碱性强弱对大豆蛋白胶黏剂胶合强度的影响

刘 慧，安丽平，张 蕾，张晓涛(内蒙古农业大学 理学院，呼和浩特 010018)

木材胶黏剂“三醛胶”(脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂)在使用过程中会释放出对人体有害的甲醛、苯酚等有毒物质[1-2]。因此，用环保的绿色胶黏剂代替传统的“三醛胶”成为一种趋势。大豆蛋白胶黏剂是最具有代表性的绿色环保胶黏剂[3]。大豆蛋白来源广泛、价格低廉，具有氨基、羟基等活性基团，经适当化学改性后可作为功能性成分在食品工业中应用[4]。大豆蛋白受pH的影响较大，其蛋白质二级、三级、四级结构发生不同程度的改变，使原本包裹在球形结构内部的结构翻转、舒展出来，从而改良大豆蛋白的性质，使其更有利于材料的加工与成型[5-6]。然而改性后大豆蛋白的某些结构在酸性条件下易水解，水解后的蛋白质结构松散不稳定，不利于胶黏剂的制作。因此，本文主要研究碱性条件对实验室自制的大豆蛋白胶黏剂的性能影响，为大豆蛋白的利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

杨木单板(40 mm×440 mm×2.0 mm)：河南新乡；改性大豆蛋白胶黏剂(10℃下实验室自制，原料为大豆分离蛋白(纯度≥90%，谷神生物科技集团有限公司)，改性剂为甲醇、SDS、尿素)[7], pH 8.03，固形物含量 8.618%；氢氧化钠。

JJ-1增力电动搅拌器；JY2001电子天平；SFL-50KNAG微机控制万能力学试验机：Shimadzu Corporatton；Spectrum 65傅里叶变换红外光谱仪、DSC-4000差示扫描量热分析仪：PerkinElmer。

1.2 实验方法

1.2.1 不同pH大豆蛋白胶黏剂的制备

将制得的大豆蛋白胶黏剂分为5份。分别用2 mol/L 氢氧化钠溶液滴定至其pH分别为8、9、10、11、12。

1.2.2 胶合强度的测定

用所得pH梯度大豆蛋白胶黏剂对单板双面施胶，施胶量5～10 g，施胶后陈放 10 min，后置于平板硫化机，热压温度140℃条件下热压，单位热压压力为1.2～1.5 MPa，热压时间为 70 s/mm。热压后将其放置24 h，然后锯成100 mm × 25 mm规格的试件，进行干态胶合强度测试，每组至少重复3次，组间数据相差不超过0.1 MPa并取其算数平均值为测试结果[7]。湿态胶合强度按照 GB/T 17657—2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》中Ⅱ类胶合板测试方法，将试件放入(63±3)℃的热水中浸泡 3 h，取出，室温冷却10 min，检测其湿态胶合强度， 拉伸速率 10 mm/min。每组至少重复3次，组间数据相差不超过0.1 MPa，并取其算术平均值为测试结果。

1.2.3 红外光谱测试

分别称取2 g不同pH大豆蛋白胶黏剂于培养皿中，放入烘箱140℃的条件下烘干至恒重，冷却，研磨至粉末状进行红外光谱测试。

1.2.4 DSC测试

称取5～10 mg样品于铝坩埚中加盖测试DSC曲线，升温速率10℃/min、温度范围30～240℃[8]。

2 结果与讨论

2.1 碱性强弱对大豆蛋白胶黏剂胶合强度的影响(见图1)

由图1可知，相同pH下大豆蛋白胶黏剂湿态胶合强度均小于其干态胶合强度。随着碱性增强大豆蛋白胶黏剂的干态胶合强度呈先下降后升高再下降的趋势，pH 11时达到峰值(1.413 MPa)；湿态胶合强度的变化趋势与干态胶合强度大体保持一致，pH 11时达到峰值(1.062 MPa)；由此可见，pH 11为最优，在此条件下胶合强度测试均符合GB/T 9846.3—2004Ⅱ类胶合板的测试标准(≥0.7 MPa)。pH 12时无论是湿态胶合强度还是干态胶合强度都达到最低，改性后蛋白质向次级单位解离的变化伴随着高级结构的不可逆变化，导致蛋白质变性，而pH 12时导致蛋白质结构向更松散的结构转变，此结构的转变对胶合强度有不利影响，所以导致了此状态胶合强度最低的结果[9]。

图1 pH对大豆蛋白胶黏剂胶合强度的影响

2.2 红外光图分析(见图2)

图2 不同pH大豆蛋白胶黏剂红外光谱图

2.3 DSC图谱分析(见图3)

由图3可知，随着pH的增大大豆蛋白胶黏剂的玻璃化转变温度先降低后升高。pH 10时玻璃化转变温度达到最低值76.55℃，pH 12时玻璃化转变温度达到最高值84.74℃。

图3 不同pH大豆蛋白胶黏剂DSC图谱

3 结 论

实验结果表明，随着碱性的增强低温下制取的大豆蛋白胶黏剂的胶合强度呈先下降后升高再下降的趋势。湿态胶合强度变化趋势与干态胶合强度大体保持一致；pH 11时干态胶合强度(1.413 MPa)和湿态胶合强度(1.062 MPa)均达到峰值，且符合GB/T 9846.3—2004Ⅱ类胶合板的测试标准(≥0.7MPa)；不同pH的大豆蛋白胶黏剂的红外图谱吸收峰位置大致未改变只是吸收强度发生改变，从而导致了胶合强度的改变；随着pH的增大大豆蛋白胶黏剂的玻璃化转变温度先降低后升高，pH 10时玻璃化转变温度达到最低值76.55℃， pH 12时玻璃化转变温度达到最高值84.74℃。

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