植物生粉(江南大学教授带你认识植物胶粘剂)

Posted 2023-05-30

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植物生粉(江南大学教授带你认识植物胶粘剂)

冶金工业——精彩回顾

刘敬成副教授江南大学

演讲大纲：

主要介绍生物基环氧树脂和生物基光固化树脂的合成、性能研究及其在胶黏剂等领域的应用，并进行简要的总结和展望。

内容：

生物基高分子材料、辐射固化介绍、生物基环氧树脂、生物基光固化树脂、生物基树脂的应用、结论与展望

课程开始，刘教授带我们回顾了一下童年，那么大家还记得儿时的春联是用什么当做粘胶剂的吗？答案是“浆糊”。

那么“浆糊”最主要的成分呢，就是淀粉了。

淀粉

淀粉是一种天然的高分子碳水化合物，在增稠剂、保水剂、胶黏剂、涂料和上光剂等行业被广泛地应用.按来源的植物品种，淀粉可分为玉米淀粉、土豆淀粉、地瓜淀粉、木薯淀粉、高梁淀粉和大米淀粉等。淀粉的分子结构式为（C6H10O5）n，其中括号内的C6H10O5为脱水葡萄糖单元，n为分子的聚合度，即淀粉分子是由n+1个葡萄糖分子经脱水反应，形成糖苷键相互连接而成的天然高分子化合物，其聚合度一般在800-3000之间。根据淀粉分子的结构，可把淀粉分为直链淀粉和支链淀粉两种形式。直链淀粉和支链淀粉在不同的植物所得到的淀粉中含量不同。

淀粉的化学改性

原始淀粉有一些缺点,例如，它的粘度和增稠能力在加热时会变差,缺乏对特定功能所需的基团等而限制了它的应用。

因此,为了减少其局限性和拓展其应用,对淀粉进行改性是有必要的。

木材加工工业的胶黏剂

目前应用于木材加工工业的胶黏剂主要以醛基胶黏剂（脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺－甲醛树脂）应用最为广泛。每年国内人造板加工工业胶黏剂消耗量约为1600多万吨，其中脲醛树脂及其改性树脂消耗量约为1400多万吨，约占总消耗量的90%；酚醛树脂胶黏剂使用量约为140万吨，约占总用量的9%；非甲醛类异氰酸酯胶黏剂年消耗量约为1000吨，生物基大豆蛋白基胶黏剂年消耗量约为5000吨。

大豆蛋白胶黏剂

我国大豆的产量大约占全球植物蛋白总量的 65%左右，位居世界第四。大豆的营养价值较高，蛋白质含量丰富，早期作为原材料加工成食用油和食用蛋白等，近年来，研究人员将它作为木材胶黏剂的原料进行了相关研究。

大豆蛋白经过加工处理，得到四类大豆蛋白。根据蛋白质的含量的不同，由低到高分为：大豆渣(SD)、大豆粉(SF)、大豆浓缩蛋白(SPC)和大豆分离蛋白(SPI)

使用大豆蛋白直接制备得到的大豆蛋白胶黏剂的性能较差：粘结强度低、耐水性和耐腐性不强。这是由于蛋白质分子中氢键、二硫键等化学键的作用，使蛋白质分子内部紧密连结在一起，胶黏剂的粘度低；而分子中亲水基团暴露在外部、疏水基团在内部，使得胶黏剂的耐水性能很差。

蓖麻油

蓖麻油是一种含有多个羟基的化合物。蓖麻油中含羟基的蓖麻油酸超过脂肪酸总量的90%，其中约含有 70%左右的甘油三蓖麻油酸酯和 30%甘油二蓖麻油酸酯、单亚油酸酯等，利用羟基的反应活性，蓖麻油可用在聚氨酯胶黏剂。

聚氨酯胶黏剂

(1)聚氨酯含有极性强、化学活泼的异氰酸酯基（-NCO）和氨酯基（-NHCOO-），它与含有活泼氢的材料，如泡沫塑料、木材、皮革、织物、纸张、陶瓷等多孔材料和金属、玻璃、橡胶、塑料等表面材料，都有着优良的化学粘接力。而聚氨酯与被粘接材料之间产生的氢键作用，使高分子内聚力增加，从而使粘接更加牢固。

(2)异氰酸基有很高的反应活性，能与含活泼氢基的(-OH，-NH2，-COOH等)发生作用。这种类型的胶粘剂可以制成双组份，也可以制成单组份。

(3)聚氨酯胶粘剂有较好的韧性，可用于粘接软质材料和硬质材料。

(4)有良好的耐超低温性能，而且粘接强度随着温度的降低而提高，是超低温环境下理想的粘接材料和密封材料。

(5)耐溶剂性、耐油性、耐老化性能优良。

(6)胶接工艺简便。聚氨酯胶粘剂可以加热固化，也可以室温固化，施用工艺简便，操作性能良好。

(7)价格适中，性价比诱人。

(8)性能的可设计特点。

什么是辐射固化？

“辐射固化 … 是指通常液态低粘度的流体在辐射源（紫外光线或者电子束）的照射下，瞬间转变成具有保护或者装饰功能的高分子聚合物或高度交联的固态膜。这一体系通常是100%固体份的。”

配方组成及功能

引发剂吸收光能引发反应；

单体控制粘度，固化速率，固化程度，附着力，表面粘性，表面硬度和耐候性等等；

齐聚物控制成膜物的特性，如漆膜强度，柔韧性，透明性，硬度，耐性，附着力，耐磨性，光泽等等；

助剂着色剂，工艺助剂（黏度，润湿，流动性等），效果助剂（色彩，手感，抗光，耐热，阻聚等）颜料，染料，填料，滑爽剂，硬化剂，光和热稳定剂等等。

配方中常用的树脂

环氧丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯齐聚物、聚氨酯丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯齐聚物、聚酯丙烯酸酯齐聚物、特种纯丙烯酸酯齐聚物、氨基丙烯酸酯齐聚物、特种齐聚物。

产业链结构与应用方向

总结与展望

生物基材料由于具有可持续发展、环境污染小等特点，已经成为研究热点，可以从以下几个方向开展工作：

（一）生物基材料高值化研究

（二）生物基材料制造关键技术

（三）生物基化学品的产品研发

（四）木质复合材料制造关键技术研究

（五）生物基功能高分子材料的设计与制造

（六）生物质基高性能树脂的制备与应用

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