大豆蛋白胶粘剂的制备及其性能影响因素

　　【摘 要】采用微波辅助酸热处理法对SP（I大豆分离蛋白）进行改性，并以高活性的改性PAE（聚酰胺）作为交联剂，再与LSP（大豆蛋白液化产物）进行混合，制备出耐水性良好的胶合板用TSP（改性SPI）胶粘剂。着重探究了不同处理温度对SPI分子结构和胶粘剂性能的影响，并通过压制的胶合板来评价不同处理方式对SPI基胶粘剂胶接强度的影响。研究结果表明：当m（TSP）∶m（LSP）∶m（PAE）=5∶5∶3、w（PAE固含量）=25%时，胶粘剂的工艺使用性能以及胶接强度相对最佳；当微波功率为400 W、酸热处理温度为120 ℃时，处理后SPI的不溶率为82%,并且其不溶物团聚成网状结构，由该胶粘剂压制的胶合板达到国家标准中Ⅰ类板的指标要求。
　　
　　【关键词】胶粘剂；大豆分离蛋白；微波；酸热改性；耐水性；胶接强度。
　　
　　0 前 言

      我国林业资源日益匮乏，这使得木材加工工业的主要原料为人工速生材及小径级木材，充分利用木材大力发展人造板以及木材胶接制品是解决木1工业中起着非常重要的作用[1].目前，市场上广泛应用的木材胶粘剂为三醛胶[UF（脲醛树脂）胶粘剂、PF（酚醛树脂）胶粘剂和三聚甲醛树脂胶粘剂],其部分原料来源于石化资源，并且在生产、储存和使用的过程中产生有害气体，这使得人们迫切需要开发新型的天然环保胶粘剂[2-3].在大宗农产品中，植物蛋白作为其加工副产品，具有价格低廉、资源丰富、可再生、可生物降解、易加工以及易化学和物理处理等优点，成为制备木材胶粘剂的理想原料[4-5].但是大豆蛋白独特的1、2、3、4级结构造成其疏水基团被包覆在内部，亲水基团暴露在外面，同时也将大豆蛋白的活性基团包裹在其中，降低了大豆蛋白的粘接强度和交联度，致使大豆蛋白胶粘剂的粘接强度较低、耐水性较差[6-7].目前对大豆蛋白的改性方法有多种，但都是将其溶解在溶剂中，鲜有对其直接改性后作为大豆胶的一部分与其他交联剂混合使用。本研究采用微波辅助酸热处理对大豆分离蛋白（SPI）进行改性，并与液化大豆蛋白混合，以高活性的改性聚酰胺为交联剂制备大豆蛋白胶粘剂。探讨了3组分的比例、微波强度和温度对SPI结构性能的影响以及对其制备的大豆蛋白胶粘剂性能的影响。
　　
　　1 试验部分

      1.1 试验原料
      大豆分离蛋白（SPI），食品级（蛋白质含量为93.4%），哈尔滨高科大豆食品有限责任公司；改性聚酰胺（PAE）溶液（固含量为 32.08%,20 ℃时黏度为225 mPa.s），自制；氢氧化钠（NaOH）、甲酸、硫酸、盐 酸（HCl）、亚 硫 酸 钠（Na2SO3）、十 二 烷 基 硫 酸钠（SDS）、尿素，分析纯，天津市富宇精细化工有限公司。
　　
　　桦木单板（尺寸为420 mm×420 mm×1.5 mm,含水率为5%~7%），哈尔滨松花江胶合板厂。
　　
　　1.2 试验仪器
      BL-500A 型高速多功能搅拌机，浙江省永康市松青五金工具厂；101-2BA 型电热鼓风干燥箱、DK-98-1型电热恒温水浴锅，天津市泰斯特仪器有限公司；Magna-IR560E.S.P型傅里叶变换红外光谱仪，美国Nicolet公司；78HW-1型恒温磁力搅拌器，江苏省金坛市荣华仪器有限公司；MT-5504型热压机，哈尔滨东大公司；CMT5504型微机控制万能试验机，深圳市新三思材料检测有限公司。
　　
　　1.3 试验制备
      1.3.1 改性大豆蛋白粉（TSP）的制备
      称取100 g的SPI,喷洒25 g浓度为 0.5 mol/L的硫酸溶液，搅拌均匀后放入机械搅拌机中进行再次搅拌；然后放入利用聚四氟乙烯制作成的模具中摊成薄薄一层，备用。
　　
　　1.3.2 大豆蛋白液化产物（LSP）的制备
      将 SDS、Na2SO3、尿素和水加入到反应釜中，升温到75℃；然后向反应釜中逐量加入SPI和适量的NaOH,降解 3 h后将其冷却至室温；最后用甲酸将LSP 的pH调为中性即可（LSP的固含量约为35%）。
　　
　　1.3.3 大豆蛋白基胶粘剂的制备
      将 TSP、LSP 以及交联剂 PAE 按比例均匀混合即可。
　　
　　1.3.4 胶合板的制备
      将上述制备的胶粘剂涂布在尺寸为 420 mm×420 mm×1.5 mm的桦木单板上，然后在热压机上压制3层胶合板（工艺参数如表1所示）。
　　

　　
　　1.4 测定或表征

      （1）结构特征：采用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）法进行表征（KBr压片法制样）。
　　
　　（2）蛋白粉不溶率：将1 g蛋白粉溶于100 g蒸馏水中，搅拌均匀，放入沸水中煮 4 h;然后将溶液过滤，滤出溶解的物质后将不溶物在120 ℃下烘焙2 h后称重。以m2为抽滤烘干后滤纸与不溶蛋白的总质量（g）；m1为滤纸的质量（g）；m为称取改性蛋白的质量（g），则不溶率L=（m2- m1）/m（可用于表征酸热处理对大豆蛋白之溶解特性和耐水稳定性的影响）。
　　
　　（3）干强度、湿强度：按照GB/T 9846.1-2004标准[8],采用万能力学试验机进行测定[干强度锯割试件后直接测定；湿强度分别测定胶合板在63 ℃浸泡3 h后的湿强度（Ⅱ类胶合板的评价标准）和煮-烘-煮28 h后的湿强度（Ⅰ类胶合板的评价标准），其中，煮-烘-煮 28 h 强度测试需要将试件在沸水中煮4 h,然后放入63 °C的空气对流干燥箱中干燥20 h,接着取出试件再在沸水中煮4 h,完成这个28 h循环后在室温下冷却10 min,再进行测试].
　　
　　2 结果与讨论

      2.1 3组分比例对大豆蛋白胶粘剂性能的影响
      本试验中制备的耐水性大豆蛋白胶粘剂由LSP、PAE和TSP 这3组分组成，3组分的比例对粘接强度有较大的影响（如图1所示）。