高温花生粕基无醛胶粘剂的制备与改性机理研究

摘要

植物蛋白胶粘剂是一种绿色环保无甲醛胶粘剂，相比于传统三醛类胶粘剂，植物蛋白胶粘剂具有无甲醛释放、绿色环保和可再生的优点，但存在胶合强度低和耐水性差的缺点。针对上述问题，本研究利用食品饲料行业中价格低廉的高温花生饼粕为原料，制备胶合强度高、耐水性能好的花生粕基无甲醛胶粘剂，分析不同蛋白改性条件对高温花生粕基胶粘剂胶合强度和耐水性的影响，并在蛋白改性基础上加入交联剂来提高胶粘剂应用于胶合板的耐水性，研究不同防腐剂对胶粘剂防腐性能的改善效果，确足胶粘剂应用于胶合板的最优热压工艺，同时，研究初步明确了蛋白改性提高胶粘剂胶合强度和耐水性的机理，并成功地将高温花生粕基胶粘剂应用于胶合板行业。具体结论如下:
　　1.确定了花生蛋白改性的最佳方法。通过分析原料粒度对蛋白胶应用于胶合板胶合强度影响和实际工业化的应用环境，选择超微粉碎作为高温花生粕基胶粘剂的原料制备方式。筛选出十二烷基硫酸钠(SDS)作为花生蛋白改性剂。利用单因素试验和响应面试验对改性条件进行优化，确定了最佳改性条件:改性温度60℃、改性时间3h、料液比1∶3、改性剂添加量3.2％。利用此条件制备的高温花生粕基胶粘剂性能显著提高，应用于杨木胶合板（下同）时，性能符合国家标准GB/T9846-2015（下同)Ⅱ类胶合板的要求。
　　2.利用交联剂显著提高了高温花生粕基胶粘剂应用于胶合板的耐水性能。通过比较不同交联剂对高温花生粕基胶粘剂应用于胶合板耐沸水胶合强度的影响，筛选出环氧树脂聚丙烯酰胺-环氧氯丙烷(PAE)作为蛋白交联剂进行交联反应，并确定了28％的最佳添加量。利用此工艺制备的高温花生粕基胶粘剂应用于胶合板时，性能符合国家标准Ⅰ类胶合板的要求，即可应用于室外环境。
　　3.优选防腐剂显著改善了高温花生粕基胶粘剂的防腐性能。通过比较环保性能较好的三种防腐剂，硼酸锌、硫酸铜和苯甲酸钠对蛋白胶粘剂的防腐性能影响，筛选出硼酸锌作为防腐剂，其对黑曲霉和绿色木霉均具有最好的抑菌效果，并确定了0.6％的最佳添加量。同时，硼酸锌的加入高温花生粕基胶粘剂的湿态胶合强度无显著影响，应用于胶合板时，性能符合国家标准Ⅰ类胶合板的要求。
　　4.确定了高温花生粕基胶粘剂应用于胶合板的最优热压工艺。通过单因素试验和正交试验确定四种热压条件对已交联改性胶粘剂应用于胶合板效果的影响大小:热压温度＞热压时间＞涂胶量＞热压压力，其中热压温度对胶合板胶合强度有显著影响(p＜0.05)，同时得到胶合板的最佳热压工艺120℃的热压温度、8min的热压时间、13MPa的热压压力和240g/m2的涂胶量。通过热重-微分热重分析表明，高温花生粕基胶粘剂在140～150℃时，水分已完全蒸发，即胶粘剂完全固化，证实了热压温度的选择应在此温度以下。利用此工艺压制的胶合板符合国家标准Ⅰ类胶合板的要求，且该热压工艺条件适合工业化生产。
　　5.研究了蛋白改性剂增强高温花生粕基胶粘剂胶合强度的作用机理。改性前的花生饼粕蛋白中蛋白二级结构主要以α-螺旋为主，其含量为34.7％，β-折叠及β-转角占比分别为28.7％和25.7％，其余为无规则卷曲(10.9％)，经过改性制备蛋白胶粘剂后，其蛋白二级结构主要以β-折叠为主，含量占比为34.3％，α-螺旋及β-转角含量占比分别为27.1％及22.7％，无规则卷曲含量占比为15.9％。通过对花生蛋白改性前后二级结构和三级结构的分析，发现改性促使蛋白结构打开，暴露出大量巯基和疏水性基团，显著提高了蛋白巯基含量和表面疏水指数，使蛋白胶粘剂中可与木材进行化学结合和物理结合的基团增多，从而显著提高胶粘剂应用于胶合板时的胶合强度和耐水性能。

