改性木薯淀粉膠黏劑的制備及性能研究

顏小鳳，譚佳妮，李祥剛,,，仝婧婧，謝濤，黃煜琪，孫俊軍，饒秋華

改性木薯淀粉膠黏劑的制備及性能研究

顏小鳳1，譚佳妮1，李祥剛1,2,3*，仝婧婧1，謝濤1，黃煜琪2*，孫俊軍2，饒秋華3

（1.湖南工業(yè)大學 包裝與材料工程學院，湖南 株洲 412007；2.勝達集團有限公司，杭州 311215；3.中南大學 資源與安全工程學院，長沙 430100）

探究不同含量的氧化劑、糊化劑以及交聯(lián)劑對木薯淀粉性能的影響。通過紅外、流變學表征方法系統(tǒng)研究了糊化劑（NaOH）和氧化劑（NaClO）用量對淀粉膠黏劑性能的影響。當加入16%（相于干淀粉質(zhì)量而言）的NaClO作為氧化劑時，淀粉膠黏劑的初黏力和黏度都達到最佳。當加入10%（相對干淀粉質(zhì)量而言）的NaOH作為糊化劑時，淀粉在室溫下就能發(fā)生糊化，形成黃色透明狀膠黏劑，此時，膠黏劑有明顯的觸變性。NaClO的加入可以很好地改變淀粉膠黏劑的流動性，但過量的NaClO會使膠黏劑黏度過小，并致耐水性和黏結(jié)性不足。適量的NaOH加入可以使淀粉的黏度增加，但過量的NaOH會減弱重新纏結(jié)的淀粉高分子鏈間的作用力，導致黏度下降。硼砂的加入能與淀粉分子形成絡合物，使淀粉膠黏劑的黏度有明顯提升。

木薯淀粉膠黏劑；交聯(lián)劑；氧化劑；糊化劑；流變性能

淀粉作為天然可降解材料，產(chǎn)量十分豐富，在食品與非食品行業(yè)中作為增稠劑、膠黏劑、涂料等有著廣泛的應用。傳統(tǒng)的合成膠黏劑常常使用石油或化學合成材料，不僅造成資源浪費，還對環(huán)境產(chǎn)生負面影響。隨著工業(yè)和科學技術的高速發(fā)展，淀粉以其再生、廉價、無毒等特點，成為一種理想的膠黏劑原料。但目前，用淀粉作為膠黏劑存在著流動性差、易返潮、易形成凝膠等問題[1]。為了解決淀粉膠黏劑的不足之處，研究者們采用對淀粉進行氧化、酯化、交聯(lián)等改性方法[2-5]，來制備高性能的淀粉膠黏劑，以滿足市場需求。

對淀粉進行氧化改性是常用的改性手段。氧化改性后的淀粉具有更高的穩(wěn)定性、耐水性和透明度等[6]。Marimuthu等[7]以臭氧為氧化劑進行淀粉改性，對木薯淀粉、玉米以及馬鈴薯淀粉進行了各項性能研究，結(jié)果表明木薯淀粉的各項性能都優(yōu)于其他2種淀粉。Zhang等[8]以過氧化氫為氧化劑對淀粉的耐水性進行了改良，表明過氧化氫能夠降低羥基向醛基的轉(zhuǎn)化量，使淀粉膠黏劑的耐水性得到提高。張彥華等[9]以次氯酸鈉為氧化劑，對不同次氯酸鈉用量的氧化淀粉進行研究，結(jié)果表明次氯酸鈉可以顯著提高淀粉的流動性，但過量的氧化劑會過分降解淀粉，使其流動性過高，導致黏結(jié)能力下降。因此，還需對氧化后的淀粉進一步進行改性。

