CN103571431B

CN103571431B - 一种粘结剂及其制备方法

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Publication number: CN103571431B
Application number: CN201310536173.0A
Authority: CN
Inventors: 王振宇
Original assignee: Individual
Current assignee: WANG ZHENYU
Priority date: 2013-11-01
Filing date: 2013-11-01
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2033-11-01
Also published as: CN103571431A

Abstract

本发明一种粘结剂，由大豆粉和无机盐构成，大豆粉与无机盐的重量比为（50-95）:（5-50），在所述的粘结剂中还添加有淀粉或者葡萄糖，本发明还提供了上述粘结剂的制备方法，包括一个按照重量比称取各物质的步骤，然后将大豆粉和无机盐加入反应容器中，混合搅拌后，加入水，搅拌形成均匀的水溶胶，在所述的水溶胶中，固含量在15%至40%之间，PH值在7-11之间。本发明是采用可降解和再生的生物材料，以金属氧化物为络合交联反应剂，形成有机可持续的生物粘结剂，本发明固化后没有有害的甲醛等挥发物，具有可持续和再生性，有利于环境保护，可应用于造纸业、建筑材料、玻璃棉/玻璃纤维非纺产品的复合材料等领域。

Description

一种粘结剂及其制备方法

技术领域

本发明属于材料学领域，尤其涉及一种粘结剂及其制备方法。

背景技术

目前，在工业和民用的建筑、装潢和家具等行业，乳胶和粘结剂市场还是化工原料的产品为主导，这些产品对环境的冲击和影响比较大，与我国的可持续性发展策略相悖。西方的工业国家已着手开发并已经应用以可再生的生物原料为主的生物胶，已大规模应用的行业包括建筑材料、造纸业和民用装潢材料。我国作为一个材料应用大国，势必会加大对生物材料包括生物胶的技术和资金投入，遵循全球的技术和市场导向，以降低环境污染和对人民的生命危害。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种粘结剂及其制备方法，所述这种粘结剂及其制备方法解决了现有技术中的粘结剂含有甲醛等有毒的物质，会影响人们的健康，同时会污染环境的技术问题。

本发明提供了一种粘结剂，由大豆粉和无机盐构成，所述的大豆粉与无机盐的重量比为（50-95）:（5-50）。

进一步的，还含有淀粉，所述的大豆粉、无机盐与淀粉的重量比为（60-80）:（10-30）:（5-15）。

进一步的，还含有葡萄糖，所述的大豆粉、无机盐、淀粉与葡萄糖重量比为（60-80）:（8-30）:（4-15）:（0.5-5）。

进一步的，所述的无机盐包括但不限于FeO、ZnO、MgO、CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃。

本发明还提供了一种粘结剂，由大豆粉、无机盐和水构成，大豆粉与无机盐的重量比为（50-95）:（5-50），在所述的粘结剂中，其固含量在15%~45%之间，PH值在7-11之间。

进一步的，本发明还提供了上述的这种粘结剂的制备方法，包括一个按照重量比称取各物质的步骤，然后将称取的各物质加入反应容器中，混合搅拌后，加入水，搅拌形成均匀的水溶胶，在所述的水溶胶中，固含量在15%~40%之间，PH值在7-11之间。

进一步的，用氨水将PH值调解在7-11之间。

本发明还提供了上述的一种粘结剂的使用方法，包括一个将粘结剂加热固化的过程，在所述的加热固化的过程中，加热的温度为180-250℃，加热0.5-3分钟，然后冷却至常温保存。

进一步的，所述的大豆粉采用ProliaSF100/90大豆粉。

本发明是基于可降解和再生的生物材料为主，采用的原材料主要为大豆粉、淀粉和糖，采用无机化合物（金属氧化物）为络合交联反应剂，形成有机可持续的生物粘结剂，以取代目前市场上广泛利用的化工乳胶产品。本发明将大豆粉，与无机盐混合搅拌（或加入淀粉、糖）后，把混合物慢慢加入水中并不停的搅拌形成均匀的水溶胶。胶体的固体比例（即固含量）低于45%，否则粘度会太高，不利于实际应用。理想的固含量应在15%至40%之间，酸碱度可用氨水调节在7-11之间，此生物粘结剂形成后可在室温下长时间保持稳定。

本发明的反应原理是大豆粉里的酸基（-COOH）和无机盐里的金属离子发生络合交联。细一点的大豆粉更容易反应，所以采用粒度细一点的大豆粉。淀粉则需要分子量高一点的，机械强度会好一些。通常要DE（DextroseEquivalent,即，葡萄糖当量值）>5，理想的当量值：5<DE<15。

本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。固化过程中豆粉蛋白质中的氨基酸与金属离子发生络合交联作用，形成机械性能很强的络合物。它并不像一般的基于淀粉的生物胶，这种新生物粘结剂具有很好的防水性，不容易因吸水而弱化物理和机械性能。

