CN105694757A - 一种生物纳米胶的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种生物纳米胶的制备方法，包括以玉米淀粉和/或木薯淀粉为淀粉原料，加入占淀粉5-10wt％的尿素、2-5wt％的羧甲基纤维素、1-2wt％的三聚磷酸钠、0.5-1.0wt％的二氧化钛以及水配成悬浮液，使得淀粉在悬浮液中的重量百分含量为38-45wt％；在高速匀质机中将所述悬浮液搅拌均匀，该物料进入五节筒体的双螺杆挤压机挤压，挤压机五节筒体间的设定温度不同且在40～125℃范围内依次升高；挤出成型的物料经干燥和粉碎后，进入功率为900-1200W的超大功率超声波发生器中超声处理3分钟以上，得到所述生物纳米胶。本发明提供的产品为白色粉末状纳米粒子，平均粒径50-100nm，冷水可溶，粘结力超强，无毒、无味、环保、保水性好、成膜性好。可广泛应用于粘合剂领域。

Description

一种生物纳米胶的制备方法
技术领域
本发明涉及粘合剂领域，具体涉及一种生物纳米胶的制备方法。
背景技术
生物纳米胶广泛应用于造纸涂布用粘合剂、人造板用粘合剂、建筑涂料用粘合剂等领域，因其下游应用的发展，使得生物纳米胶的研究开发成为热点。
专利申请WO2012/162845EN公开一种可固化水性粘结剂组合物，所述组合物包括剪切的或挤出的交联淀粉颗粒和交联剂，该组合物用于形成复合材料如矿物、天然有机或合成纤维产物，包括矿物纤维绝热材料、非织物垫、纤维玻璃绝热材料和相关的玻璃纤维产物以及基于木材的产物和建筑材料。在一个应用中，所述可固化水性淀粉粘结剂组合物可与第二非甲醛树脂掺混以制造纤维玻璃绝热材料。在另一个应用中，所述可固化水性淀粉粘结剂组合物可被混入基于甲醛的树脂中以制造纤维玻璃屋顶板。
发明专利申请CN201510049203.4本发明公布了一种全淀粉植物胶及其制备方法和应用。该全淀粉植物胶以两亲性复合淀粉为基质，物理改性淀粉为淀粉胶增强剂，在将淀粉基质和增强剂按一定配比混合后，采用挤出法制备成条状淀粉植物胶，后续可再经切割制成颗粒料、薄膜或片材。该发明的特点在于，以复合型淀粉为基质制得的植物胶比其中任何一种单一成分在理化性能、加工性和机械性能等方面更具优势，制品可进一步用于食品、药品和造纸等其它领域。
而本申请发明人在先申请的发明专利CN201310468623.7公开了一种造纸涂布用纳米淀粉的制备方法。该方法以木薯或玉米原淀粉为原料，加入增塑剂(尿素)，聚乙烯醇，增溶剂(聚山梨酯或聚氧乙烯脂肪酸酯)，其他助剂(十八酸、十六醇或十八醇)在高速搅拌机混合均匀，通过十二节筒体(十二节筒体温度分别设定为60-70℃，70-80℃，80-90℃，90-95℃，95-100℃，100-105℃，105-110℃，110-115℃，115-120℃，120-125℃，125-130℃，130-135℃)的双螺杆挤压机挤压，在第十节筒体处以液体喷枪注入交联剂(环氧氯丙烷、乙二醛、甲醛)，物料挤压后通过挤压机出料口，再经干燥、冷却、粉碎后得到涂布纳米淀粉；本发明得到的造纸涂布用纳米淀粉，平均粒径50-250nm，粒径分布均匀，且纳米颗粒表面光滑平整，具有高固含量、低粘度、流动性好、成膜性好，粘结力强、使用方便等特点，可替代30-60％的丁苯胶乳，提高纸张性能，降低成本，利于环保。
但为适应本领域的发展和用户越来越高的要求，本领域需要一种颗粒更小、粒度分布更均匀、粒子不容易团聚且粘结力更好的生物纳米胶。
发明内容
因此，本发明提供一种生物纳米胶的制备方法，包括以玉米淀粉和/或木薯淀粉为淀粉原料，加入占淀粉5-10wt％的尿素、2-5wt％的羧甲基纤维素、1-2wt％的三聚磷酸钠、0.5-1.0wt％的二氧化钛以及水配成悬浮液，使得淀粉在悬浮液中的重量百分含量为38-45wt％；在高速匀质机中将所述悬浮液搅拌均匀，该物料进入五节筒体的双螺杆挤压机挤压，挤压机五节筒体间的设定温度不同且在40～125℃范围内依次升高；挤出成型的物料经干燥和粉碎后，进入功率为900-1200W的超大功率超声波发生器中超声处理3分钟以上，得到所述生物纳米胶。
