新型淀粉粘合剂论文.doc

冷法新型淀粉粘合剂的制备张晓京，张晓荣，贾德彪，孙赢慧 （北方民族大学 材料科学与工程学院 宁夏 银川 750021） 摘要:本文论述了新型淀粉粘合剂的合成方法，以硫酸铜代替传统用硫酸亚铁作催化剂，选用草酸作粘合剂脱色剂，采用冷法制备新型淀粉粘合剂。制备的产品为乳白色，扩大产品适用范围。当催化剂硫酸铜用量为0.12%时，以粘度和初粘力为评价指标，通过正交试验确定了淀粉粘合剂的最佳配方为：水77.9%，淀粉17.3%，双氧水0.28%,氢氧化钠1.3%，硼砂0.12%。单因素实验证明草酸添加量为2.9%时即可得到良好脱色效果。关键词 淀粉粘合剂；硫酸铜；草酸；脱色剂中图分类号： 文献标识码：A Preparation of New Type Starch Adhesive at Room Temperature ZHANG Xiao-jing, ZHANG Xiao-rong, JIA De-biao and SUN Ying-huei(College of Materials Science and Engineering, Northern University for Nationalities, Yinchuan 750021, China) Abstract: This paper discusses a synthesis method of new type of starch adhesive, with copper sulfate instead of the traditional way by using ferrous sulfate as catalyst, which choosing oxalic acid as adhesive decoloring agent, with cold method to prepare novel starch adhesive. The colour of the prepared product is milky white in order to expanding the range of product applications. When the catalyst copper sulfate content is 0.12%, the viscosity and the Starting adhesive forces are regarded as evaluation index, the optimum formula was found through orthogonal experiment. It contents: water 77.9% , starch 17.3% , H2O2 0.28%，NaOH 1.3% , and borax 0.12%. The experiments using single factor show that it can get satisfied decolorizing effect when adding amount of oxalic acid was 2.9%.Key words: starch adhesive; copper sulfate; oxalic acid; decolorizing agent前 言淀粉粘合剂是近年来我国包装行业普遍采用的一种粘合剂1,具有强度高、重量轻、无腐蚀、无污染、防潮性好、粘接性强、涂膜坚韧以及生产设备简单、制作方便和涂布量小等特点,是取代沿用多年的泡花碱的优良粘合剂2-4。它被广泛应用于各种纸制包装箱、袋、管的生产,也可用于壁纸、商标的粘贴,还可用于纺织产品上浆、制鞋业及棉织物粘接等。淀粉粘合剂的制作方法和生产工艺有很多,目前主要有碱糊法、糊精法和氧化法等5。利用氧化法生产的产品粘度高。氧化法又分为一步法和两步法,一步法生产工艺简单,设备投资小。作为一步氧化法又分为室温和加热两种方法,室温法制备氧化淀粉粘合剂具有无需加热, 粘合剂流动性好, 粘结力强, 可长期保存, 设备简单, 无环境污染等优优点6。但一般要加入催化剂硫酸亚铁提高反应速度，产物呈深褐色，不适合应用于要求较高的场合。本方法采用硫酸铜为催化剂,草酸作为脱色剂，制得最终产品为乳白色，扩大产品适用范围。1实验1.1 实验原料与试剂 市售马铃薯淀粉;硫酸铜(化学纯)、双氧水(化学纯,浓度30 %(质量分数,后同) ) ；氢氧化钠(化学纯,配制成10%的水溶液) ;硼砂(化学纯)； 草酸(化学纯,配制成30%的水溶液)。1.2 实验设备与仪器JY3002电子天平、 JJ-1精密增力电动搅拌机、 DV-+ 可编程控制式旋转粘度计。1.3测试方法粘度：DV-+ 可编程控制式旋转粘度计测定。初粘力测定7：选取表面平整、干净的同一规格的瓦楞纸板，用直尺和铅笔在纸板上同一面画出1cm1cm的小格，再用小钢尺和裁纸刀将其裁剪成2cm10cm的瓦楞纸板。取0.3g胶液均匀涂布在2cm10cm的瓦楞纸表面，然后与统一规格的瓦楞纸粘合，置于200g压力下的保持10min，剥离后观察表面的破坏情况，按下列公式计算初粘力：初粘力P2（%）=瓦楞纸楞纸破坏面积（cm）瓦楞纸粘合面积（cm）100%，同一组实验测试五次，取平均值。1.4 实验方法1）将马铃薯淀粉和水按比例加入三口烧瓶中，开搅拌器搅拌均匀。加入少量硫酸铜催化剂，待溶解后，先滴加一定量10%的NaOH溶液调节反应液PH值为9-11。然后加入适量双氧水氧化90min，缓慢加入定量的NaOH溶液，糊化30min。