本发明的生物粘结剂固化后没有有害的甲醛等挥发物，具有可持续和再生性等特点。本发明有利于环境保护，可应用于造纸业，建筑材料，玻璃棉/玻璃纤维非纺产品的复合材料等领域，具有广泛的市场应用前景。而且，由于豆粉的成本比一般的化工原料低，所以这种新粘结剂的制备成本也会较低，有利于今后的扩大化生产和商业化运作。

具体实施方式：

下述的份数均为重量份。

实施例1

以90份的工业大豆粉（比如Cargill公司的Prolia^TMSF100/90大豆粉原料），与10份的无机氧化锌（比如Zinplex15氧化锌溶液）或氧化钙混合搅拌后，把混合物慢慢加入水中并不停的搅拌形成均匀的水溶胶。胶体的固体比例（即固含量）应低于45%。理想的固含量应在15%至40%之间。酸碱度可用氨水调节在7-11之间。所得粘结剂碰洒在13微米粗的玻璃纤维上固化形成非纺的玻璃丝网后（粘结剂重量在25%左右），拉力测试(Instron应力测试仪器，样品尺寸为2英寸X10英寸)显示强度在48磅左右。

实施例2

以80份的工业大豆粉（比如Cargill公司的ProliaTMSF100/90大豆粉原料）与20份的无机氧化锌（比如Zinplex15氧化锌溶液）或氧化钙混合搅拌后，把混合物慢慢加入水中并不停的搅拌形成均匀的水溶胶。胶体的固体比例（即固含量）应低于45%。理想的固含量应在15%至40%之间。酸碱度可用氨水调节在7-11之间。所得粘结剂碰洒在13微米粗的玻璃纤维上固化形成非纺的玻璃丝网后（粘结剂重量在25%左右），拉力测试(Instron应力测试仪器，样品尺寸为2英寸X10英寸)显示强度在55磅左右。

实施例3

以95份的工业大豆粉（比如Cargill公司的Prolia^TMSF100/90大豆粉原料）与5份的无机氧化镁混合搅拌后，把混合物慢慢加入水中并不停的搅拌形成均匀的水溶胶。胶体的固体比例（即固含量）应低于45%。理想的固含量应在15%至40%之间。酸碱度可用氨水调节在7-11之间。（所得粘结剂碰洒在13微米粗的玻璃纤维上固化形成非纺的玻璃丝网后（粘结剂重量在25%左右），拉力测试(Instron应力测试仪器，样品尺寸为2英寸X10英寸)显示强度在43磅左右。

实施例4

以50份的工业大豆粉（比如Cargill公司的Prolia^TMSF100/90大豆粉原料）与50份的无机氧化铝混合，搅拌后，把混合物慢慢加入水中并不停的搅拌形成均匀的水溶胶。胶体的固体比例（即固含量）应低于45%。理想的固含量应在15%至40%之间。酸碱度可用氨水调节在7-11之间。所得粘结剂碰洒在13微米粗的玻璃纤维上固化形成非纺的玻璃丝网后（粘结剂重量在22%左右），拉力测试(Instron应力测试仪器，样品尺寸为2英寸X10英寸)显示强度在40磅左右。

实施例5

以55份的工业大豆粉（比如Cargill公司的Prolia^TMSF100/90大豆粉原料），与45份的无机氧化锌混合搅拌后，把混合物慢慢加入水中并不停的搅拌形成均匀的水溶胶。胶体的固体比例（即固含量）应低于45%。理想的固含量应在15%至40%之间。酸碱度可用氨水调节在7-11之间。所得粘结剂碰洒在13微米粗的玻璃纤维上固化形成非纺的玻璃丝网后（粘结剂重量在23%左右），拉力测试(Instron应力测试仪器，样品尺寸为2英寸X10英寸)显示强度在41磅左右。

实施例6

以60份的工业大豆粉（比如Cargill公司的Prolia^TMSF100/90大豆粉原料），与40份的无机氧化锌混合搅拌后，把混合物慢慢加入水中并不停的搅拌形成均匀的水溶胶。胶体的固体比例（即固含量）应低于45%。理想的固含量应在15%至40%之间。酸碱度可用氨水调节在7-11之间。所得粘结剂碰洒在13微米粗的玻璃纤维上固化形成非纺的玻璃丝网后（粘结剂重量在23%左右），拉力测试(Instron应力测试仪器，样品尺寸为2英寸X10英寸)显示强度在43磅左右。

实施例7

以70份的工业大豆粉（比如Cargill公司的Prolia^TMSF100/90大豆粉原料），与30份的无机氧化锌混合搅拌后，把混合物慢慢加入水中并不停的搅拌形成均匀的水溶胶。胶体的固体比例（即固含量）应低于45%。理想的固含量应在15%至40%之间。酸碱度可用氨水调节在7-11之间。所得粘结剂碰洒在13微米粗的玻璃纤维上固化形成非纺的玻璃丝网后（粘结剂重量在24%左右），拉力测试(Instron应力测试仪器，样品尺寸为2英寸X10英寸)显示强度在44磅左右。

