大豆蛋白的粘结质量与刨花板中浓缩粘合剂的研究外文翻译资料

 2022-05-27 10:05

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大豆蛋白的粘结质量与刨花板中浓缩粘合剂的研究

E。M。Ciannameabull;J。F。Martuccibull;P。M。Stefanibull;R。A。Ruseckaite

摘要：本研究的目的是提高以稻壳(RH)为木材替代品和大豆蛋白精矿(spc)的中密度刨花板的粘结质量和耐水性，通过spc的化学改性作为粘合剂。碱(A)、柠檬酸(CA)和硼酸(BA)用于修饰蛋白质和碳水化合物复合物在SPC。采用傅里叶变换红外、差分扫描量热、热重分析和初始表观粘度测量等方法对SPC的化学处理效果进行了研究。根据内部粘结(IB)和物理性质对板的性能进行了评价。结果表明，由硼酸处理的SPC板，由于RH纤维素无定形区的交联反应与暴露的OH群，在2和24小时内表现出最高的IB和最低的吸水性和厚度肿胀。结果表明，硼酸acidmodified–SPC粘结板符合美国标准ANSIA208。1推荐的IB的要求-2009用于M1、MS、M2和M3-grade中密度刨花板，但未能通过所需的厚度膨胀。这一问题的BSPC-RH板补偿的好处是无甲醛，使其适合室内应用。

关键字：大豆、浓缩蛋白、稻壳、刨花板、化学修改

1、介绍

矿物资源的稀有性和价格的不断波动，加上合成商业胶粘剂中甲醛排放引起的污染问题日益严重，这些问题迫使我们积极寻找良性和可持续的胶水，用于胶合板和刨花板配方[1]。作为替代品，基于蛋白质本身衍生的粘合剂已成为具有吸引力的生物材料，因为蛋白质代表了最便宜和最丰富的生物学饲料库存，大量可用。作为起始材料，它有大量优点，如低毒性和固有的生物降解性[2]。目前，不同类型的植物或动物蛋白的蛋白质粘合剂已经证明至少与合成的相比，使用会更加安全。许多研究在文献报道了蛋白质的多种来源途径，例如大豆蛋白质[1-11]，麦子蛋白质[11]，母牛血液[12]，等。目前，主导产业正在寻求环保型胶粘剂，以此表明农业残滓的工业应用是环境友好型和赢利的。

阿根廷是仅次于美国和巴西的第三大大豆生产国(5400万吨2009/2010)[13]，目前生产的大部分用于出口(2009年/2010约750万吨)。大豆残留物(如船体、蛋白质)的回收利用，可使新的经济型产品具有更强的附加值。这反过来又会给农业带来更好的经济回报，从而减轻石油产品的负担。

许多商业上提供的大豆蛋白等级不同，例如脱脂大豆粉(SF)含有约50%种蛋白质，大豆分离蛋白(SPI)，含有约90%蛋白质和大豆蛋白浓缩物(SPC)，通过去除脱脂面粉中的可溶性糖，剩余的蛋白质和不溶性碳水化合物约占65–70%[2]。据报道，大豆蛋白在用不同的化学物质(如碱[3]处理后部分展开，胶粘剂和基体之间的物理化学亲和性也与粘合相关。这可以通过化学或物理相互作用在大豆蛋白质极性小组和暴露的羟基小组之间从纤维素基体或由蛋白质粘合剂的渗透促进的机械结合入纤维素基板显微结构[6]。然而，大豆蛋白基胶粘剂的大规模应用受到限制，其耐水性较差。最后的约束可以通过冷冻干燥来克服，在贮存过程中保存的粘合剂，并在预期的应用之前重新水化粉末。因此，目前胶粘剂的发展面临的挑战是提高纤维素基体的防潮性和附着力，提高粘结质量。

尽管在文献中报道了关于改性大豆蛋白胶粘剂的广泛工作，但大多数数据都与SPI有关，信息有限，目前在经济上更有利和更有希望的可再生蛋白来源如SPC。本研究的目的是提高用碱、柠檬酸和硼酸改性的SPC基板粘结剂的粘结质量。据报道，柠檬酸和硼酸可能会与暴露在蛋白质和纤维素基质中的OH基团发生反应，在蛋白质和基体之间建立交叉链接增加胶合强度。除酯类形成外，据报道硼酸还会产生蛋白质硼酸作为木材防腐剂[16]可能增强刨花板的耐久性。因此，本研究的目的是研究对SPC的化学处理对稻壳基刨花板的粘附强度和防潮性能的贡献。研究了化学改性对SPC浆料结构、热性能和表观粘度的影响。对所生产的面板的性能也进行了评估，从内部粘结(IB)，吸水性(瓦)和厚度膨胀(TS)。刨花板配方根据ANSIA208。1-2009[17]对M1、MS、M2和M3-grade中密度刨花板的要求进行了测试。