交聯(lián)改性與淀粉的糊化等都能使淀粉膠黏劑的性能得到進一步提升。交聯(lián)改性是利用羥基對淀粉進行醚化、酯化，使淀粉分子相互交聯(lián)，從而形成網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。當交聯(lián)淀粉浸水或受熱時，會導致氫鍵被破壞，但交聯(lián)形成的化學鍵仍能使淀粉分子之間保持結(jié)合[10]。對淀粉進行交聯(lián)改性后，淀粉膠黏劑的穩(wěn)定性和耐水性能夠得到提高。淀粉的糊化是一個從有序到無序的過程[11-12]，是通過破壞分子間及分子內(nèi)氫鍵，來影響膠黏劑的流動性和黏結(jié)力[13-14]。唐彩云等[15]用NaOH作糊化劑對玉米淀粉進行改性，表明了NaOH的摻入量對玉米淀粉的固含量有較大影響，固含量高會造成流動性差，但固含量低會使黏度不夠造成黏結(jié)力弱。

綜上可知，目前對改性淀粉膠黏劑的研究，主要以膠黏劑的不同改性與性能表征為主，對改性的機理研究不夠充分。本文在研究配方和制備工藝對淀粉膠黏劑性能影響的同時，通過紅外與流變學表征的方法對淀粉的氧化、糊化和交聯(lián)過程中微觀結(jié)構(gòu)的變化進行研究，揭示了淀粉膠黏劑的改性機理。

1 實驗

1.1 實驗原料

主要原料：木薯淀粉，食用級，淄博桓臺煜豐變性淀粉廠；NaOH顆粒，分析純，天津市恒興化學試劑制造有限公司；NaClO，有效氯的質(zhì)量分數(shù)為20%，分析純，福晨化學試劑有限公司；硫酸鎳，配置成質(zhì)量分數(shù)為0.5%的溶液，廊坊鵬彩精細化工有限公司；硼砂，上海麥克林生化科技有限公司；蒸餾水。

1.2 實驗儀器

主要儀器：LND-1型涂-4杯，上海精析儀器制造有限公司；秒表，手機自帶；電動攪拌器，德國IKA公司；力辰電子天平，上海力辰邦西儀器科技有限公司；AR2000ex型旋轉(zhuǎn)流變儀，美國TA公司；電子萬能試驗機，深圳三思縱橫科技股份有限公司；紅外光譜儀，日本島津儀器公司。

1.3 樣品制備

1.3.1 氧化淀粉的制備

將一定量的純凈水、NaClO、木薯淀粉和預先溶解好的0.5%的硫酸鎳溶液作為催化劑先后加入燒杯中混合，在常溫下攪拌5 min，靜置氧化12 h。氧化淀粉配方如表1所示。

表1 不同NaClO含量的氧化淀粉制備方案

Tab.1 Preparation schemes of oxidized starches with different NaClO contents

1.3.2 糊化淀粉的制備

在NaClO用量為8 g的氧化淀粉中，加入一定量的蒸餾水，攪拌均勻，隨后將不同量的質(zhì)量分數(shù)為10%的NaOH溶液（5 gNaOH固體加入到45 g去離子水中）加入到氧化淀粉中進行糊化，轉(zhuǎn)速為125 rad/min，攪拌20 min。糊化淀粉配方如表2所示。

表2 不同NaOH含量的糊化淀粉的制備方案

Tab.2 Preparation schemes of adhesives with different NaOH contents

1.3.3 交聯(lián)淀粉的制備

將NaOH用量為5 g的糊化淀粉中，邊攪拌邊加入1.75 g 質(zhì)量分數(shù)為2%的硼砂溶液進行交聯(lián)，對比交聯(lián)改性后膠黏劑的流變性能。為防止揮發(fā)，在樣品邊緣涂覆一層玉米油。

1.4 測定與表征

1）干燥性測定。用玻璃棒蘸取膠黏劑涂布在2 cm× 5 cm的矩形紙面上，將相同尺寸的紙張覆蓋在上面，用電子天平稱量其質(zhì)量為i。稱量后放入空氣流通的地方，10 min后再稱量其質(zhì)量為f。脫水率表達式為：

2）初黏力測定。玻璃棒蘸取膠黏劑涂布在2 cm× 5 cm的矩形紙面上，將相同尺寸的紙張覆蓋在上面，在200 g的壓力下進行按壓，10 min后將紙張張開。通過拉毛區(qū)域面積與貼合區(qū)域面積的比值來得到膠黏劑的初黏性，并進行重復操作5次，取其平均值。初黏力表達式為：

