堿性強(qiáng)弱對(duì)大豆蛋白膠黏劑膠合強(qiáng)度的影響

劉 慧，安麗平，張 蕾，張曉濤(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，呼和浩特 010018)

木材膠黏劑“三醛膠”(脲醛樹脂、酚醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂)在使用過程中會(huì)釋放出對(duì)人體有害的甲醛、苯酚等有毒物質(zhì)[1-2]。因此，用環(huán)保的綠色膠黏劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“三醛膠”成為一種趨勢(shì)。大豆蛋白膠黏劑是最具有代表性的綠色環(huán)保膠黏劑[3]。大豆蛋白來源廣泛、價(jià)格低廉，具有氨基、羥基等活性基團(tuán)，經(jīng)適當(dāng)化學(xué)改性后可作為功能性成分在食品工業(yè)中應(yīng)用[4]。大豆蛋白受pH的影響較大，其蛋白質(zhì)二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生不同程度的改變，使原本包裹在球形結(jié)構(gòu)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)翻轉(zhuǎn)、舒展出來，從而改良大豆蛋白的性質(zhì)，使其更有利于材料的加工與成型[5-6]。然而改性后大豆蛋白的某些結(jié)構(gòu)在酸性條件下易水解，水解后的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)松散不穩(wěn)定，不利于膠黏劑的制作。因此，本文主要研究堿性條件對(duì)實(shí)驗(yàn)室自制的大豆蛋白膠黏劑的性能影響，為大豆蛋白的利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

楊木單板(40 mm×440 mm×2.0 mm)：河南新鄉(xiāng)；改性大豆蛋白膠黏劑(10℃下實(shí)驗(yàn)室自制，原料為大豆分離蛋白(純度≥90%，谷神生物科技集團(tuán)有限公司)，改性劑為甲醇、SDS、尿素)[7], pH 8.03，固形物含量 8.618%；氫氧化鈉。

JJ-1增力電動(dòng)攪拌器；JY2001電子天平；SFL-50KNAG微機(jī)控制萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)：Shimadzu Corporatton；Spectrum 65傅里葉變換紅外光譜儀、DSC-4000差示掃描量熱分析儀：PerkinElmer。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 不同pH大豆蛋白膠黏劑的制備

將制得的大豆蛋白膠黏劑分為5份。分別用2 mol/L 氫氧化鈉溶液滴定至其pH分別為8、9、10、11、12。

1.2.2 膠合強(qiáng)度的測(cè)定

用所得pH梯度大豆蛋白膠黏劑對(duì)單板雙面施膠，施膠量5～10 g，施膠后陳放 10 min，后置于平板硫化機(jī)，熱壓溫度140℃條件下熱壓，單位熱壓壓力為1.2～1.5 MPa，熱壓時(shí)間為 70 s/mm。熱壓后將其放置24 h，然后鋸成100 mm × 25 mm規(guī)格的試件，進(jìn)行干態(tài)膠合強(qiáng)度測(cè)試，每組至少重復(fù)3次，組間數(shù)據(jù)相差不超過0.1 MPa并取其算數(shù)平均值為測(cè)試結(jié)果[7]。濕態(tài)膠合強(qiáng)度按照 GB/T 17657—2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》中Ⅱ類膠合板測(cè)試方法，將試件放入(63±3)℃的熱水中浸泡 3 h，取出，室溫冷卻10 min，檢測(cè)其濕態(tài)膠合強(qiáng)度， 拉伸速率 10 mm/min。每組至少重復(fù)3次，組間數(shù)據(jù)相差不超過0.1 MPa，并取其算術(shù)平均值為測(cè)試結(jié)果。

1.2.3 紅外光譜測(cè)試

分別稱取2 g不同pH大豆蛋白膠黏劑于培養(yǎng)皿中，放入烘箱140℃的條件下烘干至恒重，冷卻，研磨至粉末狀進(jìn)行紅外光譜測(cè)試。

1.2.4 DSC測(cè)試

稱取5～10 mg樣品于鋁坩堝中加蓋測(cè)試DSC曲線，升溫速率10℃/min、溫度范圍30～240℃[8]。

2 結(jié)果與討論

2.1 堿性強(qiáng)弱對(duì)大豆蛋白膠黏劑膠合強(qiáng)度的影響(見圖1)

由圖1可知，相同pH下大豆蛋白膠黏劑濕態(tài)膠合強(qiáng)度均小于其干態(tài)膠合強(qiáng)度。隨著堿性增強(qiáng)大豆蛋白膠黏劑的干態(tài)膠合強(qiáng)度呈先下降后升高再下降的趨勢(shì)，pH 11時(shí)達(dá)到峰值(1.413 MPa)；濕態(tài)膠合強(qiáng)度的變化趨勢(shì)與干態(tài)膠合強(qiáng)度大體保持一致，pH 11時(shí)達(dá)到峰值(1.062 MPa)；由此可見，pH 11為最優(yōu)，在此條件下膠合強(qiáng)度測(cè)試均符合GB/T 9846.3—2004Ⅱ類膠合板的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(≥0.7 MPa)。pH 12時(shí)無論是濕態(tài)膠合強(qiáng)度還是干態(tài)膠合強(qiáng)度都達(dá)到最低，改性后蛋白質(zhì)向次級(jí)單位解離的變化伴隨著高級(jí)結(jié)構(gòu)的不可逆變化，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，而pH 12時(shí)導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)向更松散的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，此結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變對(duì)膠合強(qiáng)度有不利影響，所以導(dǎo)致了此狀態(tài)膠合強(qiáng)度最低的結(jié)果[9]。

圖1 pH對(duì)大豆蛋白膠黏劑膠合強(qiáng)度的影響

2.2 紅外光圖分析(見圖2)

圖2 不同pH大豆蛋白膠黏劑紅外光譜圖

2.3 DSC圖譜分析(見圖3)

由圖3可知，隨著pH的增大大豆蛋白膠黏劑的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度先降低后升高。pH 10時(shí)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到最低值76.55℃，pH 12時(shí)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到最高值84.74℃。

圖3 不同pH大豆蛋白膠黏劑DSC圖譜

3 結(jié) 論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著堿性的增強(qiáng)低溫下制取的大豆蛋白膠黏劑的膠合強(qiáng)度呈先下降后升高再下降的趨勢(shì)。濕態(tài)膠合強(qiáng)度變化趨勢(shì)與干態(tài)膠合強(qiáng)度大體保持一致；pH 11時(shí)干態(tài)膠合強(qiáng)度(1.413 MPa)和濕態(tài)膠合強(qiáng)度(1.062 MPa)均達(dá)到峰值，且符合GB/T 9846.3—2004Ⅱ類膠合板的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(≥0.7MPa)；不同pH的大豆蛋白膠黏劑的紅外圖譜吸收峰位置大致未改變只是吸收強(qiáng)度發(fā)生改變，從而導(dǎo)致了膠合強(qiáng)度的改變；隨著pH的增大大豆蛋白膠黏劑的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度先降低后升高，pH 10時(shí)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到最低值76.55℃， pH 12時(shí)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到最高值84.74℃。

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