专利名称：一种用金属离子和活性物质联合改性的植物蛋白胶粘剂及其制备方法
技术领域：
本发明属于木材胶粘剂制备技术领域，更具体涉及一种用金属离子和活性物质联合改性 的植物蛋白胶粘剂及其制备方法。
技术背景木材胶粘剂是木材工业中的主要原材料之一，它决定了木材加工产品的质量与价格。但 目前使用的胶粘剂仍以甲醛系胶粘剂为主，污染环境，危害人体健康，有的原料还依赖石油 化工产品，严重制约了木材工业的发展。因此急需研制出环保型高性能的木材胶粘剂。再生 资源中的豆科植物，如大豆、花生等，含有植物蛋白，可作为生产胶粘剂的原料。这类植物 蛋白胶粘剂原料来源广，成本低，环保性能好，但不耐水性、不耐腐，不能满足木材工业生 产和应用的需求。因此，通过各种改性方法来提高植物蛋白胶粘剂的耐水性、耐腐性和粘接 强度，成了植物蛋白胶粘剂开发的关键。中国专利(CN 1557901 )公开了"一种大豆源胶粘剂及其制备方法"，它以脱脂大豆粉为原 料，通过蛋白定向变性技术和修饰技术，制成胶粘剂。制备过程中要先合成三种中间体，最 后再k合成胶，生产工艺较为复杂，不利于工业化生产。中国专利(CN 101126008)公开了 "单宁酸与硼酸改性豆粉胶粘剂及其制备方法"，所用 的改性剂是单宁酸和硼酸，从实例看，用该胶胶合的木材制品只耐3(TC水浸泡。中国专利(CN 101255328)公开了 "一种生产改性大豆蛋白胶粘剂的方法"，以大豆浓縮 蛋白、大豆分离蛋白、脱脂大豆粉、大豆粕、豆饼中的一种为原料，利用乙醇的亲水和疏水 特性，使乙醇的疏水基团浸入到蛋白质分子内部，从而破坏其分子结构，导致蛋白质变性， 制成胶粘剂。但用该胶粘接的木板样品也只耐室温水浸泡。美国专利(US 2005/0222358 Al)公开了一种使用豆粉、氢氧化钠、乙二醇、甲醛、苯酚为 原料，制得耐水性植物蛋白胶粘剂。这种胶粘剂中豆粉的用量较少，所用的苯酚等原料来源 于石油，且有毒，不利于人类健康。美国专利(US 2007/0148339 Al)公开了一种在经氢氧化钠变性后的豆粉中添加酚醛、脲 醛、三聚氰胺甲醛树脂、甲醛或聚乙二醇制备改性豆胶的方法。从专利的实例中可以看出豆 粉在改性豆胶中的比例较低(<10%)，醛类交联剂含量很高(大于豆粉)，因此改性豆胶中 含有醛、酚等有毒物质，仍会对环境造成污染。 发明内容本发明的目的是提供一种用金属离子和活性物质联合改性的植物蛋白胶粘剂及其制备方法，用于木材工业中的人造板及木制品制造上。制备方法简单易行，原料易得，可操作性强， 制备的改性植物蛋白胶粘剂环保性能好，耐水胶合强度达到国家标准GB/T 14732—2006中脲 醛树脂胶的技术要求，即用于压制杨木胶合板，试件在63'C土3'C的热水浸渍3h，胶合强度 》0.7MPa;经沸水煮12小时也不开胶；且无毒、环保、成本低廉，产品具有显著的市场竞争 力，适合大规模推广。本发明的用金属离子和活性物质联合改性的植物蛋白胶粘剂所述植物蛋白胶粘剂原料 配方中各组分的重量份数为植物蛋白5 30份、水15 80份、酸0.4 5.0份、金属无机盐 或氧化物0.001 0.06份、活性物质1.0 5.0份、碱液1.2 27.0份。本发明的用金属离子和活性物质联合改性的植物蛋白胶粘剂的制备方法，其特征在于 所述方法的具体步骤为按照所述的原料配方① 向反应釜中加入水，控制温度20 45'C;② 在设定温度下加入植物蛋白，搅拌一段时间，使其混合均匀；③ 加入酸，反应一段时间； 加入金属盐或金属碱溶液，反应一段时间； 加入活性物质，反应一段时间；◎加入碱液，继续反应一段时间，放料即成；或者，在步骤②后直接加入采用所述酸为溶剂配制的金属盐溶液，反应一段时间后，再继续 按照所述步骤⑤⑥进行。 