本發(fā)明屬于木竹材加工生產(chǎn)，具體涉及一種還原糖-脂肪胺膠黏劑及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、目前，在人造板工業(yè)用膠黏劑中，以脲醛樹脂膠黏劑(uf)、三聚氰胺-甲醛樹脂膠黏劑(mf)和酚醛樹脂膠黏劑(pf)等傳統(tǒng)甲醛系樹脂為主。但是，由于樹脂的加成和縮聚反應(yīng)均為可逆反應(yīng)，導(dǎo)致樹脂在使用過程中會(huì)不斷解聚，釋放甲醛；同時(shí)，使用甲醛作為合成原料直接導(dǎo)致合成后的樹脂中存在未反應(yīng)的甲醛。因此，自甲醛被定義為i類致癌物以來，世界各國(guó)學(xué)者和工業(yè)界開始尋找無醛膠黏劑，以期最終取代甲醛系樹脂，從而降低對(duì)環(huán)境和人類健康的危害。

2、美拉德反應(yīng)(maillard?reaction)最初是指還原糖類和氨基化合物(蛋白質(zhì)和氨基酸)之間的反應(yīng)，這一反應(yīng)最早由法國(guó)化學(xué)家louis-camille?maillard于1912年首次報(bào)道。美拉德反應(yīng)在食品領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，通過還原糖與蛋白質(zhì)或氨基酸的復(fù)雜反應(yīng)形成了一系列產(chǎn)物，從而改善食品的外觀和口感。然而，在木竹材膠黏劑領(lǐng)域，盡管糖類化合物作為地球上儲(chǔ)量最豐富的天然產(chǎn)物之一，具有顯著的工業(yè)應(yīng)用潛力，但基于美拉德反應(yīng)的糖基膠黏劑應(yīng)用研究仍較為有限。雖然眾多氨基化合物可以與還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng)，但由于氨基化合物結(jié)構(gòu)的差異，最終膠黏劑的性能也會(huì)有顯著不同，而具備什么樣的結(jié)構(gòu)才能產(chǎn)生優(yōu)異的粘接性能，到目前為止并不明確，因此原料選擇缺乏明確的指導(dǎo)依據(jù)。這也是還原糖作為膠黏劑制備原料的潛力尚未被充分發(fā)掘的主要原因。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，cn114958286a公開了一種基于美拉德反應(yīng)的蔗糖基木材膠黏劑及其制備方法，但由于蔗糖本身并不是還原糖，因此該發(fā)明依賴于對(duì)蔗糖進(jìn)行前期氧化處理以得到醛化糖漿從而實(shí)現(xiàn)其與支化多胺的進(jìn)一步聚合。同時(shí)該申請(qǐng)公開的支化多胺的合成工藝較為復(fù)雜，涉及多步聚合反應(yīng)，不利于實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。cn115785899a和cn117757417a分別公開了一種麥芽糖基和一種乳糖基超支化耐沸水型膠黏劑及其制備方法，通過兩種還原糖分別與三(2-氨基乙基)胺和聚乙烯亞胺制備得到了耐沸水型木材膠黏劑；同時(shí)專利申請(qǐng)人在“preparation?a?novel?high?performance?glucose-based?wood?adhesive?withhyperbranched?cross-linked?network?by?air?oxidation."polymer?testing?126(2023):108157.”以及“novel?hyperbranched?resin?for?wood?adhesive:based?on?airoxidation?and?crosslinking?copolymerization?strategy."polymer?testing?126(2023):108154.”中也分別報(bào)道了通過三(2-氨基乙基)胺和聚乙烯亞胺分別與葡萄糖制備耐沸水型木材膠黏劑。這些膠黏劑的耐水性能依賴于糖類化合物在制備以及熱壓過程中通過空氣中的氧氣氧化生成的醛類化合物與多氨基化合物交聯(lián)固化。但是經(jīng)氧化后，還原糖的結(jié)構(gòu)被破壞，失去還原性，因此，這些膠黏劑本質(zhì)上并非是通過美拉德反應(yīng)制備而成。通過延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間和提高熱壓溫度有助于生成更多的醛類化合物，從而提高固化網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)密度，所以這些膠黏劑只有通過高溫長(zhǎng)時(shí)間聚合(80℃，1-5h)以及在高熱壓溫度(180-220℃)下才能表現(xiàn)出較好的耐水性能。然而，在人造板工業(yè)化生產(chǎn)過程中，高熱壓溫度對(duì)設(shè)備要求苛刻，且耗能高，尤其膠合板生產(chǎn)中使用130℃以上熱壓溫度會(huì)導(dǎo)致爆板率大幅升高，因此高熱壓溫度(180-220℃)并不適用于工業(yè)化生產(chǎn)。此外，上述膠黏劑并未涉及其在竹材膠合方面的性能。目前竹基復(fù)合材料仍依賴于pf、異氰酸酯等樹脂作為主要膠黏劑，以解決竹材低孔隙率、滲透性差和表面潤(rùn)濕性較差等缺點(diǎn)，但是膠黏劑的成本、使用安全性等影響因素仍然存在。因此，亟需開發(fā)原料易得、制備簡(jiǎn)單綠色、成本低廉、適合規(guī)?；a(chǎn)的膠黏劑體系，以實(shí)現(xiàn)木竹材膠合產(chǎn)品的技術(shù)升級(jí)，促進(jìn)人造板工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種還原糖-脂肪胺膠黏劑，該膠黏劑選擇安全無毒的還原糖類化合物作為原料，與脂肪胺經(jīng)美拉德反應(yīng)一步制得具有優(yōu)異膠合性能的膠黏劑，所述還原糖作為可再生生物質(zhì)原料，來源廣泛且價(jià)格低廉；提出脂肪族線性二胺或支化多胺的選擇需滿足相應(yīng)結(jié)構(gòu)要求以保證膠黏劑性能，反應(yīng)選用水作為溶劑，無需任何有機(jī)溶劑，綠色環(huán)保。在木竹材粘接應(yīng)用中，該膠黏劑具有無甲醛釋放、儲(chǔ)存穩(wěn)定性好、固化溫度低、成本低廉以及膠合性能優(yōu)異等特點(diǎn)。

