新型环保热熔胶粒探索 改性植物蛋白基木材胶粘剂
2012年12月22日 自改革开放以来,我国大陆胶粘剂工业得到了迅速的发展和长足的进步,产量快速增长,生产技术水平和产品质量有了很大提高,新产品新技术不断涌现,应用领域不断拓宽,合成胶粘剂产量已从1996年的1330万吨增长到了1999年的227万吨,年平均增长率为19,5%,产值达153亿元。从胶粘剂市场来看,木材封边热熔胶加工业用量最大,1999年约占总胶量的61.1%,其次是建筑业,占20.8%,而后为包装和制鞋行业,分别占5.3%和4%。木材工业在很多国家的经济中正发挥着越来越重要的作用。随着世界经济由工业化社会向生态化社会发展,木材工业面临木材资源短缺、环境保护等重大问题,这也为木材用胶粘剂带来了新的机遇和挑战。
1.木材胶粘剂的特性和发展趋势
一种比较理想的木材用胶粘剂必须尽可能满足在粘接性能、胶接操作、热熔胶机价格等若干方面的要求。具体而言,这种胶粘剂应用应当有合适的粘度及良好的润湿性与流动性;胶接强度高,固化后胶层有一定的弹性;耐水、耐热、耐老化性能好;便于使用、能在常温低温压力下短时间固化,没有毒性及强烈的刺激性,价格便宜、原料来源丰富等。
目前在木材工业上常用的胶粘剂主要有:
(1)人造板工业用胶粘剂:脲醛树脂胶粘剂、酚醛树脂胶粘剂、三聚氰胺-甲醛树脂胶、异氰酸酯胶粘剂等;
(2)装饰木材用胶粘剂:聚醋酸乙烯酯、热熔胶和热熔压敏胶等;
(3)再生资源类胶粘剂:单宁胶粘剂、木质素胶粘剂、木材的本体聚合等。
近几年来,我国的木材胶粘剂有很大发展,但面对日趋激烈的市场竞争、日益严格的环保法规和消费者对产品越来越严格的质量要求,必须改变观念走一条全新的发展道路。重视研制和发展环保型胶粘剂。其基本要求主要包括水性、环保释放物、可生物降解等,使用对人类生存环境安全的、无害的环保型胶粘剂已成为国内外共同关注的热点。植物蛋白的一些良好的粘合特性适于制作胶粘剂,植物蛋白具有来源广、资源丰富、可以再生、性能良好等特点,如小麦稻谷及玉米粮粒中含10%左右的蛋白质,而豆类和某些油料种子中,蛋白质含量可高达30%～40%。因此,发展性能良好的植物蛋白作为木材胶粘剂的研究、生产和应用一直受到有关方面的关注。
2.改性植物蛋白基木材胶粘剂的研究及发展状况
2.1 植物蛋白作为木材胶粘剂的研究及发展状况
植物蛋白木材胶粘剂的研究起步较晚,而且主要集中在大豆蛋白方面。1923年,世界上出现了以大豆粉为基料的胶合板胶粘。ＯＪｏｈｎｓｏｎ、ＩＬａｕｃｋｓ和ＧＤａｖｉｄｓｏｎ为胶合板工业等提出豆粕制造胶粘剂的基本理论,这在20世纪20年代后期是经济可行的。20世纪30年代,胶合板工业为了跟上自动化工业需求木材胶合板的发展,市场上大量需求优质大豆粉制作的胶粘剂。到1942年,美国西海岸几乎每个胶合板工业厂家都采用大豆胶粘剂,这一段时期大豆胶粘剂占领了美国胶合板市场的85%。但是在第二次世界大战后,随着石油工业的发展,以石油衍生物为基料的胶粘剂逐渐取代了大豆胶粘剂而持续主导着胶粘剂市场,这是由于石油衍生胶有着更好的粘接强度和抗水性。但大多数木材用石油衍生胶含有苯酚甲醛交联剂,它危及环境和人的健康;再加上胶粘剂市场的扩大和需求量的急增,石油衍生胶的资源有限和不可再生,因此,近年来,对环境无害而又可再生的植物蛋白胶粘剂日益得到人们的重视和青睐,植物蛋白具有价廉而量广,易于操作(具有较低的粘度),可用于热压和冷压,在20%～35%的湿度下不易脱胶等优点,但用天然植物蛋白制作的胶粘剂粘接强度和抗水性相对较差,缺乏抗微生物的能力,尚不能很好地达到工业应用的标准。因此,很有必要对植物蛋白进行改性,以提高其制作胶粘剂的粘接强度和抗水性等特性,来满足应用的需要。
2.2 改性植物蛋白制作木材胶粘剂
