新型環(huán)保熱熔膠粒探索 改性植物蛋白基木材膠粘劑
2012年12月22日 自改革開放以來,我國大陸膠粘劑工業(yè)得到了迅速的發(fā)展和長足的進(jìn)步,產(chǎn)量快速增長,生產(chǎn)技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量有了很大提高,新產(chǎn)品新技術(shù)不斷涌現(xiàn),應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬,合成膠粘劑產(chǎn)量已從1996年的1330萬噸增長到了1999年的227萬噸,年平均增長率為19,5%,產(chǎn)值達(dá)153億元。從膠粘劑市場來看,木材封邊熱熔膠加工業(yè)用量最大,1999年約占總膠量的61.1%,其次是建筑業(yè),占20.8%,而后為包裝和制鞋行業(yè),分別占5.3%和4%。木材工業(yè)在很多國家的經(jīng)濟(jì)中正發(fā)揮著越來越重要的作用。隨著世界經(jīng)濟(jì)由工業(yè)化社會向生態(tài)化社會發(fā)展,木材工業(yè)面臨木材資源短缺、環(huán)境保護(hù)等重大問題,這也為木材用膠粘劑帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
1.木材膠粘劑的特性和發(fā)展趨勢
一種比較理想的木材用膠粘劑必須盡可能滿足在粘接性能、膠接操作、熱熔膠機(jī)價格等若干方面的要求。具體而言,這種膠粘劑應(yīng)用應(yīng)當(dāng)有合適的粘度及良好的潤濕性與流動性;膠接強(qiáng)度高,固化后膠層有一定的彈性;耐水、耐熱、耐老化性能好;便于使用、能在常溫低溫壓力下短時間固化,沒有毒性及強(qiáng)烈的刺激性,價格便宜、原料來源豐富等。
目前在木材工業(yè)上常用的膠粘劑主要有:
(1)人造板工業(yè)用膠粘劑:脲醛樹脂膠粘劑、酚醛樹脂膠粘劑、三聚氰胺-甲醛樹脂膠、異氰酸酯膠粘劑等;
(2)裝飾木材用膠粘劑:聚醋酸乙烯酯、熱熔膠和熱熔壓敏膠等;
(3)再生資源類膠粘劑:單寧膠粘劑、木質(zhì)素膠粘劑、木材的本體聚合等。
近幾年來,我國的木材膠粘劑有很大發(fā)展,但面對日趨激烈的市場競爭、日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)和消費(fèi)者對產(chǎn)品越來越嚴(yán)格的質(zhì)量要求,必須改變觀念走一條全新的發(fā)展道路。重視研制和發(fā)展環(huán)保型膠粘劑。其基本要求主要包括水性、環(huán)保釋放物、可生物降解等,使用對人類生存環(huán)境安全的、無害的環(huán)保型膠粘劑已成為國內(nèi)外共同關(guān)注的熱點(diǎn)。植物蛋白的一些良好的粘合特性適于制作膠粘劑,植物蛋白具有來源廣、資源豐富、可以再生、性能良好等特點(diǎn),如小麥稻谷及玉米糧粒中含10%左右的蛋白質(zhì),而豆類和某些油料種子中,蛋白質(zhì)含量可高達(dá)30%～40%。因此,發(fā)展性能良好的植物蛋白作為木材膠粘劑的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用一直受到有關(guān)方面的關(guān)注。
2.改性植物蛋白基木材膠粘劑的研究及發(fā)展?fàn)顩r
2.1 植物蛋白作為木材膠粘劑的研究及發(fā)展?fàn)顩r
