[发明专利]稳定的酸变性大豆/脲胶粘剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明提供组合物，以及通过将脲与已被酸变性、且基本上不含有脲酶的大豆粉混合形成稳定的大豆/脲胶粘剂来制备稳定的胶粘剂的方法。

背景技术

在1920年代，源自含蛋白质的大豆粉的胶粘剂首先开始普遍使用(参见例如美国专利1,813,387、1,724,695和1,994,050)。适合用于胶粘剂的大豆粉过去并且现在仍然是通过从大豆除去一些或大部分油而得到残余黄豆粉，而后将其粉碎成极细的大豆粉获得。典型地，使用己烷来从粉碎的大豆萃取大部分的非极性油，但是，挤榨/萃取法也是适合的除油手段。

然后通常用碱性试剂使所得大豆粉变性(即，改变蛋白质的二级、三级和/或四级结构，暴露出能够键合的额外的极性官能团)，并在一定程度上水解(即，共价键断裂)，产生用于在干燥条件下胶合木材的胶粘剂。但是，这些早期的大豆胶粘剂显示出较差的耐水性，这使得其用途被严格限制在室内应用。

此外，现有技术中的常规大豆胶粘剂表现出有限的储存期。在仅几小时后，经碱变性的大豆粉混合物的粘度和性能快速下降。此性能的下降被认为是由于大豆粉的部分水解以及二级、三级和四级结构的过度分解，所述结构被视为对形成强粘合力和内聚力是重要的。因此，需要这样的胶粘剂，其显示出在暴露出改进性能的足够量的官能团、同时保留足以保持胶粘剂的性能和提供稳定性的蛋白质结构之间达到平衡。

1920年代就首次开发出了苯酚-甲醛(PF)和脲-甲醛(UF)胶粘剂树脂。苯酚-甲醛和改性的脲-甲醛树脂具有室外耐久性，但是原料高成本在开始时就限制了其用途。第二次世界大战促进了用于耐水和耐候应用、包括室外应用的这些胶粘剂的快速发展。但是，基于蛋白质的胶粘剂、主要是基于大豆的胶粘剂常与血液或其它蛋白质组合，并继续用于许多室内应用。

目前，室内胶合板、中等密度纤维板(MDF)和碎料板(PB)主要利用脲-甲醛树脂制得。虽然非常牢固、固化快速并且相当易于使用，但是这些树脂沿聚合物骨架的水解稳定性不足。这导致会从成品释放出显著量的游离甲醛(最终被室内居住者吸入)。已有若干立法以推进用于室内应用时甲醛释放的减少(Health and Safety Code Title 17 California Code of Regulations Sec.93120-93120.12，以及新的美国国家标准-Reference：2010 U.S.S1660)。

基于大豆的胶粘剂可使用大豆粉、大豆蛋白浓缩物(SPC)或大豆蛋白分离物(SPI)作为原料。为简单起见，本公开将包含大于20％的糖类的所有大豆产品称为“大豆粉”。大豆粉比SPI便宜，但是大豆粉包含显著含量的有活性的脲酶(将脲快速且有效地分解成氨的酶)，因此需要在将脲用于最终胶粘剂时使脲酶失活。这需要在不损及最终产品的粘度/固体比值或性能的情况下实现。大豆粉还包含高含量的糖类，需要更复杂的交联技术，因为交联致使基于大豆的胶粘剂的耐水性有更大的改进。

SPC包含比大豆粉更大量的蛋白质，但是包含比SPI更少量的蛋白质。典型地，SPC是利用醇洗涤除去可溶性糖类进行制备。

SPI典型地是通过等电沉淀法制得。该方法不仅除去可溶性糖，而且除去更可溶的低分子量蛋白质，主要剩下高分子量的蛋白质，其即使不进行改性也仍有最佳的粘合性。故此，SPI可制得具有显著耐久性的极强的胶粘剂。但是，SPI相当昂贵，因此，不是用于基于大豆的胶粘剂的理想的大豆来源。因此，非常需要从大豆粉制备高质量的胶粘剂。

授予Li等人(Li)的美国专利7,252,735描述了与聚酰胺基-胺表氯醇衍生树脂(PAE)交联的大豆蛋白。Li描述这些特定的PAE，其是已知的用于纸张的湿强度添加剂，参与和蛋白质官能团的许多可能的反应。在Li中，在温热的温度下用碱使SPI变性，然后使其与适合的PAE树脂混合产生耐水性键合。考虑到要有适合的储存期，必须恰在共聚合(或冻干)之前配制此大豆水溶液。Li未教导或提示变性大豆与PAE使用的重要性，因为在Li中所用的SPI已具有较长的热历史。此外，Li中所述的碱方法不足以使大豆粉中的脲酶失活，因此，不是制备大豆粉/脲胶粘剂的适合的方法。此外，Li中所述的胶粘剂还因至少一种以下的原因而受到损害：高粘度、低固体或差稳定性。