本发明专利技术的目的是为克服现有大豆蛋白质胶黏剂存在的低胶合强度、耐水性差的缺点，提供一种高强度防水大豆蛋白质－碳酸钙纳米胶黏剂及其制备方法和应用。该制备方法工艺简便，生产成本低，无污染，适于工业化生产。该胶黏剂可于粘合木、竹、藤、秸秆以及纸张等纤维材料，而且施用方便，粘合性能好。本发明专利技术的大豆蛋白质－碳酸钙纳米胶黏剂，包括以下重量份的成份：（１）大豆蛋白质基体：干重８０－９５份；（２）以纳米尺寸分散于（１）中的无机碳酸钙颗粒：１－１５份。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种大豆蛋白质-碳酸钙纳米胶黏剂及其制备方法和应用，属于高分 子化学与物理领域，也属于纳米材料领域。
技术介绍
20世纪30年代，来源于石油和天然气工业的尿素甲醛胶粘剂和苯酚甲醛胶粘剂 开始应用。自40年代以来，粘接系统已用于制造木质复合产品。当采用热压工艺的时候， 甲醛类胶粘剂的热压时间大大超过了豆胶所需的时间。在过去75年，甲醛工业的产量稳步 上升。甲醛用于木材胶粘剂的量占甲醛生产总量的一半。但是，甲醛可引起急性呼吸道问 题，同时也可能成为致癌物。随着石油衍生合成树脂价格的增加，对甲醛释放问题的担忧和 苯酚的安全问题的考虑，促使聪明的人类加紧寻求其替代产品。对植物蛋白质胶粘剂的开发受到了环保组织的大力支持。大豆蛋白质是豆油工 业的副产品，具有良好的生物活性和生物可降解性，用作胶黏剂，大豆蛋白质有着显著的优 点，如黏度相对较低易于处理加工，使用时热压冷压均可，即使应用于湿度高达20% -35% 的胶合板也不会脱胶和开裂。可以用来胶合含水量高的单板，使含水量高的单板在操作过 程中不易断裂。然而，大豆蛋白质胶粘剂却存在粘合强度低和耐水性差的缺点。因此，需要 对大豆蛋白质进行改性以改善其性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有大豆蛋白质胶黏剂存在的缺点，提供一种粘合强度高 和耐水性强的大豆蛋白质_碳酸钙纳米胶黏剂。本专利技术的另一目的是提供上述大豆蛋白质_碳酸钙纳米胶黏剂的制备方法，该方 法工艺简便，生产成本低，无污染，适于工业化生产。本专利技术的另一目的是提供上述大豆蛋白质_碳酸钙纳米胶黏剂在粘接木素纤维 材料方面的应用，所述木素纤维材料可以为木、竹、藤、秸秆以及纸张等。该胶黏剂施用方 便，粘合性能好。本专利技术的目的是通过以下措施实现的本专利技术大豆蛋白质_碳酸钙纳米胶黏剂包括以下重量份的成份(1)大豆蛋白质基体干重80-95份；(2)以纳米尺寸分散于(1)中的无机碳酸钙颗粒1_15份。该胶黏剂为以水为分散剂的胶乳，胶乳的固含量为5. 5-16%，胶乳颗粒尺寸在 10-2000nm 范围。本专利技术制备的胶黏剂胶乳中还含有无机离子，所述无机离子为钙离子、钠离子、钾 离子、碳酸根、碳酸氢根和氢氧根中的一种或多种。这些离子在大豆蛋白和碱化的纤维素与 木质素之间起到了离子交联的作用。上述胶黏剂中还可添加有占胶黏剂重量0. 1% 的添加剂，所述添加剂为防腐剂、表面活性剂和偶联剂中的一种或几种的任意混合。其中防腐剂包括柠檬酸、壳聚糖、茶 多酚、戊唑醇、没食子酸丙酯和二丁基羟基苯甲醚；表面活性剂包括十二烷基磺酸钠 ’偶 联剂包括有机硅偶联剂和硅酸。本专利技术大豆蛋白质-碳酸钙纳米胶黏剂的制备方法，该方法包括以下步骤(1)将大豆蛋白加入水中溶胀，制成浓度为5-15%的大豆蛋白质水悬浮液，加 热至30-90°C，缓慢滴加浓度为0. 