大豆蛋白胶黏剂的制备及流变固化行为研究(摘要)

李 玲(1.中国林业科学研究院，北京 100091;2.中国林业科学研究院林产化学工业研究所，江苏 南京 210042)

采用饲料级大豆蛋白粉为原料，通过分步水解、阶梯升温及复合改性方式，制备了粒子大小均匀、体系稳定且具有良好流变行为和固化性能的大豆蛋白胶黏剂，为其工业化推广应用奠定了技术基础。

运用变性与化学修饰的方法充分活化束缚在蛋白质分子中的功能性基团，使得胶黏剂体系的流变行为得到明显改善，并对其理化性能和流变行为进行检测，使其涂布性能满足工业生产要求;然后通过考察不同固化体系的固化性能，实现胶黏剂的进一步交联固化，黏接强度得到进一步提高。通过优化制备工艺和使用现代分析方法对胶黏剂体系的综合性能进行测试，全面阐述胶黏剂的结构、黏度、固体含量、改性剂类型与流变行为、固化性能、耐水胶接强度之间的关系，重点研究其流变行为、固化性能与固化机理。

首先，采用旋转流变仪研究了不同改性剂对流变行为的影响，结果表明:1)大豆蛋白胶黏剂属于有屈服值的假塑性流体，通过触变性测试，得到其屈服值为0.39 Pa，而该体系的平衡剪切黏度随着剪切速率的逐渐升高而下降。2)聚乙烯醇最佳添加量在1.8% ～2.0%之间，所得大豆蛋白胶黏剂的流变行为最佳;水性聚酰胺的加入有利于大豆蛋白胶黏剂涂布性能的提高;而温度对流变行为影响很小，对涂布性能基本没有影响。异氰酸酯交联剂常温下与大豆蛋白胶黏剂没有发生交联反应，且不同添加量的异氰酸酯改性大豆蛋白胶黏剂流变行为与未改性豆胶的流变行为基本一致，说明交联剂对该体系的流变行为没有影响，有利于其生产应用。

其次，考察了大豆蛋白胶黏剂预压强度的影响因素，采用旋转流变仪的动态温度扫描模式表征了其固化性能并初步探讨了体系的固化机理，结果显示:1)PVA最佳添加量在1.5% ～3.5%之间，大豆蛋白胶黏剂的开口陈化时间在2 h以内，预压压力在0.8～1.2 MPa之间，此时胶合板的预压强度大于0.4 MPa，利于胶合板的剪裁与修正。2)蛋白质与异氰酸酯交联剂固化的同时发生交联，而且增大异氰酸酯交联剂的用量，也有利于其分子之间的内聚交联反应。3)复合交联剂水性聚酰胺/乙二醛/异氰酸酯固化体系，实现了蛋白质分子、改性剂之间的相互交联固化，使得交联程度更加充分，对大豆蛋白胶黏剂的固化起到了很好的协同效应。

最后，在以上实验基础上，研究了不同固化体系对黏接性能的影响，结论如下:1)复合改性大豆蛋白胶黏剂的最佳pH值位于蛋白质分子的等电点附近，而最佳尿素添加量为6%;随着环氧树脂/固化剂添加比例的增大，胶合强度逐渐增大，但环氧树脂用量越多，体系的的流动性越差，而且成本越高，因此，环氧树脂添加量在7% ～10%之间为宜。水性聚酰胺/乙二醛/异氰酸酯复合固化体系中的水性聚酰胺使得大豆蛋白胶黏剂的涂布性能得到明显改善，乙二醛可以通过加成反应键接到大豆蛋白分子链上，而高反应活性的异氰酸酯也可以实现蛋白质分子间的交联，因此，三者复配使用起到了很好的协同作用，进一步提高了大豆蛋白胶黏剂的耐水胶合强度。2)在相同工艺条件下，三层桉木和三层杨木以及桉杨结合的胶合强度都达到了国家Ⅱ类板使用要求，其中三层杨木的胶合强度最佳;大豆蛋白胶黏剂的开口陈化时间在2 h以内，其预压强度和胶合强度满足生产和使用要求，而最佳单面施胶量在160～200 g/m2之间;在热压压力0.8～1.2 MPa，热压温度控制在125℃ ～130℃之间时，制得胶合板的综合性能最优;防腐剂添加量为3‰时，大豆蛋白胶黏剂的储存期可达18 d，胶合强度仍然大于0.7 MPa，满足国家Ⅱ类板使用要求。

大豆蛋白胶黏剂;流变行为;固化性能;固化机理;粘接性能