基于超高压与单糖复合改性蛋白粉基胶黏剂的制备办法

技术领域

本发明涉及木材加工生产技术领域，尤其是一种基于超高压与单糖复合改性蛋白粉基胶黏剂的制备办法。

背景技术

胶黏剂的使用历史悠久，初期的胶黏剂是植物基胶黏剂如淀粉、单宁、植物蛋白等。但是植物基胶黏剂最大的问题就是耐水性能差，因而导致胶合强度低下，无法应用到实际当中。随着对石油的开采，由石油衍生物如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯制备的胶黏剂的胶粘性能优异，石油基胶黏剂迅速占领市场。石油基胶黏剂的胶粘性能虽然优越，但是在使用过程会释放有毒物质“醛”。因此，利用可再生生物质开发环保型粘合剂迫在眉睫。

大豆是一种豆科植物，是制备大豆蛋白的主要原料。根据大豆蛋白含量的不同可以将大豆加工品分成大豆分离蛋白、大豆浓缩蛋白、脱脂豆粉。大豆蛋白属于球状蛋白，其疏水基团包围在球体内部，外围大部分为亲水基团，而氢键亲水性强，在水的作用下易形成亲水胶体，结构疏松。因此，通常需要打开它的内部结构暴露其疏水结构，从而增强其耐水性能。

对大豆蛋白的改性方式通常有三种：物理、化学、生物改性。本发明采用复合改性，利用超高压物理打开大豆蛋白的球状结构，暴露其疏水基团，并利用单糖与大豆分离蛋白粉中的官能团反应和与脱脂豆粉中的碳水化合物发生美拉德反应进一步提高豆粉基胶黏剂的耐水性能和胶合性能。

发明内容

本发明的目的在于为了蛋白粉中亲水基多以及豆粉中碳水化合物多而引起的胶合性能和耐水性能低下等问题，提供一种基于超高压与单糖复合改性蛋白粉基胶黏剂的制备办法。通过物理改性和化学改性的复合改性手段的生物质无醛耐水胶黏剂，并且胶合强度满足GB/T9846.3-2004中Ⅱ类胶合板标准。

本发明包括如下步骤：

1)将单糖加入去离子水，待单糖溶解加入蛋白粉搅拌至均匀分散，得单糖蛋白粉混合物；

2)将预处理好的单糖蛋白粉混合物装入软性密封袋中，真空热封；

3)将真空包装好的单糖蛋白粉混合物在超高压容器中0.1～800MPa的压力下，以液体为压力传导介质处理，处理时间为1～120min，处理温度为10～50℃。

在步骤1)中，所述单糖、去离子水、蛋白粉按重量份数计的配比可为：单糖1～10份、去离子水10～200份、蛋白粉1～30份；所述单糖可采用市售纯度为95％的单糖；所述蛋白粉可采用大豆分离蛋白，分散型，蛋白含量90％以上；或脱脂豆粉，分散型，蛋白含量50％以上；所述搅拌的温度为10～70℃，搅拌的时间为1～8h；优选搅拌的温度为40℃，搅拌的时间为2h。

在步骤2)中，所述软性密封袋可采用聚乙烯塑料袋；所述真空热封的抽真空时间可为40～70s，热封的时间可为2～10s，热封的温度可为60～150℃。

在步骤3)中，所述液体为水。

所制备的蛋白基胶黏剂的固含量为5％～60％。

所制备的蛋白基胶黏剂可在制备人造板中的应用，所述应用的具体步骤可为：将蛋白基胶黏剂均匀的涂抹在相邻两块榉木板中，然后将粘好的木板放在真空层压机中，将木板放置于两块铁板间加热并压合，得到人造板。

本发明以市售大豆分离蛋白和市售脱脂豆粉中的大豆蛋白为主要原料，通过超高压技术和单糖对蛋白粉中的蛋白质进行复合改性。相比较于传统的物理改性方式，超高压能够打开大豆蛋白的蛋白质结构；相比较于化学改性，超高压改性后的胶黏剂不会释放出有害物质，单糖中含有的醛基、酮基等官能团能够提高合成的胶黏剂的耐水性和胶合强度。并且大豆和单糖具有来源广泛，价格低廉等特点。制备的胶黏剂的胶合强度满足GB/T9846.3-2004中Ⅱ类胶合板标准。

附图说明

图1为不同压力下改性葡萄糖豆粉基胶黏剂的湿胶合强度情况。

图2为不同压力下改性葡萄糖豆粉基胶黏剂的干胶合强度情况。

图3为不同压力下改性果糖糖豆粉基胶黏剂的湿胶合强度情况。

图4为不同压力下改性果糖糖豆粉基胶黏剂的湿胶合强度情况。

图5为不同压力下改性葡萄糖豆粉基胶黏剂的固含量情况。

具体实施方式

以下实施例将对附图对本发明作进一步的说明。

对比例1

取7.5g葡萄糖溶于150g的去离子水中，20℃下在速率为500r/min搅拌器中搅拌10min，待葡萄糖溶解加入25g的脱脂豆粉，搅拌3h，得到未改性的豆粉基胶黏剂。

实施例1

取7.5g葡萄糖溶于150g的去离子水中，20℃下在速率为500r/min搅拌器中搅拌10min，待葡萄糖溶解加入25g的脱脂豆粉，搅拌3h。然后将预处理好的葡萄糖豆粉混合物转移至软性密封袋中。然后放入真空热封机中热封，抽真空的时间为45s，热封时间为5s，热封温度为140℃。将热封好的葡萄糖豆粉混合物放入超高压容器中，在200MPa、30℃下保压30min，得到改性的豆粉基胶黏剂。

