一种蛋白基木材胶粘剂及其制备方法和应用以及使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种木材胶粘剂及其制备方法，尤其涉及一种由植物蛋白和无毒环氧 树脂制成的蛋白基木材胶粘剂及其制备方法和应用W及使用方法。
【背景技术】
[0002] 众所周知，木材行业需要使用大量的胶粘剂用于产品加工。目前工业中最常用的 木材胶粘剂是苯酷-甲酵树脂（PF)、脈-甲酵树脂（UF)和H聚氯胺-甲酵胶（MF)。该H 种胶统称为H酵胶，具有各自的优缺点。其中，使用最广泛的是脈酵胶（UF)，其特点是价格 低廉，性能优良，但耐水性差。酷酵胶（PF)虽然耐水性好，但其深褐颜色和较高的价格决定 其适用范围较为有限，一般为室外。H聚氯胺胶(MF)性能优良，耐水性好，但是价格高，因 此其市场接受度较低。同时，由于H酵胶均使用了酵类化合物，因此由其制成的成品，W及 该些产品在生产、运输、使用过程中都会产生挥发性有机化合物（V0C)。近年来，对于散发的 V0C，特别是甲酵对人体健康的影响受到越来越多的关注，世界卫生组织（WHO)确认甲酵对 人具有毒害、致癌、致崎形等危害。使用H酵胶特别是脈酵胶生产的家具和地板，可持续释 放甲酵10-15年。同时，传统的H酵胶在生产过程中消耗大量的石油产品，石油的储量也必 然是有限的。因此，为了从根本上解决该些问题，就必须研发出一种无毒环保胶粘剂产品， 其生产过程为从原料到产品W及其使用都不涉及到任何有毒和不环保的物质和过程。
[0003]目前，环保无毒胶最理想的候选者就是基于天然豆类蛋白的蛋白基胶粘剂。蛋白 基胶粘剂最早出现在上世纪二十、H十年代，当时人们使用大豆蛋白和其它添加剂制成木 材胶粘剂。该种胶粘剂无毒并且环保；但是限于当时的技术，该类胶粘剂的强度低，防水性 能差。五六十年代，随着石油化工的发展，蛋白基胶粘剂迅速被H酵胶所替代。
[0004] 近些年来，随着环保意识的日趋深入，人们对环保的要求也越来越高。2007年美 国化liforniaAirResourcesBoard(CARB)对木制产品中使用的粘合剂有了严格的环 保控制标准，并且此标准于2013年在全美都开始实施。因此，蛋白基胶又重新走入了人 们的视线，许多科研单位进行了相关的研发工作。其中技术上比较突出的有化.Li研 究小组的天然豆胶产品，例如US7, 722, 712B2等；其报道的产品的胶合强度和耐水性都 超过了脈酵胶，现已大规模工业生产。但是，由于该粘胶剂使用聚醜胺聚胺-环氧氯丙焼 (化lyamidoamine-Epichlorohy化in,PAE)作为固化剂，大大增加了产品的成本，使得最终 的木材成品在市场上的价格较高。因此寻求各种替代的固化剂成为蛋白基胶的又一研究方 向。
[0005] 由于环氧树脂为分子中含有两个或两个W上环氧基团的有机高分及化合物，因此 环氧树脂能与大豆蛋白中的很多官能团例如羟基、氨基、琉基、駿基等官能团发生反应，该 些特点使得环氧树脂成为一种潜在的固化剂。但是，由于传统的环氧树脂存在价格较高， 反应时间长等因素，因此很少有人将其应用在板材加工业中。1996年，Do化ey小组报道 (DolbeyR.etc.Recentdevelopmentsinepoxyresins.RapraRev.Rep. 8:176pp, 1996)，季馈盐、馈盐能加速环氧树脂的反应；该一报道使得环氧树脂有被应用于板材加工 业的可能性。