CN105907334A - 氧化淀粉纤维素复合粘合剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及氧化淀粉纤维素复合粘合剂的制备方法,可有效解决现有淀粉粘合剂不环保、不能降解,对环境有污染、成本高的问题,方法是,将淀粉溶于蒸馏水中,加入高锰酸钾,用盐酸调节pH至2‑3,40‑80℃搅拌1小时,60‑95℃下继续搅拌1小时,加入硼酸,80‑90℃反应1小时,再加入硫酸铝钾,继续搅拌2小时,得到改性淀粉的胶体;将氯化锌加入水,在70‑95℃下溶解均匀,加入纤维素,70‑95℃下搅拌1‑3小时,使纤维素解离到纤维长度微米级的分散均一的溶液,加入改性淀粉的胶体,60‑90℃下搅拌3‑6小时,冷却到室温,得到氧化淀粉纤维素复合粘合剂。本发明环保,力学强度高,可降解,成本低,常温流动性好。
Description
技术领域
本发明涉及化工,特别是一种氧化淀粉纤维素复合粘合剂的制备方法。
背景技术
淀粉高温糊化后以其较优的粘合性能,作为粘合剂有悠久历史。淀粉粘合剂是以淀粉与水为主要原料经糊化、氧化或酯化、接枝作用制成的粘稠液体或易溶解的固体物质,根据变性方法不同,可分为糊化淀粉粘合剂,氧化淀粉粘合剂,酯化淀粉粘合剂,接枝淀粉粘合剂。
氧化淀粉本身不溶于水,无粘性,加入糊化剂NaOH后,羧基变成钠盐,增加亲水性和溶解性,与淀粉中未被氧化的羟基结合,破坏了部分氢键,使大分子间作用力减弱,溶胀糊化后,粘合剂变稠,和交联剂硼砂交联改性,硼原子外电子层的空轨道能吸收糊化后的氧化淀粉中的-OH,结合为配位体,形成网状结构的多核络合物,具有交联增稠作用,使淀粉胶的黏度和表面张力增加,内聚力增加。
在氧化淀粉粘合剂中,常用的氧化剂为高锰酸钾、次氯酸钠、过氧化氢等。高锰酸钾作氧化剂时,其原料具有体积小,重量轻,便于运输,稳定性好便于存放,
制作时无刺激性气体放出,成品胶也无任何气味。高锰酸钾在酸性条件下表现出很强的氧化能力,并随温度的升高氧化作用更强,用高锰酸钾氧化,从本身颜色变化可以判断氧化程度,生产上易控制。
为增强淀粉粘合剂综合力学性能,目前多采用对淀粉接枝改性,接枝改性是通过一定的方式在淀粉的大分子上产生初级自由基,然后引发接枝单体,进行接枝共聚,使某些烯烃单体以一定的聚合度接枝到淀粉的分子上,在淀粉链上形成合成高聚物分子链,从而改变淀粉粘合剂的性能。常用的接枝共聚试剂主要有:聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚丙烯酸、环氧氯丙烷。但由于方法和原料中存在的问题,其制备的氧化淀粉粘合剂存在如下问题:
(1)不环保。目前淀粉/高分子复合粘合剂制备中涉及和高分子单体参与的反应如丙烯酸酯类,环氧树脂,脲醛树脂单体等,制备过程有一定毒性
(2)不能降解,对环境有污染。
(3)成本高。
(4)常温流动性差。由于淀粉玻璃化温度较高,在常温下淀粉流动性差。很多淀粉类粘合剂需要加热到一定温度才能施用,限制了其的方便应用。
因此,粘合剂制备方法上的改进的创新是需要认真解决的技术问题。
发明内容
针对上述情况,为克服现有技术之不足,本发明之目的就是提供一种氧化淀粉纤维素复合粘合剂的制备方法,可有效解决现有淀粉粘合剂不环保、不能降解,对环境有污染、成本高的问题。
本发明解决的技术方案是,由以下步骤实现:
(1)改性淀粉的制备:将5-12g淀粉溶于40-80℃的100mL蒸馏水中,搅拌溶解均匀,加入2-8mg高锰酸钾,用盐酸调节pH至2-3,40-80℃搅拌1小时,60-95℃下继续搅拌1小时,加入2-6mg硼酸,80-90℃反应1小时,再加入0.2-0.8g硫酸铝钾(明矾),继续搅拌2小时,得到改性淀粉的胶体;
