改性納米碳酸鈣對(duì)淀粉膠粘劑剪切強(qiáng)度的影響

鄧麗娟，李志成，程 昊，黃文藝

（1.廣西壯族自治區(qū)建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心，廣西南寧 530005；2.廣西科技大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院，廣西柳州 545006）

改性納米碳酸鈣對(duì)淀粉膠粘劑剪切強(qiáng)度的影響

鄧麗娟1，李志成2，程 昊2，黃文藝2

（1.廣西壯族自治區(qū)建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心，廣西南寧 530005；2.廣西科技大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院，廣西柳州 545006）

以木薯淀粉為原料，經(jīng)氧化后制成淀粉膠粘劑，并利用納米碳酸鈣的補(bǔ)強(qiáng)作用改善淀粉膠粘劑的強(qiáng)度性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：加入改性納米碳酸鈣的淀粉膠粘劑的干強(qiáng)度和濕強(qiáng)度分別提高了0.764MPa和0.366MPa，改性納米碳酸鈣的加入能更顯著地提高淀粉膠粘劑的干強(qiáng)度和濕強(qiáng)度。

納米碳酸鈣；改性；淀粉膠粘劑

傳統(tǒng)的膠粘劑大多數(shù)是由石油單體合成的并有一定的毒性，而且隨著不可再生的石油資源日益減少，迫使研究者開發(fā)新型的膠粘劑以替代傳統(tǒng)膠粘劑[1]。由淀粉所制而成的膠粘劑擁有的活性官能團(tuán)使其具有良好的成模型和粘結(jié)性，而且淀粉膠粘劑具有無(wú)毒、無(wú)污染、無(wú)異味等優(yōu)點(diǎn)，不僅對(duì)環(huán)境友好還價(jià)格低廉。而且淀粉作為天然的大分子易從植物中取得并可再生。隨著綠色環(huán)境理念的提出，淀粉膠粘劑這種天然膠粘劑更加符合當(dāng)前的綠色理念。

然而，淀粉本身就是一個(gè)容易發(fā)生質(zhì)變的物質(zhì)，這導(dǎo)致淀粉膠粘劑產(chǎn)品存在難以貯存、耐水性差等問題。而且，淀粉膠粘劑干化成膜時(shí)比較脆[2]。為了提高淀粉膠粘劑的性能，可以通過淀粉改性或添加助劑兩種途徑實(shí)現(xiàn)。納米碳酸鈣是常用的膠粘劑助劑，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不與膠粘劑中的固化劑發(fā)生反應(yīng)。膠粘劑在加入納米碳酸鈣后，可以使膠粘劑的強(qiáng)度、硬度、模量和力學(xué)性能顯著提高[3]。然而，納米碳酸鈣粒子的表面具有親水疏油性，表面能極高，極易發(fā)生粒子團(tuán)聚，生成二次粒子而使粒徑變大，從而失去納米粒子所具有的功能，影響實(shí)際應(yīng)用效果[4]。因此，本文采用氧化淀粉制備膠粘劑，并通過加入改性納米碳酸鈣粒子來提高淀粉膠粘劑的性能，拓寬淀粉膠粘劑的應(yīng)用范圍。

1 實(shí)驗(yàn)部分

實(shí)驗(yàn)原料：納米碳酸鈣（西隴化工廠），硬脂酸鈉（AR，西隴化工廠），聚丙烯酸鈉（AR，天津市北辰方正試劑廠），聚乙二醇400（AR，西隴化工廠），聚乙二醇1000（AR，西隴化工廠），木薯淀粉（市售），其它試劑勻?yàn)榉治黾?，?shí)驗(yàn)所用的水均為雙蒸水。

實(shí)驗(yàn)儀器：SHB-B95A循環(huán)水式多用真空泵（鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司），ZXFD-A5040恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海智城分析儀器制造有限公司），DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（鞏義市予華儀器有限公司），CMT-5105微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)（深圳市新三四材料檢測(cè)與限公司）

改性納米碳酸鈣的制備：稱取5g納米碳酸鈣到燒杯中，加入45mL去離子水，制備成10%的懸浮液，在80℃下磁力攪拌下攪拌10 min使納米碳酸鈣充分分散，用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH為7，加入一定量的分散劑，攪拌10 min，再加入一定量的硬脂酸鈉，控制反應(yīng)溫度在80℃反應(yīng)2 h，抽濾并用無(wú)水乙醇洗滌多次，把產(chǎn)品放到100℃的烘箱中烘3 h，研磨篩選，得到改性納米碳酸鈣。

淀粉的氧化：稱取25 g木薯淀粉放入燒杯中，加入50 mL蒸餾水，用玻璃棒攪拌均勻后，放入磁力轉(zhuǎn)子，將燒杯放入45 ℃恒溫水浴鍋中磁力攪拌。向燒杯中加入一定量的硫酸亞鐵和雙氧水進(jìn)行氧化，1 h后取出，用砂芯漏斗抽濾、洗滌、干燥處理后，制得氧化淀粉。

