一种基于美拉德反应的蔗糖基木材胶黏剂及其制备方法

1.本发明涉及木材胶黏剂领域，具体涉及一种基于美拉德反应的蔗糖基木材 胶黏剂及其制备方法。


背景技术：

2.蔗糖指从糖蔗中制取的糖，获自甘蔗、甜菜或其他来源，可被广泛用作食 物、甜味剂及多种药剂的基质。人体活动中所需要的70％的能量都依靠糖类提 供，蔗糖产业是经济和社会发展中是不可缺少的资源,对于稳定农村经济具有重 要意义,而且可以为农民提供许多就业机会。
3.近年来，随着经济全球化的深入发展和人们生活方式的逐步变化，糖业发 展面临一系列新的挑战，部分地区糖业经济发展步履维艰,解决糖业经济困境的 根本之道在于创新，拓展糖资源的应用领域有利于糖业产业发展。
4.蔗糖工业是世界上产量最大的天然有机化学工业之一，蔗糖不仅直接供给 食用，而且还是一种理想的化工原料。用蔗糖为原料，通过各种化学处理，从 理论上推算，可以获得成千上万种产品，目前已经确认有经济价值的至少也有 种500种左右，有的学者甚至断言，蔗糖化学工业的迅捷发展，蔗糖化学产品 在数量和质量的前景上，甚至可以跟石油化工产品媲美。
5.蔗糖的化学结构中的糖苷键在酸或酶的作用下易于水解断键而成单糖，同 时，蔗糖有醇的特性，具有醇的某些典型反应，而最重要的利用适当的化学手 段，蔗糖分子可发生降解或合成反应等，如氢化、氧化、酯化、醚化、酸降解、 碱降解、异构化、卤化和缩合等，其衍生物在食品、日用化工、农业、生物医 药等领域有广阔的应用前景。本发明的主要特色在于利用蔗糖分子特点，选择 性地实施醛化，使其能够与多胺类化合物发生美拉德反应形成具有交联结构的 大分子，从而赋予其胶合性能并可用于木材胶合。
6.木材胶黏剂是世界范围内用量最大的胶黏剂，每年消耗2000万吨左右，甲 醛系列树脂是最重要的木材胶黏剂，市场份额90％左右。甲醛系列树脂胶黏剂 以石油化工原料为基础，同时生产使用过程存在甲醛释放等问题。近年来，伴 随着人类环保意识的不断增强以及化石能源短缺问题的不断出现，以可再生生 物质为原料制备人造板胶黏剂成为热点。
7.使用蔗糖为原料合成胶黏剂，即可解决木材胶黏剂甲醛释放问题，同时又 可以拓展蔗糖应用领域，因此相关研发工作从未间断。其中比较常用的技术路 线包括两类，其一，西北大学、东北林业大学等研究人员通过一系列处理，将 糖分子转化为5羟甲基糠醛(hmf)，羟甲基糠醛有一个醛基、一个羟甲基和一 个呋喃环，化学性质比较活泼，同时具备和甲醛系列树脂相似的官能团，可与 尿素、苯酚、间苯二酚、三聚氰胺等发生加成缩聚反应，遵循甲醛系列树脂的 合成方法可以得到性能类似的热固性树脂，其二，广西大学等研究人员直接与 甲醛系列树脂共缩聚。但这些技术路线中由于可交联形成的大分子的官能团有 限，难以形成结构致密的网状大分子，树脂整体性能与传统甲醛系列树脂相似。
8.目前，缺乏一种耐水无醛的基于美拉德反应的蔗糖基木材胶黏剂及其制备 方法。


技术实现要素：

9.为了解决上述缺陷，本发明提供了一种耐水无醛的基于美拉德反应的蔗糖 基木材胶黏剂及其制备方法。
10.为了解决现有技术的问题，本发明提供了如下技术方案：本发明的一种基 于美拉德反应的蔗糖基木材胶黏剂，所述的基于美拉德反应的蔗糖基木材胶黏 剂的化学结构式如(i)所示：
[0011][0012]
本发明的一种基于美拉德反应的蔗糖基木材胶黏剂的制备方法，包括如下 步骤：以浓度为55-65
°
bx浓缩糖浆为主要原料，经氧化处理后得到醛化糖浆， 再与支化多元胺混合并诱导发生美拉德反应，制得基于美拉德反应的蔗糖基木 材胶黏剂。
[0013]