本发明提供的产品为白色粉末，纳米级粒子，粒径50-100nm，冷水可溶，粘结力超强，无毒、无味、环保、保水性好、成膜性好。可广泛应用于造纸涂布用粘合剂、人造板用粘合剂、建筑涂料用粘合剂等领域。
在一种具体的实施方式中，所述双螺杆挤压机中螺杆转速410-450rpm。
在一种具体的实施方式中，挤压机的首尾两节筒体的温度分别设定为40-50℃和120-125℃。
在一种具体的实施方式中，挤压机中间三节筒体的温度分别依次设定为80-95℃、95-100℃和100-115℃。
在一种具体的实施方式中，所述双螺杆挤压机出料口的模头孔径为3～6mm，挤出呈圆条状的成型料。
在一种具体的实施方式中，粉碎后的物料超声处理时间为3～20分钟，优选5～8分钟。
在一种具体的实施方式中，所得生物纳米胶的平均粒径为50-100nm。
在一种具体的实施方式中，所述二氧化钛为纳米二氧化钛。
本发明与现有技术相比，首先，本发明使用新的原料和工艺使得本发明提供了一种颗粒更小、粒度分布更均匀、粒子不容易团聚且粘结力更好的生物纳米胶。其次，本发明的工艺相比于现有技术来说有了进一步的优化，双螺杆挤压机挤压过程中不再需要十二节筒体，而仅需五节筒体即可很好地完成该化学反应；且本发明不再需要在中间筒体中以液体喷枪注入交联剂，使得工艺操作更简化和稳定。
具体实施方式
本发明所述高速匀质机又称为高速均质机，即本领域技术人员可知的一种用于对悬浮液等液态物料进行混匀的机器。
本发明通过选用尿素、羧甲基纤维素、三聚磷酸钠和以纳米二氧化钛为晶种与玉米淀粉或木薯淀粉先在匀质机中将悬浮液混匀，再送入挤出机中反应，然后将干燥和粉碎后的固体粉料经大功率超声波仪器下击碎混匀，得到粒径均匀的小粒生物纳米胶产品。使得所得产品的粘结力更强，颗粒分散效果更好，从而得到性能更为优良的生物纳米胶产品。
本发明采用特定的组合物原料与玉米淀粉或木薯淀粉发生化学反应，首次采用匀质悬浮液、五段不同温度挤压、以及超声处理固态粉料结合的工艺制备生物纳米胶。与现有技术中高速搅拌机搅拌固态物料、十二段不同温度挤压以及中间段需要添加交联剂的方案相比，所得纳米级生物胶的粘结力更强、无毒无味、环保、胶粒子更小更均匀。且本发明制备纳米级生物胶时通过反应原料和反应机理的选择变更使得本发明中无需再在挤压过程中加入交联剂，其制备工艺的操作稳定性和产品稳定性更好。
需要说明的是，本发明中经干燥和粉碎后的粉末状物料中依然含有一定量的水份，因而其可以直接将其送入大功率超声波中进行击碎和分散，而无需在粉料中加入有机溶剂等液态介质辅助吸波。大功率超声的引入使得本发明产品中的团聚现象基本杜绝，所得纳米生物胶产品性能更为稳定。
本发明通过以下实施例具体说明，但本发明的保护范围并不仅限于以下实施例。
实施例1
称取100kg玉米淀粉，加入5kg尿素，2kg羧甲基纤维素，1kg三聚磷酸钠，0.6kg二氧化钛，以及一定量水配成淀粉在悬浮液中的重量百分含量为38％的悬浮液，在高速匀质机中搅拌均匀，匀质均匀的混合料进入五节筒体的双螺杆挤压机挤压，螺杆转速410rpm，挤压机五节筒体温度分别设定为40℃，80℃，95℃，100℃，120℃；挤压机出料口的模头孔径为4mm；物料挤压后通过挤压机出料口，经干燥、粉碎后，进入功率为1000W的大功率超声波发生器，超声波处理时间5分钟，得到生物纳米胶；产品为白色粉末，纳米级粒子，平均粒径70nm。
实施例2
称取100kg木薯淀粉，加入10kg尿素，5kg羧甲基纤维素，2kg三聚磷酸钠，1.0kg二氧化钛，以及一定量水配成淀粉在悬浮液中的重量百分含量为45％的悬浮液，在高速匀质机中搅拌均匀，匀质均匀的混合料进入五节筒体的双螺杆挤压机挤压，螺杆转速450pm，挤压机五节筒体温度分别设定为45℃，90℃，100℃，110℃，125℃；挤压机出料口的模头孔径为4mm；物料挤压后通过挤压机出料口，经干燥、粉碎后，进入功率为1000W的大功率超声波发生器，超声波处理时间8分钟，得到生物纳米胶；产品为白色粉末，纳米级粒子，平均粒径65nm。
实施例3