淀粉膠粘劑的制備[5，6]：將一定量的氧化淀粉放入裝有聚四氟乙烯攪拌棒、球形回流冷凝管、恒壓漏斗的四口燒瓶中，并向其中加入一定量的蒸餾水，先低溫?cái)嚢杈鶆蚝螅郎刂?0 ℃糊化30min，再降溫至反應(yīng)溫度（70 ℃）。向四口燒瓶中加入0.5 g十二烷基硫酸鈉（SDS）、12 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的聚乙烯醇（PVA）、1 mL磷酸三丁酯，并通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，先加入過硫酸銨后，緩慢加入丙烯酸丁酯和丙烯酰胺，2h內(nèi)加完。過硫酸銨在3h內(nèi)加完，反應(yīng)完成后，升溫至80 ℃保溫30min，然后加入改性納米碳酸鈣高速攪拌30min，降溫出料。

2 淀粉膠粘劑壓縮剪切強(qiáng)度的測(cè)試

1）膠合強(qiáng)度試片材料：采用樺木、松木直紋理的板材作試片材料。試片材料預(yù)先干燥至含水率為15%以下。將試材的膠合面刨平，厚度為5～10 mm。

2）試片膠合：取適量的膠粘劑分別抹在試片的兩面并且涂抹均勻，然后將兩試片平行順紋對(duì)合在一起，以適當(dāng)?shù)膲毫υ谑覝兀ú坏陀?0℃）下保持壓力24 h。粘好的木塊如圖1所示。

3）干態(tài)粘接強(qiáng)度壓縮剪切測(cè)試：采用微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)把粘好的木塊按照HG/T2727—2010聚乙酸乙烯酯木材膠粘劑標(biāo)準(zhǔn)[7]進(jìn)行壓縮剪切強(qiáng)度測(cè)試。

4）濕態(tài)粘接強(qiáng)度壓縮剪切測(cè)試：把粘好的且完全干燥的木塊在30℃的水中浸泡3h，再在23℃的水中浸泡10min，然后立即進(jìn)行壓縮剪切強(qiáng)度測(cè)試。

3 納米碳酸鈣對(duì)淀粉膠粘劑性能的影響

圖1 測(cè)試樣才的形狀及尺寸單位（mm）

表1 添加納米碳酸鈣對(duì)膠黏劑的影響

圖2 納米碳酸鈣用量對(duì)干強(qiáng)度的影響

圖3 納米碳酸鈣用量對(duì)干強(qiáng)度的影響

4 結(jié)論

納米碳酸鈣的用量和表面改性對(duì)淀粉膠粘劑的性能有明顯的提升。本文僅研究了一種改性劑改性的納米碳酸鈣對(duì)淀粉膠粘劑的強(qiáng)度性能，后繼仍需探討其它改性劑改性納米碳酸鈣對(duì)淀粉膠粘劑的強(qiáng)度性能及其它性能的影響。這對(duì)提高淀粉膠粘劑的實(shí)用價(jià)值、拓寬淀粉膠粘劑的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的參考價(jià)值。

[1]梁祝賀.復(fù)合改性淀粉膠黏劑的合成及應(yīng)用[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2011.

[2]李慧連，劉國(guó)軍，張桂霞，等.淀粉膠黏劑的最新研究進(jìn)展[J].化學(xué)與粘合，2008，30（5）：50-53.

[3]顏鑫，王佩良.納米碳酸鈣的應(yīng)用技術(shù)[J].化工科技市場(chǎng)，2007，30（10）：24-28.

[4]舒均杰.納米碳酸鈣表面改性及其機(jī)理的研究[D].湘潭大學(xué)，2007.

Effect of Nano Calcium Carbonate Modified Starch Adhesive Shear Strength

Deng Li-juan，Li Zhi-cheng，Cheng Hao，Huang Wen-yi

Cassava starch as raw material，after oxidized starch adhesive is made，and by the reinforcing effect of nano calcium carbonate to improve the strength properties of starch adhesive，the experimental results show：the starch is added modified nano calcium carbonate dry adhesive strength and wet strength increased by 0.764MPa and 0.366MPa，modified nano calcium carbonate added more out with improved dry strength and wet strength starch adhesive.

nano calcium carbonate；modified；starch adhesive

TQ433.437

A

1003–6490（2016）04–0052–02

2016–03–24

廣西科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（1348018–3）。

鄧麗娟（1976—），女，廣西南寧人，工程師，主要從事建筑材料檢測(cè)、納米材料等方面的研究工作。

黃文藝（1976—），男，廣西南寧人，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事納米材料方面的研究工作。