进一步地，(1)糖浆氧化：以高高碘酸盐作为氧化剂，以水作为溶剂，蔗 糖和高高碘酸盐按1：0.3-0.8的比例进行氧化，在40℃-60℃条件下避光搅拌， 搅拌反应时间为5h-6h，离心除去不溶杂质；
[0014]
(2)美拉德反应：向上述糖浆中加入支化多元胺，升温至60℃-100℃，置 于60-100℃油浴锅中冷凝回流反应5h-12h，制得基于美拉德反应的蔗糖基木材 胶黏剂。
[0015]
进一步地，在步骤(2)中，可通过调整支化多元胺的支化度赋予胶黏剂不 同性能，同时可通过热压固化进一步延续美拉德反应，其中固化温度为 100-160℃。
[0016]
进一步地，在步骤(2)中，所述的基于美拉德反应的蔗糖基木材胶黏剂的 固体含量为40％-60％。
[0017]
更进一步地，在步骤(2)中，所述的分子链段中糖浆与支化多元胺的重量 比为1:0.5-2。
[0018]
进一步地，在步骤(2)中，所述的分子链段中糖基结构单元与多胺结构单 元的重量比为1:0.5-2。
[0019]
有益效果：本发明的胶黏剂选用浓缩糖浆为原料，环境友好，无甲醛释放， 通过选用具有超支化结构的多胺参与合成，赋予胶黏剂优异的胶合性能。同时， 蔗糖基木材胶黏剂热压固化过程中可进一步延续美拉德反应，产生令人愉悦的 芳香气味，其中固化温度为100-160℃。
[0020]
与现有技术相比，本发明具有如下优点：(1)本发明重点解决蔗糖分子合 成过程中活性官能团不够从而难以形成高度交联大分子的问题。通过对蔗糖分 子选择性的实施氧化，得到多醛化的醛化蔗糖，同时使用多支化结构的多胺参 与合成，为形成高度交联的大分子提供了分子基础，所特到的木材胶黏剂交联 程度大大高于前人技术路线所合成的蔗糖基胶黏剂。
[0021]
(2)本发明通过对蔗糖分子选择性的实施氧化，得到多醛化的醛化蔗糖， 每个糖分子可形成四个可交联反应的醛基，同时使用四个以上支化结构的多胺 参与合成，为形成高度交联的大分子提供了分子基础。
[0022]
(3)本发明合成的蔗糖基木材胶黏剂，胶合性能优异，且具有芳香气味。 同时本发明使用的原料为浓缩糖浆，原料成本低，易于工业化推广应用。本发 明的技术方法不仅适用于蔗糖，也适用与蔗糖具有相似结构的化合物，包括淀 粉、葡萄糖以及蔗糖生产过程中副产物如糖蜜。
附图说明
[0023]
图1为本发明的支化多元胺(pa
4n
，pa
5n
，pa
6n
，pa
7n
)化学结构图。
具体实施方式
[0024]
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只 用于解释本发明，不会对本发明构成任何限定。
[0025]
本发明的一种基于美拉德反应的蔗糖基木材胶黏剂的制备方法，包括如下 步骤：以浓度为55-65
°
bx浓缩糖浆为主要原料，经氧化处理后得到醛化糖浆， 再与支化多元胺混合并诱导发生美拉德反应，制得基于美拉德反应的蔗糖基木 材胶黏剂。
[0026]
实施例1
[0027]
如图1所示，本发明的一种基于美拉德反应的蔗糖基木材胶黏剂，所述的 基于美拉德反应的蔗糖基木材胶黏剂的化学结构式如(i)所示：
[0028][0029]
本发明的一种基于美拉德反应的蔗糖基木材胶黏剂的制备方法，包括以下 步骤：
[0030]
(1)糖浆氧化：向反应器中加入糖浆为10.0g、高碘酸盐为3.0g，所述 的糖浆和高碘酸盐的质量比为1：0.3；加入去离子水30.0g；搅拌均匀，置于50℃ 油浴锅中反应5h；反应后冷却至室温，离心除去不溶杂质，将获得的样品置于 冷冻干燥机中冷冻干燥后获得氧化蔗糖样品；式(ii)为氧化蔗糖与支化多胺席 夫碱反应式：
[0031][0032]
