CN111635733B - 一种高稳定性蛋清蛋白粘合剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于粘合剂技术领域，具体涉及一种高稳定性蛋清蛋白粘合剂及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：1)制取蛋清粉水溶液；2)向步骤1)得到的所述蛋清粉水溶液中添加含磷添加剂，然后搅拌，得到改性蛋清溶液；3)将步骤2)得到的所述改性蛋清溶液的pH值调节至与步骤1)得到的所述蛋清粉水溶液的pH值相同，得到所述高稳定性蛋清蛋白粘合剂。本发明采用以蛋清蛋白为原料，与含磷添加剂混合反应，获得可持续的生物基粘合剂。
Description
技术领域
本发明属于粘合剂技术领域，具体涉及一种高稳定性蛋清蛋白粘合剂及其制备方法。
背景技术
甲醛基胶粘剂具有持久的粘接性能，目前每年大约有800万磅的甲醛粘合剂广泛应用于刨花板、胶合板、纤维板等压制木材制品中，而甲醛具有高致癌性和慢性毒性，会对环境和人体健康产生负面影响，因此，对安全、环保、可持续的木材胶粘剂有着强烈的需求。
目前甲醛基粘合剂广泛应用于木制品工业，但甲醛具有高致癌性和慢性毒性，会对环境和人体健康产生负面影响，因此，对安全、环保、可持续的木材粘合剂有着强烈的需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明采用以蛋清蛋白为原料，与含磷添加剂混合反应，获得可持续的生物基粘合剂。
本发明所提供的技术方案如下：
一种高稳定性蛋清蛋白粘合剂的制备方法，包括以下步骤：
1)制取蛋清粉水溶液；
2)向步骤1)得到的所述蛋清粉水溶液中添加含磷添加剂，然后搅拌，得到改性蛋清溶液；
3)将步骤2)得到的所述改性蛋清溶液的pH值调节至与步骤1)得到的所述蛋清粉水溶液的pH值相同，得到所述高稳定性蛋清蛋白粘合剂。
蛋清中富含大量的蛋白质，是一种潜在的环保粘合剂，而且容易获得，价格合理。其中卵白蛋白含量为总蛋白的54％，蛋清蛋白包含大量的疏水氨基酸，具有较好的耐水性。
基于含磷添加剂的加入：一方面，其与蛋清反应，可以增强体系的粘性；另一方面含磷添加剂具有阻燃性；再一方面，其与蛋清反应，可以增加耐热性。基于以上三方面的原因，特别适于作为木材的粘合剂。
具体的，步骤1)中，所述蛋清粉水溶液的质量分数为15-25wt％。
具体的，步骤2)中，向步骤1)得到的所述蛋清粉水溶液中依次添加偏磷酸和甲基磷酸，使其浓度分别为25-35mM和55-65mM。
基于上述技术方案：
阳离子精氨酸残基有助于蛋白质与阴离子木材表面的有效结合，蛋清蛋白和偏磷酸、甲基磷酸充分混匀后，偏磷酸、甲基磷酸中的阴离子电荷或阴离子偶极与蛋清蛋白阳离子精氨酸相互作用，形成阴离子-蛋白静电相互作用，有助于更有效的能量耗散，从而增强蛋清蛋白胶粘剂的强度和耐水性，偏磷酸和甲基磷酸本身具有阻燃性，从而提高了体系的阻燃性。
具体的，步骤2)中，在室温下搅拌。
具体的，步骤2)中，搅拌的转速为200-800r/min，搅拌时间为1-3h。
基于上述技术方案，可以实现含磷添加剂与蛋清蛋白的充分反应。
具体的，步骤3)中，采用盐酸或氢氧化钠调整pH值。
进一步的，步骤1)中，将蛋清和蛋黄分离，得到蛋清液，对得到的蛋清液进行超声处理，再冷冻干燥，得到蛋清粉。
