大豆蛋白丙烯酸酯共聚物及壓制膠合板工藝參數(shù)研究

趙　艷，陳　浩，李增旭，龐久寅，徐國鋒，劉　舫

(1.北華大學(xué)木質(zhì)材料科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 吉林　132013；2.吉林森工金橋地板集團(tuán)有限公司，吉林 長春　130114)

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大豆蛋白丙烯酸酯共聚物及壓制膠合板工藝參數(shù)研究

趙艷1，陳浩1，李增旭1，龐久寅1，徐國鋒2，劉舫2

(1.北華大學(xué)木質(zhì)材料科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 吉林132013；2.吉林森工金橋地板集團(tuán)有限公司，吉林 長春130114)

摘要：采用馬來酸酐改性大豆蛋白，并與丙烯酸酯發(fā)生共聚，用共聚乳液和固化劑混合壓制膠合板.結(jié)果表明：壓制的膠合板達(dá)到了GB/T 9846—2004Ⅱ類膠合板標(biāo)準(zhǔn)；以5 g大豆蛋白、10 g PVA、16 g VAC和20 g MMA為原料制成膠黏劑膠接的板材，適應(yīng)于絕大多數(shù)環(huán)境，所需成本較低，適合工業(yè)化生產(chǎn).通過正交試驗(yàn)，確定了在110 ℃，0.7 MPa(單位壓力)條件下，施加0.5%固化劑所壓制的膠合板力學(xué)性能最好.

關(guān)鍵詞：大豆蛋白；甲基丙烯酸甲酯；醋酸乙烯酯；膠合強(qiáng)度

【引用格式】趙艷，陳浩，李增旭，等.大豆蛋白丙烯酸酯共聚物及壓制膠合板工藝參數(shù)研究[J].北華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，17(2)：275-277.

隨著人們對不可再生資源開發(fā)力度的增大和環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重，以天然可再生物質(zhì)為原料的木材膠黏劑成為世界各國研究的熱點(diǎn)和發(fā)展方向，其中大豆蛋白膠黏劑應(yīng)用最為廣泛.大豆蛋白是由農(nóng)業(yè)加工剩余物分離提純得到的，具有成本低廉，原料來源廣泛，加工工藝簡單，無污染物釋放等優(yōu)點(diǎn)，越來越為人們所關(guān)注，是最早為人們所熟知并開發(fā)利用的綠色環(huán)保膠黏劑之一[1-5].

近幾年，國內(nèi)外學(xué)術(shù)界與工業(yè)界對大豆蛋白膠黏劑進(jìn)行了大量的改性研究.Weakly等[6]在大豆蛋白膠里加入2%雙醛基淀粉(Dialdehyde Starch)，制備出具有耐水性的膠黏劑用于壓制膠合板，雖然改性蛋白膠的性能不錯(cuò)，但黏度太高，只能應(yīng)用于粘接膠合板；Ash等[7]在大豆蛋白膠里加入30%的酚醛膠，調(diào)出耐水性非常好的膠合板用膠黏劑，但是仍然存在黏度太高的問題，需要進(jìn)行反復(fù)調(diào)配.目前，國內(nèi)外學(xué)者對大豆蛋白基膠黏劑的研究才剛剛起步，大部分產(chǎn)品也都處于研究階段;國外研究水平明顯領(lǐng)先于國內(nèi)，一些重要的關(guān)于大豆蛋白基膠黏劑的參考文獻(xiàn)和相關(guān)專利也多由國外研究人員發(fā)表和獲得.本次試驗(yàn)采用馬來酸酐改性大豆蛋白，與丙烯酸酯發(fā)生共聚；在共聚乳液中加入固化劑調(diào)配，壓制成膠合板，并檢測其膠合強(qiáng)度等指標(biāo).

1試驗(yàn)原料和方法

1.1試驗(yàn)原料

甲基丙烯酸甲酯(99%)(MMA)、大豆蛋白(99%)、過硫酸銨(98%)(APS)、聚乙烯醇(分析純，PVA)、醋酸乙烯酯(分析純，VAc).

1.2主要試驗(yàn)儀器和設(shè)備

數(shù)顯全自動(dòng)升降恒溫水浴鍋、電動(dòng)攪拌器、電子分析天平、三口玻璃燒瓶、高速離心機(jī)、冷凍干燥機(jī)、DV-C數(shù)顯粘度儀、智能控制實(shí)驗(yàn)壓機(jī)、液壓式木材萬能試驗(yàn)機(jī).

1.3大豆蛋白丙烯酸酯共聚物制備

將大豆蛋白溶液加入三口瓶中，加熱至40 ℃，調(diào)整溶液pH為8.0，加入馬來酸酐[8-10](每5 min滴加5滴)，反應(yīng)3 h；再將pH調(diào)制為4.0，攪拌30 min，4 000 r/min離心15 min，將上清液除去，沉淀部分反復(fù)離心水洗2次，調(diào)整pH至7.0，冷凍干燥即為改性產(chǎn)物；將PVA、改性后的大豆蛋白加入到三口瓶中，調(diào)節(jié)水浴鍋溫度，加熱到90 ℃，在此溫度下保溫1 h后再調(diào)整到80 ℃，同時(shí)加入醋酸鈉，反應(yīng)30 min左右；用分液漏斗向三口瓶中滴加VAc原料，同時(shí)滴加APS(每5 min滴加5滴)，反應(yīng)30 min，加入NMA；最后連續(xù)滴加MMA，同時(shí)滴加APS(每5 min滴加5滴)，反應(yīng)3～4 h.

