利用苯酚液化大豆粉制备耐水性木材胶黏剂

以硫酸/磷酸为催化剂和苯酚液化,将大豆粉转化为胶黏剂的制备原料,并制备得到耐水性木材胶黏剂。采用GPC,HPLC,FTIR等手段结合胶合板压制,对豆粉苯酚液化产物及其与甲醛缩聚得到的胶黏剂进行表征。结果表明:以苯酚/豆粉质量比为3/1～2/1、5%硫酸为催化剂下,将豆粉在130～150℃下液化90min,90%以上的豆粉转化成相对分子质量为250～7250的产物,部分苯酚以1,4-取代和1,2-取代方式与豆粉反应形成结合酚;苯酚液化不仅破坏大豆蛋白的紧密球形结构,还使液化豆粉的活性基团增加,由此通过苯酚液化豆粉与甲醛缩聚,制得低游离甲醛释放的、胶接性能满足国家标准要求的Ⅰ类胶黏剂,由此所制备胶合板的28h煮-烘-煮湿强度在1.24～1.81MPa之间,达到耐候胶合板要求;苯酚/豆粉的比例对液化产物以及苯酚液化豆粉-甲醛胶黏剂的许多特性都有不同的影响,其中以苯酚/豆粉比例为3的胶黏剂胶接强度最好。     

蛋白质木材胶黏剂

现代木材工业界用来制造刨花板、纤维板、胶合板及定向刨花板等的胶合剂都依赖石化原料。石化原料未来因为供应有限,价格必定高涨,并且法令对木质复合材料排放有毒气体的限制越来越严格,木材工业界不得不积极评估使用可再生的生物原料来合成环境友善的木材胶黏剂。笔者先讨论了蛋白质胶黏剂的历史背景及沿革,进而讨论蛋白质的化学特性以期了解其化学交联的可能性,最后再详述近年来蛋白胶改性的研究及成果。     

生物质木材胶黏剂的研究进展

综述了几种重要生物质木材胶黏剂即单宁、木素、大豆蛋白、淀粉及木材原料基木材胶黏剂的研究进展情况,分析了生物质木材胶黏剂的应用现状,探讨了生物质木材胶黏剂的研究方向及发展趋势.     

纤维素-丙烯酸酯胶黏剂制备工艺

采用乳液聚合法合成羧甲基纤维素-丙烯酸酯乳液胶黏剂。通过单因素试验,初步确定各因素的影响水平,再通过正交试验获取乳液胶黏剂合成的较佳条件。结果表明：聚合温度设定75℃,软硬单体配比1：1,羧甲基纤维素钠（CMC）用量0.25％为较佳的合成条件。在较佳工艺条件下合成的纤维素-丙烯酸酯乳液固含量为：22.7％,黏度为38.4 mPa·s ,表面张力为36.6 mN/ m,剪切强度为1.81 MPa,pH 值为3.72。     

人造板用大豆蛋白胶黏剂研究进展

目前人造板用胶黏剂仍以醛类树脂胶黏剂为主导,存在人居环境甲醛污染和依赖化石资源等问题。随着人们环保意识提高、不可再生资源日益减少以及人造板环保等级要求的不断提升,以生物质资源为原料、水为分散介质的大豆蛋白胶黏剂,作为一种环保、可再生木材胶黏剂显示出巨大的发展潜力,但其耐水胶接性能差等问题仍制约其工业化应用,为木材工业研究热点之一。笔者综述了近年来国内外研究者在提高人造板用大豆蛋白胶黏剂耐水胶接性能方面的研究进展,重点介绍了提高大豆蛋白胶黏剂耐水胶接性能的改性方法,并分析了其改性机制与存在问题,包括蛋白质变性、接枝改性、酶改性、交联改性、大豆多糖改性、仿生改性、纳米材料改性、复合改性等,同时对提高大豆蛋白胶黏剂固体含量、降低黏度、改善抗霉变性能等方面研究进行了综述。探讨了大豆蛋白胶黏剂改性研究方向,并对其科学意义以及应用发展趋势进行了展望,以期为生物质木材胶黏剂的深入研究和在木材工业中的进一步推广应用提供理论与经验指导。     

