聚乙烯醇改性固体淀粉胶粘剂的研制

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反应温度和反应时间对淀粉的氧化的影响,反 应温度越高,反应时间越长,淀粉氧化作用越强,产 品粘度越高,粘接性能下降。相反反应温度越低,反 应时间越短,淀粉氧化作用越弱,胶难以生成。若反 应时间缩短,反应温度较高,反应难于控制;若反应
时间延长,反应温度较低,则延长了生产周期。故应 选择合适反应温度和反应时间 ( 见图 2) 。
氢氧化钠分子与淀粉分子中的羟基结合,削弱 了分子间的作用力,使淀粉分子更好地混合而达到 完全糊化。糊化剂用量越大,产品粘度越大,内聚 力、初粘力越强;但糊化剂用量太大,碱性太强,氧化 不完全,流动性降低,粘接性能降低,产品易变脆,粘 接性能下降。故在实验中应选择较合适的用量。糊 化剂用量对粘度的影响如图 2 所示。 3. 2. 5 反应温度和反应时间
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2002 年第 9 卷第 5 期
化工生产与技术 Chemical Production and Technology
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试验与开发
聚乙烯醇改性固体淀粉胶粘剂的研制
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李来丙 龚必珍
( 湖南建材高等专科学校精细化工教研室,湖南衡阳 421008 )
摘要 介绍新型固体淀粉胶的制备方法。以淀粉为主要原料,经加热催化分步氧化,再加入 聚乙烯醇合成树脂改善其性能,然后用硬脂酸钠作为赋型剂。制得的淀粉胶剪切强度比泡 花碱高 0. 01 MPa。 关键词 淀粉 氧化 聚乙烯醇 硬脂酸
制备好的淀粉和聚乙烯醇胶趁热加入,温度控制在
50℃ ,继续搅拌 10 min 以上,待 3 种组分完全混匀 即得一流动性较好的粘稠液体,将此液体注入容器 中成型,冷却后即得赋型良好的新型固体淀粉胶。
3 结果分析与讨论
3. 1 实验结果 以淀粉胶的剪切强度为目标函数,对实验结果
16 种胶进行直观分析,如图 1 所示。从图 1 可以看 出氧化剂和碱的用量是影响粘合剂剪切强度的主要 因素,还原剂、硼砂和反应温度是影响粘合剂剪切强 度的次要因素。较好的实验配方为:
PVA 是一种高分子物质。分子结构中含有大量 的仲羟基和少量的乙酰氧基,利用聚乙烯醇与淀粉 分子“接枝”,这样制得的粘合剂有更好的粘接性、流 动性和抗凝冻性等优点 [1,3 ]。 1. 1. 3 硬脂酸钠的赋型机理
在加热硬脂酸钠悬浮液时,它对纤维材料具有 很好的亲和性,它的润湿性及粘接性能都比较好。 在加热过程中硬脂酸钠能与淀粉胶液和聚乙烯醇胶 液相混溶 [4]。因而,硬脂酸钠可以作为载体使由淀粉 和聚乙烯醇所组成的胶粘剂成为固体状。 1. 2 原料及反应设备 1. 2. 1 原料
用亚硫酸钠来终止氧化反应,有助于控制氧化 程度,这对控制粘合剂的粘度和稳定性有利。但其用 量不能太大,否则,粘合剂的流动性太差。还原剂的 用量对粘合剂粘度的影响如图 2 所示。 3. 2. 3 交联剂用量
2002 年第 9 卷第 5 期
化工生产与技术 Chemical Production and Technology
水平
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0. 3 0. 4 0. 5
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50 60
1. 2 1. 4 1. 6
按 L16 ( 45 ) 正交试验表安排一组实验 ( 见表 2 ) 制 备淀粉胶。
表 2 L1(6 45)正交试验表
试验号
A
B
C
D
E
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1
1
1
1
1
2
1
2
2
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3
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3
3
参考文献
1 任树梅,李考真 . 淀粉粘合剂改性途径的探讨 . 化学与 粘合,1999,( 4 ) :200 ~ 201