(2)美拉德反应：向反应器中加入10g去离子水，5g氧化糖浆，5g支化 多元胺(pa
6n
)；反应物质量比为1：1；置于90℃油浴锅中冷凝回流反应10h， 制得蔗糖基木材胶黏剂。
[0033]
将该胶黏剂用于制备三层胶合板(热压条件：150℃、6min)，并测试其力 学强度和耐水性能。
[0034]
实施例2
[0035]
实施例2与实施例1的区别：本发明的一种基于美拉德反应的蔗糖基木材 胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
[0036]
在步骤(1)中，向反应器中加入糖浆为10.0g、高碘酸盐为5.0g所述的糖 浆和高碘酸盐的质量比为1：0.5；加入去离子水30.0g；搅拌均匀，置于50℃油 浴锅中反应5h；反应后冷却至室温，离心除去不溶杂质，将获得的样品置于冷 冻干燥机中冷冻干燥后获得氧化蔗糖样品；
[0037]
在步骤(2)中，向反应器中加入10g去离子水，5g氧化糖浆，5g支化多 元胺(pa
6n
)；反应物质量比为1：1；置于90℃油浴锅中冷凝回流反应10h制 得蔗糖基木材胶黏剂。将该胶黏剂用于制备三层胶合板(热压条件：150℃、 6min)，并测试其力学强度和耐水性能。
[0038]
实施例3
[0039]
实施例3与实施例1的区别：本发明的一种基于美拉德反应的蔗糖基木材 胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
[0040]
在步骤(1)中，向反应器中加入糖浆为10.0g、高碘酸盐为8.0g所述的糖 浆和高碘酸盐的质量比为1：0.8；加入去离子水30.0g；搅拌均匀，置于50℃油 浴锅中反应5h；反应后冷却至室温，离心除去不溶杂质，将获得的样品置于冷 冻干燥机中冷冻干燥后获得氧化蔗糖样品；
[0041]
在步骤(2)中，向反应器中加入10g去离子水，5g氧化糖浆，5g支化多 元胺(pa
4n
)；反应物质量比为1：1；置于90℃油浴锅中冷凝回流反应10h制 得蔗糖基木材胶黏剂。将该胶黏剂用于制备三层胶合板(热压条件：150℃、 6min)，并测试其力学强度和耐水性能。
[0042]
实施例4
[0043]
实施例4与实施例1的区别：本发明的一种基于美拉德反应的蔗糖基木材 胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
[0044]
在步骤(1)中，向反应器中加入糖浆为10.0g、高碘酸盐为3.0g所述的糖 浆和高碘酸盐的质量比为1：0.3；加入去离子水30.0g；搅拌均匀，置于50℃油 浴锅中反应5.5h；反应后冷却至室温，离心除去不溶杂质，将获得的样品置于 冷冻干燥机中冷冻干燥后获得氧化蔗糖样品；
[0045]
在步骤(2)中，向反应器中加入15g去离子水，5g氧化糖浆，10g支化多 元胺(pa
5n
)；反应物质量比为1：2；置于100℃油浴锅中冷凝回流反应5h制 得蔗糖基木材胶黏剂。将该胶黏剂用于制备三层胶合板(热压条件：150℃、 6min)，并测试其力学强度和耐水性能。
[0046]
实施例5
[0047]
实施例5与实施例1的区别：本发明的一种基于美拉德反应的蔗糖基木材 胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
[0048]
在步骤(1)中，向反应器中加入糖浆为10.0g、高碘酸盐为3.0g所述的糖 浆和高碘酸盐的质量比为1：0.3；加入去离子水30.0g；搅拌均匀，置于50℃油 浴锅中反应6h；反应后冷却至室温，离心除去不溶杂质，将获得的样品置于冷 冻干燥机中冷冻干燥后获得氧化蔗糖样品；