植物蛋白木材膠粘劑的研究起步較晚,而且主要集中在大豆蛋白方面。1923年,世界上出現(xiàn)了以大豆粉為基料的膠合板膠粘。ＯＪｏｈｎｓｏｎ、ＩＬａｕｃｋｓ和ＧＤａｖｉｄｓｏｎ為膠合板工業(yè)等提出豆粕制造膠粘劑的基本理論,這在20世紀(jì)20年代后期是經(jīng)濟(jì)可行的。20世紀(jì)30年代,膠合板工業(yè)為了跟上自動化工業(yè)需求木材膠合板的發(fā)展,市場上大量需求優(yōu)質(zhì)大豆粉制作的膠粘劑。到1942年,美國西海岸幾乎每個膠合板工業(yè)廠家都采用大豆膠粘劑,這一段時期大豆膠粘劑占領(lǐng)了美國膠合板市場的85%。但是在第二次世界大戰(zhàn)后,隨著石油工業(yè)的發(fā)展,以石油衍生物為基料的膠粘劑逐漸取代了大豆膠粘劑而持續(xù)主導(dǎo)著膠粘劑市場,這是由于石油衍生膠有著更好的粘接強(qiáng)度和抗水性。但大多數(shù)木材用石油衍生膠含有苯酚甲醛交聯(lián)劑,它危及環(huán)境和人的健康;再加上膠粘劑市場的擴(kuò)大和需求量的急增,石油衍生膠的資源有限和不可再生,因此,近年來,對環(huán)境無害而又可再生的植物蛋白膠粘劑日益得到人們的重視和青睞,植物蛋白具有價廉而量廣,易于操作(具有較低的粘度),可用于熱壓和冷壓,在20%～35%的濕度下不易脫膠等優(yōu)點(diǎn),但用天然植物蛋白制作的膠粘劑粘接強(qiáng)度和抗水性相對較差,缺乏抗微生物的能力,尚不能很好地達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。因此,很有必要對植物蛋白進(jìn)行改性,以提高其制作膠粘劑的粘接強(qiáng)度和抗水性等特性,來滿足應(yīng)用的需要。
2.2 改性植物蛋白制作木材膠粘劑
研究狀況關(guān)于植物蛋白改性用來提高木材膠粘劑的性能方面的研究和報道國內(nèi)外都很少,而且大多數(shù)都是1ｔＢＳＳ關(guān)于大豆蛋白的。常用的植物蛋白改性的方法主要有熱改性、酸堿改性、有機(jī)溶劑改性、凈化劑改性、酶法改性以及脲改性法等。Ｃｏｎｅ和Ｂｒｏｗｎ1934年用堿來改性大豆蛋白獲得了較好的膠粘效果;Ｂｏｙｅｒ等人1945年對大豆蛋白凝乳用緩慢冷凍和融化的方法來生產(chǎn)植物蛋白膠粘劑用于紡織、紙箱包裝及水基涂料等行業(yè)。北京農(nóng)業(yè)大學(xué)薛培元(1952)利用豆粕作為原料,用氫氧化鈉使部分蛋白質(zhì)溶解制成蛋白質(zhì)溶膠,再配合抗水性和消散性試劑,作為用于木材膠粘劑。
1.木材膠粘劑的特性和發(fā)展趨勢
一種比較理想的木材用膠粘劑必須盡可能滿足在粘接性能、膠接操作、熱熔膠機(jī)價格等若干方面的要求。具體而言,這種膠粘劑應(yīng)用應(yīng)當(dāng)有合適的粘度及良好的潤濕性與流動性;膠接強(qiáng)度高,固化后膠層有一定的彈性;耐水、耐熱、耐老化性能好;便于使用、能在常溫低溫壓力下短時間固化,沒有毒性及強(qiáng)烈的刺激性,價格便宜、原料來源豐富等。
目前在木材工業(yè)上常用的膠粘劑主要有:
(1)人造板工業(yè)用膠粘劑:脲醛樹脂膠粘劑、酚醛樹脂膠粘劑、三聚氰胺-甲醛樹脂膠、異氰酸酯膠粘劑等;
(2)裝飾木材用膠粘劑:聚醋酸乙烯酯、熱熔膠和熱熔壓敏膠等;
(3)再生資源類膠粘劑:單寧膠粘劑、木質(zhì)素膠粘劑、木材的本體聚合等。