上述技术方案中，蛋清蛋白的粒径较大且分布不均匀，导致其粘合稳定性较低，因此可以采用超声处理，利用其空化作用来分散蛋清蛋白，并且减小蛋清蛋白的粒径。通超声处理和含磷添加剂，可以有效改善蛋清蛋白粘合剂的粘附性能和耐热性。
具体的，超声处理的条件为在100-300W的条件下超声处理10-20min。
具体的，所述的蛋清为鸡蛋的蛋清。
本发明还提供了根据高稳定性蛋清蛋白粘合剂的制备方法制备得到的高稳定性蛋清蛋白粘合剂。
本发明所提供的高稳定性蛋清蛋白粘合剂具有良好的粘性、耐热性和阻燃性。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
实施例1
蛋清蛋白粘合剂的制备：
将干净的鸡蛋的蛋清和蛋黄分离，得到蛋清液，在200W的条件下超声处理15min，然后冷冻干燥后得到蛋清粉置于-20℃储藏备用。取100mL去离子水，将蛋清粉溶于去离子水中，使其含量为20wt％，分别向溶液中添加偏磷酸、甲基磷酸，使其浓度分别为30mM、60mM，在室温下以400r/min的转速搅拌2h，用1M盐酸或氢氧化钠调整各添加溶液的pH值，使其与不添加含磷添加剂的蛋清蛋白溶液的pH值相同。
性能测定：
1)干胶强度测试
使用0.6毫米厚的枫木贴面。用刷子将每种粘合剂制剂涂到两个单板条的一侧和一端，该单板条的面积为12.7mm x 25.4mm。将湿的粘合剂风干10分钟或直至发粘，然后将第二层涂在第一层的顶部，并在同一时间段内再次风干。一对木贴面条的粘性涂胶区域堆叠在一起，形成12.7mm x 25.4mm的粘合区域。然后在3856型Carver压机(Carver Inc.，Wabash，IN，USA)中在80℃和2.76MPa下将十对堆叠的条带(对应于每种粘合剂配方的测试)热压20分钟。使用80℃的较低温度是因为在100℃或更高的温度下，由于蛋清蛋白的强粘合强度，木条显示出一些断裂的趋势。
2)粘合强度测量
使用Zwick拉伸试验机(Zwick GmbH&Co.，德国乌尔姆，德国)以粘合带在剪切模式下测量粘合强度。该仪器装有32毫米x 40毫米鱼鳞网格楔形夹具，并以1毫米/min/的/速度进行操作。粘合强度据报道为最大断裂抗张强度(MPa)和断裂伸长率(％)。每种处理测试十根粘合木条，结果报告为平均值±标准偏差。
3)耐热水试验
使用厚度为1.58毫米的枫木贴面。再次将每种胶粘剂制剂两次涂在每个贴面带的木质面的25.4毫米端。将成对的条重叠并在100℃和1.38MPa下热压10分钟。冷却后，将粘合的木材样品浸入63℃的水浴中4h，然后在室温下干燥24h。然后重复该浸泡-干燥循环，并在Zwick拉伸试验机上测试干燥的粘合样品的最大拉伸强度和断裂伸长率。对于每种粘合剂制剂，评估了十个粘合的复合材料，并将结果报告为平均标准偏差。拉伸强度或断裂伸长率的值越高，则表示对热水处理的抵抗性越高。
超声处理和含磷添加剂可以有效改善蛋清蛋白粘合剂的粘附性能、耐热性和：
1)普通蛋清蛋白的粒径为149nm，经超声处理后蛋清蛋白的粒径为89nm，减小了67.4％；
2)普通的蛋清蛋白粘合剂的抗拉伸强度，断裂伸长率分别为2.35MPa、1.62％，改良后的蛋清蛋白粘合剂为的抗拉伸强度，断裂伸长率分别为3.92Mpa、2.82％,分别提高了66.8％和74.1％；
3)经过热处理之后，普通的蛋清蛋白粘合剂的抗拉伸强度为2.79MPa，改良后的蛋清蛋白粘合剂为的抗拉伸强度为4.63MPa，提高了66.0％。
