改性大豆蛋白胶粘剂的研究进展

    慧聪涂料网讯：随着全世界不可再生资源的日渐枯竭和人类对环境问题的日益关注，如何利用大宗农产品等可再生资源生产环保型的绿色化工产品已经引起世界各国工业界的重视。植物蛋白是大宗农产品加工的主要副产品，有丰富的来源。植物蛋白不仅是重要的食品原料，而且在非食品领域也有广泛的应用。就大豆蛋白胶粘剂而言，早在1923年，Ｊｏｈｎｓｏｎ申请了大豆蛋白胶粘剂的专利。1930年大豆蛋白脲醛树脂木板胶粘剂(杜邦公司)，由于粘接强度较弱及生产成本过高，未能大量使用。大豆蛋白胶粘剂粘接强度低且耐水性差，而合成粘合剂克服了上述缺点。资料显示，冷轧大豆蛋白胶粘剂市场占有率1954年为28%，而到1970年几乎为零。但是，合成胶粘剂在生产、运输和使用时有的会释放酚和甲醛，带来环境问题。近几十年来，特别是对于木材胶粘剂，由于胶粘剂市场的扩展，全球石油资源的有限性和环境污染问题日益受到关注，使得胶粘剂工业重新考虑新型天然胶粘剂，致使大豆蛋白胶粘剂再次成为研究热点。

    重要的是，蛋白质改性技术的发展为改善大豆蛋白胶粘剂的性能提供了可能。例如化学交联的大豆蛋白水解物具有均匀和稳定的分散性以及在纸张成型中的热稳定性，可作为涂料配方中的胶粘剂和束缚剂，可明显改善纸张的印刷性能。国外诸多文献报道显示，改性大豆蛋白胶粘剂的粘接强度、黏度稳定性、耐水性等都较未改性的有所改善，有的甚至可以与商业用酚醛树脂胶粘剂媲美;且研究木材及纸张涂料用胶粘剂较多，而国内几乎没有研究，停留在传统的豆胶阶段。因此，本文综述了制备大豆蛋白胶粘剂相关的大豆蛋白改性技术、大豆蛋白胶粘剂的特性及其应用。

    1大豆蛋白的改性

    蛋白胶的粘接强度取决于蛋白胶在水中的分散性以及蛋白质的极性和非极性基团同粘接基材的相互作用，而蛋白质改性为此提供了可能。文献报道可用来改善大豆蛋白胶粘剂性能的改性方法主要有降解、二硫键的断裂、交联、酰化、氧化以及与烷基硅反应、与合成乳液共聚等。

    1.1蛋白质的变性

    通常用于蛋白质变性的方法包括:热处理，酸、碱变性，暴露于有机溶剂、表面活性剂和脲中。

    一般采用的碱性试剂包括:ＮａＯＨ、Ｃａ(ＯＨ)2、硼砂、Ｎａ2ＨＰＯ4、氢氧化铵等，也可以采用碱性试剂混合物，例如ＮａＯＨ和Ｃａ(ＯＨ)2，或者ＮａＯＨ和镁盐等。Ｈｅｔｔｉａｒａｃｈｃｈｙ等研究制备碱改性大豆蛋白胶粘剂(ＡＭＳＰ)用于粘接木材，粘接强度提高，耐水性增强，最优条件为50℃，ｐＨ值为10.0。而弱碱性试剂，例如Ｃａ(ＯＨ)2、硼砂、Ｎａ2ＨＰＯ4、氢氧化铵等改性可以得到无碱斑的胶粘剂，但是粘接强度较低，可用于纸张涂布用胶粘剂。

    适当的盐离子作用改善大豆蛋白胶粘剂的黏度，而不影响其粘接强度和耐水性。Ｋａｌａｐａｔｈｙ等研究表明，黏度和粘接强度随着盐的浓度的增加而降低。用0.1ｍｏｌ•Ｌ-1的ＮａＣｌ、Ｎａ2ＳＯ4/Ｎａ2ＳＯ3改性，降低了大豆蛋白的黏度，而对粘接强度和耐水性没有显著的影响。

    ＸｉｕｚｈｉＳｕｎ等对脲、ＳＤＳ、ＳＤＢＳ、盐酸胍改性大豆蛋白制备木材用胶粘剂进行了研究，表明改性后的大豆蛋白的粘接性能均有提高。湿热、干热、研磨、冷冻、高压、辐射和高频声波也可以用来变性大豆蛋白。但是，蛋白的粘接性能下降。有机溶剂也可以起同样的作用，但是增加了加工成本。

    1.2交联改性

    硫化物是大豆蛋白分散液的强交联剂，例如ＣＳ2、二(或三)硫代碳酸亚乙酯、硫脲和黄原酸钾等。它们可以用来改善耐水性、使用期和稠度(ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ)。其他可用于碱性大豆蛋白分散液的交联剂是可溶性的铜、铬、锌和脂肪族环氧化物。环氧化物是碱性大豆蛋白胶粘剂的活性固化剂，制得的产品粘接强度高，耐久性强，但是成本高。

    甲醛单体或者加成物可以交联和变性大豆蛋白，改善大豆蛋白胶粘剂的耐水性、使用期、粒度均匀性、装配时间和固化行为，增加增水性。这类化合物包括:三羟甲基硝基甲烷、二甲基脲、甲醛二硫化钠、醛化淀粉、甘油醛、脲醛树脂、甲基苯酚等。甲醛和多聚甲醛是活性很高的交联剂，会导致凝胶过熟。因此，在胶混合的最后阶段，加入低浓度的活性醛类就足够了，一般为0.1%～1%。

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