粘剂的原料价格节节攀升加上合成树脂胶粘剂中挥发性有害气体如游离甲醛和游离苯酚对人体健康的危害越来越受到关注等原因，世界各国对低甲醛、无甲醛木材胶粘剂研发的力度不断加强。其中又以用生物质为基本原料开发绿色环保的木材胶粘剂为主要热点。目前，国内外对蛋白基木材胶粘剂的研发再度升温。蛋白胶是最古老的胶种之一，对环境无害而又可再生的植物蛋白胶粘剂日益受到人们的重视和青睐。而且随着科技的进步，可被利用的植物蛋白原料来源不断增多。
以富含蛋白质的植物性产品为原料制作木材胶粘剂有两大瓶颈问题其一是，植物蛋白胶的粘接强度和抗水性相对较差；其二是，植物蛋白胶胶的抗生物降解能力弱。由此阻碍了植物蛋白基木材胶粘剂在现代木材加工中的推广。
发明内容
本发明的目的是提供一种用富含蛋白质的植物性原料制备无甲醛木材胶粘剂的新工艺，它解决植物储存性球蛋白变性需要的高碱强度，与植物性蛋白胶稳定和防腐要求的近中性环境难于统一的矛盾。采用高效工业防腐剂复配和综合防腐措施使植物性蛋白胶的储藏期延长到具备进入商品流通体系的长度。
本发明是这样来实现的，其制备工艺步骤为(1)在室温下，用相当于富含蛋白质的植物性原料中蛋白质成分0～7.5％的强碱和相当于富含蛋白质的植物性原料中蛋白质成分0～30％的含氮极性物质，溶解于相当于富含蛋白质的植物性原料干重0.5～1.75倍的水中，再与一定细度的富含蛋白质的植物性原料粉体进行机械混合和物理化学变性。(2)向经过变性的富含蛋白质的植物性原料中补充水分到最终的液固比为2.55～7.55∶1，再将混合物通过胶体磨等现代高新设备进行初步均质处理；(3)向通过初步均质处理的植物性蛋白胶中添加防腐剂、缓冲剂、耐水强化剂、脲酶抑制剂等少量助剂进行综合调理；(4)将通过调理的植物性蛋白胶通过终极均质处理设备得到最终产品。
本发明中所指富含蛋白质的植物性原料包括脱脂大豆粕、脱脂花生粕、脱脂野生大豆粕、小麦谷盶蛋白、玉米醇溶蛋白、木薯粗蛋白等各种豆科植物种籽提取油脂后的饼粕和谷物、淀粉类植物组织分离淀粉后产生的粗蛋白；本发明中所指富含蛋白质的植物性原料在变性前需要粉碎，至少通过40目筛；本发明中的强碱指浓氨水、烧碱、苛性钾、纯碱等，其用量为富含蛋白质的植物性原料干重的0～4.5％，优化的参数是用1.25～3.25％；本发明中所指含氮极性物质指脲、硫脲或盐酸胍，其用量为富含蛋白质的植物性原料干重的0～30％，优化的参数是用8～12％；本发明中所指变性温度为室温，经过优化的变性温度区间为-25℃-+35℃；本发明中所指变性阶段的低液比是变性剂溶液重量与富含蛋白质的植物性原料的干重比，取值范围0.50～1.75，优化的参数是1.25～1.50；本发明植物蛋白基木材胶粘剂中变性剂溶液与富含蛋白质的植物性原料的最终液固比为取值范围2.75～7.0∶1，优化的参数是2.85～6.15∶1；本发明中所指富含蛋白质的植物性原料的变性过程是以变性剂向植物储存球蛋白内扩散完全后，作用1～24hr.，优化的参数是8～12hr.；本发明中所指植物蛋白基木材胶粘剂初步均质处理是将调整好固含量的变性植物蛋白胶原料以利用各种研磨设备如胶体磨、圆盘磨、超声粉碎机等进行处理，但以通过胶体磨为较好的选择；本发明中所指新型高效工业防腐剂是一类高效低毒、对环境柔和的防腐剂，它们都能适应强碱性、含有游离氨的环境，并能耐受较高的温度(＜200℃)。较为合适的类型有BIT系列和MIT系列等，最为合适的是BIT(1，2-苯并异噻唑啉-3-酮)，有效剂量为0.02％～0.12％(w/w，豆胶质量)，MIT0.03％～0.15％复配。