实施例2

取7.5g葡萄糖溶于150g的去离子水中，20℃下在速率为500r/min搅拌器中搅拌10min，待葡萄糖溶解加入25g的脱脂豆粉，搅拌3h。然后将预处理好的葡萄糖豆粉混合物转移至软性密封袋中。然后放入真空热封机中热封，抽真空的时间为45s，热封时间为5s，热封温度为140℃。将热封好的葡萄糖豆粉混合物放入超高压容器中，在300MPa、30℃下保压30min，得到改性的豆粉基胶黏剂。

实施例3

取7.5g葡萄糖溶于180g的去离子水中，20℃下在速率为500r/min搅拌器中搅拌10min，待葡萄糖溶解加入25g的脱脂豆粉，搅拌3h。然后将预处理好的葡萄糖豆粉混合物转移至软性密封袋中。然后放入真空热封机中热封，抽真空的时间为45s，热封时间为5s，热封温度为140℃。将热封好的葡萄糖豆粉混合物放入超高压容器中，在400MPa、30℃下保压40min，得到改性的豆粉基胶黏剂。

实施例4

取8g葡萄糖溶于180g的去离子水中，20℃下在速率为500r/min搅拌器中搅拌10min，待葡萄糖溶解加入25g的脱脂豆粉，搅拌3h。然后将预处理好的葡萄糖豆粉混合物转移至软性密封袋中。然后放入真空热封机中热封，抽真空的时间为45s，热封时间为5s，热封温度为140℃。将热封好的葡萄糖豆粉混合物放入超高压容器中，在500MPa、30℃下保压50min，得到改性的豆粉基胶黏剂。

实施例5

取8g果糖溶于190g的去离子水中，50℃下在速率为500r/min搅拌器中搅拌10min，待果糖溶解加入22g的脱脂豆粉，搅拌4h。然后将预处理好的果糖豆粉混合物转移至软性密封袋中。然后放入真空热封机中热封，抽真空的时间为45s，热封时间为5s，热封温度为140℃。将热封好的果糖豆粉混合物放入超高压容器中，在600MPa、30℃下保压60min，得到改性的豆粉基胶黏剂。

实施例6

取8g果糖溶于190g的去离子水中，50℃下在速率为500r/min搅拌器中搅拌10min，待果糖溶解加入22g的大豆分离蛋白粉，搅拌3h。然后将预处理好的果糖蛋白粉混合物转移至软性密封袋中。然后放入真空热封机中热封，抽真空的时间为45s，热封时间为5s，热封温度为120℃。将热封好的果糖大豆分离蛋白粉混合物放入超高压容器中，在700MPa、30℃下保压60min，得到改性的大豆分离蛋白粉基胶黏剂。

实施例7

取8g果糖溶于190g的去离子水中，50℃下在速率为500r/min搅拌器中搅拌10min，待果糖溶解加入22g的大豆分离蛋白粉，搅拌3h。然后将预处理好的果糖豆粉混合物转移至软性密封袋中。然后放入真空热封机中热封，抽真空的时间为45s，热封时间为5s，热封温度为130℃。将热封好的果糖大豆分离蛋白粉混合物放入超高压容器中，在800MPa、30℃下保压60min，得到改性的大豆分离蛋白粉基胶黏剂。

实施例8

取10g果糖溶于190g的去离子水中，50℃下在速率为500r/min搅拌器中搅拌10min，待果糖溶解加入20g的大豆分离蛋白粉，搅拌3h。然后将预处理好的果糖蛋白混合物转移至软性密封袋中。然后放入真空热封机中热封，抽真空的时间为40s，热封时间为6s，热封温度130℃。将热封好的果糖大豆分离蛋白粉混合物放入超高压容器中，在400MPa、30℃下保压60min，得到改性的大豆分离蛋白粉基胶黏剂。

将实施例1～8所得到的蛋白粉基胶黏剂进行拉伸强度测试，具体测试方法如下：

实验选用木材为榉木单板，尺寸规格为50mm×20mm×2mm。以涂胶方式施胶，涂胶面积：20mm×20mm，单面涂胶量20g/m

图1给出不同压力下改性葡萄糖豆粉基胶黏剂的湿胶合强度情况，经过超高压处理后的胶黏剂胶合强度增加较为明显，其中600MPa压力下最优。

图2给出不同压力下改性葡萄糖豆粉基胶黏剂的干胶合强度情况，经过超高压处理后的胶黏剂胶合强度有所增加，其中600MPa压力下最优。

图3给出不同压力下改性果糖糖豆粉基胶黏剂的湿胶合强度情况，经过超高压处理后的胶黏剂胶合强度增加较为明显，其中600MPa压力下最优。

图4给出不同压力下改性果糖糖豆粉基胶黏剂的湿胶合强度情况，经过超高压处理后的胶黏剂胶合强度增加较为明显，其中600MPa压力下最优。

图5给出不同压力下改性葡萄糖豆粉基胶黏剂的固含量情况，相同葡萄糖添加量的情况下，经过超高压处理后的胶黏剂的固含量增多，均高于未超高压处理的胶黏剂的固含量。当添加量为8g的葡萄糖时，600MPa压力下的固含量最多为22.26％。

实验证明，经超高压和葡萄糖改性后合成的豆粉基胶黏剂，表现出优异的胶黏性和耐水性能。超高压影响蛋白质的结构，蛋白质有一、二、三、四级结构，不同压力对蛋白质的结构影响也不相同。经过超高压处理后的大豆蛋白，会暴露出疏水结构，肽链也变得松散。葡萄糖属于寡糖，更易于与超高压处理后的大豆蛋白发生美拉德反应，能在固化之后降低豆粉基胶黏剂的亲水性，提高其胶合强度。