001-0. 5mol/L的氢氧化钙水溶液，维持体系的pH值为 8-14，搅拌溶解0. 5-3小时，控制氢氧化钙的质量为大豆蛋白质质量的0. 5-11% ；(2)在步骤(1)得到的水溶液体系中加入0. 01-0. 5mol/L的碳酸盐溶液或者通入 二氧化碳气体，在10-100°c下反应1-7小时后冷却至室温后得到蛋白质-碳酸钙混合溶液， 10-30MPa压力下通过高压均质化器后得到乳状大豆蛋白质-碳酸钙胶黏剂；其中碳酸盐与 氢氧化钙的摩尔比为1 3-3 1，二氧化碳的通入量维持溶液的pH为4-12，其中碳酸钙 在胶乳中的固含量为1_15%。上述步骤(2)中碳酸盐为碳酸钠钾、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸铵或碳酸氢铵。向上述步骤(2)中得到的乳状胶黏剂中加入占胶黏剂重量0. 1-2%的添加剂，真 空脱泡后冷却至室温得到大豆蛋白质-碳酸钙胶黏剂，所述添加剂为防腐剂、表面活性剂 和偶联剂中的一种或几种的任意混合，其中防腐剂包括柠檬酸、壳聚糖、茶多酚、戊唑醇、 没食子酸丙酯和二丁基羟基苯甲醚；表面活性剂包括十二烷基磺酸钠；偶联剂包括有机 硅偶联剂和硅酸。还可以将步骤(2)得到的乳状胶黏剂经冻干得到胶黏剂粉末。使用时，将胶黏剂 粉末加水调成固含量为5. 5-16%的胶乳，向胶乳中加入0. 1-2%的添加剂，搅拌调均，真空 脱泡后冷却至室温即得胶黏剂胶乳。本专利技术还提供了大豆蛋白质-碳酸钙纳米胶黏剂在粘 接木素纤维材料方面的应用。木素纤维材料包括木、竹、藤、秸秆以及纸张等。本专利技术所述的大豆蛋白质为大豆分离蛋白或大豆浓缩蛋白。步骤(2)中制备大豆蛋白质_碳酸钙乳胶所用器皿为玻璃器皿或四氟乙烯器皿。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果(1)本专利技术通过大豆蛋白质的多官能基团的模板作用，仿生合成无机碳酸钙纳米 晶体，既可以增加蛋白质胶黏剂自身的强度(内胶合强度)和防水性，同时，通过离子交联 以及无机纳米晶体的锚合作用又有效地增强了蛋白质胶黏剂和木材等天然纤维材料的界 面作用力，从而增强了胶合强度。如在三个干湿循环后，胶合强度保持在5MPa以上，达到了 三醛胶的胶合效果，从而解决了蛋白胶长期存在的难题；(2)本专利技术中使用的所有材料均绿色环保可降解材料，同时所有的反应均在水体 系下进行，无有机溶剂，无毒副作用，终端产品可以大量在家居的室内环境下使用；(3)本专利技术可以有效地节约石油资源，并且通过纳米增强效应可以降低原料的用 量和成本，期望替代合成胶黏剂产品，具有广泛的应用前景；(4)可以用传统的高分子胶黏剂的喷涂手段对本专利技术的胶黏剂进行施胶，加工自 动化容易而且成本低。(5)本专利技术的胶黏剂还加入添加剂，如防腐剂可防止胶乳在施胶前后蛋白质的变 质，以方便保存和延长使用时间；表面活性剂和偶联剂可增强胶黏剂与被粘接物之间的化 学作用力，从而提高胶黏剂的胶合强度。4四附图说明图1为本专利技术实施例3制得的大豆蛋白质_碳酸钙纳米胶黏剂的扫描电镜照片； 图1中胶黏剂表面分布了大量10-200nm尺寸范围内的碳酸钙纳米颗粒；这些颗粒可以进入 木质等纤维材料的细胞孔隙，同时通过与蛋白质间的作用力有效地增大胶黏剂的内胶合强度。