天然胶黏剂 吴刚毅.doc

浅谈天然胶黏剂姓名：吴刚毅学号：n101103219学校：南京林业大学南方学院 20131028天然胶黏剂学号：n101103219 姓名：吴刚毅摘要 天然胶黏剂在工业生产和人民生活中发挥着极其重要的作用。本文介绍了天然胶黏剂的定义、分类、特点及各种类天然胶黏剂的应用。并且针对天然胶黏剂的国内外研究现状进行分析浅谈其未来发展前景。关键词：天然胶黏剂；应用；研究现状；发展趋势1、 天然胶黏剂概述1、 定义 原料来源于天然物质制成的胶黏剂称为天然胶黏剂。2、 分类 （1）天然胶黏剂按天然物质的来源可分为植物胶黏剂、动物胶黏剂和矿物胶黏剂。植物胶黏剂：包括树胶类（阿拉伯胶）、树脂类（松香树脂）、天然橡胶、淀粉类、纤维素类、大豆蛋白类、单宁类、木素类及其他碳水化合物制成的胶黏剂。动物胶黏剂：包括甲壳素、明胶（皮胶、骨胶等）、酪蛋白胶、虫胶、仿声胶等制成的胶黏剂。矿物胶黏剂：包括硅酸盐、磷酸盐等制成的胶黏剂。 （2）天然胶黏剂按其化学结构可分为葡萄糖衍生物、氨基酸衍生物和其他天然树脂等。3、 特点 天然胶黏剂的特点：（1）原料易得，可以直接取自于大自然；（2）价格低廉；（3）生产工艺简单；（4）使用方便；（5）大多为低毒或无毒；（6）能够降解，不产生公害。2、 天然胶黏剂种类介绍及应用1、 淀粉胶黏剂 进入21世纪以后，材料的良好环境性能将成为新材料的一大特点。淀粉作为一种无毒无害、价格低廉、可生物降解、对环境友好的天然可再生资源，在各行业中的应用日趋广泛。特别是近年来，世界胶黏剂工业生产技术正朝着节省能源、低成本、无公害、高黏性和无溶剂化方向发展。淀粉胶黏剂作为一种绿色环保产品，已引起胶黏剂行业的广泛关注和高度重视。就淀粉胶黏剂的应用和发展看，采用玉米淀粉氧化的淀粉胶黏剂的前景看好，研究应用最多。目前，淀粉作为胶黏剂应用主要是在纸及纸制品中，如纸盒和纸箱的封糊、贴标签、平面上胶、粘信封、多层纸袋粘合等。下面就几种常见淀粉胶黏剂进行介绍：（1） 氧化淀粉胶黏剂含有醛基和羧基的聚合度低的改性淀粉的混合物与水在氧化剂的作用下经加热糊化或室温糊化而制成的胶黏剂为氧化淀粉胶黏剂。淀粉经氧化后，形成具有水溶性、润湿性、胶接性的氧化淀粉。氧化剂的用量少，氧化程度不够，淀粉生成的新官能团总量减少，使胶黏剂的黏度增加，初粘力下降，流动性差。用量多，氧化过度，致使胶黏剂的黏度、初粘力下降。氧化反应时间对胶黏剂的黏度、透明度以及羧基含量有较大影响。随着反应时间的延长，氧化程度增高，羧基含量增大,产品黏度逐渐降低，但透明度越来越好。（2） 酯化淀粉胶黏剂酯化淀粉胶黏剂属于非降解性淀粉胶黏剂，它是通过淀粉分子的羟基与其他物质发生酯化反应而赋予淀粉新的官能团，从而使淀粉胶黏剂的性能得到改善。由于酯化淀粉发生部分交联，所以黏稠度升高，贮存稳定性更好，防潮和防霉特性提高，其胶层可耐高低温交替作用。（3） 接枝淀粉胶黏剂淀粉的接枝就是用物理和化学的方法使淀粉分子链产生自由基，在遇到高分子单体时，就形成了链式反应,在淀粉主链上产生一条由高分子单体构成的侧链。利用聚乙烯醇与淀粉分子中都有羟基这一特点，在聚乙烯醇与淀粉分子间可形成氢键，起到了聚乙烯醇与淀粉分子“接枝”的作用，这样使制得的淀粉胶黏剂具有更好的胶接性、流动性和抗凝冻性等优点。由于淀粉胶黏剂属于天然高分子胶黏剂，其价格低廉，无毒无味，对环境无污染而被广泛研究和应用。