称取50kg木薯淀粉和50kg玉米淀粉，加入8kg尿素，3kg羧甲基纤维素，1.5kg三聚磷酸钠，0.8kg二氧化钛，以及一定量水配成淀粉在悬浮液中的重量百分含量为41％的悬浮液，在高速匀质机中搅拌均匀，匀质均匀的混合料进入五节筒体的双螺杆挤压机挤压，螺杆转速430pm，挤压机五节筒体温度分别设定为40℃，85℃，100℃，115℃，125℃；挤压机出料口的模头孔径为4mm；物料挤压后通过挤压机出料口，经干燥、粉碎后，进入功率为1000W的大功率超声波发生器，超声波处理时间20分钟，得到生物纳米胶；产品为白色粉末，纳米级粒子，平均粒径75nm。
对比例1
制备方法与专利CN201310468623.7的实施例1相同。具体地：称取20kg玉米淀粉，加入甘油1.2kg，聚乙烯醇(1788)600g，聚山梨酯80g，十八醇40g，加蒸馏水调节体系水分含量至26％，在转速为2500r/min的高速搅拌机混合均匀；调节双螺杆挤压机螺杆转速350rpm，挤压机十二节筒体温度分别设定为60℃，70℃，80℃，90℃，100℃，105℃，110℃，115℃，120℃，125℃，130℃，135℃；挤压机出料口的模头孔径为5mm。将混合料经由喂料器进入双螺杆挤压机内挤压，并在挤压机第十节筒体以液体喷枪注入交联剂乙二醛400g。将挤出物放入烘箱，烘箱温度40℃，对挤出物进行烘干，在室温下冷却，用粉碎机粉碎，得造纸涂布用纳米淀粉产品，其平均粒径为148nm。
对比例2
制备方法与专利CN201310468623.7的实施例2相同，得造纸涂布用纳米淀粉产品，其平均粒径为126nm。
对比例3
制备方法与专利CN201310468623.7的实施例3相同，得造纸涂布用纳米淀粉产品，其平均粒径为185nm。
实施例4
应用对比：将实施例1～3所得生物纳米胶与对比例1～3中的纳米淀粉均用作造纸涂布用粘合剂，比较其粘结强度，明显可见实施例1～3所得生物纳米胶的粘结强度均强于对比例1～3中的纳米淀粉。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种生物纳米胶的制备方法，包括以玉米淀粉和/或木薯淀粉为淀粉原料，加入占淀粉5-10wt％的尿素、2-5wt％的羧甲基纤维素、1-2wt％的三聚磷酸钠、0.5-1.0wt％的二氧化钛以及水配成悬浮液，使得淀粉在悬浮液中的重量百分含量为38-45wt％；在高速匀质机中将所述悬浮液搅拌均匀，该物料进入五节筒体的双螺杆挤压机挤压，挤压机五节筒体间的设定温度不同且在40～125℃范围内依次升高；挤出成型的物料经干燥和粉碎后，进入功率为900-1200W的超大功率超声波发生器中超声处理3分钟以上，得到所述生物纳米胶。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述双螺杆挤压机中螺杆转速410-450rpm。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，挤压机的首尾两节筒体的温度分别设定为40-50℃和120-125℃。
4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，挤压机中间三节筒体的温度分别依次设定为80-95℃、95-100℃和100-115℃。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述双螺杆挤压机出料口的模头孔径为3～6mm，挤出呈圆条状的成型料。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述方法，其特征在于，粉碎后的物料超声处理时间为3～20分钟，优选5～8分钟。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述方法，其特征在于，所得生物纳米胶的平均粒径为50-100nm。
8.根据权利要求1～7中任意一项所述方法，其特征在于，所述二氧化钛为纳米二氧化钛。
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