基本信息
- 项目名称：
- 无甲醛环氧树脂改性大豆基胶粘剂
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本作品首先用表面活性剂十二烷基苯磺酸钠对大豆分离蛋白进行活化处理，改善大豆蛋白的耐水性和其中多肽链的伸展性，接下来采用马来酸酐对大豆蛋白进行接枝改性，再利用环氧树脂对表面活化及接枝的大豆分离蛋白进行改性，制备出耐水胶合强度达到国标GB9846.12中规定的Ⅱ类胶合板（耐水胶合强度大于0.7MPa）要求的大豆胶粘剂，为制备环保型的木质材料（胶合板、纤维板、刨花板等）提供了一种新型的木材胶粘剂。
- 详细介绍：
- 本作品首先用十二烷基苯磺酸钠（SDBS）改性大豆分离蛋白(SPI)，采用四因素三水平正交试验表安排实验，研究了SPI的量、SDBS的量、反应时间以及反应温度对胶粘剂胶合性能的影响，确定了最佳配方工艺为:SPI用量为15g,SDBS用量为2.5wt%(相对于SPI)、反应温度为20°C，反应时间为5h。采用四因素三水平正交试验表安排实验，研究了热压温度、热压压力、热压时间以及双面涂胶量对胶粘剂胶合性能的影响，热压工艺最佳条件为：热压温度为160°C，热压压力为1.5MPa,热压时间为200s/mm，双面涂胶量500g/m2。热学性能分析可知：SDBS的浓度越大，胶粘剂变性温度和焓值就越低。红外光谱分析可知：由于表面活性剂的作用，蛋白质中大量的非极性基团得以外露。 然后采用环氧树脂与SPI共混改性制备无甲醛环氧树脂改性大豆基胶粘剂，用四因素三水平正交试验表安排实验，探讨SPI、十二烷基苯磺酸钠、顺丁烯二酸酐（MA）以及环氧树脂等用量对胶粘剂胶合性能的影响。确定最优工艺条件为:SPI用量为15g,SDBS用量为2.5wt%(相对于SPI)、顺丁烯二酸酐为1.5g，环氧树脂为25g。红外光谱分析和热学性能分析可知SPI和环氧树脂之间发生了化学反应。 本作品制备的胶粘剂的耐水胶合强度可以达到国标GB9846.12中规定的Ⅱ类胶合板（耐水胶合强度需大于0.7MPa）的要求，可作为环保产品应用于胶合板、纤维板、刨花板等的制造。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.目的及基本思路： 采用来源广泛、可再生的大豆蛋白为原料，从大豆蛋白胶粘剂耐水性能和胶合性能有待提高的角度出发，制备无甲醛环氧树脂改性大豆基胶粘剂。 2.创新点: 1）从大豆蛋白的特性出发，避免使用甲醛、苯酚等有毒试剂，对大豆基胶粘剂进行物理、化学改性处理，通过改善配方、改进施胶工艺等方法来实现提高大豆基胶粘剂的胶结强度和耐水性能目标，制备了无甲醛的大豆基木材胶粘剂。 2）充分利用差示扫描量热仪、红外光谱仪器分析的技术优势，从热学性能和结构性能方面表征各改性样品活性基团与化学键的变化，从分子结构、化学键变化等角度解析提高改性大豆基胶粘剂耐水性的化学机理，并以此指导改性方法，为提高大豆基木材胶粘剂的耐水性能和粘接强度提供科学的理论依据，具有十分重要的意义和应用价值。 3）所制备的大豆基胶粘剂耐水胶合性能优良，能够满足工业生产胶合板等的性能要求，因此有利于实际应用。 3.技术关键： 1)通过表面活性剂以及固化剂的处理，使得环氧树脂和大豆蛋白得以有效结合，从而达到改性的目的。 2)使用恰当的热压工艺：在确保胶合性能的同时，降低施胶成本。 4.主要技术指标： 研制出的新型无甲醛的木材胶粘剂，可以使得制备的杨木胶合板耐水性能和胶合强度都达到GB 9846.12-1988中有关Ⅱ类胶合板的技术标准。
科学性、先进性