2、材料和方法

2.1材料

大豆蛋白精矿(SPC，索肯和平S110)，平均粒径，约100目。平均组成：7%水分，69%蛋白，1。05%脂肪，3。5%纤维，6%灰和约15%淀粉酶，主要是纤维素。稻壳(RH)是由Rıacute;os(阿根廷)当地的大米加工业提供的。因为有恒定的平均维度因此可以省略接地和筛分作业。经过连续洗涤后，RH在空气循环烘箱(约8wt%)的环境条件下干燥为平衡水分。这种材料储存在密封的塑料容器中，以防止微生物污染（真菌)。所有用于化学处理的试剂均为分析级:氢氧化钠(氢氧化钠、Anedra、阿根廷);柠檬酸一水合物(CA，C6H8O7。H2O)，次磷酸钠(NaH2PO2。H2O)和硼酸(BA，H3波3)，均从西格玛化学公司(圣路易斯，MO)购买。

2.2方法

2.2.1SPC修改

未修改的大豆蛋白精矿(USPC)胶粘剂是根据文献描述的方法[7]所编写。SPC粉末分散在蒸馏水中，比例为1:10。匀速磁性搅拌，500rpm2小时的环境温度(20plusmn;2C)。通常情况下，SPC(10克)被分散在0。2wt%氢氧化钠溶液(100毫升)。硼酸处理-spc(BSPC)是通过添加3wt%H3BO3溶液到spc浆(spc:蒸馏水比率1:10)在室温混合。用电子pH计(CrisonBasic-20，巴塞罗那，西班牙)测量BSPC色散的最终pH值约为6。柠檬酸处理-spc(CSPC)是通过添加10克spc粉成7wt%柠檬酸溶液(基于干SPC)在500rpm搅拌1h。

通常会催化柠檬酸交联反应，以加速反应速率并减少交联温度[5-14]。在这项工作中，4wt%NaH2PO4(在干SPC基础上)被添加到所合成的浆料中，并在室温下(20plusmn;2C)再次搅拌1小时。CSPC浆的pH值为4。65。未经修改的和化学处理的SPC样品是冷冻干燥(台式，Virtis，美国)，磨碎在一个砂浆和保存在干燥进一步分析和表征。

2.2.2差分扫描量热(DSC)

DSC实验是使用DSC-50(PerkinElmer，沃森，MA，美国)进行的。样品重量在5–7毫克范围之内。该仪器用高纯度铟在20Cmin-1上校准。

衰减总反射率-傅里叶变换红外光谱(ATR–FTIR)

光谱记录在一个热科学尼科莱特6700光谱仪(威斯康星州，美国)。所有的运行都是在400和4000cm-1之间执行，使用衰减的总反射(atr)附件与一个金刚石ATR晶体使用32扫描与4cm-1分辨率。

2.2.3Thermogravimetrical分析

非等温TGA测量是使用热重分析仪TGADTGA日本岛津50(日本日本岛津公司)进行的。。样品重量约为7–10毫克。初始分解温度(t0)被定义为1%的重量损失。最大分解率(tmax)的温度从归一化导数曲线的最大值得到。用经典的小泽一郎的方法[18]来估计动力学参数。表观活化能(Ea)是由阿伦尼乌斯方程定义的对数b(b加热速率)与T-1的图块的斜率确定的。

2.2.4表观粘度

用布鲁克菲尔德DVIII板和锥粘度计(米德保罗，MA)在2。25–750-1的剪切速率范围内测量了SPC胶粘剂的表观粘度。

2.2.5刨花板配方及加工

面板是根据我们以前的工作中描述的过程生成的[7-8]。RH与8%MC被混合了以获得的SPC为基础的胶粘剂(10wt%固体)。轨道桨搅拌机(M。B。Z。，San胡斯托，布宜诺斯艾利斯，阿根廷)在环境温度(第20-22C)搅拌10分钟。最后的SPC-RH混合物在70度干燥，直到达到40%的水分(约3h设置)。平衡混合物随后被热压(急救人员，布宜诺斯艾利斯，阿根廷)成刨花板在30930cm2钢模子装备与中止达到同样厚度(0。55cm)。。按压时间、温度和压力分别为10分钟、140。2C和2。9兆帕。将目标散装密度(0。800。05克厘米-3)测量浓度，并确定在一个自制的环境室中，在65%相对湿度和23英寸2C的样品中放置7天。在空气循环烘箱(梅特勒AJ50，Greifensee，瑞士)干燥后，在同一样品上测定的水分含量为24小时。所获得的板被修剪，以避免边缘效应。

