基本信息
- 項目名稱：
- 無甲醛環(huán)氧樹脂改性大豆基膠粘劑
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本作品首先用表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉對大豆分離蛋白進行活化處理，改善大豆蛋白的耐水性和其中多肽鏈的伸展性，接下來采用馬來酸酐對大豆蛋白進行接枝改性，再利用環(huán)氧樹脂對表面活化及接枝的大豆分離蛋白進行改性，制備出耐水膠合強度達到國標GB9846.12中規(guī)定的Ⅱ類膠合板（耐水膠合強度大于0.7MPa）要求的大豆膠粘劑，為制備環(huán)保型的木質(zhì)材料（膠合板、纖維板、刨花板等）提供了一種新型的木材膠粘劑。
- 詳細介紹：
- 本作品首先用十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）改性大豆分離蛋白(SPI)，采用四因素三水平正交試驗表安排實驗，研究了SPI的量、SDBS的量、反應時間以及反應溫度對膠粘劑膠合性能的影響，確定了最佳配方工藝為:SPI用量為15g,SDBS用量為2.5wt%(相對于SPI)、反應溫度為20°C，反應時間為5h。采用四因素三水平正交試驗表安排實驗，研究了熱壓溫度、熱壓壓力、熱壓時間以及雙面涂膠量對膠粘劑膠合性能的影響，熱壓工藝最佳條件為：熱壓溫度為160°C，熱壓壓力為1.5MPa,熱壓時間為200s/mm，雙面涂膠量500g/m2。熱學性能分析可知：SDBS的濃度越大，膠粘劑變性溫度和焓值就越低。紅外光譜分析可知：由于表面活性劑的作用，蛋白質(zhì)中大量的非極性基團得以外露。 然后采用環(huán)氧樹脂與SPI共混改性制備無甲醛環(huán)氧樹脂改性大豆基膠粘劑，用四因素三水平正交試驗表安排實驗，探討SPI、十二烷基苯磺酸鈉、順丁烯二酸酐（MA）以及環(huán)氧樹脂等用量對膠粘劑膠合性能的影響。確定最優(yōu)工藝條件為:SPI用量為15g,SDBS用量為2.5wt%(相對于SPI)、順丁烯二酸酐為1.5g，環(huán)氧樹脂為25g。紅外光譜分析和熱學性能分析可知SPI和環(huán)氧樹脂之間發(fā)生了化學反應。 本作品制備的膠粘劑的耐水膠合強度可以達到國標GB9846.12中規(guī)定的Ⅱ類膠合板（耐水膠合強度需大于0.7MPa）的要求，可作為環(huán)保產(chǎn)品應用于膠合板、纖維板、刨花板等的制造。
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 1.目的及基本思路： 采用來源廣泛、可再生的大豆蛋白為原料，從大豆蛋白膠粘劑耐水性能和膠合性能有待提高的角度出發(fā)，制備無甲醛環(huán)氧樹脂改性大豆基膠粘劑。 2.創(chuàng)新點: 1）從大豆蛋白的特性出發(fā)，避免使用甲醛、苯酚等有毒試劑，對大豆基膠粘劑進行物理、化學改性處理，通過改善配方、改進施膠工藝等方法來實現(xiàn)提高大豆基膠粘劑的膠結(jié)強度和耐水性能目標，制備了無甲醛的大豆基木材膠粘劑。 2）充分利用差示掃描量熱儀、紅外光譜儀器分析的技術(shù)優(yōu)勢，從熱學性能和結(jié)構(gòu)性能方面表征各改性樣品活性基團與化學鍵的變化，從分子結(jié)構(gòu)、化學鍵變化等角度解析提高改性大豆基膠粘劑耐水性的化學機理，并以此指導改性方法，為提高大豆基木材膠粘劑的耐水性能和粘接強度提供科學的理論依據(jù)，具有十分重要的意義和應用價值。 3）所制備的大豆基膠粘劑耐水膠合性能優(yōu)良，能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)膠合板等的性能要求，因此有利于實際應用。 3.技術(shù)關(guān)鍵： 1)通過表面活性劑以及固化劑的處理，使得環(huán)氧樹脂和大豆蛋白得以有效結(jié)合，從而達到改性的目的。 2)使用恰當?shù)臒釅汗に嚕涸诖_保膠合性能的同時，降低施膠成本。 4.主要技術(shù)指標： 研制出的新型無甲醛的木材膠粘劑，可以使得制備的楊木膠合板耐水性能和膠合強度都達到GB 9846.12-1988中有關(guān)Ⅱ類膠合板的技術(shù)標準。
科學性、先進性
