一种金属离子交联型蛋白胶黏剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种金属离子交联型蛋白胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：将一定量胶原蛋白配置成质量浓度为10～50%的胶原蛋白水溶液，水解后，按胶原蛋白质量的20%～100%、0.5%～2.5%和0.1～0.5%的比例向该胶原蛋白水溶液中分别加入疏水性单体、引发剂和阴离子型乳化剂，在35～75℃下反应2～4h，得到疏水性单体接枝胶原蛋白乳液体系；在磁力搅拌作用下，将多价金属化合物慢慢滴加入所得的疏水性单体接枝胶原蛋白乳液体系中，陈化1～3h，即可得到金属离子交联型蛋白胶黏剂。本发明专利技术以生物质资源胶原蛋白为胶黏剂的原材料，以水作为介质，在降低成本的同时，也缓解了环境污染问题。

【技术实现步骤摘要】
一种金属离子交联型蛋白胶黏剂及其制备方法
本专利技术属于无醛胶黏剂
，具体涉及一种金属离子交联型蛋白胶黏剂及其制备方法。
技术介绍
胶黏剂行业，特别是木材工业一直是以“三醛胶”为主的合成石油基胶粘剂时代。因脲醛树脂、酚醛树脂和三聚氰胺-甲醛树脂胶黏剂具有胶合强度高，价格低廉，制造工艺简单，便于使用等优点，所以我国木材及人造板市场中“三醛胶”仍占有较大的份额。但是“三醛胶”在生产、贮存和使用过程中会释放游离甲醛，大部分胶黏剂也以溶剂型产品居多，它是用苯、甲苯等挥发性有机化合物作溶剂，在使用过程中有机溶剂会直接挥发到大气中污染环境和危害人体健康。国内外很多政府部门颁布法令限制挥发性有机化合物的使用。同时这些胶黏剂的生产中过多依赖于不可再生的石油资源，随着世界性能源危机的出现和环境污染问题的日益突出，研发绿色生物基、无溶剂型、无醛胶黏剂、寻找新的生产原料和开发新生产工艺技术成为胶黏剂行业发展的必然趋势。动物蛋白是一种可再生生物质高分子材料，其分子链上含有丰富的氨基、羧基等活性基团，具有一定的反应活性、粘接性和成膜性。但是单纯的胶原蛋白具有一定吸水性，通过打开蛋白质分子链、引入疏水链、加入金属离子和蛋白质分子链上的氨基、羧基等活性基团进行配位络合，形成交联网络结构等手段进一步提高其耐水性和粘接性。由于蛋白胶乳在固化成膜或者压制胶合板过程中随着加热作用和水分挥发，胶乳粒子由于彼此的分离状态变成密堆积态，从而融结成膜固化。在此期间蛋白胶乳分子链上具有螯合作用的氨基、羧基等活性官能团与金属离子先形成离子性质的络合，再由动力学因素引起离子络合重排，形成热力学上更稳定的配位络合物。这种交联方法使原线型大分子的相对分子质量成倍增加，蛋白乳胶涂层的机械强度、耐水性、耐候性和黏结强度等均可得到显著提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种金属离子交联型蛋白胶黏剂及其制备方法，该方法以生物质资源胶原蛋白为原材料，以水作为介质，并引入金属离子形成交联型结构，其可以减少石油化工类原料的使用，在降低成本的同时提高了耐水性和粘接性，在生产和使用过程中均没有甲醛释放，具有一定的环境保护优越性。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种金属离子交联型蛋白胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：S1、将一定量胶原蛋白配置成质量浓度为10～50%的胶原蛋白水溶液，进行胶原蛋白水解，打开其分子链，释放游离活性基；S2、将步骤S1所得的胶原蛋白水解液作为水相，按胶原蛋白质量的20%～100%、0.5%～2.5%和0.1～0.5%的比例向该胶原蛋白水溶液中分别加入疏水性单体、引发剂和阴离子型乳化剂，在35～75℃下反应2～4h，得到疏水性单体接枝胶原蛋白乳液体系；S3、在磁力搅拌作用下，将多价金属化合物慢慢滴加入所得的疏水性单体接枝胶原蛋白乳液体系中，陈化1～3h，即可得到金属离子交联型蛋白胶黏剂。进一步地，步骤S1中，通过胰蛋白酶水解的方法打开胶原蛋白分子链。进一步地，步骤S2中，疏水性单体为丙烯酸酯类单体如甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯等中的一种；引发剂为氧化还原引发体系或者水溶性单组分引发剂中的一种。进一步地，步骤S2中，按胶原蛋白质量的50%、1.5%和0.3%向质量浓度为30%的胶原蛋白水溶液中分别加入疏水性单体、引发剂和阴离子型乳化剂，在55℃下反应3h，即得到疏水性单体接枝胶原蛋白乳液体系。进一步地，步骤S3中，按接枝聚合物质量的10%～30%的比例将多价金属化合物慢慢滴加入所得的疏水性单体接枝胶原蛋白乳液体系，为了避免多价金属离子破坏步骤S2得到的乳液稳定性，采用的多价金属离子化合物主要为铍、镉、钙、镁、锌、钡、锶、铝、铋、锡、铅、钴、镍等的金属氧化物、氢氧化物、弱酸盐或其氨或胺的配合物中的一种。进一步地，步骤S3中，当多价金属离子化合物为铍、镉、钙、镁、锌、钡、锶、铝、铋、锡、铅、钴、镍的金属氧化物、氢氧化物或其弱酸盐时，则体系中需要加入金属离子化合物用量3%～30%的NH4OH。进一步地，步骤S3中，在磁力搅拌作用下，按接枝聚合物质量的20%的比例将多价金属化合物慢慢滴加入步骤S2的乳液中，陈化2h，即可得到金属离子交联型蛋白胶黏剂。本专利技术还提供了一种金属离子交联型蛋白胶黏剂，该胶黏剂通过上述的制备方法制备所得。