2、與已報(bào)道的技術(shù)不同的是本發(fā)明的方法在不改變還原糖自身結(jié)構(gòu)的前提下，僅通過還原糖與脂肪胺直接發(fā)生美拉德反應(yīng)，且該反應(yīng)可在室溫或40-60℃下進(jìn)行，無需長(zhǎng)時(shí)間高溫聚合，在選擇具有特定結(jié)構(gòu)脂肪胺的基礎(chǔ)上，制得的膠黏劑在100-140℃下即可快速固化，也可在室溫下逐漸固化，且固化物具有優(yōu)異的耐水性能，因此在人造板生產(chǎn)中可以避免使用高溫?zé)釅骸?/p>

3、本發(fā)明還原糖-脂肪胺木竹材膠黏劑的制備如下：

4、(1)準(zhǔn)確稱取還原糖，將還原糖按一定比例與溶劑混合，配置成質(zhì)量濃度20-60％的均勻還原糖溶液；

5、所述還原糖為葡萄糖、麥芽糖、半乳糖、果糖、甘露糖、水解淀粉、水解纖維素、水解蔗糖、水解桃膠、水解甘蔗糖蜜中的一種；溶劑為去離子水或自來水；

6、(2)向步驟(1)還原糖溶液中加入脂肪胺，并置于40-60℃水浴鍋中反應(yīng)10-60min或室溫?cái)嚢?4-48h，制得木竹材膠黏劑；

7、所述脂肪胺為線性二胺或多胺，包括1,6-己二胺、三(2-氨基乙基)胺、三聚氰胺-1,6-己二胺聚合物；脂肪胺與還原糖的質(zhì)量比為1:0.5-5.0；

8、線性二胺：且碳鏈中無相鄰氨基；例：

9、

10、支化多胺：碳鏈中無相鄰含活潑氫氨基，例：

11、三(2-氨基乙基)胺：三聚氰胺-1,6-己二胺聚合物(n≥90)：

12、

13、其中三聚氰胺-1,6-己二胺聚合物是三聚氰胺和1,6-己二胺在酸性催化劑作用下，在180-220℃下反應(yīng)制得，三聚氰胺和1,6-己二胺的摩爾比為1.0:2.0-4.0。

14、本發(fā)明制得的膠黏劑的理論固含量保持在40％-70％，固化溫度范圍為100-140℃。

15、本發(fā)明另一目的是將上述還原糖-脂肪胺膠黏劑應(yīng)用在木竹材粘接中。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

17、(1)本發(fā)明避免了傳統(tǒng)方法中還原糖改性帶來的技術(shù)障礙和成本增加，提出選取具有特定結(jié)構(gòu)的脂肪族二胺或支化多胺與還原糖一步制備出高性能木竹材膠黏劑，具有技術(shù)難度低，容易推廣的優(yōu)勢(shì)；

18、(2)本發(fā)明涉及的還原糖來源廣泛，價(jià)格低廉，可滿足規(guī)模化生產(chǎn)；

19、(3)本發(fā)明膠黏劑無需任何改性處理，制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉；固化溫度低(100-140℃)，可以避免工業(yè)化生產(chǎn)中由于熱壓溫度高導(dǎo)致的爆板率增加的問題，本發(fā)明膠黏劑更適用于工業(yè)化生產(chǎn)和推廣；

20、(4)本發(fā)明所述的膠黏劑無甲醛釋放，耐水性能優(yōu)異，可應(yīng)用于木材和竹材的粘接，可實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)資源的高值化利用，并在推動(dòng)人造板產(chǎn)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展方面具有顯著潛力。