式中：為涂膠紙張的總面積；1為未拉毛區(qū)域面積。

3）黏度測定。按照GB/T 1723，采用涂-4杯進行測定。試樣流出時間換算成運動黏度的表達式為：

式中：為流出時間；為運動黏度。

4）流變性測定。采用旋轉(zhuǎn)流變儀（AR2000ex）進行測試，夾具選擇25 mm錐板，選擇帕爾貼板進行溫度控制，室內(nèi)環(huán)境溫度為25 ℃。振幅掃描參數(shù)設置：溫度為25 ℃，振幅范圍為0.01%～100%，角頻率為10 rad/s。頻率掃描參數(shù)設置：溫度為25 ℃，應變?yōu)?.1%，角頻率范圍0.1～100 rad/s。時間掃描參數(shù)設置：溫度為25 ℃，持續(xù)時間為3 h，應變?yōu)?%，頻率為10 rad/s。觸變性參數(shù)設置：溫度為25 ℃，剪切速率從0.1 s?1到80 s?1再到0.1 s?1，持續(xù)時間為1 min。溫度掃描參數(shù)設置：溫度為25～100 ℃，溫度步進為5 ℃，應變?yōu)?%，頻率為10 rad/s。

5）剪切強度測定。稱取1 g膠黏劑涂布在30 mm× 20 mm×1.5 mm的紙板上，將相同尺寸的紙板覆蓋在上面，在0.8 MPa的壓力下壓16 h后泄壓，自然干燥，在拉伸速率為5 mm/min下，利用微機控制膜材電子萬能試驗機進行剪切強度測定。

6）結(jié)構(gòu)特征測定。采用傅里葉紅外光譜儀對樣品進行結(jié)構(gòu)表征。波速為4 000～400 cm?1，分辨率為4 cm?1，掃描16次。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaClO含量對淀粉膠黏劑性能的影響

不同氧化劑使淀粉發(fā)生氧化的機理不同，NaClO作為氧化劑時，氧化主要發(fā)生在葡萄糖環(huán)C2和C3位置上的仲羥基，先氧化生成羰基，再氧化生成羧基，環(huán)形結(jié)構(gòu)開裂。通常還伴隨著淀粉鏈段的解聚，降低淀粉的分子量。氧化淀粉的結(jié)晶性能在反應中遭到破壞，結(jié)晶度下降甚至成為完全無定形大分子[6]。不同含量的NaClO對淀粉膠黏劑氧化程度不同，造成淀粉膠黏劑的流動性與黏結(jié)能力不同。因此，合適的氧化劑含量對淀粉膠黏劑的實際應用具有重要影響。

2.1.1 NaClO含量對淀粉膠黏劑干燥性能的影響

根據(jù)干燥性測定方法對不同含量NaClO的淀粉膠黏劑進行脫水率測定，結(jié)果如圖1所示。脫水率隨NaClO質(zhì)量分數(shù)的升高呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，且在NaClO質(zhì)量分數(shù)達12%時，脫水率達到最大。原因是NaClO的氧化反應主要發(fā)生在淀粉C2、C3和C1原子上，它不僅發(fā)生在非結(jié)晶區(qū)，還會滲透到分子內(nèi)部，并有少量的葡萄糖單元在C2和C3開環(huán)形成羧酸[16-18]。NaClO中的Cl+被還原成為Cl?，放出新生態(tài)氧[O]，新生態(tài)氧使淀粉分子中的伯醇基，先后氧化成醛基和羧基[19-20]，使其耐水性得到改善。當NaClO質(zhì)量分數(shù)大于12%時，淀粉分子結(jié)構(gòu)發(fā)生劇烈變化，分子之間的氫鍵作用減弱，很難形成緊密的膠層，導致脫水率較高。