本发明中所指缓冲剂是指能够中和植物蛋白胶强碱性，并使植物蛋白胶保持近中性的一类物质，包括无机酸、有机酸、酸性氧化淀粉等，最可行的是采用无机强酸，经过调节的植物蛋白胶终点pH为5.0～7.5可行，最好控制在6.85～7.0；本发明中所指耐水强化剂是各种能够促进蛋白质多肽链之间形成共价交联的环境友好化工原料或天然产物，一般使用植物单宁，使用量为植物蛋白胶中蛋白质重量的0～0.01％，优化的参数为植物蛋白胶中蛋白质重量的0.005～0.006％。
本发明中所指终极均质处理设备主要是各种类型的胶体磨或均质机，以大流量的均质机为好。
本发明的优点是(1)采用低变性剂量与高浓度的植物储存球蛋白变性技术和均质处理分别进行的工艺改进。实现了在完全不依赖甲醛、苯酚、异氰酸酯、环氧树脂或其它合成树脂的前提下，仅利用少量无公害的化工助剂实现了植物耐水性的突破，所制备的植物蛋白胶通过了国标II类板用胶GB(耐热水)的物理力学指标要求；(2)发现新型高效工业防腐剂BIT、MIT等在植物蛋白胶防腐中的重要价值，以及提高BIT、MIT等使用效果的系列相关因素。筛选出具有显著的协同增效作用的植物蛋白胶防腐剂组合。
具体实施例方式
实施例一原料包括低温脱脂去皮豆粕、复合蛋白变性剂、BIT、MIT、单宁酸。
低温脱脂去皮豆粕为粗蛋白含量42.5％以上，未霉变的豆粕。用锤片式粉碎机粉碎并过40目筛；复合蛋白变性剂由烧碱3份、尿素10份、水125份组成；向100公斤过40目筛的低温豆粕粉中，加入138公斤碱脲复合变性剂，用螺旋混合器强力搅拌混合，扩散变性12小时后，补充水分175公斤，将混合物过胶体磨后导入带搅拌器的混合容器中，用30％的硫酸溶液小心调节豆胶的酸碱度到pH6.85，添加BIT防腐剂0.24公斤，14％MIT水溶液1.25公斤，邻苯二酚0.15公斤，搅拌均匀后，再过胶体磨一次，得到约408公斤新型大豆基木材胶粘剂；实施例二原料包括低温脱脂花生粕、碱脲复合变性剂、BIT、MIT、苯甲酸钠、邻苯二酚。
原料为粗蛋白含量45％以上，未霉变的低温脱脂花生粕。用锤片式粉碎机粉碎并过40目筛；碱脲复合变性剂由烧碱2.75份、尿素8份、水130份组成；向100公斤过40目筛的花生粕粉中，加入140公斤碱脲复合变性剂，用螺旋混合器强力搅拌混合，扩散变性8小时后，补充水分180公斤，将混合物过胶体磨后导入带搅拌器的混合容器中，用30％的硫酸溶液调节豆胶的酸碱度到pH6.85，添加BIT防腐剂0.34公斤，14％MIT水溶液0.75公斤，分子量为9000的单宁酸0.025公斤，搅拌均匀后，过均质机(20-25MPa，1t/h)，得到约420公斤新型花生粕基木材胶粘剂；实施例三原料包括大豆分离蛋白、碱脲复合变性剂、BIT、MIT、硫酸、单宁酸。
