基于废弃皮胶原蛋白的胶黏剂的制备及其性能研究

摘要

随着人造板业的迅速进步，对胶黏剂的需求量越来越大。由于“三醛胶”（脲醛树脂、酚醛树脂和三聚氰胺-甲醛树脂）的大量使用，对人类身体健康以及环境造成了危害，且“三醛胶”的生产原料主要来源于石油化工产品等不可再生资源。因此，研究开发新型绿色环保生物质基胶黏剂具有重要意义。我国制革行业在加工过程中每年约产生百万吨的皮革固体废弃物，其中含有丰富的皮胶原蛋白，传统的处理方式不仅会浪费资源，而且会污染环境。针对上述难题，本研究以从废弃皮中提取的工业明胶和胶原蛋白水解物为原料，通过对其进行交联改性制备胶黏剂，不仅制备出环境友好型的蛋白类胶黏剂，而且实现了皮革固体废弃物的资源化利用。 首先，以废弃皮中提取的工业明胶（INGE）为原料，以十二烷基硫酸钠（SDS）为表面活性剂，环氧树脂（Ep）为交联剂，制备得到蛋白基胶黏剂（NGE/SDS/Ep）。通过单因素实验法和正交实验法优化了胶黏剂的制备条件，并且研究了改性前后胶黏剂固含量以及耐水性的变化，并对其结构、性能进行了表征和分析。通过单因素实验对胶黏剂应用于木板的热压工艺条件进行了优化，确定了制备 INGE/SDS/Ep 胶黏剂的最优合成条件。通过对其固含量及耐水性能进行测试，发现改性后 INGE/SDS/Ep 胶黏剂具有较高的固含量（33.42 wt.%），其耐水性能也比INGE/SDS胶黏剂了显著提升，使其胶黏木板样品的湿态剪切强度可达1.19 MPa，胶黏剂膜的水接触角提升到了 85.8°。另外，通过系列研究，确定了其应用于木板施胶时的最佳热压工艺条件。 其次，以从皮革固体废弃物中提取的胶原蛋白为原料，以异佛尔酮二异氰酸酯、聚乙二醇、2,2-二羟甲基丙酸为原料，合成了端异氰酸酯基聚氨酯预聚体交联剂。通过控制胶原蛋白水解物中氨基与聚氨酯预聚体中异氰酸酯基的摩尔比，合成了一系列不同的胶原蛋白基胶黏剂。通过FTIR、XRD、TG、GPC等手段对其性能及结构进行了检测和表征。并且采用单因素实验法优化了所合成胶黏剂应用于木板时的热压工艺条件。结果表明：以异氰酸酯基封端的聚氨酯预聚体改性胶原蛋白水解物，制得 PU-COL 系列胶黏剂中，PU-COL-1 型胶黏剂性能最佳，其外观为淡黄色均匀乳液，固含量为38.16 %，具有较好的稳定性。耐水性测试结果表明，在所有的PU-COL系列胶黏剂中，PU-COL-1型胶黏剂的耐水性最好，其湿态剪切强度可达1.08 MPa。通过系列表征，确定了胶合木板的最佳热压工艺条件。 最后，将本论文中合成的两种胶黏剂与市场上所应用的胶黏剂进行了性能对比。并通过各种检测及表征手段进行对比研究，结果表明，INGE/SDS/Ep胶黏剂（33.42 wt.%）和PU-COL-1胶黏剂（38.16 wt.%）的固含量明显比市售胶黏剂（21.67 wt.%）高，且两种胶黏剂粘结木板的耐水性以及膜本身的耐水性均优于市售胶黏剂。XRD 检测显示两种胶黏剂的结晶性能较差，其结晶度远远低于市售胶黏剂，表明本论文合成的两种胶黏剂在低温下的应用性能更佳。另外，通过TG分析表明，本论文合成两种胶黏剂均具有较好的热稳定性。

目录

第一个书签之前

摘 要

ABSTRACT

符号说明

目 录

1 引言

1.1 废弃皮胶原蛋白的来源及对环境的污染

1.1.1 废弃皮胶原蛋白的来源

1.1.2 含铬皮革废弃物对环境的污染

1.2 目前胶黏剂行业的应用现状及存在的问题

1.3 生物质在木材胶黏剂中的研究进展

1.3.1 淀粉基胶黏剂

1.3.2 单宁基胶黏剂

1.3.3 木质素基胶黏剂

1.3.4 蛋白基胶黏剂

1.4 胶原蛋白的概述及改性机理

1.4.1 胶原蛋白的概述

1.4.2 物理改性机理

1.4.3 化学改性机理

1.4.4 酶法改性机理

1.5 本课题的研究意义及研究内容

1.5.1 研究意义

1.5.2 研究内容

2 环氧树脂改性明胶胶黏剂INGE/SDS/Ep的制备及性能研究

2.1 实验部分

2.1.1 主要试剂及仪器

2.1.2 胶黏剂的制备及其合成原理

2.1.3 胶黏剂剪切强度的测定

2.1.5 性能检测与结构表征

2.1.6胶黏剂样品用于木材粘结的热压工艺优化

2.2 结果与讨论

2.2.1 胶黏剂的制备条件的优化

2.2.2 胶黏剂的性能检测与结构表征

2.2.3胶黏剂应用过程中的热压工艺优化

2.3 本章小结

3 聚氨酯预聚体改性胶原蛋白水解物胶黏剂PU-COL的制备及性能研究

3.1 实验部分

3.1.1 主要试剂及仪器

3.1.2 胶原蛋白的技术指标及氨基含量测定

3.1.3 不同配方胶黏剂的制备

3.1.4 胶黏剂的结构表征与性能检测

3.1.5胶黏剂应用过程中的热压工艺优化

3.2 结果与讨论

3.2.1 氨基氮含量的测定

3.2.2 结构表征与性能检测

3.2.3胶黏剂样品用于木材粘结的热压工艺优化

3.3两类胶黏剂与市售胶黏剂的性能对比

3.3.1 三种胶黏剂的性能对比

3.3.2 性能对比结果与讨论

3.4 本章小结

4 结论与创新点

4.1 主要结论

4.2 主要创新点

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明