纤维板用无醛脱脂豆粉基胶粘剂及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种纤维板用无醛脱脂豆粉基胶粘剂及其制备方法，由原料蛋白类物质45～65份、碱性化合物0.5～5份、乳化剂0.5～5份、交联增强剂35～55份制备而成；制备方法包括分散、交联和喷雾干燥等步骤；本发明的优点在于：产品质量高，不含甲醛，主要原料来源于可再生物质，彻底解决了使用胶粘剂时甲醛污染的问题，又同时保证了胶粘剂的耐水性和胶合强度等实用性能；制备方法简单，且不需很长的固化时间，操作方便，生产效率高。
【专利说明】纤维板用无醛脱脂豆粉基胶粘剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种人造板用胶粘剂，具体地说是一种纤维板用无醛脱脂豆粉基胶粘 剂及其制备方法，属于人造板用胶粘剂领域。
【背景技术】
[0002] 随着人民生活水平的提高和建筑、装饰装修、包装、家具制造等行业的持续稳定发 展，我国人造板产量迅速增长。人造板总产量、胶合板产量、家具产量、木质地板产量连续多 年位居世界首位。2013年，我国人造板总产量2. 72亿m3,约占世界总产量的50%。按每吨胶 粘剂平均生产9m3人造板计算，2013年我国木材胶粘剂消耗量约3000万吨（固体含量50%)， 其中脲醛树脂及其改性产品占胶粘剂总产量的80%以上，占主导地位。脲醛树脂胶粘剂之 所以能在木材工业中大量使用，是由于其具有其他树脂无法比拟的优势，例如原料充足、价 格低廉、水溶性好、胶层颜色浅等。但是脲醛树脂也具有一些明显地缺点，除了耐老化性差、 耐水性差、不能用于制备室外用人造板外，其致命的缺点是胶接的人造板存在甲醛释放问 题。随着人们生活质量提高，健康和环保意识增强，人们越来越主要到脲醛树脂胶粘剂在制 备和使用过程中会放出甲醛，其胶接人造板在使用的过程中也会不断释放出甲醛，污染人 居环境，损害人们身体健康。人造板生产中普遍采用的胶粘剂是甲醛系合成树脂，主要是脲 醛树脂及其改性产品。虽然经过多年的努力，我国人造板胶粘剂生产水平有了很大提高，人 造板及其制品环保特性有了很大改善，但是不少企业生产的人造板及其制品（家具、木地板 和室内木质装饰材料等）仍然存在着较为严重的甲醛释放问题，是室内空气污染中甲醛污 染的主要来源。
[0003] 另外，目前普遍采用的人造板胶粘剂也都存在着原料的化石资源依赖问题，不符 合可持续发展的要求。
[0004] 名称为"人造板用胶粘剂、其制备方法及利用其的胶合板"申请号为 "201310744731. 2"的中国发明专利提供了一种人造板用胶粘剂，以及它的制备方法和利用 该胶粘剂的胶合板；所述人造板用胶粘剂的原料包括：分散介质、蛋白类物质、碱性化合物 和交联增强剂；所述交联增强剂为糠醇糠醛型呋喃树脂；然而由于采用的交联增强剂是糠 醇糠醛型呋喃树脂，因此，产品质量较差，品质不高。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述问题，本发明设计了一种纤维板用无醛脱脂豆粉基胶粘剂及其制备 方法，产品质量高，不含甲醛，主要原料来源于可再生物质，彻底解决了使用胶粘剂时甲醛 污染的问题，又同时保证了胶粘剂的耐水性和胶合强度等实用性能；制备方法简单，且不需 很长的固化时间，操作方便，生产效率高。
[0006] 本发明的技术方案为： 纤维板用无醛脱脂豆粉基胶粘剂，主要由以下重量份的原料制备而成： 蛋白类物质45?65份、碱性化合物0. 5?5份、乳化剂0. 5?5份、交联增强剂35? 55份。
[0007] 优选地，蛋白类物质50?60份、碱性化合物0. 5?4份，乳化剂0. 5?4份、交联 增强剂40?50份。蛋白类物质更优选55?60份，碱性化合物1?3份，乳化剂1?3份、 交联增强剂40?45份。