目前淀粉胶黏剂主要应用在纸张、棉织物、信封、标签、瓦楞纸板上。2、 纤维素类胶黏剂（1） 纤维素醚类衍生物用作胶黏剂的纤维素醚类衍生物主要有甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素等。乙基纤维素（EC）：是一种热塑性、非水溶性、非离子型的纤维素烷基醚。化学稳定性好，耐酸碱，电绝缘性和机械强度优良，具有在高温和低温保持强度和柔韧性等特性。 易与蜡、树脂、增塑剂等相容，作为纸、橡胶、皮革、织物的胶黏剂。 羧甲基纤维素（CMC）：离子型纤维素醚。 在纺织工业中， CMC常用来取代优质淀粉作为布料的上浆剂。纺织品上涂有CMC，能增加手感及柔软感，印染性能也有较大改进。 在食品工业中，加有CMC的各种各样的奶油冰淇淋，外形稳定性好，容易着色，不易软化。 作为胶黏剂，用于制造铅笔、纸盒、纸袋、壁纸及人造木材等方面。（2） 纤维素酯类衍生物纤维素酯类衍生物主要有硝酸纤维素和醋酸纤维素。硝酸纤维素：又称纤维素硝酸酯，因酯化程度不同，其氮含量一般在10%14%之间。含量高者俗称火棉，曾用于无烟及胶质火药制造。含量低者俗称胶棉，它不溶于水，但溶于乙醇乙醚混合溶剂，溶液即为火棉胶。因火棉胶溶剂挥发后会形成一层坚韧薄膜，所以常用于瓶口密封、创伤防护及制造历史上第一个塑料赛璐珞。若在其中加适量醇酸树脂作改性剂、适量樟脑作增韧剂则成为硝化纤维素胶黏剂，常用于纸张、布匹、皮革、玻璃、金属及陶瓷的粘接。醋酸纤维素：又称纤维素醋酸酯。在硫酸催化剂存在下，用乙酸和乙酐混合液使纤维素乙酰化，然后加稀乙酸水解到所需酯化度的产物。 醋酸纤维素可用于配制溶剂型胶黏剂，粘接眼镜、玩具等塑料制品。与硝酸纤维素相比，耐燃性和耐久性极好，但耐黏性、耐湿性和耐候性较差。3、 蛋白质胶黏剂蛋白质胶粘剂是以含蛋白质的物质作为主要原料的一类天然胶黏剂。动物蛋白和植物蛋白均可制作胶黏剂。按所用蛋白分为动物蛋白（骨胶、明胶、络蛋白胶、血清蛋白）和植物蛋白（豆胶等）。它们一般是在干燥时有较高的胶接强度，用于家具制造、木制品生产。但是，其耐热性和耐水性较差，其中动物蛋白质胶粘剂更为重要。（1） 大豆蛋白胶 植物蛋白不仅是重要的食品原料，而且在非食品领域也有广泛的应用。就大豆蛋白胶黏剂而言，早在1923年，Johnson申请了大豆蛋白胶黏剂的专利。1930年大豆蛋白脲醛树脂木板胶黏剂(杜邦公司），由于胶接强度较弱及生产成本过高，未能大量使用。近几十年来，由于胶黏剂市场的扩展，全球石油资源的有限性和环境污染问题日益受到关注，使得胶黏剂工业重新考虑新型天然胶黏剂，致使大豆蛋白胶黏剂再次成为研究热点。大豆胶黏剂无毒无味，使用方便，但耐水性差。加入0.1%1.0%（质量）的交联剂如硫脲、二硫化碳、三羧甲基脲等，可提高耐水性，制得用于木材粘结和生产胶合板的胶黏剂。（2）动物胶黏剂下面介绍动物蛋白胶的应用：a、 家具与木材加工 家具与木材加工业一直广泛使用动物胶。常用的制品包括椅子、桌子、橱柜等家具、模型、玩具、体育用品和乐器。固含量50%60%的较新型液体动物胶包括快固化与慢固化型，它们在橱柜硬板的框架板粘合，活动住屋装配，难层压物以及其他不宜采用更廉价的热动物胶液的中小胶粘剂需求场合。b、粘胶带动物胶是胶粘带中所用的一类基本胶粘剂。