研究状况关于植物蛋白改性用来提高木材胶粘剂的性能方面的研究和报道国内外都很少,而且大多数都是1ｔＢＳＳ关于大豆蛋白的。常用的植物蛋白改性的方法主要有热改性、酸碱改性、有机溶剂改性、净化剂改性、酶法改性以及脲改性法等。Ｃｏｎｅ和Ｂｒｏｗｎ1934年用碱来改性大豆蛋白获得了较好的胶粘效果;Ｂｏｙｅｒ等人1945年对大豆蛋白凝乳用缓慢冷冻和融化的方法来生产植物蛋白胶粘剂用于纺织、纸箱包装及水基涂料等行业。北京农业大学薛培元(1952)利用豆粕作为原料,用氢氧化钠使部分蛋白质溶解制成蛋白质溶胶,再配合抗水性和消散性试剂,作为用于木材胶粘剂。
1.木材胶粘剂的特性和发展趋势
一种比较理想的木材用胶粘剂必须尽可能满足在粘接性能、胶接操作、热熔胶机价格等若干方面的要求。具体而言,这种胶粘剂应用应当有合适的粘度及良好的润湿性与流动性;胶接强度高,固化后胶层有一定的弹性;耐水、耐热、耐老化性能好;便于使用、能在常温低温压力下短时间固化,没有毒性及强烈的刺激性,价格便宜、原料来源丰富等。
目前在木材工业上常用的胶粘剂主要有:
(1)人造板工业用胶粘剂:脲醛树脂胶粘剂、酚醛树脂胶粘剂、三聚氰胺-甲醛树脂胶、异氰酸酯胶粘剂等;
(2)装饰木材用胶粘剂:聚醋酸乙烯酯、热熔胶和热熔压敏胶等;
(3)再生资源类胶粘剂:单宁胶粘剂、木质素胶粘剂、木材的本体聚合等。
近几年来,我国的木材胶粘剂有很大发展,但面对日趋激烈的市场竞争、日益严格的环保法规和消费者对产品越来越严格的质量要求,必须改变观念走一条全新的发展道路。重视研制和发展环保型胶粘剂。其基本要求主要包括水性、环保释放物、可生物降解等,使用对人类生存环境安全的、无害的环保型胶粘剂已成为国内外共同关注的热点。植物蛋白的一些良好的粘合特性适于制作胶粘剂,植物蛋白具有来源广、资源丰富、可以再生、性能良好等特点,如小麦稻谷及玉米粮粒中含10%左右的蛋白质,而豆类和某些油料种子中,蛋白质含量可高达30%～40%。因此,发展性能良好的植物蛋白作为木材胶粘剂的研究、生产和应用一直受到有关方面的关注。
2.改性植物蛋白基木材胶粘剂的研究及发展状况
2.1 植物蛋白作为木材胶粘剂的研究及发展状况
植物蛋白木材胶粘剂的研究起步较晚,而且主要集中在大豆蛋白方面。1923年,世界上出现了以大豆粉为基料的胶合板胶粘。ＯＪｏｈｎｓｏｎ、ＩＬａｕｃｋｓ和ＧＤａｖｉｄｓｏｎ为胶合板工业等提出豆粕制造胶粘剂的基本理论,这在20世纪20年代后期是经济可行的。20世纪30年代,胶合板工业为了跟上自动化工业需求木材胶合板的发展,市场上大量需求优质大豆粉制作的胶粘剂。到1942年,美国西海岸几乎每个胶合板工业厂家都采用大豆胶粘剂,这一段时期大豆胶粘剂占领了美国胶合板市场的85%。但是在第二次世界大战后,随着石油工业的发展,以石油衍生物为基料的胶粘剂逐渐取代了大豆胶粘剂而持续主导着胶粘剂市场,这是由于石油衍生胶有着更好的粘接强度和抗水性。但大多数木材用石油衍生胶含有苯酚甲醛交联剂,它危及环境和人的健康;再加上胶粘剂市场的扩大和需求量的急增,石油衍生胶的资源有限和不可再生,因此,近年来,对环境无害而又可再生的植物蛋白胶粘剂日益得到人们的重视和青睐,植物蛋白具有价廉而量广,易于操作(具有较低的粘度),可用于热压和冷压,在20%～35%的湿度下不易脱胶等优点,但用天然植物蛋白制作的胶粘剂粘接强度和抗水性相对较差,缺乏抗微生物的能力,尚不能很好地达到工业应用的标准。因此,很有必要对植物蛋白进行改性,以提高其制作胶粘剂的粘接强度和抗水性等特性,来满足应用的需要。
2.2 改性植物蛋白制作木材胶粘剂
研究状况关于植物蛋白改性用来提高木材胶粘剂的性能方面的研究和报道国内外都很少,而且大多数都是1ｔＢＳＳ关于大豆蛋白的。常用的植物蛋白改性的方法主要有热改性、酸碱改性、有机溶剂改性、净化剂改性、酶法改性以及脲改性法等。Ｃｏｎｅ和Ｂｒｏｗｎ1934年用碱来改性大豆蛋白获得了较好的胶粘效果;Ｂｏｙｅｒ等人1945年对大豆蛋白凝乳用缓慢冷冻和融化的方法来生产植物蛋白胶粘剂用于纺织、纸箱包装及水基涂料等行业。北京农业大学薛培元(1952)利用豆粕作为原料,用氢氧化钠使部分蛋白质溶解制成蛋白质溶胶,再配合抗水性和消散性试剂,作为用于木材胶粘剂。