近幾年來,我國的木材膠粘劑有很大發(fā)展,但面對日趨激烈的市場競爭、日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)和消費(fèi)者對產(chǎn)品越來越嚴(yán)格的質(zhì)量要求,必須改變觀念走一條全新的發(fā)展道路。重視研制和發(fā)展環(huán)保型膠粘劑。其基本要求主要包括水性、環(huán)保釋放物、可生物降解等,使用對人類生存環(huán)境安全的、無害的環(huán)保型膠粘劑已成為國內(nèi)外共同關(guān)注的熱點(diǎn)。植物蛋白的一些良好的粘合特性適于制作膠粘劑,植物蛋白具有來源廣、資源豐富、可以再生、性能良好等特點(diǎn),如小麥稻谷及玉米糧粒中含10%左右的蛋白質(zhì),而豆類和某些油料種子中,蛋白質(zhì)含量可高達(dá)30%～40%。因此,發(fā)展性能良好的植物蛋白作為木材膠粘劑的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用一直受到有關(guān)方面的關(guān)注。
2.改性植物蛋白基木材膠粘劑的研究及發(fā)展?fàn)顩r
2.1 植物蛋白作為木材膠粘劑的研究及發(fā)展?fàn)顩r
植物蛋白木材膠粘劑的研究起步較晚,而且主要集中在大豆蛋白方面。1923年,世界上出現(xiàn)了以大豆粉為基料的膠合板膠粘。ＯＪｏｈｎｓｏｎ、ＩＬａｕｃｋｓ和ＧＤａｖｉｄｓｏｎ為膠合板工業(yè)等提出豆粕制造膠粘劑的基本理論,這在20世紀(jì)20年代后期是經(jīng)濟(jì)可行的。20世紀(jì)30年代,膠合板工業(yè)為了跟上自動化工業(yè)需求木材膠合板的發(fā)展,市場上大量需求優(yōu)質(zhì)大豆粉制作的膠粘劑。到1942年,美國西海岸幾乎每個膠合板工業(yè)廠家都采用大豆膠粘劑,這一段時期大豆膠粘劑占領(lǐng)了美國膠合板市場的85%。但是在第二次世界大戰(zhàn)后,隨著石油工業(yè)的發(fā)展,以石油衍生物為基料的膠粘劑逐漸取代了大豆膠粘劑而持續(xù)主導(dǎo)著膠粘劑市場,這是由于石油衍生膠有著更好的粘接強(qiáng)度和抗水性。但大多數(shù)木材用石油衍生膠含有苯酚甲醛交聯(lián)劑,它危及環(huán)境和人的健康;再加上膠粘劑市場的擴(kuò)大和需求量的急增,石油衍生膠的資源有限和不可再生,因此,近年來,對環(huán)境無害而又可再生的植物蛋白膠粘劑日益得到人們的重視和青睞,植物蛋白具有價廉而量廣,易于操作(具有較低的粘度),可用于熱壓和冷壓,在20%～35%的濕度下不易脫膠等優(yōu)點(diǎn),但用天然植物蛋白制作的膠粘劑粘接強(qiáng)度和抗水性相對較差,缺乏抗微生物的能力,尚不能很好地達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。因此,很有必要對植物蛋白進(jìn)行改性,以提高其制作膠粘劑的粘接強(qiáng)度和抗水性等特性,來滿足應(yīng)用的需要。
2.2 改性植物蛋白制作木材膠粘劑
研究狀況關(guān)于植物蛋白改性用來提高木材膠粘劑的性能方面的研究和報道國內(nèi)外都很少,而且大多數(shù)都是1ｔＢＳＳ關(guān)于大豆蛋白的。常用的植物蛋白改性的方法主要有熱改性、酸堿改性、有機(jī)溶劑改性、凈化劑改性、酶法改性以及脲改性法等。Ｃｏｎｅ和Ｂｒｏｗｎ1934年用堿來改性大豆蛋白獲得了較好的膠粘效果;Ｂｏｙｅｒ等人1945年對大豆蛋白凝乳用緩慢冷凍和融化的方法來生產(chǎn)植物蛋白膠粘劑用于紡織、紙箱包裝及水基涂料等行業(yè)。北京農(nóng)業(yè)大學(xué)薛培元(1952)利用豆粕作為原料,用氫氧化鈉使部分蛋白質(zhì)溶解制成蛋白質(zhì)溶膠,再配合抗水性和消散性試劑,作為用于木材膠粘劑。
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