CN101255328B - 一种生产改性大豆蛋白胶粘剂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种改性大豆蛋白胶粘剂的制备方法。本发明属于一种有机溶剂改性大豆蛋白胶粘剂技术，其主要技术特征是，以大豆浓缩蛋白、大豆分离蛋白、脱脂大豆粉、大豆粕、豆饼中的任何一种为原料，加入有机溶剂乙醇，乙醇的疏水性基团浸入到蛋白分子内部，从而破坏其分子结构，导致蛋白变性，使蛋白分子疏水性氨基酸残基暴露出来，从而提高大豆蛋白的粘接强度和耐水性。本发明的目的是解决豆胶粘接强度低和耐水性差的问题，本发明的豆胶具有优良的粘接质量，使用时对环境无污染，且乙醇可起到消泡剂作用，与未改性豆胶相比具有更高的耐水性和粘接强度。

Description

一种生产改性大豆蛋白胶粘剂的方法

技术领域：

本发明涉及一种有机溶剂改性大豆蛋白技术，特别是一种利用有机溶剂乙醇具有亲水和疏水两性基团特性的一种生产改性大豆蛋白胶粘剂的方法。

背景技术：

大豆蛋白胶粘剂代表着最重要的植物蛋白质胶粘剂，属天然胶粘剂，是人类最早使用的胶粘剂之一，至今已有数千年的历史。它的特点是价格便宜，原料来源较丰富，加工制造使用等方面都比较简便，但其胶接强度低，耐热及耐腐蚀性能差，特别是耐水性差更限制了它的应用。二次世界大战后由于石油工业的发展和合成胶粘剂的出现，石油产品的品质、性能、成本均优越于大豆蛋白产品，大豆蛋白胶粘剂退出了木材胶粘剂的主导市场。正是由于近年来石油资源的日益枯竭及合成胶污染环境，大豆蛋白胶粘剂又重新受到人们的重视。但豆胶的粘接强度低，耐热及耐腐蚀性差，与酚醛树脂和其它蛋白质胶粘剂如血液胶粘剂相比较，最重要的不利因素就是豆胶的抗水性。

为了获得较好的粘结性，粘接胶必须与木材发生化学键合作用，为此，胶粘剂的分子结构必须有高度的极性与木材纤维的极性分子键合，同时，粘接胶能形成大分子的聚合物以减少水溶性从而增强胶的粘接强度。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。改性方法有物理方法和化学方法。

专利CN101024677公开了一种至少由一种乙烯单体和大豆蛋白构成接枝共聚乳液及其制备方法和作为胶粘剂在纸张、木材等多孔材料的应用。但其涉及的反应较多，工艺也很复杂。

专利US20070148339公开了一种采用碱改性植物蛋白再与酚醛、脲醛、三聚氰胺醛、三聚氰胺脲醛等交联剂聚合制备耐水性植物蛋白胶粘剂。酚醛、脲醛、三聚氰胺醛、三聚氰胺脲醛为石油产品，仍然面临石油资源短缺的问题，且因为含有甲醛成分，污染环境问题仍然存在。

专利US6497760公开了一种采用十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠等改性大豆蛋白制得的耐水豆胶。但十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠为表面活性剂，改性后有大量泡沫产生，影响胶的粘接性能，因此还需解决消泡问题。

发明内容：

本发明的目的是针对上述技术中存在的缺陷，提供一种有机溶剂改性大豆蛋白制备豆胶的方法。以有机溶剂乙醇为改性剂与水及大豆蛋白混合，利用乙醇作为表面活性剂的性能，其疏水性基团浸入到蛋白分子内部，从而破坏其分子结构，导致蛋白变性，使蛋白分子疏水性氨基酸残基暴露出来，从而提高大豆蛋白的粘接强度和耐水性。有效的解决了豆胶耐水性差及粘接强度低的问题。

本发明的目的是这样实现的：包括大豆浓缩蛋白、大豆分离蛋白、脱脂大豆粉、大豆粕、豆饼、乙醇，其特征是，以大豆浓缩蛋白、大豆分离蛋白、脱脂大豆粉、大豆粕、豆饼中的任何一种为原料，乙醇为改性剂，将大豆蛋白原料与乙醇及水混合，利用乙醇作为表面活性物质的性能使蛋白分子内部的疏水性基团暴露出来，以提高豆胶的粘接强度和耐水性。其中改性条件为：温度25～77℃，时间为5分钟～10小时。乙醇水溶液浓度为5％～90％，优选为10％～80％。大豆蛋白与乙醇水溶液的质量比为1∶20～1∶1。具体工艺是，向带有机械搅拌装置的普通反应釜中加入自来水和按比例要求的大豆蛋白，启动机械搅拌浆，搅拌15min后，再按照比例加入工业酒精或无水乙醇。或不经搅拌加入蛋白后紧接着加入按比例要求的工业酒精或无水乙醇，随后启动机械搅拌浆，使之搅动浆液，同时通过水夹套或水蒸汽直接接触将反应浆液温度提到指定温度，维持在规定的时间内进行改性。

