新型環保熱熔膠粒探索 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得到了迅速的發展和長足的進步,產量快速增長,生產技術水平和產品質量有了很大提高,新產品新技術不斷涌現,應用領域不斷拓寬,合成膠粘劑產量已從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%,產值達153億元。從膠粘劑市場來看,木材封邊熱熔膠加工業用量最大,1999年約占總膠量的61.1%,其次是建筑業,占20.8%,而后為包裝和制鞋行業,分別占5.3%和4%。木材工業在很多國家的經濟中正發揮著越來越重要的作用。隨著世界經濟由工業化社會向生態化社會發展,木材工業面臨木材資源短缺、環境保護等重大問題,這也為木材用膠粘劑帶來了新的機遇和挑戰。
1.木材膠粘劑的特性和發展趨勢
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、熱熔膠機價格等若干方面的要求。具體而言,這種膠粘劑應用應當有合適的粘度及良好的潤濕性與流動性;膠接強度高,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,沒有毒性及強烈的刺激性,價格便宜、原料來源豐富等。
目前在木材工業上常用的膠粘劑主要有:
(1)人造板工業用膠粘劑: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展,但面對日趨激烈的市場競爭、日益嚴格的環保法規和消費者對產品越來越嚴格的質量要求,必須改變觀念走一條全新的發展道路。重視研制和發展環保型膠粘劑。其基本要求主要包括水性、環保釋放物、可生物降解等,使用對人類生存環境安全的、無害的環保型膠粘劑已成為國內外共同關注的熱點。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,如小麥稻谷及玉米糧粒中含10%左右的蛋白質,而豆類和某些油料種子中,蛋白質含量可高達30%～40%。因此,發展性能良好的植物蛋白作為木材膠粘劑的研究、生產和應用一直受到有關方面的關注。
2.改性植物蛋白基木材膠粘劑的研究及發展狀況
2.1 植物蛋白作為木材膠粘劑的研究及發展狀況
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,世界上出現了以大豆粉為基料的膠合板膠粘。ＯＪｏｈｎｓｏｎ、ＩＬａｕｃｋｓ和ＧＤａｖｉｄｓｏｎ為膠合板工業等提出豆粕制造膠粘劑的基本理論,這在20世紀20年代后期是經濟可行的。20世紀30年代,膠合板工業為了跟上自動化工業需求木材膠合板的發展,市場上大量需求優質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廠家都采用大豆膠粘劑,這一段時期大豆膠粘劑占領了美國膠合板市場的85%。但是在第二次世界大戰后,隨著石油工業的發展,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主導著膠粘劑市場,這是由于石油衍生膠有著更好的粘接強度和抗水性。但大多數木材用石油衍生膠含有苯酚甲醛交聯劑,它危及環境和人的健康;再加上膠粘劑市場的擴大和需求量的急增,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點,但用天然植物蛋白制作的膠粘劑粘接強度和抗水性相對較差,缺乏抗微生物的能力,尚不能很好地達到工業應用的標準。因此,很有必要對植物蛋白進行改性,以提高其制作膠粘劑的粘接強度和抗水性等特性,來滿足應用的需要。
2.2 改性植物蛋白制作木材膠粘劑
研究狀況關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外都很少,而且大多數都是1ｔＢＳＳ關于大豆蛋白的。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植物蛋白膠粘劑用于紡織、紙箱包裝及水基涂料等行業。北京農業大學薛培元(1952)利用豆粕作為原料,用氫氧化鈉使部分蛋白質溶解制成蛋白質溶膠,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、熱熔膠機價格等若干方面的要求。具體而言,這種膠粘劑應用應當有合適的粘度及良好的潤濕性與流動性;膠接強度高,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,沒有毒性及強烈的刺激性,價格便宜、原料來源豐富等。
目前在木材工業上常用的膠粘劑主要有:
(1)人造板工業用膠粘劑: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展,但面對日趨激烈的市場競爭、日益嚴格的環保法規和消費者對產品越來越嚴格的質量要求,必須改變觀念走一條全新的發展道路。重視研制和發展環保型膠粘劑。其基本要求主要包括水性、環保釋放物、可生物降解等,使用對人類生存環境安全的、無害的環保型膠粘劑已成為國內外共同關注的熱點。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,如小麥稻谷及玉米糧粒中含10%左右的蛋白質,而豆類和某些油料種子中,蛋白質含量可高達30%～40%。因此,發展性能良好的植物蛋白作為木材膠粘劑的研究、生產和應用一直受到有關方面的關注。
2.改性植物蛋白基木材膠粘劑的研究及發展狀況
2.1 植物蛋白作為木材膠粘劑的研究及發展狀況
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,世界上出現了以大豆粉為基料的膠合板膠粘。ＯＪｏｈｎｓｏｎ、ＩＬａｕｃｋｓ和ＧＤａｖｉｄｓｏｎ為膠合板工業等提出豆粕制造膠粘劑的基本理論,這在20世紀20年代后期是經濟可行的。20世紀30年代,膠合板工業為了跟上自動化工業需求木材膠合板的發展,市場上大量需求優質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廠家都采用大豆膠粘劑,這一段時期大豆膠粘劑占領了美國膠合板市場的85%。但是在第二次世界大戰后,隨著石油工業的發展,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主導著膠粘劑市場,這是由于石油衍生膠有著更好的粘接強度和抗水性。但大多數木材用石油衍生膠含有苯酚甲醛交聯劑,它危及環境和人的健康;再加上膠粘劑市場的擴大和需求量的急增,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點,但用天然植物蛋白制作的膠粘劑粘接強度和抗水性相對較差,缺乏抗微生物的能力,尚不能很好地達到工業應用的標準。因此,很有必要對植物蛋白進行改性,以提高其制作膠粘劑的粘接強度和抗水性等特性,來滿足應用的需要。
2.2 改性植物蛋白制作木材膠粘劑
研究狀況關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外都很少,而且大多數都是1ｔＢＳＳ關于大豆蛋白的。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植物蛋白膠粘劑用于紡織、紙箱包裝及水基涂料等行業。北京農業大學薛培元(1952)利用豆粕作為原料,用氫氧化鈉使部分蛋白質溶解制成蛋白質溶膠,再配合抗水性和消散性試劑,作為用于木材膠粘劑。