- 1.无甲醛环保胶粘剂：以可再生资源---大豆蛋白为原料，选用水相作为溶剂，选用改性剂、环氧树脂与大豆蛋白进行改性的同时发生化学反应，从而制备出耐水性能和胶合强度都很高的大豆蛋白基胶粘剂。此胶粘剂不会挥发甲醛,苯酚等有害物质。 2.耐水性和胶合强度均提高：制备出耐水性能和胶合强度等技术指标都达到国家Ⅱ类胶合板标准要求的大豆蛋白基胶粘剂。 3.扩展了大豆蛋白的使用前景：得到了大豆蛋白的深加工产品，提高了大豆蛋白的附加值。 4.适用面广：胶粘剂可以应用于木材胶合板、刨花板、纤维板等领域。 5.先进的仪器分析手段揭示改性机理：通过差示扫描量热仪、红外光谱分析，从热学性能和结构性能表征改性过程中各阶段样品活性基团与化学键的变化，从分子结构、化学键变化等角度解析提高改性大豆基胶粘剂耐水性的化学机理，并以此指导改性方法，为提高大豆基木材胶粘剂的耐水性能和粘接强度提供科学的理论依据，具有十分重要的意义和应用价值。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- ■中试阶段 详见附件。
技术转让方式
- 作品已经与与南京大厂润滑油经济有限公司签订了中试合同。详见附件。
作品可展示的形式
- ■实物、产品 ■现场演示■图片■样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1.技术特点和优势：胶粘剂在制备和使用的过程中，不会挥发苯酚、甲醛等有毒有害气体。 2.产品适用范围：该大豆胶可以作为木材胶粘剂广泛应用于胶合板、刨花板、纤维板等领域。 3.技术性能：制备的杨木胶合板耐水性能和胶合强度都达到GB9846.12 -1988中国家Ⅱ类胶合板标准。 4.市场分析和经济效益预测：在不考虑其他费用（能耗、仪器折旧费等）的条件下，粗略估算两类大豆基胶粘剂的原料成本。当不添加顺丁烯二酸酐和环氧树脂时，大豆基胶粘剂的单价为1823元/吨，环氧树脂量占胶粘剂总量13.0%时，大豆基胶粘剂的单价为5335.8元/吨。目前用于木材行业生产的无醛胶粘剂主要为异氰酸酯、聚氨酯等，其价格较高。以异氰酸酯胶粘剂为例，每吨价格在2万元左右。目前使用的普通脲醛树脂胶价格在2500元/吨左右，酚醛树脂胶价格在3500/吨左右，从环保与经济效益两方面综合考虑，本产品在性能达到的同类胶中，具有比较突出的优势——环保，价格相对适中。
同类课题研究水平概述
- 随着资源的渐趋枯竭和人类对环境恶化的日益关注, 新兴的生物质产业正在全球范围内蓬勃兴起。我国已颁布实施的国家中长期科技发展规划(2005-2020)中， “农林生物质工程”被列为重大专项。其中，将大宗农产品等可再生资源转化为高附加值的环境友好型生物材料和化工产品替代品是具有长远战略意义的研究课题 。 大豆基胶粘剂的研究始于1923年，由于以石化产品为原料的合成树脂胶粘剂具有更好的粘接性能和耐水性能，故大豆基胶粘剂逐渐被取代。近年来，随着胶粘剂市场的不断扩大，全球石油资源的有限性和环境污染等问题逐渐引起人们的重视；而合成树脂胶粘剂因含有甲醛、苯酚等有毒物质，在生产、运输和使用过程中会对环境和人体健康造成极大的危害。因此，胶粘剂行业必须考虑使用可再生的、环境友好型胶粘剂。由此使得对环境无害而又可再生的植物蛋白胶粘剂日益受到人们的重视和青睐。由于大豆蛋白(SPI)具有原料来源广、可再生性强、反应活性高等特点，所以植物蛋白胶粘剂的研究主要集中在大豆蛋白方面。相应地，一些大豆基胶粘剂的表征方法也随之产生，为人们充分研究和应用大豆基胶粘剂提供了较好的条件。 针对大豆基胶粘剂的粘结强度和耐水性有待提高的特点，国内外的研究也越来越多。目前对于大豆蛋白基木材胶粘剂的改性主要有三个方面：改性剂处理、接枝改性、共混改性。如: 张亚慧通过添加甲醛、苯酚的方式提高大豆胶的性能；贺宏彬等以尿素和亚硫酸钠改性大豆蛋白，并与醋酸乙烯酯等复合单体在过硫酸铵引发下进行接枝共聚，制得的醋酸乙烯酯-大豆蛋白接枝共聚乳液胶粘剂；王伟宏等研究了在化学改性豆胶中加入酚醛树脂(PF)交联剂后，如何提高胶合板强度的问题。 本作品在分析现有大豆胶粘剂性能不足的前基础上，率先利用改性剂处理和共混改性协同处理SPI的手段，对大豆蛋白进行改性。制得的胶粘剂的耐水胶合强度远远超过国标GB9846.12中Ⅱ类胶合板耐水胶合强度大于0.7MPa的要求，提高大豆基胶粘剂的防腐性能；并通过分析大豆胶的热学性能、结构性能初步探讨了SPI的胶粘机理。