2 黄登宇等 . 玉米淀粉粘合剂生产原理及工艺研究 . 化学 与粘合,1997,( 3 ) :175 ~ 176
3 周友明,PVA 改性瓦椤纸板淀粉胶的研究 . 1998,( 3 ) , 154 ~ 155
淀粉胶 ) 、B 组分 ( 聚乙烯醇胶 ) 和 C 组分 ( 赋型剂 ) 。 其中 A 组分是粘合剂的决定性成分,因此主要对 A 组分的配方优化。通过对有关资料 [5 ~ 8] 的分析和初
收稿日期:2002 - 04 - 22 修订日期:2002 - 05 - 13
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李来丙等 聚乙烯醇改性固体淀粉胶粘剂的研制
A 组分:玉米淀粉 10 g;氧化剂 ( 30% ) 2. 0 mL; 糊化剂 ( 10% ) 7. 5 mL;交联剂 0. 3 g;还原剂 0. 4 g; 催化剂 0. 02 g;消泡剂 0. 03 g;增粘剂 0. 05 g;增塑 剂 0. 10 g;氯化钙 5. 0 g;水 35 g。
B 组分:PVA 2 g;水 40 g。 C 组分:硬脂酸钠 2. 5 g;甘油 0. 5 g;水 35 g。
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图 2 相关因素对粘度的影响
由于硼砂分子中的羟基和原子能够与淀粉分子 中的羟基和醛基以及羧基形成络合物,从而提高了 粘合剂的粘接力,使薄膜牢固,并缩短了干燥时间。 用量一般为淀粉用量的 1% ~ 2% 。用量越大,产品 粘度越大,粘接性能越好。但用量太大,会使处于自 由状态的醛基和羟基相对减少,导致粘合剂的粘接 力下降,并且流动性降低,故在实验中应选择较合适 用量。硼砂用量对粘度的影响见图 2。 3. 2. 4 糊化剂用量
试验与开发
步实验的探索及以对产品的初步分析,找出影响粘
接强度指标的主要因素 ( 表 1 ) 。
表 1 实验设定的因子和水平
产品性能影响因素 1
A 双氧水(30% )/ mL
1. 0
B NaOH 溶液(10% )/ mL 7. 0
C 硼砂 / g
0. 2
D 温度 / ℃
30
E 亚硫酸钠 / g
1. 0
即得淀粉胶。
B 组分,聚乙烯醇胶液的制备。将 PVA 和 B 组 分其他助剂加入适量水中,加热到 80 ~ 90℃ ,并不 断地搅拌,待聚乙烯醇完全溶解后即得聚乙烯醇胶
液。
C 组分,固体淀粉胶的制备。将硬脂酸钠和 C 组 分其他助剂加入到适量水中,加热到 50℃ 并不断地 搅拌,待悬浮体全部溶解至液体清澈时,迅速加入已
现 以 双 氧 水 作 氧 化 剂 为 例 ,简 要 阐 述 氧 化 机 理 。在 碱 性 介 质 中 ,双 氧 水 分 解 速 度 比 在 酸 性 介 质 中快,它极易释放出活性氧 [ O ] ,先把淀粉中的甲醇 基氧 化成醛 基,醛基 进一 步被氧 化成 极性基 羧基
( - COOH ) ,并与 Na + 结合,增加了胶粘剂的亲水 性和溶解性,也增加了粘合剂的流动性,使之易于贮 存[2]。 1. 1. 2 聚乙烯醇 ( PVA ) 的改性机理
品。为解决上述问题,武汉现代工业技术研究院先后研制开 发了 2 种环保型低成本灌装线上用润滑油生产技术,用该技 术生产的润滑油不但可满足于各种高低速生产线上使用,而 且还有较好的杀菌性、防锈性和自清洗等功能。产品经多家 大型啤酒厂灌装线上使用,均达到很好效果,使用成本比进 口同类产品低 30% ,比传统皂类产品低 60% 以上。本产品可 替代皂类润滑油和进口产品。
环保型低成本啤酒灌装线用润滑油
据初步统计我国现有啤酒厂 800 多家,年产啤酒总量在 40 Mt 左右,另有白酒、饮料、罐头、酱油醋等的产量也相当 大。随着近年来啤酒和饮料的产量逐年剧增,年需润滑油用 量在 50 kt 以上。传统润滑油一般都采用皂类产品,但这类产 品在使用中对环境有一定的污染性,成本也较高,润滑效果 差,而且很难用在高速线上润滑使用,只能满足于低速生产 线上使用,因此近年来高速线用润滑油只能大量依靠进口产
玉米淀粉、NiSO4 固体、双氧水 ( 30% ) 、NaOH 固 体、硼砂、蔗糖、磷酸三丁酯、亚硫酸钠固体、甘油、氯 化钙、聚乙烯醇、硬脂酸钠及其他助剂。 1. 2. 2 反应设备
7312 型电动搅拌器、三口烧杯、水浴锅、酒精 灯、温度计、滴液漏斗等。
2 配方优化