1.4膠合板制備

三層膠合板：幅面400 mm×400 mm×1.2 mm；手工涂膠，單面涂膠量(200～250) g/m2，時(shí)間10 min.

1.5固含量測定

用分析天平稱取4～5 g樣品到容器中，保留小數(shù)點(diǎn)后4位.將稱有試樣的容器放入恒溫干燥箱中，在一定溫度下進(jìn)行干燥.干燥時(shí)間3 h；干燥結(jié)束，冷卻20 min稱量質(zhì)量[11].固含量R=(m-m1)/(m2-m1)×100%，式中：R為固體含量(%)；m為容器與干燥后樹脂質(zhì)量(g)；m1為容器質(zhì)量(g)；m2為容器與干燥前樹脂質(zhì)量(g).根據(jù)上式測定改性大豆蛋白最佳固含量為25%.

1.6黏度測定

按測量要求的精度準(zhǔn)確控制被測液體的溫度為25 ℃，選擇并安裝64號(hào)轉(zhuǎn)子，之后讓轉(zhuǎn)子慢慢降落并漸漸浸入被測液體，當(dāng)看不到轉(zhuǎn)子液面標(biāo)記時(shí)，停止下降并使其保持當(dāng)前位置，接通電源，按下開關(guān)，使轉(zhuǎn)子在液體中勻速旋轉(zhuǎn)，時(shí)間控制在20～30 s，待讀數(shù)穩(wěn)定后開始讀數(shù)(一般讀數(shù)在20～80分度為宜)[12].

2結(jié)果

2.1大豆蛋白丙烯酸酯共聚物正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)來確定改性大豆蛋白膠合板壓板工藝條件，通過試驗(yàn)來確定正交試驗(yàn)的各因素和水平，并選用L9(34)正交表.試驗(yàn)方案見表1.

2.2大豆蛋白丙烯酸酯共聚物壓制膠合板的力學(xué)性能

本次試驗(yàn)檢測所用的儀器為液壓式木材萬能試驗(yàn)機(jī),檢測數(shù)據(jù)見表2.分析表2數(shù)據(jù)可知：固化劑可以明顯提高膠合強(qiáng)度，在一般情況下膠合強(qiáng)度與固化劑用量成正相關(guān)，即固化劑用量越多，膠合效果越好；溫度與膠合強(qiáng)度負(fù)相關(guān)，其原因是溫度過高會(huì)降低膠的性能.經(jīng)試驗(yàn)可以明顯看出：在110 ℃，0.7 MPa(單位壓力)條件下，施加0.5%固化劑所獲得膠合板的力學(xué)性能最好，膠合板的各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)都滿足了國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9846—2004中Ⅱ類膠合板的要求[13-14].

3結(jié)論

1)通過試驗(yàn)可知：用5 g大豆蛋白、10 g PVA、16 g VAC、20 g MMA所制得的改性大豆蛋白膠的膠合強(qiáng)度較好，且成本有所下降.

2)采用改性后的大豆蛋白與丙烯酸酯發(fā)生共聚所得膠黏劑壓制的膠合板，力學(xué)性能符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9846—2004對Ⅱ類板的膠合要求.

3)對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知：在110 ℃，0.7 MPa(單位壓力)條件下，施加0.5%固化劑的方法所獲得膠合板的力學(xué)性能最好.

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【責(zé)任編輯：郭偉】

On Process Parameters of Soybean Protein Acrylic Ester Copolymer and Pressed Plywood

Zhao Yan1，Chen Hao1，Li Zengxu1，Pang Jiuyin1，Xu Guofeng2，Liu Fang2

(1.WoodMaterialScienceandEngineeringKeyLaboratoryofJilinProvince，BeihuaUniversity，Jilin132013，China；2.JinqiaoFlooringGroupofJilinForestIndustryGroup，Changchun130114，China)

Abstract：Using maleic anhydride modified soy protein，and the copolymerization with the acrylic ester，with a copolymer emulsion and curing agent mixed to suppress the plywood.The results showed that the plywood can reach to the plywood standards of GB/T 9846—2004 class II；the adhesive gluing is made of raw materials 5 g of soybean protein，10 g PVA，16 g VAC and 20 g MMA plate，which is suitable for the majority of environment，the cost is low and suitable for industrial production.By orthogonal test，the best mechanical properties of plywood obtained by applying 0.5% curing agent under the condition of 110 ℃ and 0.7 MPa(unit pressure)were determined.

Key words：soy-protein；methyl methacrylate；vinyl acetate；bonding strength

中圖分類號(hào)：TQ317

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

作者簡介：趙艷(1965-)，女，實(shí)驗(yàn)師，主要從事木材加工研究，E-mail：1484667172@qq.com；通信作者：龐久寅(1974-)，男，博士，副教授，主要從事林產(chǎn)化學(xué)加工工程研究，E-mail：pangjiuyin@163.com.

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31270589)；吉林省科技發(fā)展農(nóng)業(yè)領(lǐng)域重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(20140204054NY).

收稿日期：2015-08-18

文章編號(hào)：1009-4822(2016)02-0275-03

DOI：10.11713/j.issn.1009-4822.2016.02.029