这些胶带既可用于常见轻型零售包装袋，也可用着重型胶带，如装运货物的实心纤维与瓦楞纸箱的密封或封装，这类场合需要快速机械作业与持久的高粘接强度。这时，骨胶用量很大，皮胶也常单独或同骨胶复配后使用。所用胶粘剂一般配制成约50%的固含量，且可以按干胶质量的10%20%掺混糊精，以及少量的润湿剂、增塑剂、凝胶抑制剂(必要时)。胶粘剂(6063)通常用涂料辊涂在背衬纸材上，固体的沉积量一般为纸基质量的25%。湿胶带可以在张力下用蒸汽加热辊干燥，也可用可调空气的直接加热器干燥。c、其他应用 包括砂纸与砂布磨具的制造，纺织品与纸张的上浆和涂层，书籍与杂志的装订等。4、 单宁胶黏剂 单宁是一种含有多元酚基的有机化合物，广泛存在于植物的干、皮、根、叶和果实中。主要来源于木材加工中树皮下脚料和单宁含量较高的植物。将单宁、甲醛与水混合，加热，制得单宁树脂，然后加入固化剂和填料，搅拌均匀即得到单宁胶黏剂。 单宁胶黏剂具有良好的耐湿热老化性能，胶接木材性能与酚醛胶黏剂相似，主要用于木材等的胶接。5、 木素胶黏剂木素是木材的主要成分之一，其含量约占木材的2040%，仅次于纤维素。木素很难从木材中直接提取，主要来源是纸浆废液，资源极为丰富。木质素不单独用做胶黏剂，而是利用木质素的酚基与甲醛作用得到的酚醛树脂类聚合物作为胶黏剂。为提高耐水性，可与环氧异氰酸酯、苯酚、间苯二酚等化合物并用。木质素胶黏剂主要用于胶合板和刨花板的粘接。但其粘度高，色泽深，对其改进后，可扩大适用范围。6、 阿拉伯树胶胶黏剂 阿拉伯胶也称金合欢树胶，是一种野生刺槐科树上的流出胶液。由于多产于阿拉伯国家而得名。阿拉伯胶主要由分子量较低的多糖和分子量较高的阿拉伯胶糖蛋白组成。由于阿拉伯树胶的水溶性好，因此配制十分简单，既不要加热也不需要促进剂。阿拉伯胶液干燥极快。可用于光学镜片的粘接、邮票上胶、商标标签的粘贴、食品包装的粘接和印染助剂等。7、 无机胶黏剂以无机物，如磷酸盐、硅酸盐、硫酸盐、硼酸盐、金属氧化物等为黏料配制成的胶黏剂称为无机胶黏剂。 它的特点： （1）耐高温，可承受1000或更高温度； （2）抗老化性好； （3）收缩率小； （4）脆性大，弹性模量比有机胶黏剂高一个数量级； （5）抗水、耐酸碱性差。（1） 硅酸盐类胶黏剂 硅酸盐类胶黏剂胶接强度较高，耐热、耐水性能较好，但耐酸、碱性性能较差。可广泛应用于金属、玻璃、陶瓷等多种材料的胶接。（2） 磷酸盐类胶黏剂 以浓缩磷酸为黏料的一类胶黏剂，主要有硅酸盐-磷酸、酸式磷酸盐、氧化物-磷酸盐等众多品种。与硅酸盐类胶黏剂相比，具有耐水性更好、固化收缩率更小、高温强度较大以及可在较低温度下固化等优点。 磷酸盐类胶黏剂主要应用于胶接金属、陶瓷、玻璃等众多材料。3、 天然胶黏剂国内外研究现状1、淀粉胶黏剂 它主链上带有太多的亲水基团 ，耐水性能较差。针对淀粉胶黏剂的特点和不足，人们已经进行了不同的研究和改进。 如加入交联剂硼砂等，通过交联反应可提高淀粉胶黏剂的胶接强度、耐水性和防腐性能；加入增塑剂如甘油、乙二醇、氯化钙等可以提高胶黏剂的韧性和塑性；加入防腐剂如苯酚等物质可提高淀粉胶黏剂的抗霉防腐性能，延长贮存期和防止胶制品的霉变；加入稀释剂尿素、硼酸、硫脲等起到稀释作用，增加胶黏剂的渗透性和胶接强度。 2、 大豆蛋白胶黏剂 大豆蛋白最易获得,产量最大，因此，近年来研究人员对大豆蛋白进行了大量的研究，通过对它进行改性，努力提高它的耐水性及黏接强度。 