[0049]
在步骤(2)中，向反应器中加入15g去离子水，10g氧化糖浆，5g支化多 元胺(pa
6n
)；反应物质量比为2：1；置于60℃油浴锅中冷凝回流反应12h制 得蔗糖基木材胶黏剂。将该胶黏剂用于制备三层胶合板(热压条件：150℃、 6min)，并测试其力学强度和耐水性能。
[0050]
实施例6
[0051]
实施例6与实施例1的区别：本发明的一种基于美拉德反应的蔗糖基木材 胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
[0052]
在步骤(1)中，向反应器中加入糖浆为10.0g、高碘酸盐为3.0g所述的糖 浆和高碘酸盐的质量比为1：0.3；加入去离子水30.0g；搅拌均匀，置于50℃油 浴锅中反应5h；反应后冷却至室温，离心除去不溶杂质，将获得的样品置于冷 冻干燥机中冷冻干燥后获得氧化蔗糖样品；
[0053]
在步骤(2)中，向反应器中加入10g去离子水，5g氧化糖浆，5g支化多 元胺(pa
6n
)；反应物质量比为1：1；置于90℃油浴锅中冷凝回流反应10h制 得蔗糖基木材胶黏剂。将该胶黏剂用于制备三层胶合板(热压条件：130℃、 6min)，并测试其力学强度和耐水性能。
[0054]
实施例7
[0055]
实施例7与实施例1的区别：本发明的一种基于美拉德反应的蔗糖基木材 胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
[0056]
在步骤(1)中，向反应器中加入糖浆为10.0g、高碘酸盐为3.0g所述的糖 浆和高碘酸盐的质量比为1：0.8；加入去离子水30.0g；搅拌均匀，置于50℃油 浴锅中反应5h；反应后冷却至室温，离心除去不溶杂质，将获得的样品置于冷 冻干燥机中冷冻干燥后获得氧化蔗糖样品；
[0057]
在步骤(2)中，向反应器中加入10g去离子水，5g氧化糖浆，5g支化多 元胺(pa
7n
)；反应物质量比为1：1；置于90℃油浴锅中冷凝回流反应10h制 得蔗糖基木材胶黏剂。将该胶黏剂用于制备三层胶合板(热压条件：110℃、 6min)，并测试其力学强度和耐水性能。
[0058]
试验例
[0059]
为了验证制备的纤维素基木材胶黏剂的性能特征，进行了以下试验：
[0060]
取实施例中所合成胶黏剂，用厚度为2mm的杨木单板制备三层胶合板，按 照国标gb/t 17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》的要求，进 行板材物理力学性能进行测试，主要测试板材耐水性能。
[0061]
具体步骤如下：将合成的胶黏剂按施胶量160g/m2进行双面涂刷，热压温 度为110℃-160℃，热压时间6分钟，分别测试其胶合强度1(干强度)、胶合强 度2(将试件放于63℃水中浸泡3小时)、胶合强度3(将试件放于沸水中浸泡 3小时)等。根据gb/t 9846-2015《普通胶合板》对ⅱ类胶合板的耐水性要求， 本发明的胶黏剂各项性能数据均高于国标要求，测试结果如表1所示。测试结 果各实施例胶合板力学强度如下表1所示：
[0062]
表1
[0063][0064][0065]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实 施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、 替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。