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：该方法采用的胶原蛋白是一种完全脱离石油资源的可再生天然高分子材料，其广泛存在于动物的结蹄组织、皮肤、骨骼等部位，来源丰富，制备成本低廉；胶原蛋白分子链上具有丰富的羧基、氨基和羟基等螯合型活性基团，易于与多价金属离子配位络合，以改善其自身耐水性差的缺陷，同时赋予其更好的粘结性能，在降低成本的同时提高了耐水性和粘接性，在生产和使用过程中均没有甲醛释放，具有一定的环境保护优越性；另外，本专利技术所提出的制备方法只需一般的常规化工设备即可进行生产，简单易行，得到的离子交联型蛋白乳液胶黏剂贮存稳定性好，在生产和使用过程中不会对人类健康和环境产生危害，具备较好的工业化可行性和应用前景。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术实施例一种金属离子交联型蛋白胶黏剂的制备方法的工艺流程图。图2是本专利技术实施例1、实施例2、实施例3所得胶黏剂胶膜的静态水接触角照片。图3为本专利技术实施例中的三层胶合板搭接示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1如图1所示，一种金属离子交联型蛋白胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：S1、准确称取30g胶原蛋白，配置成质量浓度为10%的胶原蛋白水溶液，再进行胰蛋白酶水解处理，使其分子链上释放更多的游离活性基团；其中，水解条件如下：升温到45℃，加入质量为明胶质量0.2%的胰蛋白酶粉末，酶解10min后，迅速升温到90℃保持5min，使胰蛋白酶失活，再迅速降至常温，纱布过滤待用；S2、将S1所得的10%水解胶原蛋白溶液为水相，按胶原蛋白质量的20%、0.5%和0.1%的比例向该胶原蛋白水溶液中分别加入疏水单体丙烯酸丁酯、氧化还原引发体系过硫酸钾-硫酸亚铁（K2S2O4-FeSO4）和阴离子乳化剂月桂酸钠（C11H23COONa），在35℃下反应2h，得到疏水性单体接枝胶原蛋白乳液体系；其中，氧化剂K2S2O4和还原剂FeSO4质量比为10:1，S3、在磁力搅拌作用下，按接枝聚合物质量的10%的比例将碱式醋酸铝[（CH3COO）2(OH)Al]慢慢滴加入所得的疏水性单体接枝胶原蛋白乳液体系中，陈化1h，即可得到金属离子交联型蛋白胶黏剂。利用静态水接触角测定仪测试本专利技术制得的蛋白胶黏剂胶膜的疏水性能；用本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属离子交联型蛋白胶黏剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、将一定量胶原蛋白配置成质量浓度为10～50%的胶原蛋白水溶液，进行胶原蛋白水解，打开其分子链，释放游离活性基；/nS2、将步骤S1所得的胶原蛋白水解液作为水相，按胶原蛋白质量的20%～100%、0.5%～2.5%和0.1～0.5%的比例向该胶原蛋白水溶液中分别加入疏水性单体、引发剂和阴离子型乳化剂，在35～75℃下反应2～4h，得到疏水性单体接枝胶原蛋白乳液体系；/nS3、在磁力搅拌作用下，将多价金属化合物慢慢滴加入所得的疏水性单体接枝胶原蛋白乳液体系中，陈化1～3h，即可得到金属离子交联型蛋白胶黏剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属离子交联型蛋白胶黏剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将一定量胶原蛋白配置成质量浓度为10～50%的胶原蛋白水溶液，进行胶原蛋白水解，打开其分子链，释放游离活性基；
S2、将步骤S1所得的胶原蛋白水解液作为水相，按胶原蛋白质量的20%～100%、0.5%～2.5%和0.1～0.5%的比例向该胶原蛋白水溶液中分别加入疏水性单体、引发剂和阴离子型乳化剂，在35～75℃下反应2～4h，得到疏水性单体接枝胶原蛋白乳液体系；
S3、在磁力搅拌作用下，将多价金属化合物慢慢滴加入所得的疏水性单体接枝胶原蛋白乳液体系中，陈化1～3h，即可得到金属离子交联型蛋白胶黏剂。


2.根据权利要求1所述的一种金属离子交联型蛋白胶黏剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，通过胰蛋白酶水解的方法打开胶原蛋白分子链。


3.根据权利要求1所述的一种金属离子交联型蛋白胶黏剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中，疏水性单体为丙烯酸酯类单体如甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯中的一种；引发剂为氧化还原引发体系或者水溶性单组分引发剂中的一种。


4.根据权利要求1所述的一种金属离子交联型蛋白胶黏剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中，按胶原蛋白质量的50%、1...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝晓丽，邓志峰，丁镠，包维维，朱佳新，童婷，
申请(专利权)人：陕西理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61