- 1.無甲醛環(huán)保膠粘劑：以可再生資源---大豆蛋白為原料，選用水相作為溶劑，選用改性劑、環(huán)氧樹脂與大豆蛋白進行改性的同時發(fā)生化學反應，從而制備出耐水性能和膠合強度都很高的大豆蛋白基膠粘劑。此膠粘劑不會揮發(fā)甲醛,苯酚等有害物質(zhì)。 2.耐水性和膠合強度均提高：制備出耐水性能和膠合強度等技術(shù)指標都達到國家Ⅱ類膠合板標準要求的大豆蛋白基膠粘劑。 3.擴展了大豆蛋白的使用前景：得到了大豆蛋白的深加工產(chǎn)品，提高了大豆蛋白的附加值。 4.適用面廣：膠粘劑可以應用于木材膠合板、刨花板、纖維板等領(lǐng)域。 5.先進的儀器分析手段揭示改性機理：通過差示掃描量熱儀、紅外光譜分析，從熱學性能和結(jié)構(gòu)性能表征改性過程中各階段樣品活性基團與化學鍵的變化，從分子結(jié)構(gòu)、化學鍵變化等角度解析提高改性大豆基膠粘劑耐水性的化學機理，并以此指導改性方法，為提高大豆基木材膠粘劑的耐水性能和粘接強度提供科學的理論依據(jù)，具有十分重要的意義和應用價值。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- ■中試階段 詳見附件。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 作品已經(jīng)與與南京大廠潤滑油經(jīng)濟有限公司簽訂了中試合同。詳見附件。
作品可展示的形式
- ■實物、產(chǎn)品 ■現(xiàn)場演示■圖片■樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 1.技術(shù)特點和優(yōu)勢：膠粘劑在制備和使用的過程中，不會揮發(fā)苯酚、甲醛等有毒有害氣體。 2.產(chǎn)品適用范圍：該大豆膠可以作為木材膠粘劑廣泛應用于膠合板、刨花板、纖維板等領(lǐng)域。 3.技術(shù)性能：制備的楊木膠合板耐水性能和膠合強度都達到GB9846.12 -1988中國家Ⅱ類膠合板標準。 4.市場分析和經(jīng)濟效益預測：在不考慮其他費用（能耗、儀器折舊費等）的條件下，粗略估算兩類大豆基膠粘劑的原料成本。當不添加順丁烯二酸酐和環(huán)氧樹脂時，大豆基膠粘劑的單價為1823元/噸，環(huán)氧樹脂量占膠粘劑總量13.0%時，大豆基膠粘劑的單價為5335.8元/噸。目前用于木材行業(yè)生產(chǎn)的無醛膠粘劑主要為異氰酸酯、聚氨酯等，其價格較高。以異氰酸酯膠粘劑為例，每噸價格在2萬元左右。目前使用的普通脲醛樹脂膠價格在2500元/噸左右，酚醛樹脂膠價格在3500/噸左右，從環(huán)保與經(jīng)濟效益兩方面綜合考慮，本產(chǎn)品在性能達到的同類膠中，具有比較突出的優(yōu)勢——環(huán)保，價格相對適中。
同類課題研究水平概述
- 隨著資源的漸趨枯竭和人類對環(huán)境惡化的日益關(guān)注, 新興的生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)正在全球范圍內(nèi)蓬勃興起。我國已頒布實施的國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃(2005-2020)中， “農(nóng)林生物質(zhì)工程”被列為重大專項。其中，將大宗農(nóng)產(chǎn)品等可再生資源轉(zhuǎn)化為高附加值的環(huán)境友好型生物材料和化工產(chǎn)品替代品是具有長遠戰(zhàn)略意義的研究課題 。 大豆基膠粘劑的研究始于1923年，由于以石化產(chǎn)品為原料的合成樹脂膠粘劑具有更好的粘接性能和耐水性能，故大豆基膠粘劑逐漸被取代。近年來，隨著膠粘劑市場的不斷擴大，全球石油資源的有限性和環(huán)境污染等問題逐漸引起人們的重視；而合成樹脂膠粘劑因含有甲醛、苯酚等有毒物質(zhì)，在生產(chǎn)、運輸和使用過程中會對環(huán)境和人體健康造成極大的危害。因此，膠粘劑行業(yè)必須考慮使用可再生的、環(huán)境友好型膠粘劑。由此使得對環(huán)境無害而又可再生的植物蛋白膠粘劑日益受到人們的重視和青睞。由于大豆蛋白(SPI)具有原料來源廣、可再生性強、反應活性高等特點，所以植物蛋白膠粘劑的研究主要集中在大豆蛋白方面。相應地，一些大豆基膠粘劑的表征方法也隨之產(chǎn)生，為人們充分研究和應用大豆基膠粘劑提供了較好的條件。 針對大豆基膠粘劑的粘結(jié)強度和耐水性有待提高的特點，國內(nèi)外的研究也越來越多。目前對于大豆蛋白基木材膠粘劑的改性主要有三個方面：改性劑處理、接枝改性、共混改性。如: 張亞慧通過添加甲醛、苯酚的方式提高大豆膠的性能；賀宏彬等以尿素和亞硫酸鈉改性大豆蛋白，并與醋酸乙烯酯等復合單體在過硫酸銨引發(fā)下進行接枝共聚，制得的醋酸乙烯酯-大豆蛋白接枝共聚乳液膠粘劑；王偉宏等研究了在化學改性豆膠中加入酚醛樹脂(PF)交聯(lián)劑后，如何提高膠合板強度的問題。 本作品在分析現(xiàn)有大豆膠粘劑性能不足的前基礎(chǔ)上，率先利用改性劑處理和共混改性協(xié)同處理SPI的手段，對大豆蛋白進行改性。制得的膠粘劑的耐水膠合強度遠遠超過國標GB9846.12中Ⅱ類膠合板耐水膠合強度大于0.7MPa的要求，提高大豆基膠粘劑的防腐性能；并通過分析大豆膠的熱學性能、結(jié)構(gòu)性能初步探討了SPI的膠粘機理。
