一种防霉抗静电植物蛋白胶黏剂及其制备方法与应用

本发明涉及生物质胶黏剂，具体地说，涉及一种防霉抗静电植物蛋白胶黏剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、珍贵木材资源相对匮乏，人工林资源丰富，利用人工林速生材通过胶黏剂制备人造板是人居环境中家具地板、室内装饰装修的主要原材料，人造板总产量大，且大部分为胶合板产品，其中醛类树脂及其改性产品占胶黏剂主导地位。大豆蛋白胶黏剂作为甲醛基树脂在人造板生产中的潜在替代品已被广泛研究，这有利于减少人居环境中的甲醛污染。随着人们生活水平提高，对多功能木质复合材料的需求增多，尤其在抗菌和抗静电方面。胶黏剂及其复合材料的抗静电性能不仅在静电驱动材料领域发挥着至关重要的作用，而且在实现静电能量的收集和转化以及实现能量自供的系统中具有重要意义。但是，在提高大豆蛋白胶黏剂耐水性的基础上赋予胶黏剂抗静电性和抗菌性是需要克服的难题。

2、因此，需要提供一种新的植物蛋白胶黏剂及其制备方法与应用以解决现有技术中的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的问题，本发明提供一种防霉抗静电植物蛋白胶黏剂及其制备方法与应用。该植物蛋白胶黏剂干、湿强度良好、抗静电性能和抗菌性能优良，制备简单、条件温和。

2、本发明首先提供一种mxene杂化物，由mxene、纤维素、没食子酸反应制得。

3、进一步地，mxene、纤维素、没食子酸的质量比为(3-9):(0.5-1.5):(0.5-5)，优选(5-7):1:(1-3)，具体例如6:1:2、5:1:1、7:1:3。

4、本发明还提供所述mxene杂化物的制备方法，包括将mxene、纤维素、没食子酸进行反应。

5、具体地，所述制备方法中，在溶剂例如水存在的条件下进行反应。例如溶剂(水)的质量为mxene、纤维素、没食子酸三者质量之和的5-15倍。

6、具体地，所述反应的时间为3-5h。

7、具体地，所述反应在搅拌的条件下进行，例如搅拌速率为300-500rmp。

8、具体地，所述mxene杂化物制备方法包括：将mxene、纤维素、没食子酸和水按质量比(3-9):(0.5-1.5):(0.5-5):(50-70)优选(5-7):1:(1-3):(58-62)混合；混合时间为3-5h，搅拌速率为300-500rmp，得到mxene杂化物。

9、本发明发现，mxene杂化物作为导电填料可赋予植物蛋白胶黏剂抗静电性并改善界面相互作用，可充分发挥各组分的配合功效，有利于保证效果、节约成本。

10、本发明还提供所述mxene杂化物在制备植物蛋白胶黏剂中的应用。

11、本发明还提供一种复合抗菌剂，由聚乙烯亚胺和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵通过环开裂反应制得。

12、具体地，聚乙烯亚胺和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵的质量比为1:(1-3)，例如1:1，1:2，1:3。

13、具体地，所述聚乙烯亚胺的分子量为十万到一百万，可选择其系列中的一种。

14、本发明还提供所述复合抗菌剂的制备方法，包括将聚乙烯亚胺和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵进行环开裂反应。

15、具体地，所述环开裂反应的时间为2-4h。

16、具体地，所述环开裂反应的温度为70-90℃。

17、具体地，所述环开裂反应在搅拌的条件下进行，例如搅拌速率为300-500rmp。

18、具体地，所述复合抗菌剂制备方法包括：将聚乙烯亚胺和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵按质量比为1：(1-3)放入装有搅拌器的三颈烧瓶中，共混2-4h，搅拌速率为300-500rmp，温度为70-90℃，得到复合抗菌剂。

19、本发明研究发现，由聚乙烯亚胺和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵反应制备的复合抗菌剂可以显著提高抗菌作用，具有协同增效作用。

20、本发明还提供所述复合抗菌剂在制备植物蛋白胶黏剂中的应用。

21、本发明意外发现，在植物蛋白胶黏剂中同时添加所述mxene杂化物和复合抗菌剂可以显著提高胶黏剂的胶合强度，二者具有协同增效作用。

22、本发明还提供所述mxene杂化物和复合抗菌剂在制备植物蛋白胶黏剂中的应用。

23、本发明还提供一种改性植物蛋白胶黏剂，包括所述mxene杂化物、复合抗菌剂和植物蛋白。

24、具体地，所述改性植物蛋白胶黏剂中，以mxene计，所述mxene杂化物与复合抗菌剂的质量比为(2-10):(0.1-3)，优选(5-7):(0.5-1)，例如5:1，6:1，7:1，8:1，9:1，10:1，11:1，12:1。

25、研究发现，所述mxene杂化物和复合抗菌剂在该比例范围内可以取得协同提高植物对比胶黏剂的胶合强度的作用。

26、具体地，基于所述改性植物蛋白胶黏剂的总质量，以mxene计，所述mxene杂化物的含量为5-10％，优选5-7％，例如5％，6％，7％，8％，9％，10％。

