大豆蛋白丙烯酸酯共聚物及压制胶合板工艺参数研究

赵　艳，陈　浩，李增旭，庞久寅，徐国锋，刘　舫

(1.北华大学木质材料科学与工程重点实验室，吉林 吉林　132013；2.吉林森工金桥地板集团有限公司，吉林 长春　130114)



大豆蛋白丙烯酸酯共聚物及压制胶合板工艺参数研究

赵艳1，陈浩1，李增旭1，庞久寅1，徐国锋2，刘舫2

(1.北华大学木质材料科学与工程重点实验室，吉林 吉林132013；2.吉林森工金桥地板集团有限公司，吉林 长春130114)

摘要：采用马来酸酐改性大豆蛋白，并与丙烯酸酯发生共聚，用共聚乳液和固化剂混合压制胶合板.结果表明：压制的胶合板达到了GB/T 9846—2004Ⅱ类胶合板标准；以5 g大豆蛋白、10 g PVA、16 g VAC和20 g MMA为原料制成胶黏剂胶接的板材，适应于绝大多数环境，所需成本较低，适合工业化生产.通过正交试验，确定了在110 ℃，0.7 MPa(单位压力)条件下，施加0.5%固化剂所压制的胶合板力学性能最好.

关键词：大豆蛋白；甲基丙烯酸甲酯；醋酸乙烯酯；胶合强度

【引用格式】赵艳，陈浩，李增旭，等.大豆蛋白丙烯酸酯共聚物及压制胶合板工艺参数研究[J].北华大学学报(自然科学版)，2016，17(2)：275-277.

随着人们对不可再生资源开发力度的增大和环境污染问题的日益严重，以天然可再生物质为原料的木材胶黏剂成为世界各国研究的热点和发展方向，其中大豆蛋白胶黏剂应用最为广泛.大豆蛋白是由农业加工剩余物分离提纯得到的，具有成本低廉，原料来源广泛，加工工艺简单，无污染物释放等优点，越来越为人们所关注，是最早为人们所熟知并开发利用的绿色环保胶黏剂之一[1-5].

近几年，国内外学术界与工业界对大豆蛋白胶黏剂进行了大量的改性研究.Weakly等[6]在大豆蛋白胶里加入2%双醛基淀粉(Dialdehyde Starch)，制备出具有耐水性的胶黏剂用于压制胶合板，虽然改性蛋白胶的性能不错，但黏度太高，只能应用于粘接胶合板；Ash等[7]在大豆蛋白胶里加入30%的酚醛胶，调出耐水性非常好的胶合板用胶黏剂，但是仍然存在黏度太高的问题，需要进行反复调配.目前，国内外学者对大豆蛋白基胶黏剂的研究才刚刚起步，大部分产品也都处于研究阶段;国外研究水平明显领先于国内，一些重要的关于大豆蛋白基胶黏剂的参考文献和相关专利也多由国外研究人员发表和获得.本次试验采用马来酸酐改性大豆蛋白，与丙烯酸酯发生共聚；在共聚乳液中加入固化剂调配，压制成胶合板，并检测其胶合强度等指标.

1试验原料和方法

1.1试验原料

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

1.2主要试验仪器和设备

数显全自动升降恒温水浴锅、电动搅拌器、电子分析天平、三口玻璃烧瓶、高速离心机、冷冻干燥机、DV-C数显粘度仪、智能控制实验压机、液压式木材万能试验机.

1.3大豆蛋白丙烯酸酯共聚物制备

将大豆蛋白溶液加入三口瓶中，加热至40 ℃，调整溶液pH为8.0，加入马来酸酐[8-10](每5 min滴加5滴)，反应3 h；再将pH调制为4.0，搅拌30 min，4 000 r/min离心15 min，将上清液除去，沉淀部分反复离心水洗2次，调整pH至7.0，冷冻干燥即为改性产物；将PVA、改性后的大豆蛋白加入到三口瓶中，调节水浴锅温度，加热到90 ℃，在此温度下保温1 h后再调整到80 ℃，同时加入醋酸钠，反应30 min左右；用分液漏斗向三口瓶中滴加VAc原料，同时滴加APS(每5 min滴加5滴)，反应30 min，加入NMA；最后连续滴加MMA，同时滴加APS(每5 min滴加5滴)，反应3～4 h.

1.4胶合板制备

三层胶合板：幅面400 mm×400 mm×1.2 mm；手工涂胶，单面涂胶量(200～250) g/m2，时间10 min.

1.5固含量测定

用分析天平称取4～5 g样品到容器中，保留小数点后4位.将称有试样的容器放入恒温干燥箱中，在一定温度下进行干燥.干燥时间3 h；干燥结束，冷却20 min称量质量[11].固含量R=(m-m1)/(m2-m1)×100%，式中：R为固体含量(%)；m为容器与干燥后树脂质量(g)；m1为容器质量(g)；m2为容器与干燥前树脂质量(g).根据上式测定改性大豆蛋白最佳固含量为25%.

1.6黏度测定

按测量要求的精度准确控制被测液体的温度为25 ℃，选择并安装64号转子，之后让转子慢慢降落并渐渐浸入被测液体，当看不到转子液面标记时，停止下降并使其保持当前位置，接通电源，按下开关，使转子在液体中匀速旋转，时间控制在20～30 s，待读数稳定后开始读数(一般读数在20～80分度为宜)[12].

2结果

2.1大豆蛋白丙烯酸酯共聚物正交试验设计

本试验采用正交试验来确定改性大豆蛋白胶合板压板工艺条件，通过试验来确定正交试验的各因素和水平，并选用L9(34)正交表.试验方案见表1.

2.2大豆蛋白丙烯酸酯共聚物压制胶合板的力学性能

本次试验检测所用的仪器为液压式木材万能试验机,检测数据见表2.分析表2数据可知：固化剂可以明显提高胶合强度，在一般情况下胶合强度与固化剂用量成正相关，即固化剂用量越多，胶合效果越好；温度与胶合强度负相关，其原因是温度过高会降低胶的性能.经试验可以明显看出：在110 ℃，0.7 MPa(单位压力)条件下，施加0.5%固化剂所获得胶合板的力学性能最好，胶合板的各项力学指标都满足了国家标准GB/T 9846—2004中Ⅱ类胶合板的要求[13-14].

3结论

1)通过试验可知：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胶的胶合强度较好，且成本有所下降.

2)采用改性后的大豆蛋白与丙烯酸酯发生共聚所得胶黏剂压制的胶合板，力学性能符合国家标准GB/T 9846—2004对Ⅱ类板的胶合要求.

3)对试验数据进行分析可知：在110 ℃，0.7 MPa(单位压力)条件下，施加0.5%固化剂的方法所获得胶合板的力学性能最好.

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【责任编辑：郭伟】

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

中图分类号：TQ317

文献标志码：A

作者简介：赵艳(1965-)，女，实验师，主要从事木材加工研究，E-mail：1484667172@qq.com；通信作者：庞久寅(1974-)，男，博士，副教授，主要从事林产化学加工工程研究，E-mail：pangjiuyin@163.com.

基金项目：国家自然科学基金项目(31270589)；吉林省科技发展农业领域重点科技攻关项目(20140204054NY).

收稿日期：2015-08-18

文章编号：1009-4822(2016)02-0275-03

DOI：10.11713/j.issn.1009-4822.2016.02.029