本发明的显著优点是(1) 本发明使用植物蛋白为主要原料，具有成本低，来源广，可再生等特点，制成的改 性植物蛋白胶粘剂无毒、环保，成本低，市场优势明显。(2) 本发明首次使用了金属离子和活性物质联合改性制备植物蛋白胶粘剂的方法，工艺 简单，易于工业化生产。(3) 本发明的改性植物蛋白胶粘剂的耐水胶合强度达到国家标准GB/T 14732 —2006中脲 醛树脂胶的技术要求，即用于压制杨木胶合板，试件在63'C士3'C的热水浸渍3h，胶合强度 》0.7MPa;经沸水煮12小时也不开胶，耐水性好。需要说明的是本发明制备的改性植物蛋白胶粘剂可经喷雾干燥或冷冻干燥制成粉剂。
具体实施方式
、原料配方中各组分的重量份数为植物蛋白5 30份、水15 80份、酸0.4 5.0份、金 属无机盐或氧化物0.001 0.06份、活性物质1.0 5.0份、碱液1.2 27.0份。植物蛋白为脱脂豆粉，脱脂豆粕，大豆分离蛋白或脱脂花生粉中的一种或几种混合物，经粉碎加工成粉末，粒度》100目。酸为硝酸、硫酸、氢卤酸或磷酸中的一种或几种混合物；所述的酸均采用未被稀释的浓酸。金属无机盐或氧化物为碱土金属或过渡金属的卤化物、碳酸盐或氧化物中的一种或几种 混合物，所述金属无机盐或氧化物采用水或直接采用原料中所述酸为溶剂配制成浓度为 0.001 0.02g/ml的金属盐或金属碱溶液使用。活性物质为含氨基、亚氣基或羟基的化合物中的一种或几种混合物，如丙烯酰胺、硫脲、 尿素、三聚氰胺、双氰胺、三乙醇胺或二乙烯三胺等中的一种或几种混合物。碱液为重量浓度5% 40%氢氧化钡、氢氧化钙、氢氧化钠或氢氧化钾溶液中的一种或几 种混合物。具体步骤为按照所述的原料配方① 向反应釜中加入水，控制温度20 45。C;② 在设定温度下加入植物蛋白，搅拌一段时间，使其混合均匀；③ 加入酸，反应一段时间； 加入金属盐或金属碱溶液，反应一段时间；◎加入活性物质，反应一段时间； 加入碱液，继续反应一段时间，放料即成；或者，在步骤②后直接加入采用所述酸为溶剂配制的金属离子酸溶液，反应一段时间后，再 继续按照所述步骤(D⑥进行。全反应过程所用搅拌速度《80转/分钟；反应时间为步骤②30min 60min;步骤③ lmin 5min;步骤④15min 30min;步骤⑤30min 90min;步骤⑥10min 30min;所 述直接加入采用所述酸为溶剂配制的金属盐溶液的反应时间为16min 35min。反应釜采用可控制温度和带有搅拌器的反应釜；改性植物蛋白胶粘剂还可以经喷雾干燥 或冷冻干燥制成粉剂。本发明下面结合具体实例来进一步阐明；但是本发明不仅限于此。 实施例1在可控温带搅拌器的反应釜中加入50份水，开动搅拌器，控制温度2(TC,缓慢加入18 份脱脂豆粉，搅拌60min，使其混合均勾；加入1.2份浓盐酸，反应2min;加入0.4份含量 0.01g/mL氯化铁水溶液，反应30min;加入1.2份丙烯酰胺，升温至35°C，反应50min;再 加入3.0份重量浓度20%的氢氧化钠溶液，继续搅拌20min，放料即成。