实施例8

以70份的工业大豆粉（比如Cargill公司的Prolia^TMSF100/90大豆粉原料），10份的淀粉，与20份的无机氧化锌混合搅拌后，把混合物慢慢加入水中并不停的搅拌形成均匀的水溶胶。胶体的固体比例（即固含量）应低于45%。理想的固含量应在15%至40%之间。酸碱度可用氨水调节在7-11之间。所得粘结剂碰洒在13微米粗的玻璃纤维上固化形成非纺的玻璃丝网后（粘结剂重量在25%左右），拉力测试(Instron应力测试仪器，样品尺寸为2英寸X10英寸)显示强度在55磅左右。

实施例9

以80份的工业大豆粉（比如Cargill公司的Prolia^TMSF100/90大豆粉原料），15份的淀粉，与30份的无机氧化锌混合搅拌后，把混合物慢慢加入水中并不停的搅拌形成均匀的水溶胶。胶体的固体比例（即固含量）应低于45%。理想的固含量应在15%至40%之间。酸碱度可用氨水调节在7-11之间。所得粘结剂碰洒在13微米粗的玻璃纤维上固化形成非纺的玻璃丝网后（粘结剂重量在22%左右），拉力测试(Instron应力测试仪器，样品尺寸为2英寸X10英寸)显示强度在45磅左右。

实施例10

以60份的工业大豆粉（比如Cargill公司的Prolia^TMSF100/90大豆粉原料），5份的淀粉，与10份的无机氧化锌混合搅拌后，把混合物慢慢加入水中并不停的搅拌形成均匀的水溶胶。胶体的固体比例（即固含量）应低于45%。理想的固含量应在15%至40%之间。酸碱度可用氨水调节在7-11之间。所得粘结剂碰洒在13微米粗的玻璃纤维上固化形成非纺的玻璃丝网后（粘结剂重量在21%左右），拉力测试(Instron应力测试仪器，样品尺寸为2英寸X10英寸)显示强度在42磅左右。

实施例11

以65份的工业大豆粉（比如Cargill公司的Prolia^TMSF100/90大豆粉原料），8份的淀粉、4份的葡萄糖与18份的无机氧化锌混合搅拌后，把混合物慢慢加入水中并不停的搅拌形成均匀的水溶胶。胶体的固体比例（即固含量）应低于45%。理想的固含量应在15%至40%之间。酸碱度可用氨水调节在7-11之间。所得粘结剂碰洒在13微米粗的玻璃纤维上固化形成非纺的玻璃丝网后（粘结剂重量在22%左右），拉力测试(Instron应力测试仪器，样品尺寸为2英寸X10英寸)显示强度在45磅左右。

实施例12

上述实施例配制好的粘结剂可以应用在非纺的玻璃丝网上，可有效地把玻璃丝粘结在一起。如例子1-3所述，粘结剂以喷洒或涂层的形式应用在玻璃或有机塑料纤维上，经交联固化后，把纤维牢牢地粘结在一起，形成强力复合材料。

实施例13

也可以把配制好的生物粘结剂应用在木头，纸浆或胶合板(vinylflooring)的粘结制造上。在粘结应用过程中，生物胶可以以喷洒或涂层的形式应用在表面，然后经过适温180-250℃（350~450华氏度）固化。固化过程中豆粉蛋白质中的氨基酸与金属离子发生络合交联作用，形成很强的络合物。固化后的络合物具有很强的机械性能,拉力测试强度都在40磅以上，并不像一般的基于淀粉的生物胶，这种新生物粘结剂具有很好的防水性。通常以淀粉为基体的生物胶固化交联后，再在80℃热水中浸泡15分钟，拉力测试强度结果会弱化，不到热水测试前的20%，而本发明的粘结剂经测试达到45%以上。不容易因吸水而弱化物理和机械性能。

Claims

1.一种粘结剂，其特征在于：由大豆粉、无机盐、淀粉和葡萄糖组成，所述的大豆粉、无机盐、淀粉与葡萄糖的重量比为（60-80）:（8-30）:（4-15）:（0.5-5），所述的淀粉的葡萄糖当量值大于5小于15，所述的无机盐为ZnO、MgO、FeO、CaO、Fe₂O₃、或者Al₂O₃。

2.一种粘结剂，其特征在于：由大豆粉、无机盐、淀粉、葡萄糖和水构成，所述的大豆粉、无机盐、淀粉与葡萄糖的重量比为（60-80）:（8-30）:（4-15）:（0.5-5），在所述的粘结剂中，其固含量在15%~45%之间，pH值在7-11之间，所述的淀粉的葡萄糖当量值大于5小于15，所述的无机盐为ZnO、MgO、FeO、CaO、Fe₂O₃、或者Al₂O₃。

3.权利要求2所述的一种粘结剂的制备方法，其特征在于：包括一个按照重量比称取各物质的步骤，然后将称取的各物质加入反应容器中，混合搅拌后，加入水，搅拌形成均匀的水溶胶，在所述的水溶胶中，固含量在15%~40%之间，pH值在7-11之间，所述的无机盐为ZnO、MgO、FeO、CaO、Fe₂O₃、或者Al₂O₃。

4.如权利要求3所述的一种粘结剂的制备方法，其特征在于：用氨水将pH值调节在7-11之间。