胶合板用聚电解质相互作用增强的亚麻荠蛋白胶粘剂
背景介绍:
亚麻荠是一种油料作物,亚麻荠种子含油量约为39%。目前的研究主要集中在利用亚麻荠油作为生物能源,例如作为航空燃料和生物柴油。脱脂亚麻荠粉含有大约40%的蛋白质、12%的纤维以及少量的维生素。亚麻荠蛋白主要用于动物饲料添加剂。基于大豆蛋白与亚麻荠蛋白氨基酸组成的相似性,亚麻荠蛋白具有替代大豆蛋白在生物材料中作为新资源的潜力。改性亚麻荠蛋白粉可以用于热塑性塑料、木材粘合剂。然而,天然亚麻荠蛋白胶粘剂的机械强度较弱,不适合工业应用。为了提高亚麻荠蛋白粘合剂的性能,需要对天然蛋白的结构进行修饰,从而产生更舒展、更灵活的多肽链,以此改善蛋白质与固体表面的附着,并将界面产生的应力集中分布到聚集体。聚电解质化合物的电解质基团中既含有不同链长的阳离子或阴离子,也含有主链上的其他官能团,可以与蛋白发生相互作用。蛋白质-聚电解质的相互作用源于不均匀带电的蛋白质与柔性带电的聚电解质链之间的相互作用。通过带电基团之间的静电相互作用以及聚电解质的疏水段和蛋白质的疏水基团之间的疏水相互作用形成强键。因此,蛋白质胶粘剂的三维网络会得到加强,提高胶粘剂的耐水性和胶合强度。
研究方法:
首先通过碱溶酸沉法提取亚麻荠蛋白(C),将其均匀分散在水中后加入四羟甲基氯化磷(T)、十一碳烯酸(UA)以及水性聚氨酯(WPU)搅拌2h,再加入不同质量的聚酰胺-环氧氯丙烷(PAE)搅拌4h,所有制备过程均在室温(23℃)下完成。进一步通过傅里叶变换红外(IR)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、尺寸排除色谱法(SEC)和紫外-可见分光光度计揭示胶粘剂的制备机理。
结果与讨论:
图1说明PAE与蛋白质之间的静电和疏水相互作用仅改变了蛋白质的三级构象,并无改变蛋白的二级结构。蛋白质中的羧基(−COOH)可以与PAE中的氮杂环反应,形成新的酯键。图2表明PAE修饰后,更多的疏水基团暴露从而限制了蛋白的溶解度。根据标准分子量标记(图3),PAE修饰后的SDS可溶性蛋白分子量显著降低。而含UA和WPU的样品的分子量却略微升高,是由于UA和WPU部分阻断了蛋白的表面,降低了PAE的修饰效率。PAE中的正电荷基团与带负电荷的蛋白链形成静电作用,导致周围分子的吸引力减小,斥力增大,从而降低胶粘剂的自缔合性和黏度(图4)。从TEM图像(图5)中可以看到PAE均匀分布于蛋白质中,在蛋白质分子之间形成桥梁,形成了更扁平更开放的网络结构。与对照组相比,SEM图像(图6)中可以看到PAE处理后样品的横截面更粗糙,蛋白更加展开。
图1 PAE、C和CP的IR图谱
图2 亚麻荠蛋白和改性亚麻荠蛋白的SEC
图3 不同配方亚麻荠蛋白胶粘剂的粒径分布
图4 不同配方亚麻荠蛋白黏合剂的黏性剪切速率
图5 亚麻荠蛋白(左)和PAE处理后亚麻荠蛋白(右)的的TEM图像
图6 亚麻荠蛋白(左)和PAE处理后亚麻荠蛋白(右)的SEM图像
结论:
在本研究中,改性交联后的亚麻荠蛋白胶粘剂表现出了良好的干态(2.75±0.22 MPa)和湿态(63℃)胶合强度(1.40±0.25 MPa),超过国家二级胶合板标准的胶合强度要求。此外,胶粘剂的黏度也满足胶合板生产的操作要求。与大豆蛋白胶粘剂相比,亚麻荠蛋白胶粘剂不仅安全,而且更加经济,使用亚麻荠蛋白制备胶粘剂是生产可持续性强的植物蛋白胶粘剂的有效方法。
原文链接:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926669018306708?via%3Dihub
供稿人:
屈阳