大豆蛋白膠黏劑的制備及流變固化行為研究(摘要)

李 玲(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院，北京 100091;2.中國林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所，江蘇 南京 210042)

采用飼料級大豆蛋白粉為原料，通過分步水解、階梯升溫及復(fù)合改性方式，制備了粒子大小均勻、體系穩(wěn)定且具有良好流變行為和固化性能的大豆蛋白膠黏劑，為其工業(yè)化推廣應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

運用變性與化學(xué)修飾的方法充分活化束縛在蛋白質(zhì)分子中的功能性基團，使得膠黏劑體系的流變行為得到明顯改善，并對其理化性能和流變行為進行檢測，使其涂布性能滿足工業(yè)生產(chǎn)要求;然后通過考察不同固化體系的固化性能，實現(xiàn)膠黏劑的進一步交聯(lián)固化，黏接強度得到進一步提高。通過優(yōu)化制備工藝和使用現(xiàn)代分析方法對膠黏劑體系的綜合性能進行測試，全面闡述膠黏劑的結(jié)構(gòu)、黏度、固體含量、改性劑類型與流變行為、固化性能、耐水膠接強度之間的關(guān)系，重點研究其流變行為、固化性能與固化機理。

首先，采用旋轉(zhuǎn)流變儀研究了不同改性劑對流變行為的影響，結(jié)果表明:1)大豆蛋白膠黏劑屬于有屈服值的假塑性流體，通過觸變性測試，得到其屈服值為0.39 Pa，而該體系的平衡剪切黏度隨著剪切速率的逐漸升高而下降。2)聚乙烯醇最佳添加量在1.8% ～2.0%之間，所得大豆蛋白膠黏劑的流變行為最佳;水性聚酰胺的加入有利于大豆蛋白膠黏劑涂布性能的提高;而溫度對流變行為影響很小，對涂布性能基本沒有影響。異氰酸酯交聯(lián)劑常溫下與大豆蛋白膠黏劑沒有發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，且不同添加量的異氰酸酯改性大豆蛋白膠黏劑流變行為與未改性豆膠的流變行為基本一致，說明交聯(lián)劑對該體系的流變行為沒有影響，有利于其生產(chǎn)應(yīng)用。

其次，考察了大豆蛋白膠黏劑預(yù)壓強度的影響因素，采用旋轉(zhuǎn)流變儀的動態(tài)溫度掃描模式表征了其固化性能并初步探討了體系的固化機理，結(jié)果顯示:1)PVA最佳添加量在1.5% ～3.5%之間，大豆蛋白膠黏劑的開口陳化時間在2 h以內(nèi)，預(yù)壓壓力在0.8～1.2 MPa之間，此時膠合板的預(yù)壓強度大于0.4 MPa，利于膠合板的剪裁與修正。2)蛋白質(zhì)與異氰酸酯交聯(lián)劑固化的同時發(fā)生交聯(lián)，而且增大異氰酸酯交聯(lián)劑的用量，也有利于其分子之間的內(nèi)聚交聯(lián)反應(yīng)。3)復(fù)合交聯(lián)劑水性聚酰胺/乙二醛/異氰酸酯固化體系，實現(xiàn)了蛋白質(zhì)分子、改性劑之間的相互交聯(lián)固化，使得交聯(lián)程度更加充分，對大豆蛋白膠黏劑的固化起到了很好的協(xié)同效應(yīng)。

最后，在以上實驗基礎(chǔ)上，研究了不同固化體系對黏接性能的影響，結(jié)論如下:1)復(fù)合改性大豆蛋白膠黏劑的最佳pH值位于蛋白質(zhì)分子的等電點附近，而最佳尿素添加量為6%;隨著環(huán)氧樹脂/固化劑添加比例的增大，膠合強度逐漸增大，但環(huán)氧樹脂用量越多，體系的的流動性越差，而且成本越高，因此，環(huán)氧樹脂添加量在7% ～10%之間為宜。水性聚酰胺/乙二醛/異氰酸酯復(fù)合固化體系中的水性聚酰胺使得大豆蛋白膠黏劑的涂布性能得到明顯改善，乙二醛可以通過加成反應(yīng)鍵接到大豆蛋白分子鏈上，而高反應(yīng)活性的異氰酸酯也可以實現(xiàn)蛋白質(zhì)分子間的交聯(lián)，因此，三者復(fù)配使用起到了很好的協(xié)同作用，進一步提高了大豆蛋白膠黏劑的耐水膠合強度。2)在相同工藝條件下，三層桉木和三層楊木以及桉楊結(jié)合的膠合強度都達到了國家Ⅱ類板使用要求，其中三層楊木的膠合強度最佳;大豆蛋白膠黏劑的開口陳化時間在2 h以內(nèi)，其預(yù)壓強度和膠合強度滿足生產(chǎn)和使用要求，而最佳單面施膠量在160～200 g/m2之間;在熱壓壓力0.8～1.2 MPa，熱壓溫度控制在125℃ ～130℃之間時，制得膠合板的綜合性能最優(yōu);防腐劑添加量為3‰時，大豆蛋白膠黏劑的儲存期可達18 d，膠合強度仍然大于0.7 MPa，滿足國家Ⅱ類板使用要求。

大豆蛋白膠黏劑;流變行為;固化性能;固化機理;粘接性能