实施例2
1)将干净的鸡蛋进行打蛋和分离，得到清洁的蛋清液，在230W的条件下超声处理10min，然后冷冻干燥后得到蛋清粉置于-20℃储藏备用。
2)取100mL去离子水，将蛋清粉溶于去离子水中，使其含量为15wt％，分别向溶液中添加偏磷酸、甲基磷酸，使其浓度分别为30mM、45mM。
3)在室温下将混合溶液以350r/min的转速搅拌2.5h，用1M盐酸或氢氧化钠调整各添加溶液的pH值，使其与不添加含磷添加剂的蛋清蛋白溶液的pH值相同。
经过测定分析，得到的改良后的蛋清蛋白粘合剂获得了高于未改良蛋清蛋白粘合剂的抗拉伸强度和断裂伸长率，并且获得了高于未改良蛋清蛋白粘合剂的耐热性。
实施例3
1)将干净的鸡蛋进行打蛋和分离，得到清洁的蛋清液，在250W的条件下超声处理8min，然后冷冻干燥后得到蛋清粉置于-20℃储藏备用。
2)取100mL去离子水，将蛋清粉溶于去离子水中，使其含量为25wt％，分别向溶液中添加偏磷酸、甲基磷酸，使其浓度分别为50mM、50mM。
3)在室温下将混合溶液以380r/min的转速搅拌2h，用1M盐酸或氢氧化钠调整各添加溶液的pH值，使其与不添加含磷添加剂的蛋清蛋白溶液的pH值相同。
经过测定分析，得到的改良后的蛋清蛋白粘合剂获得了高于未改良蛋清蛋白粘合剂的抗拉伸强度和断裂伸长率，并且获得了高于未改良蛋清蛋白粘合剂的耐热性。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所做出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种用于木材的高稳定性蛋清蛋白粘合剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将蛋清和蛋黄分离，得到蛋清液，对得到的蛋清液进行超声处理，再冷冻干燥，得到蛋清粉，将蛋清粉溶于去离子水中，得到蛋清粉水溶液；
2）向步骤1）得到的所述蛋清粉水溶液中依次添加偏磷酸和甲基磷酸，使其浓度分别为25-35mM和55-65mM，然后搅拌使其混合均匀，得到改性蛋清溶液；
3）将步骤2）得到的所述改性蛋清溶液的pH值调节至与步骤1）得到的所述蛋清粉水溶液的pH值相同，得到所述高稳定性蛋清蛋白粘合剂。
2.根据权利要求1所述的高稳定性蛋清蛋白粘合剂的制备方法，其特征在于：步骤1）中，所述蛋清粉水溶液的质量分数为15-25wt%。
3.根据权利要求1所述的用于木材的高稳定性蛋清蛋白粘合剂的制备方法，其特征在于：步骤2）中，在室温下搅拌。
4.根据权利要求1所述的用于木材的高稳定性蛋清蛋白粘合剂的制备方法，其特征在于：步骤2）中，搅拌的转速为200-800r/min，搅拌时间为1-3h。
5.根据权利要求1所述的用于木材的高稳定性蛋清蛋白粘合剂的制备方法，其特征在于：步骤3）中，采用盐酸或氢氧化钠调整pH值。
6.根据权利要求5所述的用于木材的高稳定性蛋清蛋白粘合剂的制备方法，其特征在于：超声处理的条件为在100-300W的条件下超声处理10-20min。
7.根据权利要求6所述的用于木材的高稳定性蛋清蛋白粘合剂的制备方法，其特征在于：所述的蛋清为鸡蛋的蛋清。
8.一种根据权利要求1至7任一所述的制备方法制备得到的用于木材的高稳定性蛋清蛋白粘合剂。
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