原料为粗蛋白含量85％以上的大豆分离蛋白。用锤片式粉碎机粉碎并过100目筛；碱脲复合变性剂由烧碱3.5份、尿素6份、水250份组成；向100公斤过20目筛的大豆分离蛋白粉中，加入260公斤碱脲复合变性剂，用螺旋混合器强力搅拌混合，扩散变性3小时后，补充水分340公斤，将混合物过胶体磨后导入带搅拌器的混合容器中，用30％的硫酸溶液调节豆胶的酸碱度到pH7.0，添加BIT防腐剂0.45公斤、14％MIT水溶液0.45公斤，分子量为9000的单宁酸0.05公斤，搅拌均匀后，过均质机(20-25MPa，1t/h)，得到约700公斤新型大豆蛋白基木材胶粘剂；实施例四原料包括木薯分离蛋白、硫脲盐酸胍复合变性剂、BIT、MIT、单宁酸。
木薯分离蛋白为粗蛋白含量75％以上，未霉变的产品。用锤片式粉碎机粉碎并过120目筛；硫脲盐酸胍复合变性剂由硫脲7份、盐酸胍3份、水225份组成；向100公斤过80目筛的木薯分离蛋白为粗蛋白粉中，加入235公斤硫脲盐酸胍复合变性剂，用螺旋混合器强力搅拌混合，扩散变性10小时后，补充水分225公斤，将混合物过胶体磨后导入带搅拌器的混合容器中，添加防腐剂BIT 0.25公斤，14％MIT 0.75公斤，分子量为9000的单柠酸0.10公斤，搅拌均匀后，过均质机(20-25MPa，1t/h)，得到约560公斤新型大豆基木材胶粘剂；实施例五原料包括小麦谷盶蛋白粉、碱、硫脲复合变性剂、BIT、MIT、柠檬酸、间苯二酚。
小麦谷盶蛋白粉为粗蛋白含量65％以上，未霉变的产品。用锤片式粉碎机粉碎并过40目筛；碱、硫脲复合变性剂由纯碱6份、硫脲8份、水186份组成；向100公斤过40目筛的小麦谷盶蛋白粉中，加入200公斤碱硫脲复合变性剂，用螺旋混合器强力搅拌混合，扩散变性12小时后，补充水分200公斤，将混合物过胶体磨后导入带搅拌器的混合容器中，用25％柠檬酸溶液调节豆胶的酸碱度到pH6.95，添加防腐剂BIT 0.35公斤、14％MIT 0.70公斤，间苯二酚0.125公斤。搅拌均匀后，过均质机(20-25MPa，1t/h)，得到约500公斤小麦谷盶蛋白基木材胶粘剂。
权利要求
1.一种用富含蛋白质的植物性原料制备无甲醛木材胶粘剂的新工艺，其特征在于制备工艺步骤为(1)在室温下，用相当于富含蛋白质的植物性原料中蛋白质成分0～7.5％的强碱和相当于富含蛋白质的植物性原料中蛋白质成分0～30％的含氮极性物质，溶解于相当于富含蛋白质的植物性原料干重0.5～1.75倍的水中，再与一定细度的富含蛋白质的植物性原料粉体进行机械混合和物理化学变性；(2)向经过变性的富含蛋白质的植物性原料中补充水分到最终的液固比为2.55～7.55∶1，再将混合物通过胶体磨等现代高新设备进行初步均质处理；(3)向通过初步均质处理的植物性蛋白胶中添加防腐剂、缓冲剂、耐水强化剂、脲酶抑制剂等少量助剂进行综合调理；(4)将通过调理的植物性蛋白胶通过终极均质处理设备得到最终产品。