[0008] 其中，所述交联增强剂为蛋白质-环氧乙烷反应物。该反应物可以在人工合成得 到。它在本发明中的作用为：形成支化度较高的反应物与蛋白质上活性基团反应增加胶粘 剂交联密度提高耐水胶接性能。
[0009] 本发明是利用树脂结构中羟基、醛基、环氧基等活性基团的性能，通过与蛋白活性 基团化学交联反应来提高蛋白胶粘剂的耐水胶接性能，并且无甲醛释放，环保，无防腐防酸 碱性能的应用。
[0010] 所述蛋白类物质为脱脂豆蛋白、豆柏蛋白、大豆柏蛋白或棉柏蛋白等；优选为脱脂 豆蛋白，且形态最好为粉状，即脱脂豆蛋白粉。蛋白类物质，尤其是脱脂豆蛋白粉，在本发明 中的作用为：作为主要胶接成分。
[0011] 所述碱性化合物为碳酸钠、氢氧化钠或氢氧化钾，优选为碳酸钠。碱性化合物，尤 其是碳酸钠，在本发明中的作用为：使蛋白质变性暴露内部活性基团。
[0012] 所述乳化剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、OP-IO或聚丙烯酰胺；优选为聚丙烯酰胺。乳 化剂在本发明中的作用为：使蛋白质分子和交联剂分子分布更加均匀，增加胶粘剂高温流 动性。
[0013] 上述纤维板用无醛脱脂豆粉基胶粘剂的制备方法，包括以下步骤： (1) 分散：按照上述重量配比称量各原料成分，然后使蛋白类物质、碱性化合物和乳化 剂分散在分散介质中，得到混合物； (2) 交联：将步骤（1)得到的混合物中加入交联增强剂搅拌均匀； (3) 喷雾干燥：将步骤（2)搅拌后得到的产物进行喷雾干燥为粉状，即得到本发明产 品。
[0014] 其中，所述步骤（1)中的分散介质为去离子水，用量为200?260份。
[0015] 所述步骤（1)中，将碱性化合物、蛋白类物质、乳化剂加入到分散介质后搅拌均匀 后，将获得的混合物(包括碱性化合物、蛋白类物质、乳化剂、分散介质）在40?80°C下，保 温1?3小时；优选40?60°C保温； 所述步骤（2 )中，将步骤（1)得到的混合物降温至35?45 °C时，加入分散介质和交联 增强剂，并搅拌均匀。
[0016] 所述交联增强剂为蛋白质-环氧乙烷反应物。其合成工艺为：将33重量份大豆蛋 白质、5重量的聚乙烯亚胺和100重量份分散介质混合后搅拌，再加入5重量份强碱类化合 物搅拌均匀；在反应装置中加热至90?95°C，缓慢滴入20重量的环氧乙烷后，降温至60? 75°C加入6重量份强碱类化合物，降温至40?45°C出料，喷雾干燥为粉状固体即得； 其中，所述强碱类化合物为氢氧化钠或氢氧化钾；进一步地，所述强碱类化合物为质量 浓度为40%的水溶液； 所述大豆蛋白质中，蛋白的质量百分含量大于55% ; 所述环氧乙烷的质量浓度为99. 5% ; 所述分散介质为去离子水； 所述反应装置为反应釜。
[0017] 其中，所述分散介质为水，优选软化水。它在本发明人造板用胶粘剂配方中为胶粘 剂提供分散环境；成本低，安全性高且效果好，也有利用后期干燥。
[0018] 本发明胶粘剂的施胶量为干纤维重量的12-20%。
[0019] 施胶过程为：先将干纤维和胶粘剂粉末混合搅拌均匀后喷入占总重12-20%的水， 优选为14-19%的水，后组坯热压，热压温度170°C，热压时间70s/mm。
[0020] 本发明制剂不含甲醛，主要原料来源于可再生物质，是一种环保型人造板用胶粘 剂；彻底解决了使用胶粘剂时甲醛污染的问题，又同时保证了胶粘剂的耐水性和胶合强度 等实用性能；同时和现有技术相比，各组分起到了很好地协同作用，使得效果增强；制备方 法简单，且不需很长的固化时间，操作方便，生产效率高；整体上综合利用资源，符合环境保 护与可持续发展原则，具有良好的应用前景。
