聚乙烯醇改性淀粉固體膠黏劑的制備

朱傳勇 王洪瑞 穆艷君 白龍 孫逢凱

摘要：以淀粉為主要原料，經(jīng)氧化，加入聚乙烯醇樹脂進(jìn)行改性，以硬脂酸鈉作為賦型劑，甘油為保濕劑制得固體膠黏劑，制得的產(chǎn)品具有良好的穩(wěn)定性和粘接性能。

關(guān)鍵詞：PVA 淀粉 固體膠黏劑 粘接性能

淀粉膠黏劑作為環(huán)境友好型天然紙張膠黏劑受到了很大的關(guān)注，淀粉以其資源豐富、價(jià)格低廉、使用方便等優(yōu)點(diǎn)并以無毒環(huán)保為亮點(diǎn)，成為最具有開發(fā)潛力的天然膠黏劑之一。但現(xiàn)在所用的淀粉膠粘劑的干燥時(shí)間過長(zhǎng)，影響生產(chǎn)周期，并且在使用時(shí)流動(dòng)性大，涂布時(shí)易浪費(fèi)等[1]，采用加入適量的聚乙烯醇（PVC）合成樹脂作為改性劑的方法，可以改善其產(chǎn)品性能，如粘接強(qiáng)度、穩(wěn)定性等。淀粉和聚乙烯醇制得的粘合劑，對(duì)各類紙張有較高的粘接強(qiáng)度，干燥時(shí)間短，但它最大弱點(diǎn)是攜帶不便，使用時(shí)不衛(wèi)生。為此，在保持產(chǎn)品對(duì)紙張具有良好的粘接性能和其他性能不變的情況下，將其制成一種固體膠黏劑是十分必要的[2]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料。玉米淀粉，黑龍江龍拱生物工程有限公司；甘油、硬脂酸鈉、雙氧水（30%），哈爾濱醫(yī)藥化工試劑廠；聚乙烯醇、磷酸三丁酯天津科密歐化學(xué)試劑有限公司。

1.2 設(shè)備。6511精密電動(dòng)攪拌器，蘇州威爾實(shí)驗(yàn)用品有限公司；DK-98-1型電子恒溫水浴鍋，蘇州威爾實(shí)驗(yàn)用品有限公司；640-IR紅外光譜儀，安捷倫科技有限公司。

1.3 聚乙烯醇改性淀粉

1.3.1 淀粉氧化。淀粉是以葡萄糖為結(jié)構(gòu)單元的高聚物，通過雙氧水的氧化作用，使淀粉葡萄糖的甙鍵部分?jǐn)嗔讯到猓率狗肿恿繙p少，聚合度降低，水溶性增加[3]，同時(shí)因雙氧水的氧化作用使淀粉中的羥甲基部分變?yōu)轸然?，這樣可以增強(qiáng)與PVA的接枝效果。

在裝有攪拌器的反應(yīng)器中加入玉米淀粉和適量的水，控制溫度，攪拌均勻后加入部分氧化劑，同時(shí)加入催化劑和部分助劑，反應(yīng)一段時(shí)間，加入剩余的氧化劑，最后加入絡(luò)合劑、消泡劑，不斷攪拌即得淀粉膠。

1.3.2 PVA接枝玉米淀粉。PVA是一種高分子物質(zhì)，分子結(jié)構(gòu)中含有大量的仲羥基和少量的乙酰氧基，利用聚乙烯醇與淀粉分子“接枝”，這樣制得的膠黏劑有更好的粘接性、流動(dòng)性和抗凝凍性等優(yōu)點(diǎn)[4]。

將PVA和其他助劑加入上述氧化后的玉米淀粉膠中，加熱、攪拌，待聚乙烯醇完全溶解后反應(yīng)一段時(shí)間，得到聚乙烯醇接枝玉米淀粉膠。

1.4 固體膠的制備。固體膠主要由聚乙烯醇接枝玉米淀粉膠以及賦型劑硬脂酸鈉、保濕劑甘油等助劑組成。

將硬脂酸鈉和助劑加入到適量水中，加熱、攪拌，待全部溶解至液體清澈時(shí)，迅速加入已制備好的聚乙烯醇接枝玉米淀粉膠，繼續(xù)攪拌一段時(shí)間，待各組分完全混勻，得到流動(dòng)性較好的粘稠液體，將此液體注入容器中成型，冷卻后即得賦型良好的新型固體淀粉膠黏劑。

