本发明属于木材胶黏剂领域，具体涉及一种基于植物蛋白的胶黏剂及其制备方法与应用。
背景技术：
：2014年我国人造板产业规模已达3.2亿m3，占世界总量的58％，产值近万亿元，约占林业总产值的20％。人造板制造过程主要使用使用“三醛类”胶黏剂(脲醛树脂、酚醛树脂及三聚氰胺甲醛树脂)约900万吨，“三醛类”胶黏剂及人造板在制造及使用过程中存在着甲醛污染问题，严重危害着使用者的身心健康。许多国家制定了严格的室内空气和木制品中甲醛释放限值，面对越来越严格的环保标准，木材工业面临着严峻挑战。利用无毒、可再生的大宗农产品加工剩余物(植物蛋白)制备木材胶黏剂，替代以化石资源为主要原料的“三醛类”胶黏剂，符合经济社会可持续、协调发展要求，同时能够完全避免所制备人造板产品的甲醛污染问题，可用于建筑装修、家具、食品包装等。美国、日本、中国等自上世纪末开始重点研究开发耐水植物蛋白木材胶黏剂。由于蛋白质分子结构上存在大量亲水基团，如羟基(-OH)氨基(-NH2)等，导致植物胶黏剂通常存在耐水性较差问题。技术实现要素：本发明的目的是提供一种改性植物蛋白胶黏剂及其制备方法与应用，该胶黏剂完全不含甲醛等醛类物质，是一种环保型胶黏剂，特别适用于单板类人造板用胶黏剂。实现本发明上述目的的技术方案为：一种改性植物蛋白胶黏剂，其活性成分包括植物蛋白粕、PEI(聚乙烯亚胺)、TA(单宁酸)。优选地，所述改性植物蛋白胶黏剂，其活性成分包括以下重量份的组分：20-40份植物蛋白粕，1-10份PEI，1-10份TA。进一步优选地，所述改性植物蛋白胶黏剂，其活性成分包括以下重量份的组分：26-35份植物蛋白粕，5-6份PEI，2-10份TA。进一步地，所述改性植物蛋白胶黏剂其原料还包括水(主要目的是用做溶剂)；更进一步地，所述改性植物蛋白胶黏剂总量为100份，以水补足余量。所述水可以是自来水、软化水、去离子水中的一种或多种，工业生产中采用自来水即可。本发明实施方式之一：一种改性植物蛋白胶黏剂，其包括以下重量份的组分：20-40份植物蛋白粕，1-10份PEI，1-10份TA，60-80份水。优选地，一种改性植物蛋白胶黏剂，其包括以下重量份的组分：26-35份植物蛋白粕，5-6份PEI，2-10份TA，65-75份水。本发明研究发现，当植物蛋白粕、PEI和TA在上述用量配比范围内时具有更佳的胶黏效果。为延长保质期，本发明所述改性植物蛋白胶黏剂还可包括适量防腐剂。本发明所述植物蛋白粕包括棉粕、花生粕、向日葵粕等中的一种或几种的混合物。所述植物蛋白粕可按本领域常规方法制备，一般是指生产食用油的加工剩余物。本发明所述植物蛋白粕中含有35-45％的粗蛋白质及数量不等的糖类等，其中蛋白质分子与改性成分PEI和TA反应可得到高强度的胶黏剂。优选地，将所述植物蛋白粕粉碎至粒度100目以上。所述植物蛋白粕的一种制备方法是将大豆、棉籽、花生、向日葵等经清理、调质、破裂、去皮、压片，由有机溶剂正己烷及其同类碳氢化合物脱脂或物理压榨等，再经干燥、粉碎后制成的粉状物。本发明还提供上述改性植物蛋白胶黏剂的制备方法，一般将各原料按比例混匀即可。优选地，所述制备方法包括以下步骤：1)在配有搅拌器的反应釜中，按配比加入水、植物蛋白粕(粉)搅拌均匀；2)按配比加入TA搅拌均匀，然后再加入PEI后(或者再加入适量防腐剂)搅拌均匀，制得植物蛋白黏液；3)将所得植物蛋白黏液过胶体磨和均质机处理，均质处理的压力为20-40MPa，即得。本发明方法工艺简单，操作方便。所制备的胶黏剂具有耐水性好，制造成本低、可再生，环保无污染等优点，用其胶接的人造板不存在甲醛释放问题，完全避免人造板所导致的室内空气中的甲醛问题。本发明还包括上述植物蛋白胶黏剂在木材加工中的应用。本发明还包括含有上述植物蛋白胶黏剂的木材加工品。本发明有益效果：1)本发明制备的改性植物蛋白胶黏剂主要成分是植物蛋白粕，具有价格低、可再生、能大量供应的优势，且胶接的胶合板甲醛释放量和实木相当，彻底解决人造板带来的室内空气中的甲醛污染问题。本发明改性植物蛋白胶黏剂尤其适用于单板类人造板改性植物蛋白胶黏剂。