王 琳
(吉林农业工程职业技术学院,吉林四平136000)
摘 要:在酸性环境中,用高锰酸钾制得氧化淀粉,再配以适当的催干剂、交联剂制成淀粉胶粘剂.有效的提高了干燥速度,解决了淀粉胶稳定性差的问题.
关键词:氧化淀粉;胶粘剂;ＫＭｎＯ4
中图分类号:ＴＱ432.2 文献标识码:Ａ 文章编号:1000-1840-(2007)02-0058-02
淀粉是一种价廉的制备粘合剂的原料,特别适用于纸张的粘合.很久以来瓦楞纸箱行业中使用的胶粘剂是泡花碱,由于其含碱量高,对纸张的腐蚀性大,生产出的纸箱易返潮、变形、破损甚至腐蚀包装内商品,因而越来越不适合商业包装要求.我国规定自1993年起,全国所有包装用纸箱的生产均不得使用水玻璃为胶粘剂.淀粉胶粘剂具有强度高、重量轻、无腐蚀、无污染、防潮好、成本低等优点,用量越来越大.
生产淀粉胶粘剂可用的氧化剂一般有过氧化氢、次氯酸盐、氯酸盐、高锰酸钾或多元氧化剂等.氧化法又有冷制与热制之分,冷制法一般生产周期长,受季节温度影响较大,有时反应时间较长;热制法具有生产周期短,产品质量稳定,不受季节温度变化限制的优点.
本法采用高锰酸钾在酸性条件下氧化,通过简单热处理制得淀粉胶粘剂.
1 反应机理
淀粉是不溶于水的多糖类碳水化合物,分子式为(Ｃ6Ｈ10Ｏ5)ｎ,是由若干个α-Ｄ-葡萄糖单位通过1,4苷键位结合起来的.它主要来源于植物的块根和种子,呈白色,无臭,无味的粉状或粒状固体,其中直链淀粉约占20%,支链淀粉约占80%,各种淀粉的性状及组成如表1所示.
研究表明,对高锰酸钾而言,在酸性条件下只发生6位置上伯醇羟基氧化为醛基最后被氧化为羧基.
所以,氧化后的淀粉是含有醛基或羧基分子结构为主的变性淀粉,而醛基具有防霉、防腐能力,羧基对纸纤维有较大亲和性,因此,增加了渗透与亲和能力.同时,氧化淀粉分子所含有的醛基和羧基又能活化与其相邻近的淀粉分子,促使连接链的断裂,即发生氧化降解,形成低聚合度分子,增加了淀粉的溶解性、流动性、粘接性.氧化淀粉本身不溶于水,没有胶粘性,只有加碱处理才能变为粘合剂.加入碱液后,碱就与淀粉中的羧基发生皂化反应,生成相应的羧基钠盐,与淀粉中未被氧化的羟基结合,破坏了部分氢键,使分子间作用力减弱,因而溶胀糊化,增加了亲水性和溶解性,使胶粘剂流动性好,较易储存.络合剂硼砂能与溶胀后的氧化淀粉中的羧基、羟基结合为配位体,形成以硼、氧为中心离子的多核配位化合物,从而使溶液粘度增加,还能使生成的膜坚固,提高抗水性.
2 原料与配方
淀粉20ｇ,水40ｍｌ,高锰酸钾0.4ｇ,氧化锌适量,15%烧碱溶液30ｍｌ,浓硫酸2ｍｌ,硼砂适量,催干剂适量.
3 胶粘剂的制备方法
在室温下加入定量淀粉和水,搅拌均匀,加入浓硫酸使溶液呈酸性,加入催化剂氧化锌,氧化剂高锰酸钾,搅拌均匀后加热,控制反应温度在50～60℃,搅拌,直至反应溶液变为白色后.停止加热,冷却至室温,加入糊化剂烧碱溶液和交联剂硼砂.工艺流程如下:
4 讨论
4.1 水与淀粉比例
水与淀粉比增加,胶液变稀,粘度下降,流动性太大,干燥速度慢.反之,水与淀粉比减小,胶变稠,粘度升高,流动性小,成本增加.所以,综合各种因素考虑,用水量一般为淀粉量的2～3倍.
4.2 氧化程度
淀粉经氧化剂氧化,分子链降解,致使聚合度降低,官能团发生变化,形成氧化淀粉.淀粉的氧化深度与胶粘剂的稳定性有直接关系,氧化程度越高,胶液越稀,水溶性越好;但氧化程度过高时,胶的粘接性能下降,初粘时间长,干燥速度慢,甚至失去粘接能力;氧化程度不够,胶液性质如同天然淀粉,制得的粘和剂粘度大、凝胶快.所以在反应温度和反应时间确定的条件下,氧化剂用量对氧化深度的影响是明显的,氧化剂用量与胶粘剂的粘度关系见附图.
4.3 浓硫酸的用量
在酸性环境中,高锰酸钾的氧化能力较强,所以,用浓硫酸调节ｐＨ值,保证反应在酸性条件下进行.浓硫酸的用量对氧化程度有影响,若氧化剂量相同,浓硫酸用量少,则氧化效果不好,胶液如同天然淀粉;若浓硫酸用量大,则氧化程度过深,胶液粘度过低,所以,应控制浓硫酸用量.
4.4 烧碱的用量
为了得到粘度适中,粘合力大,稳定性好的淀粉胶粘剂,必须控制烧碱用量.碱量过少,糊化不完全,胶液浑浊,流动性差,不易储存;用量过大,粘接力降低,腐蚀性增大,防潮性能降低.
4.5 温度的影响
淀粉胶的粘度随温度升高而降低,但温度过低时反应速度较慢,综合考虑,反应温度控制在50～60℃
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