圖1 NaClO含量與脫水率的關系

2.1.2 NaClO含量對淀粉膠黏劑初黏力的影響

不同NaClO含量的淀粉膠黏劑初黏力測定結(jié)果如圖2所示。隨著NaClO含量的增加，淀粉膠黏劑的初黏力逐漸上升，最后趨于恒定值。說明當加入16%的NaClO（相對干淀粉質(zhì)量而言，下同）時，淀粉內(nèi)可以氧化的官能團幾乎完全氧化，再增加NaClO的用量對初黏力的提高沒有顯著影響。

圖2 NaClO含量與初黏力關系

2.1.3 NaClO用量對淀粉膠黏劑流變性能的影響

NaClO用量與淀粉膠黏劑黏度關系由涂-4杯進行測量，結(jié)果如表3所示。由表3可知，氧化淀粉的運動黏度隨著NaClO含量的增加而上升，且當NaClO的質(zhì)量分數(shù)達到16%時，黏度不再發(fā)生顯著變換。這與圖2結(jié)論相吻合。因此，為了制備性能優(yōu)異、適用性強的淀粉膠黏劑，同時控制成本，需將NaClO的用量控制為16%。

考慮到涂-4杯進行測量時剪切速率較低，為全面探究NaClO用量對淀粉膠黏劑流變性能的影響機理，利用旋轉(zhuǎn)流變儀對不同NaClO含量的氧化淀粉進行頻率掃描實驗。根據(jù)振幅掃描實驗結(jié)果，頻率掃描實驗將振幅嚴格控制在線性黏彈性區(qū)。動態(tài)黏度的實驗結(jié)果如圖3所示。圖3表明，隨著角頻率的增加，動態(tài)黏度呈減小趨勢。相同頻率下，動態(tài)黏度隨NaClO含量的增加，表現(xiàn)為先增加后減小的趨勢，NaClO質(zhì)量分數(shù)為16%時，動態(tài)黏度達最大值。木薯淀粉經(jīng)輕微氧化后，其稠度升高，與常規(guī)高濃度下的氧化態(tài)其稠度降低的情況相反。原因是氧化過程中生成的羧基與相鄰分子中的羥基進行了反應，造成了宏觀上在輕微氧化時出現(xiàn)稠度增加的現(xiàn)象。當NaClO質(zhì)量分數(shù)大于16%時，由于過度氧化導致淀粉膠黏劑的非牛頓性增強，表現(xiàn)為質(zhì)量分數(shù)16%的NaClO與質(zhì)量分數(shù)20%的NaClO在低頻區(qū)黏度接近，但是在高頻區(qū)質(zhì)量分數(shù)20%的NaClO的樣品黏度反而低。綜上，NaClO的用量為木薯淀粉質(zhì)量的16%時最佳，此時氧化淀粉有較好的流動性以及黏性，且成本較低。

表3 NaClO用量對淀粉膠黏劑黏度影響

Tab.3 Effect of NaClO dosage on viscosity of starch adhesive

圖3 不同NaClO含量淀粉膠黏劑的動態(tài)黏度

不同NaClO含量的淀粉膠黏劑頻率掃描結(jié)果如圖4所示。隨著頻率的增加，氧化淀粉的儲能模量（，又稱彈性模量，指材料在發(fā)生變形時由于彈性形變而存儲能量的大小）和耗能模量（，指材料發(fā)生變形時，能量轉(zhuǎn)換成熱能的大小）都隨之增大，且增長得更快，質(zhì)量分數(shù)為4%、8%、16%的樣品隨頻率的升高，和出現(xiàn)交點，之后模量達到橡膠平臺區(qū)，彈性恢復力增加。隨著NaClO含量的增加，和的交點逐漸向高頻區(qū)移動，說明淀粉糊的末端松弛時間（物體受力變形，外力解除后材料恢復正常狀態(tài)所需時間）逐漸變短，說明由于氧化作用增強，淀粉的分子量呈降低的趨勢。而平臺模量隨著NaClO含量的增加逐漸升高，說明淀粉氧化過程中羧基與羥基發(fā)生反應導致空間位阻增大。