[0021] 本发明的优点在于： 1)用蛋白类物质，尤其是脱脂大豆蛋白粉作为人造板用胶粘剂的原料，不含有游离甲 醛，用于胶接人造板时不存在甲醛释放问题，彻底解决人造板带来的室内空气中的甲醛污 染问题。
[0022] 2)蛋白类物质作为一种可再生的资源，作为胶粘剂的主要原料，有助于解决常规 人造板胶粘剂中使用合成化石原料的枯竭问题，符合环境保护与可持续发展原则； 3) 得到的胶粘剂是利用蛋白类物质加工而成，有效的利用了大豆加工剩余物，综合利 用资源，节约生产成本，提高了产品的附加值； 4) 采用蛋白质-环氧乙烷反应物为交联增强剂，解决了普通豆蛋白胶粘剂耐水性差的 问题，能够满足人造板用胶粘剂的耐水要求，保证了胶粘剂的胶合强度等实用性能；并且由 本发明的胶粘剂制备得到的纤维板达到国标中II类板标准要求； 5) 采用蛋白质-环氧乙烷反应物交联增强剂，其主要原料大豆蛋白柏来源于大豆榨油 剩余物，有助于解决普通胶粘剂中使用合成化石原料的枯竭问题，符合环境保护与可持续 发展原则。
[0023] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
【具体实施方式】
[0024] 以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用 于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0025] 除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为重量百分数。
[0026] 脱脂大豆蛋白粉购自山东香驰粮油有限公司，环氧乙烷购自南京科正化工有限公 司。
[0027] 本发明所用碳酸钠为粉末状。
[0028] 本发明所使用的蛋白质-环氧乙烷反应物，其合成工艺为：将33重量份大豆蛋白 质、5重量的聚乙烯亚胺和100重量份软化水混合后搅拌，再加入5重量份氢氧化钠搅拌均 匀；加热至90?95°C，缓慢滴入20重量的环氧乙烷后，降温至60?75°C加入6重量份氢 氧化钠，降温至40?45°C出料，喷雾干燥为粉状固体即得。得到的蛋白质-环氧乙烷反应 物外观为淡黄白色粉末状固体。
[0029] 本发明中所使用的其他物料均为可以从市场上购买得到的常规物料。
[0030] 本发明中，单位"份"或"重量份"指千克、克等，可以视具体情况而定。
[0031] 实施例1 1) 按以下重量进行备料： 软化水 230 kg 碳酸钠 I kg 聚丙稀酰胺 Ikg 脱脂大豆蛋白粉 60 kg 蛋白质_环氧乙烧反应物 40 kg ; 2) 在配有搅拌器、温度计和冷凝装置的反应釜中，将碳酸钠和脱脂大豆蛋白粉加入软 化水后搅拌均匀； 3) 将获得的碳酸钠、脱脂大豆蛋白粉和软化水的混合物加热至42?46°C，保温3小 时； 4) 将上步得到的混合物降温至35°C，得到均匀的豆蛋白粘液； 5) 将蛋白质-环氧乙烷反应加入上步所得的豆蛋白粘液中，搅拌均匀，后喷雾干燥成 粉状固体，制成人造板用豆蛋白胶粘剂。
[0032] 得到的胶粘剂的性能质量指标见表1。
[0033] 实施例2 1) 按以下重量进行备料： 软化水 240 kg 碳酸钠 2 kg 聚丙稀酰胺 2kg 脱脂大豆蛋白粉 58 kg 蛋白质_环氧乙烧反应物 42 kg ; 2) 在配有搅拌器、温度计和冷凝装置的反应釜中，将碳酸钠和脱脂大豆蛋白粉加入软 化水后搅拌均匀； 3) 将获得的碳酸钠、脱脂大豆蛋白粉和软化水的混合物加热至48?51°C，保温4小 时； 4) 将上步得到的混合物降温至40°C，得到均匀的豆蛋白粘液； 5) 将蛋白质-环氧乙烷反应加入上步所得的豆蛋白粘液中，搅拌均匀，后喷雾干燥成 粉状固体，制成人造板用豆蛋白胶粘剂。