2.2.6内部粘结强度、吸水率和厚度膨胀度评价

根据ASTMD1037-93标准程序[19]测量内部粘结强度(IB)，对基于SPC的胶粘剂作为RH基板粘结剂的性能进行了评估。IB测量是在5cmX95cm正方形探头的一个英斯特朗4467通用测试机(高威科姆，白金汉郡，英格兰)，十字头速度1。33毫米。在测试前7天，所有样品的条件为65，5%相对湿度20，2C。。根据ASTMD1037-93标准方法[19]，还测量了吸水性(WA)和厚度膨胀(TS)。矩形样品(609120毫米2)浸泡在室温下的水中为2、24h，以评估短期和长期变化。浸泡后立即测定增重和厚度的百分比。

3、结果和讨论

修改spc的目的是为了提高基于spc的胶水的粘结质量和耐水性。所有的反应都是在室温下进行的，以限制热修改[4]和广泛的蛋白质在碱性和酸性条件下水解。低蛋白质水解可以产生合适的平均摩尔质量的肽链，可以通过扩散到纤维素基板(6)来提高蛋白质的结合能力，但蛋白质水解程度高可能会导致过多的粘合渗透到纤维素基体中，减少粒子间的粘附。通过考察其对蛋白质结构的影响、蛋白质分散剂的粘度以及结合强度和耐水性的板的性能，对SPC的每种化学处理效果进行了评价。

3.1化学修饰对蛋白质结构的影响

据报道，大豆蛋白在使用不同的化学药品处理后部分展开[5-8]。部分展开的蛋白质分子与一定数量的二级结构可能是可取的蛋白质黏附力[10]。当蛋白质分子在溶液中分散和展开时，具有一定量二次结构的部分展开分子增加了基体表面的接触面积和粘附力，并在固化过程中相互作用，以实现键合强度[10]。如果化学试剂不能完全变性蛋白质，则应通过dsc在dsc级数中摄取大量的热量，检测出蛋白质的剩余本机结构。未修改SPC的DSC曲线(图1)仅在70–100度范围内显示了一个大型吸热带，对应于freeze–drying过程后剩余水的去除。

图1未修改和修改的SPC的DSC级数第一次扫描b第二扫描

从这些发现可以假设，在SPC中存在的本机结构并没有导致级数的峰值，因此，未修改的SPC可以被认为几乎完全变性。这起源于从大豆面粉生产SPC的标准工业热过程[2]。温度大于200C的事件更有可能归因于热降解，稍后由TGA分析证实。经过化学处理后，没有发现新的峰值或重大变化(图1)建议在大豆蛋白中没有进一步的结构构象变化。

为了更好地了解化学修饰引入的潜在变化，ATR–FTIR分析了SPC样品，并在图中给出了归一化光谱。

图2控制和化学修饰SPC的开斋节谱

未修改的SPC显示的相关性峰值为1632、1532和1230cm-1，其特征为酰胺I(C=O拉伸)、酰胺II(N–H弯曲)和酰胺III(C–N和N–H拉伸)。峰值在1064cm-1。1600和1700cm-1之间的光谱区域由酰胺I波段主导，它主要代表酰胺基团的C=O拉伸振动(耦合到N–H的平面弯曲和C–N键的拉伸)，是最常用于获取有关蛋白质二级结构的信息。酰胺II波段，在1600和1500cm-1之间相似地由链子振荡支配，但蛋白质二级结构和频率的相关性比对酰胺I振动是不直接的。根据酰胺I数据，USPC的变性状态(由DSC确定)仍然保留象螺旋状(1，649–1，655cm-1)、随机线圈(1，638–1，648cm-1)、b板料(1，606–1，639cm-1)和b-转(1，660–1，700cm-1)[20]。经过化学处理后，大多数大豆蛋白结构被保存(参见图中的插图2)。因此，与DSC结果相反，FTIR分析进一步揭示，在所有研究的条件下，一定数量的次生结构可能被部分保存。然而，已检测到酰胺I波段的位置和新峰的发生变化。ASPC的光谱显示了与USPC中发现的相似的特征。相比之下，酰胺I波段的转移向低频(图2)SPC中的b表内容随CA修改而减少，这可能是由于存在盐类，如NaH2PO4。由于C=O和C–O酯拉伸而导致新峰值在1730和1155厘米-1上的出现(参见图中的箭头，随着吸收带在1064厘米-1的伴随下降，C–O在SPC中碳水化合物含量的拉伸，进一步证明了柠檬酸与羟基的酯化反应。碳水化合物在SPC中很复杂。类似的峰

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