2. 1 正交实验设计 采用正交试验法来优化产品的配方 固体胶由 3 种组分混合而成,即 A 组分 ( 玉米
目前,所用的淀粉胶粘剂具有干燥时间过长, 影响生产周期,产品的耐水性差,并且在使用时流 动性大,涂布时易浪费等。因此采用加入适量的聚 乙烯醇合成树脂作为改性剂,可改善产品性能,如 耐水性、易溶性、粘接强度等。虽然淀粉和聚乙烯醇 制得的液体或糊状粘合剂,对各类纸张有较高的粘 接强度和耐水性,然而它最大弱点是易沾污,携带 不便。为了使用清洁、方便,在保持产品对日用纸品 具有良好的粘接强度和其他性能的情况下,将其制 成一种固体的粘合剂是十分必要的。本文主要介绍 新型固体胶粘剂的制备工艺。
1 实验部分
1. 1 反应原理 1. 1. 1 淀粉的氧化机理
淀粉是以葡萄糖为结构单元的天然高聚物。通 过氧化作用,使淀粉葡萄糖的甙键部分断裂而降 解,致使聚合度降低,分子量减少,水溶性和亲合力 增加,从而可以制出固含量高的粘合剂,提高了干 燥能力。同时因氧化作用使淀粉中的羟甲基变为醛 基,部分变为羧基,这样可以增加与纸纤维结合的 羧基基团数,从而使氧化淀粉的粘合力大大提高。 另外因氧化后产生了醛基,制止了微生物对淀粉的 发酵及生物降解作用,使制出的粘合剂提高了防腐 能力 [ 1 ]。由氧化淀粉制成的胶,不但增强了粘接强 度,还能增加胶液的稳定性、流动性和干燥能力。
合,1999,( 3 ) :155 ~ 157
[ 作者简介 ] 李来丙,1971 年出生,1995 年毕业于郑州轻工
业学院精细化工专业,工学学士,讲师,已发表论文多篇。现 主要从事教学与精细化工新产品的科技开发及研究工作。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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2. 2 实验步骤 A 组分,玉米淀粉胶的制备。在装有搅拌器的反
应器中加入 1 / 2 玉米淀粉和适量 50℃ 左右的温水, 温度控制在 50℃ 左右,搅拌均匀后再加入 1 / 2 氧化 剂,同时加入催化剂和 A 组分的部分助剂 ( 除硼砂 和磷酸三丁酯外 ) ,反应 30 min。然后每 10 min 加入 1 / 5、1 / 5、1 / 10 的淀粉和同比例的氧化剂,最后加 入络合剂、消泡剂和干燥剂,并且不断地搅拌成胶状
4 王学琳,孙淑萍 . 当今胶粘剂的发展趋势 . 化学与粘合, 1998,( 2 ) :97 ~ 98
5 翟广玉 . 不同氧化剂对玉米淀粘合剂质量的影响 . 化 学与粘合,1997,( 4 ) :237 ~ 239
6 李子东 . 实用胶粘剂手册 . 上海:科学技术文献出版社, 1997
7 王毓秀 . 胶粘剂生产工艺 . 北京:中国林业出版社,1998 8 李凤红 . 玉米面粉粘合剂的合成及性能研究 . 化学与粘
图 1 正交实验对剪切力的 R 值作图
3. 2 分析与讨论 3. 2. 1 氧化剂用量
氧化剂用量直接关系到氧化深度,氧化剂用量 太少,淀粉分子侧链氧化成羧基不足,同时 C-O-C 键 也少量断裂,致使粘合剂的粘度大而且结合力不高, 所以,氧化剂用量太小,氧化度不够,产品粘接性较 差。当氧化剂用量太大时,加速了氧化降解过程,使 粘合剂的粘度过低,甚至失去应有的粘接能力。所以 氧化剂的用量一定要适中,才能制出粘度适当、渗透 性好、不易凝胶的粘合剂。氧化剂的用量对粘合剂粘 度的影响如图 2 所示。 3. 2. 2 还原剂的用量
4 结论
(1)淀粉胶的制备过程要严格控制好氧化剂的 用量、糊化过程和反应温度,其次是络合剂、还原剂 等。
(2)氧化剂和碱的用量是影响剪切的主要因素, 此 法 制 得 的 淀 粉 胶 剪 切 强 度 比 泡 花 碱 高 0. 01 MPa。
(3)粘合剂的粘度也是影响粘接强度的一个重 要因素。
本次研究所得的最佳配方:A 组分淀粉 10 g;氧 化剂 1. 8 mL;糊化剂 7. 8 mL;交联剂 0. 23 g;还原剂 0. 4 g;催化剂 0. 01 g;消泡剂 0. 03 g;增粘剂 0. 02 g; 增塑剂 0. 10 g;氯化钙 5. 0 g;水 35 g。B 组分 PVA 2 g;水 40 g。C 组分赋型剂 2. 5 g;甘油 0. 5 g;水 35 g。
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