本发明的核心是采用乙醇水溶液对大豆蛋白改性，影响本发明实施效果的改性条件包括大豆蛋白与乙醇水溶液的质量比、乙醇水溶液浓度、改性温度和时间。

本发明使用的有机溶剂乙醇，既可为工业酒精，也可为无水乙醇。它们的投放量以乙醇在水中的质量浓度表示。投放量的多少由乙醇能够对蛋白改性的有效浓度决定，本发明可采用任何大豆蛋白为原料，如大豆分离蛋白、大豆浓缩蛋白、脱脂大豆粉、大豆粕和豆饼等。其中，优选大豆分离蛋白和大豆浓缩蛋白。底物浓度太高时，大豆蛋白浆液的粘度过高，影响改性效果。另一方面，底物浓度太低，会增加下游处理过程中干燥胶液的难度，且如果改性浆液直接作为胶粘剂使用，因为固含量低会造成粘接强度低，甚至会发生跑胶现象。

本发明的实施效果可以用豆胶的粘接强度和耐水性两个指标衡量。

采用乙醇作为改性剂制备的豆胶具有优良的粘接质量，使用时对环境无污染。乙醇改性的豆胶具有比未改性豆胶更高的耐水性和粘接强度。

改性大豆蛋白胶液可直接作为胶粘剂使用或将乙醇挥发后直接作为胶粘剂使用，也可经冷冻干燥或喷射干燥等方法干燥后磨成粉末储存以备需要时使用。

本发明的改性大豆蛋白胶粘剂适用于纸张和木材的粘接，可适当加入固化剂、偶联剂、稳定剂、阻燃剂、抗冻剂、防霉剂等添加剂。

本发明的优点是所制的豆胶具有优良的粘接质量，使用时对环境无污染，且乙醇可起到消泡剂作用，与未改性豆胶相比具有更高的耐水性和粘接强度。

具体实施方式：

实施例1：向带有机械搅拌装置的普通反应釜中加入90ml自来水，并按照比例要求向其中加入15g大豆浓缩蛋白(干基重量)，启动机械搅拌浆，搅拌15min后，加入60g95％的工业酒精，同时通过水夹套将反应浆液温度提到50℃，维持60min进行改性。在本例中大豆蛋白与乙醇水溶液的质量比为1∶10，乙醇水溶液质量浓度为38％。将制得的胶施到待测样品上测得粘接强度为55.78Mpa。测耐水性经三轮浸泡后的粘接强度为47.54Mpa。

实施例2：与实施例1相同，但不经搅拌加入浓缩蛋白后紧接着加入30g无水乙醇，随后启动机械搅拌浆，并将发酵罐的温度调整为75℃。在本例中大豆蛋白与乙醇水溶液的质量比为1∶8，乙醇水溶液质量浓度为25％。将制得的胶施到待测样品上测得粘接强度为62.14Mpa。测耐水性经三轮浸泡后的粘接强度为53.10Mpa。

实施例3：与实施例1相同，但大豆蛋白原料改为大豆分离蛋白。将制得的胶施到待测样品上测得粘接强度为70.25Mpa。测耐水性经三轮浸泡后的粘接强度为64.29Mpa。

粘接强度的测定：

(1)胶粘木板样品的制备：以胡桃木为待测材料，采用Hettiarachchy et al.，JAOCS，1995，72(12)：1461-1464所描述的方法来制备待测用的木材样品，每个样品长50mm，宽20mm，厚3mm。将三块木材粘在一起，涂布面积为2cm×2cm，蛋白质密度为1.80mg/cm²，标准偏差为±0.04mg/cm²。加压粘接木块。

(2)测定胶粘强度：木材样品的剪切强度(胶粘强度)是由WDT-10型微机控制电子万能实验机测定的，拉伸速度为10mm/min。每个样测6组数据取平均值。

耐水性的测定：根据Hettiarachchy et al所述的方法，将胶粘好的木板样品放置在一容器中，室温下在自来水中浸泡48h，然后在室温下空气干燥48h。每个样制备6个样品，在经过三次的浸泡干燥循环后，测量胶粘木板样品的剪切强度。

Claims (1)

1.一种改性大豆蛋白胶粘剂的制备方法，包括大豆浓缩蛋白、大豆分离蛋白、脱脂大豆粉、大豆粕、豆饼、乙醇，其特征是，以大豆浓缩蛋白、大豆分离蛋白、脱脂大豆粉、大豆粕、豆饼中的任何一种为原料，乙醇为改性剂，将大豆蛋白原料与乙醇及水混合，其中改性条件为：温度25～77℃，时间为5分钟～10小时，乙醇水溶液质量浓度为10％～38％，大豆蛋白与乙醇水溶液的质量比为1∶20～1∶1，具体工艺是，向带有机械搅拌装置的普通反应釜中加入自来水和按比例要求的大豆蛋白，启动机械搅拌浆，搅拌15min后，再按照比例加入工业酒精或无水乙醇，或不经搅拌加入蛋白后紧接着加入按比例要求的工业酒精或无水乙醇，随后启动机械搅拌浆，使之搅动浆液，同时通过水夹套或水蒸汽直接接触将反应浆液温度提到上述指定温度，维持在上述规定的时间内进行改性。