加入硼砂搅拌10min后，滴加草酸溶液至颜色不再发生改变后停止搅拌出料。2.结果与讨论：2.1催化剂的用量对粘合剂的影响随着硫酸铜用量的增加，粘合剂粘度降低，用量增加到一定程度后，粘合剂的粘度又缓慢增加。可能是由于开始在铜离子催化和过氧化氢氧化共同作用下，淀粉分子链降解，粘度下降。但当硫酸铜用量增加到一定程度后，过多的铜离子又对淀粉分子链有一定的络合作用，表现为粘度又会逐渐增加，但硫酸铜用量过多初粘力将会下降。经单因素实验确定用量约为0.2g较好。2.2正交实验催化剂硫酸铜与马铃薯淀粉用量为0.2g 和30g时，单因素实验确定影响淀粉粘合剂质量性能的主要因素有：蒸馏水与淀粉质量比、双氧水用量、NaOH水溶液质量和硼砂用量。正交试验为4因素4水平试验,表2为实验结果极差分析。 表1正交实验因素与水平 Ta b. 1 Factor and level for orthogonal experiments水平因素 A 水与淀粉比例BH2O2用量/mLCNaOH用量/mLD硼砂用量/g12344：14.5:15:15.5:11.21.62.02.4182226300.160.200.240.282.3 实验结果与分析表2 实验结果极差分析Ta b.2 Experimentation result and analysis实验序号实验因素P1:粘度/mpa.sP2：初粘力/%ABCD1234567891011121314151611112222333344441234123412341234123421433412432112343412432121434488.03752.01496.67443.338301.33574.132600.01440.07392.01694.0483.73502.932372.0744.53548.80451.7378.381.78078.37081.783.385707578.37576.77568.373.3K1/4K2/4K3/4K4/4极差R25453228.92518.21029.52199.45638.31691.21283.6709.54928.81499.43276.32768.32369.81776.92083.92011.92985.92239.6974P1 K1/4K2/4K3/4K4/4极差R79.680.074.673.36.773.878.477.577.94.677.973.877.578.34.577.980.474.674.65.8 P2根据表中实验结果得出各指标因素的主次顺序可得各因素的影响顺序。粘度：BACD；初粘力：ADBC。初选最优条件,根据各指标不同水平平均值确定各因素的优化水平组合。粘度：A2B1C2D3，即第5组；初粘力:A2B2C4D2。综合平衡确定最优条件：A因素对粘度和初粘力的影响相同，选A2；B因素对粘度的影响虽大于初粘力，但第1、5、9组是由于氧化剂用量不足，氧化不充分，导致综合性能明显不符合要求，因此需要稍微增加氧化剂的量，经综合平衡后选B2。C因素对粘度的影响稍大于初粘力，应依影响较大性能指标，故选C2,D因素对初粘力的影响大于粘度，故选D2。综上，选择A2B2C2D2，既当催化剂硫酸铜与马铃薯淀粉用量为0.2g 和30g时，水与淀粉的比为4.5：1，双氧水为1.6mL，NaOH为22mL，硼砂为0.2 g是较好的合成条件。2.4草酸用量对粘合剂脱色的影响 草酸具有很强的还原性,是金属离子螯合剂。脱色原理可能是加入的草酸与粘合剂中有色铜离子生成无色化合物，因而粘合剂由深绿色变为乳白色。草酸水溶液（30%）作为脱色剂，以1毫升为递增量，时间间隔5min，向硼砂络合反应后的粘合剂中滴加，粘合剂颜色从未添加前的深绿色逐渐趋向于乳白色，加至17毫升以上颜色再无明显变化，此时粘合剂的初粘力和粘度也均可满足使用要求。3.结 论本实验采用硫酸铜为催化剂，草酸为脱色剂，在室温下制得质量符合使用要求的乳白色氧化淀粉粘合剂。采用正交实验的方法，优化了在室温条件下制备新型淀粉粘合剂的配方。实验结果证明，以马铃薯淀粉为主要原料，硫酸铜为催化剂、草酸为脱色剂，在室温下可制得质量符合使用要求的乳白色氧化淀粉粘合剂。实验结果表明制备的较好条件：水77.9%，淀粉17.3%，硫酸铜0.12%，双氧水0.28%,氢氧化钠1.3%，硼砂0.12%。单因素实验证明草酸添加量为2.9%时即可得到良好脱色效果。参考文献：1 文忠和. 纸品用淀粉粘合剂生产工艺现状及发展方向J. 萍乡高等专科报, 2001, (4): 77-79.2 徐鹏翔,李国学,李彦明,等. 氧化淀粉粘合剂的合成及其在新型肥料中的应用J. 中国胶粘剂, 2006,15(8): 20-23.3 杜建功,赵雅琴,张占柱.双氧水对淀粉的氧化性能研究J.化工科技, 2001, 9(6): 16-18.4 YanliWang, Junpin Lin, ZhiLin. Deformation characterization of conductive particles in an isotropically conductive adhesive simulated by FEM J. Journal of University of Science and Technology Beijing. 2005, 12(1): 48-53.5陈宪华. 冷制氧化淀粉及快干型淀粉粘合剂J.粘接, 1994,(15):7-10.6 韩春阳,王锐,孙炳新. 冷法 H2O2 氧化制备瓦楞纸板