1.5 性能測(cè)試

1.5.1 粘接性能測(cè)定。對(duì)A4紙進(jìn)行粘接性能測(cè)定。要求在單面施膠時(shí)，均能在3-900s內(nèi)粘接牢固；貼面干后，永久性牢固，撕拉試驗(yàn)均能達(dá)到紙面破壞，貼面未見自動(dòng)開裂和返潮開裂現(xiàn)象。

1.5.2 不揮發(fā)物含量測(cè)定。采用干燥稱量法進(jìn)行測(cè)定。

1.5.3 貯存穩(wěn)定性的測(cè)定。在-20～40℃的環(huán)境溫度下貯存一定的時(shí)間，觀察產(chǎn)品的外觀并檢驗(yàn)使用效果。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 紅外光譜圖。圖1為聚乙烯醇接枝玉米淀粉膠的紅外光譜，由圖可知，3275cm-1處寬而強(qiáng)的吸收峰是PVA分子與淀粉分子間以締合形式存在的-OH的特征吸收，在2926cm-1出現(xiàn)甲基、亞甲基吸收峰，說明產(chǎn)品中有淀粉分子鏈骨架的存在。

■

2.2 氧化劑用量對(duì)粘接性能的影響。淀粉乳液中加入氧化劑對(duì)其進(jìn)行氧化降解，使其分子鏈發(fā)生斷裂，生成羧甲基、羧基等基團(tuán)，有利于與PVA進(jìn)行接枝聚合反應(yīng)。

表1為氧化劑用量對(duì)固體膠黏劑粘接性能的影響，由表1可知隨著氧化劑加入量的增加粘接效果由差變好又變差。因?yàn)檠趸蛔銜r(shí)，生成的羧甲基、羧基數(shù)量不足，接枝反應(yīng)不完全，粘接效果不好；氧化過度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致淀粉的相對(duì)分子質(zhì)量降低，從而使淀粉的黏度下降，致使膠粘劑的粘接效果受到影響。

■

2.3 PVA用量對(duì)粘接性能的影響。表2為PVA用量對(duì)固體膠黏劑粘接性能的影響。由表2可以看出，聚乙烯醇接枝后固體膠黏劑的粘接性能有明顯改善，隨著聚乙烯醇的增加，固體膠粘接性能明顯提高，達(dá)到峰值后，粘結(jié)性能隨之下降，因?yàn)榫垡蚁┐际撬苄愿叻肿樱^多加入聚乙烯醇影響膠黏劑的粘結(jié)強(qiáng)度。

■

2.4 甘油用量對(duì)穩(wěn)定性的影響

在固體膠中含有大量的水分，如果不加保濕劑，則固體膠在存放過程中水分會(huì)逐漸揮發(fā)掉，使產(chǎn)品變形干燥。本實(shí)驗(yàn)是采用甘油作為保濕劑，表3是甘油用量對(duì)固體膠黏劑穩(wěn)定性的影響。實(shí)驗(yàn)表明加入適量的保濕劑，可增加固體膠在高溫下的流動(dòng)性，使固體膠具有一定的光滑度，產(chǎn)品涂布性能較好，但加入量過多會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品粘接性能降低，儲(chǔ)存穩(wěn)定性變差，加入量過少，則固體膠高溫時(shí)的流動(dòng)性會(huì)變差，且不容易成型，表面也不夠光滑。

■

2.5 固體膠黏劑綜合性能指標(biāo)

對(duì)本試驗(yàn)工藝條件下獲得的最佳配方制備的固體膠黏劑進(jìn)行綜合性能指標(biāo)測(cè)試，結(jié)果見表4。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)工藝條件下得出聚乙烯醇改性玉米淀粉固體膠的適宜配方為：淀粉20g，過氧化氫（30%）5ml，PVA4g，硬脂酸鈉5g，甘油1.2g，水70g，其它助劑適量。獲得的產(chǎn)品，固含量28%，穩(wěn)定性好，粘接性能佳，成本低，無毒。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜郢，王政，董全江，等.淀粉膠黏劑的應(yīng)用及改性研究進(jìn)展[J].化學(xué)與粘合，2013，35（4）：67-70.

[2]康小孟，羅志臣.新型固體膠棒的研制與性能[J].粘接，2013（8）：56-57.

[3]黃登宇，谷琪生，黃憲章，等.玉米淀粉粘合劑生產(chǎn)原理及工藝研究[J].化學(xué)與粘合，1997（3）：174-177.

[4]周友明，阮湘元，劉治猛，等.PVA改性瓦欏紙板淀粉膠的研制[J].化學(xué)與粘合，1998（3）：154-155.

基金項(xiàng)目：黑龍江工程學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：201311802028）。