關于使用大豆蛋白作為生態板粘合劑,是目前值得研究的領域,因為消費者對于健康安全的生態板需求激增,而生態板粘合劑又是甲醛排放的主要來源,大豆蛋白作為粘合劑的使用環保性更好。大豆蛋白在生態板生產中的商業用途始于20世紀30年代,當時粘合劑主要用于造紙業,也用作涂料和油漆中的粘合劑。
用作生態板粘合劑的大豆蛋白通過苛性堿處理變性,常具有較短的適用期,生物穩定性較差,固體含量較低,壓制時間慢,耐水性非常差,這些缺陷限制了它們用于板材的應用。1在20世紀60年代,大豆基粘合劑被合成粘合劑取代,例如苯酚,甲醛,之類的粘合劑,但是這些合成粘合劑危害很大。
如今新開發的大豆粘合劑具有更高的耐水性,比早年的產品性能更強,作為木材粘合劑,大豆蛋白質便宜,易于處理,具有低的壓制溫度,并且可以粘合具有相對高水分含量的木材,具有高粘度和一定適用期。
蛋白質粘合劑對溫度,pH,離子強度和壓制條件的變化非常敏感,粘合性能高度依賴于蛋白質含量,通過低固體含量,蛋白質水解,可以降低粘合劑的粘度??梢允褂脽峥列詨A或酶處理反應進行水解,水解將蛋白質大分子分解成小段,導致鍵合強度降低。使用大豆粘合劑的適合一些刨花板的木材生產,比大多數甲醛基粘合劑更合適。
為了使用蛋白質作為粘合劑,需要對粘合劑改性暴露更多極性基團,通過氫鍵進行溶解和鍵合。變性是用于改變蛋白質分子的結構而不斷裂共價鍵的變形。解開蛋白質親水基團以進行,通過熱酸堿,有機溶劑,洗滌劑或尿素而變性。研究表明,洗滌劑濃度和pH值都對改性大豆分離蛋白的粘合強度有顯著影響??捎媚蛩卣归_蛋白質復合物,氧氫原子與蛋白質的羥基相互作用,分解蛋白質體內的氫鍵,尿素以非常高的濃度破壞蛋白質的二級結構,對蛋白質的粘合性能產生負面影響,大豆蛋白也可用十二烷基磺酸鈉,十二烷基苯磺酸鈉和酶處理,以分解蛋白結構。
氫氧化鈉可以使較高分子量的大豆蛋白變性。變性后,通過添加甲醛和苯酚來穩定蛋白質,加入甲醛后發生蛋白質交聯反應。以此可以替代PF樹脂,大豆蛋白的化學修飾增加其粘附性能,與氨基相比,更容易與大豆蛋白中的羥基反應,然而僅這種改性不足以提高耐水性。
大豆蛋白在聚酮基生態板粘合劑中進行測試,如生物降解性,光降解,對酸,堿和溶劑的耐化學性,和抗電解腐蝕的穩定性,用大豆蛋白代替一些聚酮不會影響粘合劑的性能,并且由于大豆蛋白的價格較低,因此可用性也很高。
不同蛋白質對添加劑的反應不同,大豆蛋白分離物的粘合性和耐水性優于堿改性后的小麥谷蛋白。具有改善的機械和防水性能的木質素改性大豆蛋白粘合劑,通過添加基于大豆油的水性聚氨酯也改善了大豆粘合劑的耐水性。
大豆蛋白與甲醛和合成樹脂,交聯反應通常容易逆轉,非共聚的大豆粘合劑在固化后保持水溶性,并且對水分敏感,提高大豆蛋白含量粘合劑的耐水性,通過適當的變性,穩定化和交聯反應。通過使大豆粉變性,改性和共聚來克服這個問題。變性后通過與甲醛反應增加穩定性,甲醛制備大豆粉用于共聚合,減少了生物降解。
與合成粘合劑相比,用大豆蛋白部分替代合成樹脂,降低樹脂的反應性并增加粘度,作為改性劑添加到UF樹脂中可以減少甲醛排放。與100%大豆粘合劑相比,性能得到改善。使用大豆蛋白來部分替代PF粘合劑也有缺陷,因為大豆蛋白的胺基在PF制劑的堿性條件下不能很好地反應,使用含40%大豆的大豆PF樹脂生產生態板,具有良好的耐水性。
常用的大豆蛋白粘合劑交聯劑是聚酰胺,由于聚酰胺具有低固含量和高粘度,使用由表氯醇和氫氧化銨在水中反應得到的新固化劑。通過添加NaOH來改善耐水性,作為大豆蛋白的交聯劑具有很好的應用。
生物基粘合劑為生態板生產的可持續解決方案,替代目前用于人造板工業的UF和MUF粘合劑,可以顯著減少甲醛排放。還能減少對化石燃料的依賴,然而生物基粘合劑存在幾個問題,如缺乏附著力,富含羥基的材料的耐水性差這些還有待改善。大豆蛋白粘合劑具有廣闊的前景,開發新的交聯劑和固化劑使得商業化應用比較成功,雖然成本較高,的但由于相對較低的價格和作為副產品的大豆蛋白,還有進一步的開發潛力。環保的相對容易處理,低壓制溫度,降低了生產成本。