实施例2在可控温带搅拌器的反应釜中加入70份水，开动搅拌器，控制温度3(TC，缓慢加入15 份大豆分离蛋白粉，搅拌30min，使其混合均匀；加入1.8份浓硝酸，反应lmin;加入1.0 份含量0.005g/mL氯化锌水溶液，反应25min;加入1.6份硫脲，反应60min;再加入5.0份 重量浓度30%的氢氧化钾溶液，继续搅拌30min，放料即成。 实施例3将氧化钙加入蒸馏水中，配成含量为0.001g/mL的氢氧化钙水溶液备用。在可控温带搅 拌器的反应釜中加入60份水，开动搅拌器，控制温度35'C，缓慢加入22份脱脂豆粉，搅拌 50min，使其混合均匀；加入2.0份浓盐酸，反应4min;加入3.0份配制好的氢氧化转水溶液， 反应20min;加入2.5份二乙烯三胺，反应60min;再加入10.0份重量浓度15%的氢氧化钡 溶液，继续搅拌20min，放料即成。 实施例4在可控温带搅拌器的反应釜中加入15份水，开动搅拌器，控制温度40'C，缓慢加入5 份脱脂豆粉，搅拌35min，使其混合均匀；加入0.4份浓硝酸，反应2min;加入1.0份含量 0.001g/mL氯化钴水溶液，反应30min;加入1.0份三乙醇胺，反应40min;再加入2.0份重 量浓度30%的氢氧化钠溶液，继续搅拌30min，放料即成。 实施例5在可控温带搅拌器的反应釜中加入80份水，开动搅拌器，控制温度20'C，缓慢加入20 份脱脂豆粕，搅拌60min，使其混合均匀；加入1.8份浓盐酸，反应3min;加入6.0份含量 0.002g/mL氯化镁水溶液，反应20min;加入4.0份硫脲，升温至35'C，反应80min;再加入 1.2份重量浓度40%的氢氧化钠溶液，继续搅拌10min，放料即成。 实施例6在可控温带搅拌器的反应釜中加入75份水，开动搅拌器，控制温度40'C，缓慢加入25 份脱脂豆粉，搅拌40min,使其混合均勾;加入5.0份磷酸，反应5min;加入3.0份含量0.02g/mL 氯化钡水溶液，反应15min;加入2.0份双氰胺，反应70min;再加入20.0份重量浓度10% 的氢氧化钾溶液，继续搅拌20min，放料即成。 实施例7将碳酸铜加入浓硝酸中，配成硝酸铜含量为0.001g/mL的硝酸铜一浓硝酸溶液备用。在 可控温带搅拌器的反应釜中加入80份水，开动搅拌器，控制温度30'C，缓慢加入30份脱脂 豆粉，搅拌45min，使其混合均匀；加入5.0份配制好的硝酸铜—浓硝酸溶液，反应16min; 加入5.0份尿素，反应90min;再加入8.0份重量浓度15%的氢氧化钾溶液，继续搅拌10min，放料即成。 实施例8将碳酸钙加入浓盐酸中，配成氯化钙含量为0.015g/mL的氯化钙一浓盐酸溶液备用。在 可控温带搅拌器的反应釜中加入70份水，开动搅拌器，控制温度35'C，缓慢加入30份脱脂 豆粕，搅拌55min,使其混合均勾；加入3.0份配制好的氯化钙一浓盐酸溶液，反应35min; 加入3.5份丙烯酰胺，反应30min;再加入27.0份重量浓度5%的氢氧化钠溶液，继续搅拌 20min，放料即成。
权利要求
1.一种用金属离子和活性物质联合改性的植物蛋白胶粘剂，其特征在于所述植物蛋白胶粘剂原料配方中各组分的重量份数为植物蛋白5～30份、水15～80份、酸0.4～5.0份、金属无机盐或氧化物0.001～0.06份、活性物质1.0～5.0份、碱液1.2～27.0份。
2. 根据权利要求l所述的用金属离子和活性物质联合改性的植物蛋白胶粘剂，其特征在于 所述植物蛋白为脱脂豆粉，脱脂豆粕，大豆分离蛋白或脱脂花生粉中的一种或几种混合物， 经粉碎加工成粉末，粒度》100目。