2.根据权利要求1所述的一种用富含蛋白质的植物性原料制备无甲醛木材胶粘剂的新工艺，其特征在于富含蛋白质的植物性原料包括脱脂大豆粕、脱脂花生粕、脱脂野生大豆粕、小麦谷盶蛋白、玉米醇溶蛋白、木薯粗蛋白等各种豆科植物种籽提取油脂后的饼粕和谷物、淀粉类植物组织分离淀粉后产生的粗蛋白；
3.根据权利要求1所述的一种用富含蛋白质的植物性原料制备无甲醛木材胶粘剂的新工艺，其特征在于强碱指浓氨水、烧碱、苛性钾、纯碱等，其用量为富含蛋白质的植物性原料干重的0～4.5％，优化的参数是用1.25～3.25％；
4.根据权利要求1所述的一种用富含蛋白质的植物性原料制备无甲醛木材胶粘剂的新工艺，其特征在于氮极性物质指脲、硫脲或盐酸胍，其用量为富含蛋白质的植物性原料干重的0～27％，优化的参数是用8～12％；
5.根据权利要求1所述的一种用富含蛋白质的植物性原料制备无甲醛木材胶粘剂的新工艺，其特征在于变性温度为室温，经过优化的变性温度区间为-25℃-+35℃；
6.根据权利要求1所述的一种用富含蛋白质的植物性原料制备无甲醛木材胶粘剂的新工艺，其特征在于变性阶段的低液比是变性剂溶液重量与富含蛋白质的植物性原料的干重比，取值范围0.50～1.75，优化的参数是1.25～1.50；
7.根据权利要求1所述的一种用富含蛋白质的植物性原料制备无甲醛木材胶粘剂的新工艺，其特征在于植物蛋白基木材胶粘剂中变性剂溶液与富含蛋白质的植物性原料的最终液固比为取值范围2.75～7.0∶1，优化的参数是2.85～6.15∶1；
8.根据权利要求1所述的一种用富含蛋白质的植物性原料制备无甲醛木材胶粘剂的新工艺，其特征在于植物蛋白基木材胶粘剂初步均质处理是将调整好固含量的变性植物蛋白胶原料以利用各种研磨设备如胶体磨、圆盘磨、超声粉碎机等进行处理，但以通过胶体磨为较好的选择；
9.根据权利要求1所述的一种用富含蛋白质的植物性原料制备无甲醛木材胶粘剂的新工艺，其特征在于缓冲剂是指能够中和植物蛋白胶强碱性，并使植物蛋白胶保持近中性的一类物质，包括无机酸、有机酸、酸性氧化淀粉等，最可行的是采用无机强酸，经过调节的植物蛋白胶终点pH为5.0～7.5可行，最好控制在6.85～7.0；
10.根据权利要求1所述的一种用富含蛋白质的植物性原料制备无甲醛木材胶粘剂的新工艺，其特征在于耐水强化剂是各种能够促进蛋白质多肽链之间形成共价交联的环境友好化工原料或天然产物，一般使用植物单宁，使用量为植物蛋白胶中蛋白质重量的0～0.01％，优化的参数为植物蛋白胶中蛋白质重量的0.005～0.006％。
全文摘要
一种用富含蛋白质的植物性原料制备无甲醛木材胶粘剂的新工艺，其工艺步骤为(1)将植物性原料中的蛋白质进行溶解，然后再与粉体进行机械混合；(2)对混合物用胶体磨进行均质处理；(3)加入助剂进行综合调理；(4)将蛋白质进行均质处理得到最终产品。本发明的优点是工艺简单、操作方便，实现了在完全不依赖甲醛、苯酚、异氰酸酯、环氧树脂或其它合成树脂的前提下，仅利用少量无公害的化工助剂实现了植物耐水性的突破。
文档编号C09J189/00GK1948416SQ20061012483
公开日2007年4月18日 申请日期2006年10月20日 优先权日2006年10月20日
发明者阮榕生, 刘玉环, 刘成梅, 林向阳, 涂宗财 申请人:南昌大学