[0034] 得到的胶粘剂的性能质量指标见表1。
[0035] 实施例3 1)按以下重量进行备料： 软化水 245 kg 碳酸钠 3 kg 聚丙烯酰胺 2. 5kg 脱脂大豆蛋白粉 55 kg 蛋白质-环氧乙烧反应物 45 kg; 2) 在配有搅拌器、温度计和冷凝装置的反应釜中，将碳酸钠和脱脂大豆蛋白粉加入软 化水后搅拌均匀； 3) 将获得的碳酸钠、脱脂大豆蛋白粉和软化水的混合物加热至58?60°C，保温5小 时； 4) 将上步得到的混合物降温至45°C，得到均匀的豆蛋白粘液； 5) 将蛋白质-环氧乙烷反应加入上步所得的豆蛋白粘液中，搅拌均匀，后喷雾干燥成 粉状固体，制成人造板用豆蛋白胶粘剂。
[0036] 得到的胶粘剂的性能质量指标见表1。
[0037] 表1中，含水量"％"为质量百分含量，pH值为配成质量分数为10%浓度溶液时pH。
[0038] 表1 :月父粘剂的性能质量指标
【权利要求】
1. 纤维板用无醛脱脂豆粉基胶粘剂，其特征在于，主要由以下重量份的原料制备而 成： 蛋白类物质45?65份、碱性化合物0. 5?5份、乳化剂0. 5?5份、交联增强剂35? 55份。
2. 根据权利要求1所述的纤维板用无醛脱脂豆粉基胶粘剂，其特征在于：所述交联增 强剂为蛋白质-环氧乙烷反应物。
3. 根据权利要求1所述的纤维板用无醛脱脂豆粉基胶粘剂，其特征在于：所述蛋白类 物质为脱脂豆蛋白、豆柏蛋白、大豆柏蛋白或棉柏蛋白。
4. 根据权利要求1所述的纤维板用无醛脱脂豆粉基胶粘剂，其特征在于：所述碱性化 合物为碳酸钠、氢氧化钠或氢氧化钾。
5. 根据权利要求1所述的纤维板用无醛脱脂豆粉基胶粘剂，其特征在于：所述乳化剂 为聚乙烯醇、聚乙二醇、0P-10或聚丙烯酰胺；优选为聚丙烯酰胺。
6. -种如权利要求1-5任意一项所述的纤维板用无醛脱脂豆粉基胶粘剂的制备方法， 其特征在于，包括以下步骤： (1) 分散：按照上述重量配比称量各原料成分，然后使蛋白类物质、碱性化合物和乳化 剂分散在分散介质中，得到混合物； (2) 交联：将步骤（1)得到的混合物中加入交联增强剂搅拌均匀； (3) 喷雾干燥：将步骤（2)搅拌后得到的产物进行喷雾干燥为粉状，即得到本发明产 品。
7. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1)中的分散介质为去离子 水，用量为200?260份。
8. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1)中，将获得的混合物在 40?80°C下，保温1?3小时。
9. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（2)中，将步骤（1)得到的 混合物降温至35?45°C时，加入分散介质和交联增强剂，并搅拌均匀。
10. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述交联增强剂为蛋白质-环氧 乙烷反应物；其合成工艺为：将33重量份大豆蛋白质、5重量的聚乙烯亚胺和100重量份 分散介质混合后搅拌，再加入5重量份强碱类化合物搅拌均匀；在反应装置中加热至90? 95°C，缓慢滴入20重量的环氧乙烷后，降温至60?75°C加入6重量份强碱类化合物，降温 至40?45°C出料，喷雾干燥为粉状固体即得。
【文档编号】C09J11/08GK104497964SQ201410801962
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月23日 优先权日:2014年12月23日
【发明者】张纪芝, 高强, 李建章, 张世锋, 周文瑞, 张伟, 陈惠
申请人:北京林业大学