[发明专利]来自尿素变性大豆粉的稳定的粘合剂

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2006年7月18日提交的美国临时专利申请60/831,650， 2006年8月2日提交的美国临时专利申请60/835,042的优先权，这两份申请 的内容被纳入本文作为参考。

关于联邦资助研究或开发的声明

无

发明领域

本发明一般涉及从尿素变性大豆粉制造稳定的大豆/尿素产品(SUP)的方 法以及含有分散或乳化的聚合物的稳定的大豆/尿素产品(SUPD)。

背景技术

来源于含有蛋白质的大豆粉的粘合剂在二十世纪二十年代首次进入一般 应用(美国专利1,813,387、1,724,695和1,994,050)。适用于粘合剂的大豆粉在 过去和现在都是通过以下方法制得：从大豆去除一些或大多数的油，产生大 豆粉残余物，然后研磨成极细的大豆粉。通常，用己烷从磨碎的大豆提取绝 大多数的非极性油，不过挤压/提取方法也是合适的去除油的方法。

然后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 结构从而暴露出能够结合的另外的极性官能团)并在一定程度上水解(即使共 价键断裂)，产生可以在干燥条件下用于木料粘结的粘合剂。然而，这些早 期的大豆粘合剂的耐水性差，其应用严格限制在室内应用。

此外，大豆粘合剂的储存期有限。仅仅几个小时后，碱-变性大豆粉混合 物的粘度和性能就快速降低(见图1)。据信这种降低是大豆粉一定程度的水解 以及对于形成强效粘合剂和内聚粘结重要的二级、三级和四级结构的过度破 坏导致的结果。因此，实现变性和在一定程度上保留二级/三级/四级结构之间 的平衡似乎是粘合剂性能所必需的。

在二十世纪二十年代，首次开发了酚-甲醛(PF)和脲-甲醛(UF)粘合剂树 脂。酚-甲醛和改性的脲-甲醛树脂外用耐久，但原料成本高昂而在最初限制了 它们的使用。第二次世界大战推动了这种粘合剂在耐水和耐气候应用中快速 发展，包括户外应用。然而，蛋白质基粘合剂(主要是大豆基粘合剂)继续 在许多室内应用中使用。

乳液聚合物也是广泛使用的粘合剂。采用乳液聚合来制备高体积聚合 物，例如聚乙酸乙烯酯(PVA)、聚氯丁二烯(PC)、各种丙烯酸酯和许多苯乙 烯-丁二烯-丙烯腈共聚物树脂。乳液聚合也可用于聚合甲基丙烯酸甲酯、氯乙 烯、偏二氯乙烯和苯乙烯。在过去的十年中，重新感兴趣的是将这些乳液聚 合物与大豆基粘合剂组合，因为大豆基粘合剂成本低而室内应用又需要不含 甲醛的粘合剂。目前，室内用胶合板、中密度纤维板(MDF)和碎料板(PB)主要 采用脲-甲醛树脂制备。虽然这些树脂非常强效、快速固化且相当容易使用， 但是它们沿聚合物骨架缺乏水解稳定性。这会导致大量游离甲醛从最终产品 中释放(最终被房间内的居住者吸入)。已经存在一些立法法案，以迫使将这些 树脂从室内装潢驱逐出去。(加利福尼亚空气资源委员会(California Air Resource Board)-CARB，2007)。

大豆基粘合剂可采用大豆粉，大豆蛋白质浓缩物(SPC)或大豆蛋白质分离 物(SPI)作为起始材料。为了简单起见，本发明将所有包含20％以上糖类的大 豆产品称为“大豆粉”。大豆粉比SPI廉价，但大豆粉常常含有高水平的活 化脲酶(将尿素分解成氨的酶)，因而要求脲酶变性(被破坏)而不损害最终产品 的粘度/固体比或性能。大豆粉还包含高水平的糖类，要求较复杂的交联技术 (这些糖类的交联可导致大豆基粘合剂的耐水性大大改善)。

大豆粉中糖类以水溶性和不溶于水的形式存在。不溶性糖主要是伴有少 量纤维素的半纤维素。可溶性糖主要包括蔗糖、棉子糖和水苏糖。大豆粉的 热加工可导致显著的糖-蛋白质反应。这些反应各有不同，常常非常广义地简 单归纳为麦拉德反应。

SPC的蛋白质含量高于大豆粉，但低于SPI。通常，采用醇洗以去除可 溶性糖来制备SPC。

SPI通常通过等电沉淀方法来制备。该方法不仅去除可溶性糖，而且去 除溶解度较高的低分子量蛋白质，主要留下高分子量蛋白质，这些蛋白质甚 至无需改性即可用作粘合剂。结果，SPI制得具有优良耐久性的非常强效的粘 合剂。

发明内容

本发明提供了制备湿强度和干强度改善的稳定的粘合剂的方法，该方法 包括加热大豆粉直到变性且基本上没有脲酶活性，然后将尿素加入变性大豆 粉中以形成稳定的大豆粉基粘合剂，此后称为大豆/尿素产品(SUP)。