(2)淀粉/纤维素复合凝胶的制备:将氯化锌加入水,在70-95℃下溶解均匀,配制成质量浓度40-70%的氯化锌水溶液50ml,再加入2-4g纤维素,70-95℃下搅拌1-3小时,使纤维素解离到纤维长度微米级的分散均一的溶液,加入50-200ml改性淀粉的胶体,60-90℃下搅拌3-6小时,冷却到室温,得到氧化淀粉纤维素复合粘合剂。
本发明具有以下突出的有益技术效果:
(1)环保。无论是主原料淀粉与纤维素,还是溶解纤维素所采用的溶剂氯化锌,均无毒无害。
(2)力学强度较高。淀粉通过硼酸的交联在水中形成胶体状网络结构,形成凝胶骨架。氯化锌的锌离子与纤维素的羟基以及糖苷键的氧原子配位,形成物理交联。淀粉与纤维素均具有吡喃环结构,结构接近,相容性好。淀粉与纤维素之间具有较强相互作用,维持粘合剂的稳定性。
(3)可以降解,环境友好。淀粉,纤维素是天然可降解材料,淀粉/纤维素复合凝胶对环境没有任何不利影响。
(4)成本低。淀粉及改性相关试剂,纤维素,溶解纤维素的氯化锌均廉价易得。
(5)常温流动性好。由于纤维素分子链与淀粉分子链共混,增加了淀粉的分子间距离,降低了玻璃化温度。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体实施方式作详细说明。
实施例1
本发明在具体实施中,由以下步骤实现:
(1)改性淀粉的制备:将5-10g淀粉溶于40-50℃的100mL蒸馏水中,用机械搅拌器搅拌溶解均匀,加入2-3mg高锰酸钾,用盐酸调节pH至2-3,40-50℃搅拌1小时,60-75℃下继续搅拌1小时,加入2-4mg硼酸,80℃反应1小时,再加入0.2-0.6g硫酸铝钾,继续搅拌2小时,得到改性淀粉的胶体;
(2)淀粉/纤维素复合凝胶的制备:将氯化锌加入水,在70-80℃下溶解均匀,配制成质量浓度40-60%的氯化锌水溶液50ml,再加入2-4g纤维素,70-80℃下搅拌1-3小时,使纤维素解离到纤维长度微米级的分散均一的溶液,加入50-200ml改性淀粉的胶体,60-80℃下搅拌3-6小时,冷却到室温,得到氧化淀粉纤维素复合粘合剂。
实施例2
本发明在具体实施中,也可由以下步骤实现:
(1)改性淀粉的制备:将7-12g淀粉溶于70-80℃的100mL蒸馏水中,用机械搅拌器搅拌溶解均匀,加入5-8mg高锰酸钾,用盐酸调节pH至2-3,70-80℃搅拌1小时,80-95℃下继续搅拌1小时,加入4-6mg硼酸,90℃反应1小时,再加入0.4-0.8g硫酸铝钾,继续搅拌2小时,得到改性淀粉的胶体;
(2)淀粉/纤维素复合凝胶的制备:将氯化锌加入水,在80-95℃下溶解均匀,配制成质量浓度50-70%的氯化锌水溶液50ml,再加入2-4g纤维素,80-95℃下搅拌1-3小时,使纤维素解离到纤维长度微米级的分散均一的溶液,加入50-200ml改性淀粉的胶体,70-90℃下搅拌3-6小时,冷却到室温,得到氧化淀粉纤维素复合粘合剂。
实施例3
本发明在具体实施中,由以下步骤实现:
(1)改性淀粉的制备:将10g淀粉溶于50℃的100mL蒸馏水中,用机械搅拌器搅拌溶解均匀,加入2mg高锰酸钾,用盐酸调节pH至2-3,50℃搅拌1小时,75℃下继续搅拌1小时,加入2mg硼酸,90℃反应1小时,再加入0.6g硫酸铝钾(明矾),继续搅拌2小时,得到改性淀粉的胶体;
(2)淀粉/纤维素复合凝胶的制备:将氯化锌加入水,在80℃下溶解均匀,配制成质量浓度65%的氯化锌水溶液50ml,再加入3g纤维素,80℃下搅拌1-3小时,使纤维素解离到纤维长度微米级的分散均一的溶液,加入50ml改性淀粉的胶体,80℃下搅拌4小时,冷却到室温,得到氧化淀粉纤维素复合粘合剂。