木材胶黏剂研究进展

我国木材胶黏剂消耗量巨大,主要胶种仍为甲醛类合成树脂胶黏剂,而非醛基胶黏剂、生物质基胶黏剂等环保型胶黏剂发展迅速,成为了近年来研究的热点。为了进一步深入研讨胶黏剂,综述了木材胶黏剂的最新研究进展和开发应用情况,囊括了脲醛树脂胶黏剂、酚醛树脂胶黏剂、三聚氰胺甲醛树脂胶黏剂、蛋白质基胶黏剂、木质素基胶黏剂、淀粉基胶黏剂、单宁基胶黏剂、异氰酸酯类胶黏剂、乳液类胶黏剂和热解生物油基胶黏剂等主要胶种,展望了木材胶黏剂的发展趋势及未来研究方向。     

改性大豆蛋白胶黏剂基料的制备及表征

以尿素为改性剂,亚硫酸氢钠、过硫酸铵(APS)为引发剂,将甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)接枝到大豆分离蛋白(SPI)上制备改性大豆蛋白胶黏剂基料.研究了尿素浓度及处理时间、引发剂用量、反应温度、单体用量等因素对改性大豆蛋白胶黏剂基料的黏度和耐水性的影响,确定了最佳的工艺条件.最佳工艺条件为:尿素浓度3 mol/L,预处理时间30 min,反应温度50℃,NaHS03、APS和GMA分别占大豆蛋白的质量分数为5％、10％和84％.合成的基料黏度为59.68(mPa.s),胶膜水溶物含量为44.12％,对桦木的拉伸剪切强度为5.85 MPa,基本满足木材胶黏剂要求.红外光谱证明GMA和SPI发生了接枝反应.     

制备工艺对标签胶性能影响的研究

以脱脂大豆粉(SF)为原料制备豆粉标签胶,主要研究了制备工艺(包括液料比、尿素加量、交联剂加量、处理时间和处理温度)对豆粉标签胶黏度、粘接性能和耐水性能的影响,并借助红外光谱对标签胶进行分析与表征。研究结果表明,豆粉标签胶的最佳制备工艺为:m(水):m(SF)为3.0:1.0,尿素加量100%,交联剂加量4.5%(占SF质量),处理温度70℃,处理时间1.0 h。此条件制备的豆粉标签胶黏度为32450mPa.s,粘接力177 N,耐常温水性(20±2)℃≥104h,远高于标签胶行业标准规定的72 h要求。FT-IR分析表明,加入交联剂后,大豆蛋白在波数为1 168 cm~(-1)处产生新特征峰,这可能是该研究豆粉标签胶具有较佳耐水性能原因所在。     

大豆基木材胶粘剂的研发

综述了20世纪70年代前大豆基木材胶粘剂开发应用和20世纪90年代以来国内外大豆基木材胶粘剂研发情况,以及大豆基木材胶粘剂开发中的关键性理论与方法。提出大豆基木材胶粘剂研发今后努力的方向。     

木工用快速粘结胶粘剂的研究

采用双因素方差分析和正交实验设计的方法,找到了一种木工用快速粘结剂的配方。该胶粘剂是两液型胶粘剂(第一液和第二液),即在被粘结木材的两个表面分别均匀涂以等量的第一液胶和第二液胶,然后再冷压在一起,5 min后强度达到最大强度的70%以上;72 h后达到国标Ⅱ类胶合板的强度。     

不同树种木粉/PVC复合材料天然耐腐性对比研究

选用5种不同树种木粉与PVC制备木塑复合材料,通过人工模拟加速试验对比研究不同组别复合材料对采绒革盖菌和绵腐卧孔菌的天然耐腐性差异,采用扫描电镜(SEM)和水分吸附测试深入分析腐朽菌对复合材料微观形貌及界面结合的影响,结果表明:不同组别复合材料对彩绒革盖菌耐腐性排序为:杉木/PVC马尾松/PVC白千层/PVC枫香/PVC尾巨桉/PVC复合材料;对绵腐卧孔菌耐腐性排序为:杉木/PVC尾巨桉/PVC、白千层/PVC、马尾松/PVC枫香/PVC复合材料。腐朽菌菌丝可通过木粉和PVC树脂界面结合空隙处进入试样内部进行侵蚀,从而降低复合材料间的界面结合,使其水分吸附率明显增加。     