質(zhì)量分數(shù)為20%的氧化淀粉始終大于，說明由于氧化反應充分，空間位阻很大，淀粉糊呈現(xiàn)類固體性質(zhì)，同時由于分子量降低過多導致該樣品的模量較質(zhì)量分數(shù)為16%的氧化淀粉出現(xiàn)下降現(xiàn)象。圖5顯示了在角頻率為10 rad/s時模量隨不同NaClO含量的變化，和都呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢，模量達到最高點的NaClO用量為木薯淀粉質(zhì)量的16%。

圖4 不同NaClO含量的淀粉膠黏劑的頻率掃描模量變化

注：為使圖像更清晰明了，將質(zhì)量分數(shù)為8%、16%、20%的 NaClO的儲能和耗能模量分別乘以10、100、1 000。

圖5 模量隨不同NaClO含量的變化

3 NaOH用量對淀粉膠黏劑性能的影響

NaOH是常用的糊化劑。NaOH的加入會破壞淀粉分子間以及分子內(nèi)氫鍵，減弱大分子之間的作用力[11-12]，進而影響膠黏劑的流動性和黏結(jié)力。不同NaOH用量對淀粉膠黏劑的性能有不同影響。

3.1 NaOH用量對淀粉膠黏劑糊化狀態(tài)的影響

將NaOH用作糊化劑加入到氧化淀粉中，不同用量的NaOH糊化狀態(tài)繪制見表4。

由表4可知，在冷制淀粉中，以NaOH用作糊化劑對其外貌形態(tài)有著顯著影響。將與水不相容的氧化淀粉糊加入NaOH后，與水發(fā)生溶解形成穩(wěn)定透明的膠黏劑。隨著NaOH用量的增加，淀粉膠黏劑的透明度隨之增加，且在NaOH質(zhì)量分數(shù)為10%時（相對干淀粉質(zhì)量而言，下同），氧化淀粉糊在常溫下就能夠形成穩(wěn)定性較好的黃色透明狀膠黏劑，不易凝膠。其主要原因是NaOH溶液中的氫氧根離子與淀粉分子中的羥基結(jié)合，破壞了淀粉大分子內(nèi)的羥基氫鍵，導致大分子溶脹糊化。NaOH還會羧化氧化淀粉中的羧基，使其在水中的溶解度增加。但過量的NaOH會使糊化劇烈，難以干燥。因此，選擇NaOH質(zhì)量分數(shù)為10%時最佳。

表4 糊化劑用量對糊化狀態(tài)的影響

Tab.4 Effect of gelatinizer dosage on gelatinizing state

3.2 NaOH用量對淀粉膠黏劑流變性能的影響

為進一步探究NaOH用量對淀粉膠黏劑性能的影響，用旋轉(zhuǎn)流變儀對不同NaOH含量的淀粉膠黏劑進行了流變性能測試。測試結(jié)果如圖6和圖7所示。圖6顯示了頻率掃描中角頻率與模量的關系。由圖6中可知，和都隨角頻率的增加而增大，且當NaOH的含量為5%與10%時，糊化淀粉的始終大于，說明由于糊化后高分子鏈纏結(jié)，淀粉糊呈現(xiàn)類固體性質(zhì)。由于NaOH有利于淀粉分子鏈內(nèi)氫鍵的打開與重新纏結(jié)，因此，NaOH質(zhì)量分數(shù)為10%時氧化淀粉的模量比NaOH質(zhì)量分數(shù)為5%時氧化淀粉的模量高。質(zhì)量分數(shù)為15%的糊化淀粉，其在測試區(qū)內(nèi)基本大于，這說明過量NaOH的加入，破壞了淀粉分子鏈之間的氫鍵，這與圖7動態(tài)黏度呈先增大后減小的趨勢一致。表明添加適量的NaOH能打開分子間與分子內(nèi)氫鍵，讓淀粉的雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)生分離，并瓦解支鏈淀粉的晶體結(jié)構(gòu)，同時分子量較小的直鏈淀粉從顆粒中滲出[21-22]，打開的淀粉高分子鏈重新纏結(jié)使糊化淀粉的黏度增加。由于淀粉的結(jié)晶區(qū)被破壞，大量的水分子進入到淀粉中，從而使淀粉的吸水量迅速增加，顆粒體積急劇增大[21]。NaOH質(zhì)量分數(shù)為15%的糊化淀粉呈現(xiàn)近似牛頓流體的性質(zhì)，剪切變稀效應不顯著。這說明過量的NaOH會減弱重新纏結(jié)的淀粉高分子鏈間的作用力，導致黏度下降。