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于针对现有技术中的不足，而提供一种成本低廉、制备简单且无 污染的新型蛋白基木材胶粘剂及其制备方法和应用W及使用方法，尤其是提供了一种由植 物蛋白和无毒环氧树脂制成的蛋白基木材胶粘剂及其制备方法，蛋白基木材胶粘剂利用植 物蛋白，W及W廉价的季馈盐环氧树脂作为固化剂制备出无污染的环氧树脂蛋白基木材胶 粘剂，另外，蛋白基木材胶粘剂的制备方法不仅操作简单，而且降低了蛋白基木材胶粘剂的 产品成本。
[0007] 本发明所采用的技术方案： 一种蛋白基木材胶粘剂，包括植物蛋白、木质素、无酵固化剂、碱W及填料；基于所述蛋 白基木材胶粘剂的总重量， 所述植物蛋白的含量为5-50wt% ; 所述木质素的含量为0-30wt% ; 所述无酵固化剂的含量为l-30wt%; 所述碱的含量为0.l-15wt〇/〇 ; 所述填料的含量为0-20wt%。
[0008] 优选地，基于所述蛋白基木材胶粘剂的总重量，植物蛋白的含量为10%-45wt%。
[0009] 更优选地，基于所述蛋白基木材化粘剂的总重量，植物蛋白的含量为25-45wt%; 木质素的含量为0-20wt% ;无酵固化剂的含量为3-25wt% ;碱的含量为0. 2-12wt% ;填料的 含量为 〇-20wt〇/〇。
[0010] 所述无甲酵固化剂包含多元环氧丙焼链型季馈盐环氧树脂，例如WDMP30-环氧 氯丙焼（DMP30-Epichlorohy化in)为代表的季馈盐环氧树脂；多元环氧丙焼链型季胺盐环 氧树脂是指含有2个或2个W上的环氧丙焼的芳香族或脂肪族季馈盐环氧树脂；其中，芳香 族季馈盐环氧树脂为含有2-3个环氧丙焼支链取代的苯酷环，结构通式如分子式（I)所示； 或含有2个或2个W上的环氧丙焼支链的芳香醋季馈盐树脂；
【主权项】
1. 一种蛋白基木材胶粘剂，其特征在于：包括植物蛋白、木质素、无醛固化剂、碱以及 填料；基于所述蛋白基木材胶粘剂的总重量， 所述植物蛋白的含量为5-50wt% ; 所述木质素的含量为0_30wt% ; 所述无醛固化剂的含量为l_30wt%; 所述碱的含量为〇.l-15wt°/〇; 所述填料的含量为0_20wt% ; 所述无甲醛固化剂包含多元环氧丙烷链型季铵盐环氧树脂，多元环氧丙烷链型季胺盐 环氧树脂为含有2个或2个以上的环氧丙烷的芳香族或脂肪族季铵盐环氧树脂；所述芳香 族季铵盐环氧树脂、脂肪族季铵盐环氧树脂的结构式分别如下所示：
其中，m，n均为整数，且n= 2-3，m= 2-10。
2. 根据权利要求1所述的蛋白基木材胶粘剂，其特征在于：所述植物蛋白为小麦谷虫元 蛋白、玉米醇溶蛋白或豆类蛋白。
3. 根据权利要求1所述的蛋白基木材胶粘剂，其特征在于：所述木质素为BRAUNS木质 素、纤维素酶木质素、二恶烷酸解木质素、磨碎木材木质素、Klason木质素、高碘酸木质素、 牛皮纸木质素或木质素磺酸盐。
4. 根据权利要求1所述的蛋白基木材胶粘剂，其特征在于：所述无甲醛固化剂还包括 脂肪族多羟基化合物、多羧基化合物或多胺基化合物；其中，多胺基化合物为聚酰胺聚胺或 聚酰胺聚胺-环氧氯丙烷；脂肪族多羧基化合物为羧甲基纤维素或改良后的淀粉；多羟基 化合物为甘油或淀粉。
5. 根据权利要求1所述的蛋白基木材胶粘剂，其特征在于：多元环氧丙烷链型季胺盐 环氧树脂为DMP30-环氧树脂、EMTDA-环氧氯丙烷、或四甲基-1，6-己二胺-环氧氯丙烷。