27、研究发现，若所述mxene杂化物的含量低于5％，则无法起到改善抗静电性的理想效果。

28、具体地，基于所述改性植物蛋白胶黏剂的总质量，所述复合抗菌剂的含量为0.5％-1.5％，例如0.5％-1％，具体例如0.5％，1％，1.5％。

29、研究发现，若复合抗菌剂的含量低于0.5％，则无法起到理想的抗菌效果。

30、具体地，基于所述改性植物蛋白胶黏剂的总质量，所述植物蛋白的含量为12％-15％，例如12％、13％、14％、15％。

31、具体地，所述改性植物蛋白胶黏剂还包括交联剂，可选自丙三醇缩水甘油醚、聚酰胺环氧氯丙烷、三缩水甘油胺的一种或多种。

32、具体地，基于所述改性植物蛋白胶黏剂的总质量，所述交联剂的含量为4-8％，例如4％，5％，6％，7％，8％。

33、研究发现，若交联剂的含量低于4％，则胶黏剂体系中无法形成稳定的交联结构，导致胶黏剂耐水性较差；若含量过高例如超过8％，则胶黏剂的黏度下降，影响施胶。

34、具体地，所述改性植物蛋白胶黏剂(或其原料)还包括水(作为分散剂)，可选择普通自来水或软化水。

35、具体地，所述植物蛋白可选自大豆蛋白。

36、具体地，所述植物蛋白的蛋白质含量为70％-90％。

37、具体地，所述改性植物蛋白胶黏剂由所述mxene杂化物、所述复合抗菌剂、植物蛋白、水、交联剂制成。

38、本发明还提供所述改性植物蛋白胶黏剂的制备方法，包括：

39、提供所述mxene杂化物，与水混合均匀；

40、加入所述复合抗菌剂，混合均匀；

41、再加入植物蛋白，混合均匀；

42、然后再加入交联剂，混合均匀，制得所述改性植物蛋白胶黏剂。

43、具体地，所述改性植物蛋白胶黏剂的制备方法，包括：

44、(1)将60-80重量份所述mxene杂化物加入至5-20重量份水中，搅拌(例如10-15min)至溶液呈均匀稳定态；

45、(2)向体系中加入0.5-1.5重量份所述复合抗菌剂，搅拌(例如10-15min)至溶液呈均匀稳定态；

46、(3)向体系中加入12-15重量份植物蛋白，搅拌均匀(例如在30-50℃条件下搅拌10-20min)；

47、(4)继续向体系中添加4-8重量份交联剂，搅拌均匀(例如继续搅拌10-20min)，即得所述改性植物蛋白胶黏剂。

48、本发明改性植物蛋白胶黏剂中，所述mxene杂化物改善其与植物蛋白的界面相互作用，并在植物蛋白胶黏剂中作为填料起到物理填充作用；所述交联剂能使大豆蛋白和复合抗菌剂通过环氧开环反应进行化学交联，形成了稳定且致密的交联网络，提高了胶黏剂的力学性能和耐水性，同时具有抗静电和抗菌性能。

49、mxene经过静电相互作用与纤维素和没食子酸形成mxene杂化物，与复合抗菌剂、交联剂、植物蛋白(例如大豆蛋白等)混合制备改性植物蛋白胶黏剂。相比于传统胶黏剂，mxene的存在使得到的植物蛋白胶黏剂具有一定的抗静电性能，且制备简单、条件温和，适于抗静电复合材料的生产利用。由此，本发明成功替代传统醛类胶黏剂，使植物蛋白胶黏剂和本发明的抗菌剂与交联剂的环氧基团反应，形成稳定的交联网络结构，进一步提高了胶黏剂性能并提升了抗静电、抗菌性和胶合强度。

50、本发明还提供所述改性植物蛋白胶黏剂在人造板工业领域的应用。

51、本发明的优点包括：

52、(1)本发明植物蛋白胶黏剂不添加有毒物质，各组分以合理用量搭配，合成胶黏剂效率高、无有害物质释放物、产物反应活性高、工艺性好、各批次性能稳定、成本低，利于工业化应用。

53、(2)本发明可运用简单的环氧开环反应，使交联剂和抗菌剂与蛋白胶黏剂体系均匀混合，环氧基团的均匀分布于蛋白胶黏剂体系中形成化学键连接，从而构筑稳定的交联网络结构，有利于应力平衡和制备胶合板胶接性能提高。

54、(3)本发明中的2,3-环氧丙基三甲基氯化铵具有天然的抗菌特性，改善了植物蛋白胶黏剂改善了植物蛋白胶黏剂易受微生物侵害的缺陷。

55、(4)本发明的mxene杂化物和抗菌剂合成过程简单、高效，可与植物蛋白以及其他组分兼容，并且由于mxene的导电特性，在胶黏剂体系中成功构筑mxene导电通路，提高胶黏剂抗静电性能，利于抗静电复合材料的制备。

56、经试验证明，本发明胶黏剂易形成交联结构，交联密度大，合成工艺简单，抗静电和抗菌性能优良，制备的胶黏剂性能稳定、弱界面层明显下降，干强度好、耐水胶接性能好，产品质量稳定。能够满足胶合板胶黏剂的耐水与多功能性，保证了生物质胶黏剂木质复合材料的实用性能。