圖6 含不同質(zhì)量分數(shù)NaOH的膠黏劑的頻率掃描模量變化

圖7 含不同質(zhì)量分數(shù)NaOH的膠黏劑的動態(tài)黏度

對含10%（質(zhì)量分數(shù)）NaOH的淀粉膠黏劑進行觸變性測試。實驗首先進行1 min的初始恒定低剪切速率（0.1 s?1），再進行持續(xù)時間為1 min的高剪切速率（80 s?1），最后再次進行1 min的低剪切速率（0.1 s?1），結(jié)果如圖8所示。圖8中表明，該淀粉膠黏劑有明顯的觸變性（指物體受到剪切時黏度變?。ù螅?，停止剪切時，黏度又變大（?。┑男再|(zhì)），第1階段低剪切速率時，黏度隨時間逐漸下降，特別是前30 s黏度下降了5.6%。第2階段高剪切速率時，淀粉膠黏劑的黏度明顯低于初始低剪切速率時黏度。第2階段低剪切速率區(qū)，黏度逐漸向第1階段低剪切的黏度回復，1 min內(nèi)，黏度回復到初始黏度的90%，但是恢復時間較長，遠大于1 min的實驗時間。

圖8 淀粉膠黏劑的觸變性測試

3.3 硼砂對淀粉膠黏劑性能影響

將加入1.75 g硼砂溶液的糊化淀粉在25 ℃下進行流變測量，測量結(jié)果如圖9所示。

圖9 加入硼砂與未加硼砂淀粉膠黏劑的時間掃描

由圖9a可知，不論是否添加硼砂，淀粉膠黏劑的都大于，且兩者之間的差值逐漸加大，類固體性質(zhì)更明顯。在2.5 h左右，不含硼砂的淀粉膠黏劑與逐漸趨于平穩(wěn)，而加有硼砂的淀粉膠黏劑的仍處于上升狀態(tài)。圖9b動態(tài)黏度隨時間變化關系顯示，添加硼砂可顯著提高膠黏劑的黏性。在不添加硼砂與添加硼砂的情況下，1.5 h左右時，和動態(tài)黏度急劇上升，這可能是由于膠黏劑的回復或水分的揮發(fā)所致。

由圖10a的振幅掃描圖形可知，在應變?yōu)?0%以前，與基本保持不變，添加硼砂的淀粉膠黏劑的應變處于線性區(qū)，與均大于不添加硼砂時的，呈現(xiàn)出更明顯的類固態(tài)特征。圖10顯示，當應變大于24%時，添加硼砂的膠黏劑和動態(tài)黏度均顯著增大，并顯著高于無硼砂膠黏劑。這是因為硼砂可與溶脹的淀粉分子形成絡合物，使分子鏈間的相對運動難以進行，呈現(xiàn)類固體屬性。

圖10 加入硼砂與未加硼砂的淀粉膠黏劑振幅掃描

由圖11的溫度掃描可知，當溫度上升到一個特定溫度時，淀粉膠黏劑無論是否加有硼砂，其與均出現(xiàn)增加，且添加硼砂的淀粉膠黏劑模量增加得更早、更明顯。這是由于淀粉與硼砂形成特殊的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使和進一步增加。隨著溫度的進一步升高，添加了硼砂的淀粉膠黏劑的和逐漸減小。是因為在最初的加熱過程中木薯淀粉顆粒膨脹，淀粉的晶體結(jié)構(gòu)融化，淀粉分子鏈打開，分子鏈和分子鏈之間無法形成新的鏈纏結(jié)和交聯(lián)結(jié)構(gòu)，且升溫使自由體積增大，淀粉高分子的運動活躍程度增加，從而導致模量下降[12]。

