全生物质大豆蛋白/蔗糖木材胶黏剂的研究

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中文摘要：传统的木材胶黏剂大多数为石油基胶黏剂，不仅大量消耗地球石油资源，而且还会产生甲醛等有害健康的污染物质。近年来，随着石油资源日益匮乏，人们对环境保护意识不断增强，对绿色健康生活的推崇，生产绿色环保的胶黏剂也成为了胶黏剂行业发展的重点方向。传统的石油基胶黏剂逐渐被生态环保的生物质类胶黏剂如蛋白质、单宁、木质素类胶黏剂等所取代。近年来研究者们在生物质胶黏剂的研究上取得了较大进展，但大部分生物质胶黏剂或多或少都添加了各种石油基化学改性剂，称不上完全意义的生物质胶黏剂。本文以大豆分离蛋白（SPI）和蔗糖为原料，分别研究了SPI-蔗糖胶黏剂制备的可行性，单宁增强SPI-蔗糖胶黏剂和甲酸增强SPI-蔗糖胶黏剂。通过对胶黏剂化学成分、耐水性能、耐热性能等进行研究并对胶黏剂胶合板胶合性能进行测试，得到研究结果如下：（1）SPI和蔗糖恰当质量比是获得性能优异的SPI-蔗糖胶黏剂关键之一。蔗糖通过转化为 5-HMF，再与SPI反应，起间接的交联作用，且蔗糖的亲水性对胶黏剂体系起降黏作用。SPI的大分子结构为胶黏剂体系提供足够内聚强度，并且SPI本身的优良粘结性能更易促进SPI和蔗糖之间的交联反应。SPI-蔗糖胶黏剂最佳胶合板制备工艺为热压温度为220℃、热压时间1min/mm、m（SPI）∶m（蔗糖）为 20∶80和施胶量为 220g/m2，制得的胶合板耐水胶合强度为1.74MPa，满足 GB/T17657-2013中Ⅱ类胶合板强度要求。热压温度对SPI-蔗糖胶黏剂性能起决定性作用，温度在 210℃及以上才能保证胶合板良好的干状及湿状胶合性能。所制得的SPI-蔗糖胶黏剂具有较高的胶接强度、良好的耐水性能和热稳定性。（2）SPI加量为40-50%时，SPI-蔗糖-单宁胶黏剂黏度能够达到4000mPa·s左右，不会出现胶黏剂渗透的问题。SPI加量为40%时的SPI-蔗糖-单宁胶黏剂耐沸水胶合强度达1.5 MPa），木破率高，胶合强度和胶合稳定性大幅提升。由于单宁、SPI的大分子和高反应活性，弥补了蔗糖转化为糠醛类交联剂所需高温的不足，使得SPI-蔗糖-单宁胶黏剂在较低190℃温度下发生高效的固化反应，产物反应程度和热稳定性增加。SPI-蔗糖-单宁胶黏剂的固化机理非常复杂，在升高温度时蔗糖转化为呋喃化合物尤其是5-HMF是胶黏剂交联反应的核心，涉及的化学反应包括席夫碱反应、酯化反应、加成反应等。（3）甲酸调节可以降低SPI-蔗糖胶黏剂黏度，显著提高大豆蛋白-蔗糖胶黏剂胶合性能，pH=5-6和pH=3-4性能最佳，其次是pH=2-3。提高热压温度有利于SPI-蔗糖胶黏剂胶合性能提升，但温度过高时，随着水分的蒸发，反应选择性差、就近原则强，调节pH影响不大。甲酸可使SPI-蔗糖胶黏剂在170℃下获得较高的胶合强度，但体系酸性太强时，残留酸对会造成胶合板的降解。正常条件下，大多数木材本身的pH介于pH=4~6，所以以甲酸调酸，SPI-蔗糖胶黏剂的pH=4~6为适宜。酸性条件下胶黏剂反应更加充分，且交联产物反应程度和热稳定性增加，固化产物结构排列向更杂乱的排列方式转变，刚性有所减弱、韧性有所增强。

作者：

罗晶

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关键词：

木材胶黏剂制备工艺大豆分离蛋白蔗糖单宁甲酸耐水性能耐热性能

授予学位：

硕士

学科专业：

林业

导师：

吴志刚、雷洪、杨守禄

学位年度：

2024

学位授予单位：

贵州大学

语种：

中文

中图分类号：