[发明专利]大豆蛋白质-碳酸钙纳米胶黏剂及其制备方法和应用

说明书

一、技术领域：

本发明涉及一种大豆蛋白质-碳酸钙纳米胶黏剂及其制备方法和应用，属于高分子化学与物理领域，也属于纳米材料领域。

二、背景技术：

20世纪30年代，来源于石油和天然气工业的尿素甲醛胶粘剂和苯酚甲醛胶粘剂开始应用。自40年代以来，粘接系统已用于制造木质复合产品。当采用热压工艺的时候，甲醛类胶粘剂的热压时间大大超过了豆胶所需的时间。在过去75年，甲醛工业的产量稳步上升。甲醛用于木材胶粘剂的量占甲醛生产总量的一半。但是，甲醛可引起急性呼吸道问题，同时也可能成为致癌物。随着石油衍生合成树脂价格的增加，对甲醛释放问题的担忧和苯酚的安全问题的考虑，促使聪明的人类加紧寻求其替代产品。

对植物蛋白质胶粘剂的开发受到了环保组织的大力支持。大豆蛋白质是豆油工业的副产品，具有良好的生物活性和生物可降解性，用作胶黏剂，大豆蛋白质有着显著的优点，如黏度相对较低易于处理加工，使用时热压冷压均可，即使应用于湿度高达20％-35％的胶合板也不会脱胶和开裂。可以用来胶合含水量高的单板，使含水量高的单板在操作过程中不易断裂。然而，大豆蛋白质胶粘剂却存在粘合强度低和耐水性差的缺点。因此，需要对大豆蛋白质进行改性以改善其性能。

三、发明内容：

本发明的目的在于克服现有大豆蛋白质胶黏剂存在的缺点，提供一种粘合强度高和耐水性强的大豆蛋白质-碳酸钙纳米胶黏剂。

本发明的另一目的是提供上述大豆蛋白质-碳酸钙纳米胶黏剂的制备方法，该方法工艺简便，生产成本低，无污染，适于工业化生产。

本发明的另一目的是提供上述大豆蛋白质-碳酸钙纳米胶黏剂在粘接木素纤维材料方面的应用，所述木素纤维材料可以为木、竹、藤、秸秆以及纸张等。该胶黏剂施用方便，粘合性能好。

本发明的目的是通过以下措施实现的：

本发明大豆蛋白质-碳酸钙纳米胶黏剂包括以下重量份的成份：

(1)大豆蛋白质基体：干重80-95份；

(2)以纳米尺寸分散于(1)中的无机碳酸钙颗粒：1-15份。

该胶黏剂为以水为分散剂的胶乳，胶乳的固含量为5.5-16％，胶乳颗粒尺寸在10-2000nm范围。

本发明制备的胶黏剂胶乳中还含有无机离子，所述无机离子为钙离子、钠离子、钾离子、碳酸根、碳酸氢根和氢氧根中的一种或多种。这些离子在大豆蛋白和碱化的纤维素与木质素之间起到了离子交联的作用。

上述胶黏剂中还可添加有占胶黏剂重量0.1％-2％的添加剂，所述添加剂为防腐剂、表面活性剂和偶联剂中的一种或几种的任意混合。其中防腐剂包括：柠檬酸、壳聚糖、茶多酚、戊唑醇、没食子酸丙酯和二丁基羟基苯甲醚；表面活性剂包括：十二烷基磺酸钠；偶联剂包括：有机硅偶联剂和硅酸。

本发明大豆蛋白质-碳酸钙纳米胶黏剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将大豆蛋白加入水中溶胀，制成浓度为5-15％的大豆蛋白质水悬浮液，加热至30-90℃，缓慢滴加浓度为0.001-0.5mol/L的氢氧化钙水溶液，维持体系的pH值为8-14，搅拌溶解0.5-3小时，控制氢氧化钙的质量为大豆蛋白质质量的0.5-11％；

(2)在步骤(1)得到的水溶液体系中加入0.01-0.5mol/L的碳酸盐溶液或者通入二氧化碳气体，在10-100℃下反应1-7小时后冷却至室温后得到蛋白质-碳酸钙混合溶液，10-30MPa压力下通过高压均质化器后得到乳状大豆蛋白质-碳酸钙胶黏剂；其中碳酸盐与氢氧化钙的摩尔比为1∶3-3∶1，二氧化碳的通入量维持溶液的pH为4-12，其中碳酸钙在胶乳中的固含量为1-15％。

上述步骤(2)中碳酸盐为碳酸钠钾、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸铵或碳酸氢铵。

向上述步骤(2)中得到的乳状胶黏剂中加入占胶黏剂重量0.1-2％的添加剂，真空脱泡后冷却至室温得到大豆蛋白质-碳酸钙胶黏剂，所述添加剂为防腐剂、表面活性剂和偶联剂中的一种或几种的任意混合，其中防腐剂包括：柠檬酸、壳聚糖、茶多酚、戊唑醇、没食子酸丙酯和二丁基羟基苯甲醚；表面活性剂包括：十二烷基磺酸钠；偶联剂包括：有机硅偶联剂和硅酸。

还可以将步骤(2)得到的乳状胶黏剂经冻干得到胶黏剂粉末。使用时，将胶黏剂粉末加水调成固含量为5.5-16％的胶乳，向胶乳中加入0.1-2％的添加剂，搅拌调均，真空脱泡后冷却至室温即得胶黏剂胶乳。本发明还提供了大豆蛋白质-碳酸钙纳米胶黏剂在粘接木素纤维材料方面的应用。木素纤维材料包括木、竹、藤、秸秆以及纸张等。

本发明所述的大豆蛋白质为大豆分离蛋白或大豆浓缩蛋白。