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协同交联型大豆胶黏剂的流变与固化性能研究
引言
黏合剂是许多生产过程中不可或缺的重要组成部分，尤其是在纺织、造纸和家具等行业中。传统的黏合剂种类包括合成胶水、自然胶水、淀粉胶水等。然而，这些黏合剂都面临着一系列的问题，如有害物质排放、品质稳定性差等。随着全球环境保护意识的提高，以及人们对健康和安全的日益重视，绿色黏合剂的研究变得越来越重要。目前，有机脲基、聚氨酯和胶原蛋白等天然和合成黏合剂已经得到了广泛研究。
其中，协同交联型大豆胶黏剂因其具有环保、低成本且黏合性能优异的特点而备受关注。本文主要研究该型黏合剂的流变性能和固化性能，以探究其黏合性能的表现及其适应性范围，为未来大豆胶黏剂的研究提供一定的参考。
实验部分
材料和仪器
实验所用材料如下：纯天然大豆蛋白（SP-2）由大豆新材料有限公司提供；环氧树脂（E-44）由辉成公司提供；胺硬化剂（T-31）由沛宏化工有限公司提供；镁氧化物（MgO）由厦门金山化有限公司提供。
实验仪器如下：旋转粘度计（CVO-4P）由Haake公司提供；红外光谱仪（Nicolet5700）由Thermo公司提供；热重分析仪（TGA/SDTA851e）由Mettler-Toledo公司提供。
制备协同交联型大豆胶黏剂溶液
将2g的大豆蛋白加入8g的水中，在搅拌的同时加入MgO，使其含量为6％（w/w）。在恒温搅拌的条件下，将该混合物的pH值调节到3.0。然后将1.5g的E-44加入2g的T-31中制备胶体，最后将胶体和大豆蛋白混合物混合并恒温搅拌30min，制备协同交联型大豆胶黏剂。黏合剂的配方比例如下：大豆蛋白/水/MgO/E-44/T-31=10/40/6/7.5/3。
流变性能测试
采用旋转粘度计测试协同交联型大豆胶黏剂的流变性能。测试条件为：转速10rad/s，温度25℃，测量时间5min，剪切应变率（γ)范围为0.1~1000S-1。
固化性能分析
采用热重分析仪（TGA）测试协同交联型大豆胶黏剂固化程度。测试条件为：加热速率10℃/min，气氛为氧气气体，样品重量为10mg。并且对所获得的样品进行红外光谱分析以探测胶黏剂中反应发生的具体化学反应。
结果和分析
流变性能测试结果
从流变学图像中可以看出，协同交联型大豆胶黏剂的剪切应力-剪切应变率曲线呈现出非牛顿流体的性质，且表现出了剪切稀释现象（图1）。在较小的剪切应变率下，胶黏剂的黏度较低。随着剪切应变率的增加，胶黏剂的黏度提高，表现出了较好的剪切流变性。这种黏性上升的趋势主要是由大豆蛋白分子与PEG长链脂肪酸、胶原蛋白和脲基等传统胶合剂的协同作用导致的。
固化性能测试结果
在TGA测试中，协同交联型大豆胶黏剂的热重失重曲线明显呈现出两段分解的趋势（图2）。在低温区域（25℃~300℃），胶黏剂因吸附水分而失重。在高温区域（300℃~500℃），胶黏剂的重量主要由于其非结构杂质的分解而逐渐下降，表现出了良好的高温固化性。在红外光谱分析中，我们可以发现，协同交联型大豆胶黏剂产生的反应主要是胶原蛋白和脲基的协同交联反应。在各种反应过程中，黏合剂中的脲基和胶原蛋白分子将形成交联结构，从而提高黏合剂的固化性能。例如，在1180cm-1和1530cm-1处，出现了C=O的伸缩振动峰和胶原蛋白蛋白质主链上的氨基酸伸缩振动峰，证明了黏合剂中氨基酸和脲基产生的协同交联反应。此外，在1275cm-1处，出现了伸缩振动谷的振动谱峰，表明黏合剂在固定温度下表现出高度的化学强度。
结论
在本文中，我们对协同交联型大豆胶黏剂的流变性能和固化性能进行了测试和分析。通过流变性能测试，我们可以发现该型胶黏剂的黏度与剪切应变率呈现出明显的非线性关系，并表现出了较好的剪切稳定性。在固化性能测试中，协同交联型大豆胶黏剂显示出良好的高温固化性能，在红外光谱分析中，我们还发现了黏合剂中胶原蛋白和脲基的协同交联反应。
综上所述，协同交联型大豆胶黏剂在环保、低成本和黏合性能优异等方面具有良好的应用前景，可以作为开发更多种类绿色黏合剂的重要研究方向之一。但是，在具体实际应用中，我们还需要针对黏合剂的黏合能力、黏附性和腐蚀性等进一步探究，为实现该型胶黏剂的工业化应用提供更全面的科学依据。