大豆蛋白基生物质胶黏剂的合成及热力学性能

以大豆蛋白为原料,研究了生物质大豆蛋白胶黏剂(SPA)的合成及热力学性能。在单因素试验基础上,采用GL9(34)正交平衡区组设计试验,对改性SPA的合成工艺进行了优化。结果表明:改性SPA优化合成工艺条件为硫脲用量1.5 mol,二氧化硅质量0.5 g,三聚磷酸钠质量3 g,最佳工艺下SPA(OSPA)胶接木质材料湿状胶合强度达1.01 MPa,与正交平衡区组设计第7组SPA(SPA7)相比,其胶合强度降低了10%,但胶合板压缩率减少了29.35%,多次验证,湿状胶合强度变异系数为1.7%,具有较高的实用性和稳定性。差示扫描量热仪(DSC)曲线上出现结晶吸热峰,且OSPA起始温度降低,峰值温度略提高,其热焓值由83.89 J/g升高到99.61 J/g;热重分析(TG)表明OSPA分解温度向高温偏移,至800℃时残炭率为25.20%,热稳定性提高。扫描电镜(SEM)分析表明OSPA界面出现诱发银纹,断面层形貌结合致密,改善了大豆蛋白基生物质胶黏剂的胶合强度及耐水性。     

大豆球蛋白变性剂等对豆胶黏度的影响

用二次回归正交试验设计法研究由碱、脲等组成的复合豆粕变性剂对大豆球蛋白变性效果的影响;采用低液比、高强度变性和均质处理分段进行的工艺技术,研究液比、尿素、烧碱、邻苯二酚等4个关键因素对低温豆粕中大豆球蛋白解聚作用的影响;着重考察大豆基木材胶粘剂黏度指标。分析结果,碱在复合型大豆球蛋白变性剂中是最有效和最关键的变性剂;尿素对大豆球蛋白的变性作用较碱弱;液比通过影响变性剂的浓度显著影响变性剂特别是尿素对蛋白的变性效果;邻苯二酚对豆胶黏度的影响很小。研究表明,采用低液比、高强度的大豆球蛋白变性方法,碱和尿素的用量比现有方法减少1倍以上,而对大豆球蛋白的解聚能力却明显提高;在复合的变性剂中,碱与豆粕干物的重量比为0.0271~0.0300,尿素与豆粕干物的重量比为0.02~0.12时,部分处理中豆胶黏度高达902~1973Pa.s以上,大大高于豆胶用于木材粘接时所要求的>50Pa.s的初黏度指标。采用这种复合变性法制备的大豆基木材胶粘剂达到Ⅱ类(耐热水)胶的标准。     

生物乙醇木质素-PAE改性大豆蛋白胶黏剂合成工艺研究

将生物乙醇木质素与自合成的聚酰胺多胺环氧氯丙烷(PAE)树脂进行接枝共聚改性大豆蛋白,制备环保型胶合板用胶黏剂,并通过单因素试验确定了木质素种类、木质素与PAE质量比、木质素与PAE树脂反应时间、大豆蛋白添加量等工艺条件对大豆蛋白胶黏剂胶合强度的影响。结果表明:当选用生物乙醇木质素与PAE进行接枝共聚、木质素与PAE质量配比为1∶4、反应时间为30 min、大豆蛋白添加量为50%(以木质素-PAE总质量而言)时,制得的三层胶合板湿胶合强度(1.03 MPa)可达到GB/T 9846—2015Ι类杨木胶合板的指标要求。     

大豆蛋白胶稻草碎料板制备关键工艺参数研究

采用自制大豆蛋白胶,通过热压法对稻草碎料板的制备工艺参数进行了系列试验的结果表明：稻草碎料板的静曲强度（MOR）在施胶量为71%时（相当于粗蛋白添加量为12%）最强,接近GB/T 21723-2008的要求;稻草碎料板的内结合强度（IB）随着施胶量的增大而增强,在施胶量为82%时（相当于粗蛋白添加量为18%）,内结合强度接近GB/T 21723-2008的要求;稻草碎料粒径对稻草板的静曲强度和内结合强度影响不显著,稻草碎料板的静曲强度和内结合强度随板材表观密度增大而显著增强。     

热氧老化和水浸渍对木粉/HDPE和稻壳粉/HDPE两种复合材料性能的影响

木粉和稻壳粉是制备木塑复合材料(WPC)常用原料。WPC在使用过程中经常受到热和水分的影响,笔者对比研究了稻壳粉/HDPE和木粉/HDPE两种复合材料经历热氧老化和长时间水浸渍后性能的变化规律。结果表明:木粉/高密度聚乙烯(HDPE)复合材料的弯曲强度和弹性模量都大于稻壳粉/HDPE的;随着热氧老化或水浸渍处理时间的延长,复合材的挠曲性能下降,其中木粉/HDPE复合材的弹性模量下降最为迅速;复合材料表面明度值随着热处理时间的延长而减小,说明颜色变暗,稻壳粉与木粉填充的复合材之间差别不大。通过光学显微镜观察发现,HDPE与稻壳粉或木粉之间都有缝隙存在,为水分和氧气的进出提供了通道。