大豆蛋白胶是目前市场上唯一的一种可用于湿板黏接的胶黏剂。用脲改性的大豆蛋白胶黏剂的耐水性能优于用碱改性的大豆蛋白胶黏剂；用十二烷基磺酸钠和盐酸胍对大豆分离蛋白改性可得到大豆蛋白含量为91%的木材胶黏剂；将类似于二羟基苯丙氨酸的结构引入大豆蛋白中，使大豆蛋白具有类似于贝类蛋白胶黏剂的性质。3、木素胶黏剂 木质素本身具有甲氧基、酚羟基、羰基、羧基和羧甲基等多种官能团和化学键,反应活性特别强,是其进行化学改性的条件。当前就木质素的纯化以及降低其多分散性和化学结构等方面为研究重点。4、单宁胶黏剂 单宁来源广泛,它的大规模工业化提取也是值得研究的重大问题。目前研究的重点是对单宁进行水解,降低其分子量,增加分子的流动性、柔软性,同时将树胶等影响黏度和耐水性的大分子进行降解,可提高其制胶性能。4、 天然胶黏剂未来发展趋势 我国胶黏剂行业整体水平不高，国内胶黏剂市场呈现多元化的发展趋势，一些胶黏剂需要进口，大部分现有胶种都存在环境污染问题。因此,我们要加强科技创新，实施清洁生产,重点发展环保型胶黏剂；大力研发生产高性能、高附加值的胶黏剂;积极调整产业结构使未来胶黏剂产业朝着经营规模化、技术先进化、生产现代化、产品环保化的方向发展以适应社会的需求。 综合国内外天然胶黏剂生产工艺、使用特点与环保要求,天然胶黏剂有如下发展趋势: 第一,环保呼声的日益高涨和环保法规的日臻完善,环境友好型胶逐渐成为发展的主流 。主要体现在:从溶剂型向水基型、无溶剂型转变;大力发展天然再生资源类胶和生物技术胶;选择无毒、无臭的“绿色”原料、助剂,改善胶黏剂行业从业人员的工作环境。 第二,近年来高品质、高性能、高附加值胶异军突起,成为胶黏剂市场新的利润增长点和新的研究热点,主要表现在:研制具有多重官能团、多种功能基的胶黏剂,克服单一品种的性能缺陷;利用共聚、共混复合、接枝、交联、互穿网络等现代高分子材料科学的新手段,开发耐水、耐高温、高强度、阻燃、室温固化、纳米级、生命活性等新型功能化胶;发展具有新型固化方式的胶黏剂。 第三,合成工艺复杂、设备要求苛刻的胶种不易推广应用,而原料来源广泛、容易制备、使用方便的高性能“绿色”环保胶将成为市场的“宠儿”。未来胶黏剂生产的发展方向是走向规模化、集约化。在胶黏剂档次参差不齐的情况下,我们应根据市场的需求,积极开发研制高性能、高附加值的胶黏剂。重点开发绿色产品的水性胶、热熔胶,加大对不利于环境的传统胶黏剂产品的科技开发力度,对其进行改性,使其向对环境友好方向转化；加大对胶黏剂的投资比重;不断更新胶黏剂的施工工艺和施胶设备,积极发展我国胶黏剂的品牌产品,以便在国内外市场上占有一席之地,利用市场手段实现胶黏剂生产的集约化和规模化,从而降低生产成本,提高产品质量和档次,更有利于能源和资源的合理利用及环境污染的防治,提高在国际市场的竞争力。参考文献:1程时远，陈正国. 胶黏剂生产与应用手册M.北京：化工工业出版社，2003:147-1542王慎敏. 胶黏剂合成、配方设计与配方实例M.北京:化学工业出版社,2003:47-533爱德华 M.皮特里 著，孟声 等译. 胶黏剂与密封胶工业手册M.北京：化工工业出版社，2005:295-2974张跃军,王新龙. 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