2)贻贝黏蛋白具有超强的黏附性能；TA(单宁酸)为廉价的含有大量儿茶酚基团的天然多酚类聚合物，具有替代贻贝蛋白中关键成分(多巴胺)的优良粘附功能；本发明根据仿生学原理，将贻贝黏附蛋白功能单元(邻苯二酚基团)与高分子复合得到交联剂，并与蛋白质分子上巯基、氨基通过迈克尔加成和席夫碱反应形成交联网络结构，从而大幅提高改性大豆蛋白基胶黏剂性能。通过TA/PEI形成复合交联体系，在改性植物蛋白胶黏剂中低成本高效的引入了邻苯二酚基团(贻贝蛋白功能基元)，能够大大提高固化产物交联密度和耐水性能。实验结果表明改性胶黏剂制备的胶合板胶合强度完全能够满足国标中II类胶合板要求，甲醛释放量未检出。具体实施方式以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。本发明实施例中所采用PEI(聚乙烯亚胺)分子量为75000，50％水溶液；TA(单宁酸)购自于天津希恩思生化科技有限公司，使用前无需进一步处理。植物蛋白粕购自山东香驰粮油有限公司，蛋白质含量≥43％，经粉碎处理，过100目筛。胶体磨型号JMS-110，购自廊坊冠通机械有限公司。均质机为同一厂家的配套设备。实施例中，如无特殊说明，所使用的手段均为本领域常规的技术手段。实施例1一种改性植物蛋白胶黏剂，包括以下成分：74Kg自来水，26Kg脱脂植物蛋白粕粉，6kg的PEI，2kg的TA。制备方法包括以下步骤：1)在配有搅拌器、温度计和冷凝装置的的反应釜中，按配比加入水、植物蛋白粕(粉)搅拌均匀；反应在常温下进行；2)按配比加入TA搅拌均匀，然后再加入PEI后搅拌均匀，制得植物蛋白黏液；3)将所得植物蛋白黏液过胶体磨和均质机处理，均质处理的压力为25MPa，即得。以相同的方法制备三批平行样品，制得到的胶黏剂的性能质量指标见表1。实施例2一种改性植物蛋白胶黏剂，包括以下成分：65Kg自来水，30Kg脱脂植物蛋白粕粉，5kg的PEI，10kg的TA。制备方法与实施例1的区别仅在于步骤3)均质压力为28Mpa。以相同的方法制备三批平行样品，制得到的胶黏剂的性能质量指标见表1。实施例3一种改性植物蛋白胶黏剂，包括以下成分：65Kg自来水，35Kg脱脂植物蛋白粕粉，5kg的PEI，10kg的TA。制备方法与实施例1相同。以相同的方法制备三批平行样品，制得到的胶黏剂的性能质量指标见表1。表1植物蛋白胶黏剂的性能指标固体含量(％)pH值游离甲醛含量(％)贮存期(天)实施例128.06.005实施例232.46.005实施例325.96.005实施例1-3制备的胶黏剂样品贮存期3-5天(低温(4℃)(3-5天后有局部长霉或变臭，但不影响胶接性能)。对比例1一种胶黏剂，包括以下成分：74kg自来水，26kg脱脂植物蛋白粕粉。制备方法同实施例1。对比例2一种胶黏剂，包括以下成分：70kg自来水，30kg脱脂植物蛋白粕粉。制备方法同实施例2。对比例3一种胶黏剂，包括以下成分：65kg自来水，35kg脱脂植物蛋白粕粉。制备方法同实施例3。实验例分别采用本发明实施例1-3和对比例1-3的胶黏剂产品制造三层410×410mm胶合板。杨木单板：含水率干燥到8-12％；厚1.6mm；单板胶黏剂采用本发明实施例1-3的产品和对比例1-3的产品。按以下正常工艺制备胶合板：施胶：芯板双面施胶，涂胶量为300-360g/m2。陈化方式及时间：闭合陈化，10-30分钟。热压压力：1.0MPa，热压温度为120℃，热压时间为70s/mm。按GB/T17657-1999《人造板及饰面人造板理化性能实验方法》检测方法对生产的胶合板产品进行性能检测，检测结果见表2。表2胶接胶合板的甲醛释放量与胶合强度试件甲醛释放量(mg/L)胶合强度(MPa)实施例10.020.75±0.06实施例20.041.01±0.03实施例30.030.83±0.02对比例10.050(开胶)对比例20.060(开胶)对比例30.060(开胶)实验结果表明，本发明无甲醛植物蛋白胶黏剂制造的胶合板的甲醛释放量都很低(为木材本体甲醛释放)，胶合板的胶合强度在均能达到国标中II类胶合板标准(杨木≥0.70MPa)。虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。当前第1页1 2 3