3. 根据权利要求l所述的用金属离子和活性物质联合改性的植物蛋白胶粘剂，其特征在于 所述酸为硝酸、硫酸、氢卤酸或磷酸中的一种或几种混合物；所述的酸均采用未被稀释的 浓酸。
4. 根据权利要求1所述的用金属离子和活性物质联合改性的植物蛋白胶粘剂，其特征在于 所述金属无机盐或氧化物为碱土金属或过渡金属的卤化物、碳酸盐或氧化物中的一种或几 种混合物，所述金属无机盐或氧化物采用水或直接采用原料中所述酸为翁剂配制成浓度为 0.001 0.02g/ml的金属盐或金属碱溶液使用。
5. 根据权利要求l所述的用金属离子和活性物质联合改性的植物蛋白胶粘剂，其特征在于 所述活性物质为含氨基、亚氨基或羟基的化合物中的一种或几种混合物。
6. 根据权利要求5所述的用金属离子和活性物质联合改性的植物蛋白胶粘剂，其特征在于所述活性物质为丙烯酰胺、硫脲、尿素、三聚氰胺、双氰胺、三乙醇胺或二乙烯三胺中的 一种或几种混合物。
7. 根据权利要求l所述的用金属离子和活性物质联合改性的植物蛋白胶粘剂，其特征在于 所述碱液为重量浓度5% 40%氢氧化钡、氢氧化钙、氢氧化钠或氢氧化钾溶液中的一种或几种混合物。
8. —种如权利要求l、 2、 3、 4、 5、 6或7所述的用金属离子和活性物质联合改性的植物蛋白胶粘剂的制备方法，其特征在于 所述方法的具体步骤为按照所述的原料配方① 向反应釜中加入水，控制温度20 45'C;② 在设定温度下加入植物蛋白，搅拌一段时间，使其混合均匀；③ 加入酸，反应一段时间； ' 加入金属盐或金属碱溶液，反应一段时间；⑤ 加入活性物质，反应一段时间；⑥ 加入碱液，继续反应一段时间，放料即成；或者，在步骤②后直接加入采用所述酸为溶剂配制的金属盐溶液，反应一段时间后，再继续按照所述步骤⑤(D进行。
9. 根据权利要求8所述的用金属离子和活性物质联合改性的植物蛋白胶粘剂的制备方法，其 特征在于全反应过程所用搅拌速度《80转/分钟；反应时间为步骤②30min 60min; 步骤③lmin 5min;步骤 : 15min 30min;步骤⑤30min 90min;步骤⑥10min 30min;所述直接加入采用所述酸为溶剂配制的金属盐溶液的反应时间为16min 35min。
10. 根据权利要求8所述的用金属离子和活性物质联合改性的植物蛋白胶粘剂的制备方法，其 特征在于所述的反应釜采用可控制温度和带有搅拌器的反应釜；所述改性植物蛋白胶粘 剂经喷雾干燥或冷冻干燥制成粉剂。
全文摘要
本发明提供一种用金属离子和活性物质联合改性的植物蛋白胶粘剂及其制备方法，其原料为植物蛋白粉、水、酸、金属离子、活性物质、碱；其制备工艺为将植物蛋白粉与水混合均匀，在一定的温度下加入酸，再加入金属离子反应一段时间，而后加入活性物质反应一段时间，最后加入碱，再反应一段时间即成。采用这种方法制得的植物蛋白胶粘剂，耐水胶合强度与脲醛树脂胶相当，用其压制成的杨木胶合板试件在63℃±3℃的热水浸渍3h，胶合强度≥0.7MPa；经沸水煮12小时也不开胶；且原料成本低，制备工艺简单，无毒环保。该胶适合用于生产各种木材加工产品。该胶经喷雾干燥或冷冻干燥可制成粉剂。
文档编号C09J189/00GK101402843SQ20081007214
公开日2009年4月8日 申请日期2008年11月18日 优先权日2008年11月18日
发明者林巧佳, 陈奶荣 申请人:福建农林大学