3.4 不同添加劑對木薯淀粉黏結(jié)強度影響

將上述測得最佳用量氧化劑、糊化劑和交聯(lián)劑的淀粉膠黏劑進行剪切強度測量，測量結(jié)果如圖12所示。氧化劑的加入使膠黏劑的剪切強度減小，糊化劑與硼砂都能大幅度增強膠黏劑的剪切強度。在測量過程中由于紙張斷裂，加入糊化劑與交聯(lián)劑的淀粉膠黏劑剪切強度應大于36.3 N/cm2。

圖12 不同添加劑的木薯淀粉剪切強度

3.5 傅里葉紅外變換光譜

不同淀粉膠的紅外變換光譜（FT-IR）如圖13所示。氧化淀粉中1 727 cm?1處是?COOH的伸縮振動特征吸收峰，說明NaClO將淀粉中的仲羥基氧化生成了羧基。糊化淀粉中NaOH與羧基反應，羧基被消耗。交聯(lián)淀粉中，羥基與硼砂結(jié)合形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，羥基被消耗，3 347 cm?1處與1 650 cm?1處的羥基峰明顯減弱。

圖13 不同淀粉膠的FT-IR曲線

4 結(jié)語

NaClO作為氧化劑能夠很好調(diào)控淀粉膠黏劑的流動性，但過量的NaClO會導致膠液變稀，從而導致膠黏劑的黏結(jié)力和耐水性不足。在NaClO加入量為16%時（相對干淀粉質(zhì)量而言，下同），膠黏劑的初黏力和黏性達到最佳。NaOH作為糊化劑能改變淀粉膠黏劑的流動性和黏度，當加入質(zhì)量分數(shù)為10%的NaOH時，在室溫下氧化淀粉就能發(fā)生糊化，形成黃色透明狀膠黏劑。硼砂的加入能進一步改善淀粉膠黏劑的黏度和流動性，硼砂與溶脹的淀粉分子形成絡合物，使分子鏈間的相對運動難以進行。紅外與流變分析證實了淀粉發(fā)生的氧化、糊化以及交聯(lián)反應。

復合改性后的木薯淀粉膠黏劑具有更好的黏結(jié)力、耐水性與穩(wěn)定性，可用于紙板、紙盒的黏結(jié)，且工藝簡單，具有廣闊的應用前景。

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Preparation and Properties of Modified Cassava Starch Adhesive

YAN Xiaofeng1, TAN Jiani1, LI Xianggang1,2,3*, TONG Jingjing1, XIE Tao1, HUANG Yuqi2*, SUN Junjun2, RAO Qiuhua3

(1. School of Packaging and Materials Engineering, Hunan University of Technology, Hunan Zhuzhou 412007, China; 2. Shengda Group Co., Ltd., Hangzhou 311215, China; 3. School of Resource and Safety Engineering, Central South University, Changsha 430100, China)

The work aims to study the effects of different contents of oxidants, gelatinizers and crosslinkers on the properties of cassava starch. The effect of pasting agent (NaOH) and oxidant (NaClO) on starch pasting and their dosage on starch adhesive properties were systematically investigated by infrared and rheological characterization methods. When 16% NaClO (relative to dry starch) was added as an oxidant, the initial adhesion and viscosity of starch adhesive reached the best. When 10% NaOH (relative to dry starch) was added as a gelatinizer, starch could gelatinize at room temperature to form yellow transparent adhesive, and the adhesive had obvious thixotropy. The addition of NaClO can change the fluidity of the starch adhesive well, but excessive NaClO will make the viscosity of the adhesive too low and lead to insufficient water resistance and adhesion. Adding proper amount of NaOH can increase the viscosity of starch. However, excessive NaOH will weaken the force between the re-entangled starch polymer chains, resulting in a decrease in viscosity. The addition of borax can form a complex with starch molecule, so the viscosity of starch adhesive can be improved obviously.

cassava starch adhesive; crosslinker; oxidant; gelatinizer; rheological property

TB484；TQ432.2

A

1001-3563(2024)01-0062-09

10.19554/j.cnki.1001-3563.2024.01.008

2023-08-10

國家自然科學基金重大科研儀器研制項目（51927810）；湖南工業(yè)大學研究生科研創(chuàng)新項目資助（CX2304）