图2为实施例1纯大豆蛋白质胶黏剂胶合松木单板制备的胶合板的搭接剪切断裂 胶合界面的扫描电镜照片；图3为本专利技术实施例3制得的大豆蛋白质-碳酸钙纳米胶黏剂胶合松木单板制备 的胶合板的拉伸剪切断裂胶合界面的扫描电镜照片；图4为纯大豆蛋白质胶黏剂和大豆蛋白质-碳酸钙纳米胶黏剂胶合松木单板制备 的胶合板，经三个干湿循环下得到的拉伸剪切强度(即胶合强度)对照图表。五具体实施例方式实施例1将大豆分离蛋白加入水中溶胀后(大豆分离蛋白含量为11%)，缓慢升温至60°C， 搅拌反应3小时后得到大豆蛋白质悬浮液，IOKPa下通过高压均质化器得到乳状纯大豆蛋 白质胶黏剂。实施例2将大豆分离蛋白置于四氟乙烯器皿加入水中溶胀后(大豆分离蛋白含量为 11%),缓慢升温至60°C后加入0. 05mol/L氢氧化钙水溶液使得体系的pH值为9，2小时后 在溶解的蛋白质溶液中加入0. 2mol/L碳酸钠钾，加入的碳酸钠钾和氢氧化钙的摩尔比为 1 1，60°C下搅拌反应3小时后停止反应，得到大豆蛋白质-碳酸钙悬浮液，IOKPa下通过 高压均质化器得到乳状胶黏剂。实施例3将大豆浓缩蛋白质置于玻璃器皿中加入水中溶胀后(大豆浓缩蛋白质含量为 15% )，缓慢升本文档来自技高网...
【技术保护点】
大豆蛋白质－碳酸钙纳米胶黏剂，其特征在于：该胶黏剂包括以下重量份的成份： （１）大豆蛋白质基体：干重８０－９５份； （２）以纳米尺寸分散于（１）中的无机碳酸钙颗粒：１－１５份。
【技术特征摘要】
大豆蛋白质 碳酸钙纳米胶黏剂，其特征在于该胶黏剂包括以下重量份的成份(1)大豆蛋白质基体干重80 95份；(2)以纳米尺寸分散于(1)中的无机碳酸钙颗粒1 15份。2.根据权利要求1所述的大豆蛋白质-碳酸钙纳米胶黏剂，其特征在于所述胶黏剂 为以水为分散剂的胶乳，胶乳的固含量为5. 5-16%，胶乳颗粒尺寸在10-2000nm范围。3.根据权利要求2所述的大豆蛋白质-碳酸钙纳米胶黏剂，其特征在于所述胶黏剂 胶乳中还含有无机离子，所述无机离子为钙离子、钠离子、钾离子、碳酸根、碳酸氢根和氢氧 根中的一种或多种。4.根据权利要求2所述的大豆蛋白质-碳酸钙纳米胶黏剂，其特征在于所述胶黏剂 中还添加有占胶黏剂重量0. 1% -2%的添加剂，所述添加剂为防腐剂、表面活性剂和偶联 剂中的一种或几种的任意混合；其中防腐剂包括柠檬酸、壳聚糖、茶多酚、戊唑醇、没食子 酸丙酯和二丁基羟基苯甲醚；表面活性剂包括十二烷基磺酸钠；偶联剂包括有机硅偶联 剂和硅酸。5.大豆蛋白质_碳酸钙纳米胶黏剂的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)将大豆蛋白加入水中溶胀，制成浓度为5-15%的大豆蛋白质水悬浮液，加热至 30-900C，缓慢滴加浓度为0. 001-0. 5mol/L的氢氧化钙水溶液，维持体系的pH值为8_14，搅 拌溶解0. 5-3小时，控制氢氧化钙的质量为大豆蛋白质质量的0. 5-11% ；(2)在步骤(1)得到的水溶液体系中加入0.01-0.5mol/L的碳酸盐溶液或者通...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘大刚，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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