6. 根据权利要求1所述的蛋白基木材胶粘剂，其特征在于：所述碱为无机碱或路易斯 碱；所述无机碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氧化钙、或硼酸钠；所述路易斯碱为三乙 胺或乙酸钙。
7. 根据权利要求1所述的蛋白基木材胶粘剂，其特征在于：所述填料为二氧化硅、石 蜡、小麦面粉、树皮粉、或坚果壳粉。
8. 如权利要求1-7中任一项所述的蛋白基木材胶粘剂，其特征在于：所述的蛋白基木 材胶粘剂还包括马铃薯淀粉，基于所述蛋白基木材胶粘剂的总重量，所述马铃薯淀粉的含 量为 5-15wt%。
9. 一种制备如权利要求1-8任一项所述蛋白基木材胶粘剂的方法，其特征在于：包括 以下步骤： 步骤1 )、将植物蛋白或植物蛋白与木质素的混合物加入到无机碱或路易斯碱溶液中， 搅拌直至植物蛋白和木质素完全分散在溶液中； 步骤2)、向步骤1)中分散后的溶液中加入无甲醛固化剂或加入无甲醛固化剂和马铃 薯淀粉，搅拌均匀； 步骤3)、向步骤2)搅拌均匀后的溶液中加入填料，加完搅拌均匀，从而得到所述蛋白 基木材胶粘剂。
10. -种如权利要求9所述的蛋白质基木材胶粘剂的应用，其特征在于：所述的蛋白 基木材胶粘剂可用于木质人造板以及各类复合地板、竹地板、强化地板胶合板；所述木质 人造板为木工板、竹胶合板、刨花板（OSB)、大片刨花板、纤维板、平行成材（PSL)、夹层成材 0^〇、单板层积材（1^1)。
11. 一种如权利要求9所述的蛋白基木材胶粘剂的使用方法，其特征在于：将所述蛋白 基木材胶粘剂通过辊涂、刮刀涂布、帘式涂布，或喷洒涂于木质人造板的单板表面；然后多 个所述单板堆积以形成所需厚度的片材；再将所得片材陈放，冷压、热压得到复合木质人造 板。
12. 根据权利要求11所述的蛋白基木材胶粘剂的使用方法，其特征在于：所述木质人 造板包括胶合板、木工板、竹胶合板、刨花板、大片刨花板、纤维板、平行成材、夹层成材、单 板层积材、各类复合地板、竹地板、或强化地板。
13. 根据权利要求11所述的蛋白基木材胶粘剂的使用方法，其特征在于：所述的热压 时间为0. 5-0. 8min/mm，热压温度为100°C-190°C，热压压力为9-15公斤/平方厘米。
【专利摘要】本发明涉及一种木材胶粘剂及其制备方法，尤其涉及一种由植物蛋白和无毒环氧树脂制成的蛋白基木材胶粘剂及其制备方法和应用以及使用方法，由天然植物蛋白和无甲醛环氧树脂固化剂以及填料等配制而成，本发明的蛋白基木材胶粘剂为一种无毒环保胶粘剂，无论是在生产，运输，应用过程还是在成品使用中都没有甲醛或有毒有机物的释放；同时，该胶粘剂的胶合强度高，耐水性好，沸水煮后的强度可与酚醛胶的性能相比和完全达到二类胶的使用标准。本发明的蛋白基木材胶粘剂的制备工艺简单，热压时间远远小于三醛胶，大大节省了能源。
【IPC分类】C09J11-08, C09J11-06, B27D1-08, C09J197-00, C09J189-00, C09J11-04
【公开号】CN104774588
【申请号】CN201510016168
【发明人】阎肖华
【申请人】阎肖华
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年1月13日
【公告号】CN103740326A