耐水性豆粕胶黏剂的优化制备及表征研究

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:jamesleehp1111
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豆粕是大豆经过榨取大豆油之后所得的副产物,根据榨油工艺的不同,可分为低温脱脂豆粕(低温粕)、高温脱脂豆粕(高温粕)和物理脱脂豆粕(物理粕)。目前生产应用的大豆蛋白胶黏剂大多数使用低温粕,其产量小、价格高,导致大豆蛋白胶黏剂的成本高于脲醛树脂胶黏剂,另外低温粕胶黏剂的胶合性能也不甚理想,因此限制了大豆蛋白胶黏剂在木材工业中的广泛应用。针对大豆蛋白胶黏剂成本较高、胶合性能不理想等缺陷,本文探究使用成本更低的高温粕,通过热化学改性和交联改性,优化制备一种胶合性能优良、抗老化能力更好的豆粕胶黏剂,并采用多种现代分析技术结合常规分析方法,对优化制备豆粕胶黏剂的结构和性能进行表征,探究相应的改性机理。针对低温粕胶黏剂成本较高的问题,对低温粕、高温粕和物理粕这三种典型的脱脂豆粕及其颗粒度对豆粕胶黏剂结构与性能的影响进行比较研究。三种豆粕的活性基团(如氨基、羧基)含量大小顺序为低温粕>高温粕>物理粕;低温粕具有更高的活性基团数量,能被交联改性剂更充分地交联,从而赋予低温粕胶黏剂更高的交联密度和更好的胶合性能。颗粒度为160~200目的豆粕粉所制备的胶黏剂黏度适中,具有较好的润湿性与涂布性,此时的豆粕胶黏剂具有良好的工艺使用性、较高的胶合强度与耐水性。低温粕和高温粕所调制的豆粕胶黏剂的Ⅱ类湿强度分别达到1.46MPa和1.O1MPa,均能满足国家标准关于Ⅱ类胶合板的性能要求(≥1.OMPa),且经过成本核算,与低温粕胶黏剂的成本(3154元/吨)相比,高温粕胶黏剂的成本(2738元/吨)降低13.19%,因此可以使用高温粕代替低温粕,制备成本更低、胶合性能满足要求的豆粕胶黏剂。针对高温粕胶黏剂胶合性能不理想的问题,通过热化学处理对高温粕进行活化改性,探究了改性剂种类、改性剂用量、改性温度以及改性时间对高温粕胶黏剂性能的影响,并通过对改性高温粕胶黏剂胶合性能的评价,优化出最佳的热化学改性工艺:改性剂种类为NaOH、用量为2.0%、热处理温度为100℃和热处理时间为70min,其干态强度、Ⅱ类湿强度和Ⅰ类湿强度分别提升32%、47%和81%。热化学改性能够有效展开蛋白质的球形结构,释放豆粕内部的活性基团,促进改性高温粕更加有效、充分地与交联剂EMPA进行交联反应,从而提升了胶黏剂的热稳定性、改善了胶黏剂的胶合强度与耐水性。经过热化学改性高温粕所制备的胶黏剂,其Ⅰ类湿强度和Ⅱ类湿强度分别达到0.96MPa和1.48MPa,其胶合强度与耐水性均优于低温粕胶黏剂(0.92MPa和1.46MPa)。本论文发现豆粕粉在贮存过程中存在常态老化现象,并对未改性低温粕和热化学改性低温粕的常态老化特性及其老化机制进行研究。未经改性的豆粕在贮存3-4个月后发生明显的常态老化,由于分子链的氧化降解、再聚集和结构重排作用,导致豆粕中的活性氨基和羧基不断消耗,胶黏剂的交联密度和热稳定性下降,从而对胶黏剂的胶合强度与耐水性产生不利影响,最终(老化6个月后),其干态强度、Ⅱ类湿强度和Ⅰ类湿强度分别降低52.6%、39.0%和53.8%。而对于热化学改性后的豆粕,由于热化学改性处理过程中的热氧及NaOH存在的环境,豆粕已经发生降解、再聚集和重排,视为“加速老化”的过程,因此热化学改性豆粕对常态老化不敏感,热化学改性能够有效消除豆粕常态老化的进程,提升豆粕的储存稳定性,即使低温粕在常态老化6个月后,热化学改性低温粕胶黏剂的Ⅰ类湿强度仍能达到1.OOMPa,依然能满足Ⅰ类板的使用要求(≥1.OMPa)。综合而言,利用高温粕代替低温粕制备豆粕胶黏剂是完全可行的,高温粕的热化学改性能够明显改善胶黏剂胶合强度与耐水性的不足,并且有效提升豆粕对常态老化的抵抗能力以及豆粕的储存稳定性,同时有效降低胶黏剂的原料成本,这对于促进大豆蛋白胶黏剂应用领域的拓广以及豆粕胶黏剂在木材工业中的推广应用都具有积极意义。
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