目录

声明

摘要

英文缩略表

第一章 引言

1．1 植物蛋白胶粘剂研究现状

1．2 蛋白胶粘剂的制备

1．2．1 物理改性

1．2．2 化学改性

1．2．3 酶改性

1．3 蛋白胶粘剂的性能改善

1．3．1 耐水胶合强度改善

1．3．2 防腐防霉性能改善

1．3．3 色泽改善

1．4 蛋白胶粘剂的应用

1．5 蛋白胶粘剂研究展望

1．5．1 目前存在的问题

1．5．2 研究前景

1．6 立题背景及意义

1．7 主要研究内容

2．1 前言

2．2 材料与方法

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验试剂

2．2．3 实验仪器

2．2．4 实验方法

2．3 结果与分析

2．3．1 花生粕主要成分分析

2．3．2 高温花生粕基胶粘剂制备工艺选择

2．3．3 高温花生粕基胶粘剂制备工艺优化

2．3．4 改性前后高温花生粕基胶粘剂性能对比分析

2．4 本章小结

第三章 不同交联剂对高温花生粕基无醛胶粘剂性能影响

3．1 前言

3．2 材料与方法

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验试剂

3．2．3 实验仪器

3．2．4 实验方法

3．3 结果与分析

3．3．1 不同添加量PVAe对胶粘剂性能的影响

3．3．2 不同添加量聚酰胺多胺环氧树脂(PAE)对胶粘剂性能的影响

3．3．3 PAE交联对胶粘剂热稳定性的影响

3．3．4 交联剂PAE加入前后胶粘剂的物理性能分析

3．3．5 交联剂PAE加入前后胶粘剂的固化特性

3．4 本章小结

4．1 前言

4．2 材料与方法

4．2．1 实验材料

4．2．2 实验试剂

4．2．3 实验仪器

4．2．4 实验方法

4．3 结果与分析

4．3．1 三种防腐剂对高温花生粕基胶粘剂抑制黑曲霉的性能影响

4．3．2 三种防腐剂对高温花生粕基胶粘剂抑制绿色木霉的性能影响

4．3．3 三种防腐剂对高温花生粕基胶粘剂的腐败抑制效果

4．3．4 防腐剂选择的优化

4．3．5 防腐剂加入后对胶粘剂应用于胶合板胶合强度的影响

4．4 本章小结

第五章 高温花生粕基胶粘剂应用于胶合板的热压工艺研究

5．1 前言

5．2 材料与方法

5．2．1 实验材料

5．2．2 实验试剂

5．2．3 实验仪器

5．2．4 实验方法

5．3 结果与分析

5．3．1 热压工艺的选择

5．3．2 正交实验工艺优化

5．3．3 热压过程中固化机理的研究

5．4 本章小结

第六章 高温花生粕基胶粘剂的结构表征和改性机理分析

6．1 前言

6．2 材料与方法

6．2．1 实验材料

6．2．2 实验试剂

6．2．3 实验仪器

6．2．4 实验方法

6．3 结果与分析

6．3．2 蛋白改性过程中巯基含量的变化

6．3．3 蛋白改性过程中傅里叶变换红外光谱分析

6．3．4 表面疏水性(H0)

6．3．5 改性过程中微观结构的变化

6．4 本章小结

7．1 主要结论

7．2 创新点

7．3 展望

参考文献

致谢

作者简历