本发明经实地应用和测试,取得了非常满意的有益技术效果,与普通淀粉粘合剂相比,不像普通淀粉粘合剂在常温下比较硬,该粘合剂在室温下仍然呈粘稠状。降低温度到-5℃,韧性较好,仍然不变脆。因为一方面氧化淀粉糊化后,水溶性增加,利于氯化锌的锌离子扩散到淀粉的分子链中。锌离子与羟基、糖苷键的氧原子配位作用阻止了在较低的温度下淀粉分子自由体积的缩小,提高了淀粉玻璃化温度。另一方面,淀粉与纤维素形成相互穿插的网络结构,纤维素使得淀粉分子链规整性下降,在较低温度下不容易结晶,因此阻碍了较低的温度下淀粉的变脆。而且具有:
(1)环保。淀粉,纤维素,溶解纤维素所采用的溶剂氯化锌,均无毒无害,所制成的产品在试验和使用中均未发现有任何毒副作用,表明使用安全,环保。
(2)力学强度高。淀粉通过硼酸的交联在水中形成胶体状网络结构,形成凝胶骨架。氯化锌的锌离子与纤维素的羟基以及糖苷键的氧原子配位,形成物理交联。淀粉与纤维素均具有吡喃环结构,结构接近,相容性好。淀粉与纤维素之间具有较强相互作用,粘合强度提高3倍以上,维持粘合剂的稳定性,延长使用寿命。
(3)产品可降解,环境友好。淀粉与纤维素是天然可降解材料,淀粉/纤维素复合凝胶对环境没有任何不利影响。
(4)成本低。淀粉,纤维素,氯化锌均廉价易得,其产品成本只是现有产品的1/4-1/5,非常利于生产和推广使用,创造好的商机,提高经济效益,且不会环境造成污染,经济和社会效益显著。
(5)常温流动性好。由于纤维素分子链与淀粉分子链共混,增加了淀粉的分子间距离,降低了玻璃化温度。克服了传统淀粉粘合剂低温变脆,使用寿命短、效果差的问题。
Claims (4)
1.一种氧化淀粉纤维素复合粘合剂的制备方法,其特征在于,由以下步骤实现:
(1)改性淀粉的制备:将5-12g淀粉溶于40-80℃的100mL蒸馏水中,搅拌溶解均匀,加入2-8mg高锰酸钾,用盐酸调节pH至2-3,40-80℃搅拌1小时,60-95℃下继续搅拌1小时,加入2-6mg硼酸,80-90℃反应1小时,再加入0.2-0.8g硫酸铝钾,继续搅拌2小时,得到改性淀粉的胶体;
(2)淀粉/纤维素复合凝胶的制备:将氯化锌加入水,在70-95℃下溶解均匀,配制成质量浓度40-70%的氯化锌水溶液50ml,再加入2-4g纤维素,70-95℃下搅拌1-3小时,使纤维素解离到纤维长度微米级的分散均一的溶液,加入50-200ml改性淀粉的胶体,60-90℃下搅拌3-6小时,冷却到室温,得到氧化淀粉纤维素复合粘合剂。
2.根据权利要求1所述的氧化淀粉纤维素复合粘合剂的制备方法,其特征在于,由以下步骤实现:
(1)改性淀粉的制备:将5-10g淀粉溶于40-50℃的100mL蒸馏水中,用机械搅拌器搅拌溶解均匀,加入2-3mg高锰酸钾,用盐酸调节pH至2-3,40-50℃搅拌1小时,60-75℃下继续搅拌1小时,加入2-4mg硼酸,80℃反应1小时,再加入0.2-0.6g硫酸铝钾,继续搅拌2小时,得到改性淀粉的胶体;
(2)淀粉/纤维素复合凝胶的制备:将氯化锌加入水,在70-80℃下溶解均匀,配制成质量浓度40-60%的氯化锌水溶液50ml,再加入2-4g纤维素,70-80℃下搅拌1-3小时,使纤维素解离到纤维长度微米级的分散均一的溶液,加入50-200ml改性淀粉的胶体,60-80℃下搅拌3-6小时,冷却到室温,得到氧化淀粉纤维素复合粘合剂。
3.根据权利要求1所述的氧化淀粉纤维素复合粘合剂的制备方法,其特征在于,由以下步骤实现:
(1)改性淀粉的制备:将7-12g淀粉溶于70-80℃的100mL蒸馏水中,用机械搅拌器搅拌溶解均匀,加入5-8mg高锰酸钾,用盐酸调节pH至2-3,70-80℃搅拌1小时,80-95℃下继续搅拌1小时,加入4-6mg硼酸,90℃反应1小时,再加入0.4-0.8g硫酸铝钾,继续搅拌2小时,得到改性淀粉的胶体;
(2)淀粉/纤维素复合凝胶的制备:将氯化锌加入水,在80-95℃下溶解均匀,配制成质量浓度50-70%的氯化锌水溶液50ml,再加入2-4g纤维素,80-95℃下搅拌1-3小时,使纤维素解离到纤维长度微米级的分散均一的溶液,加入50-200ml改性淀粉的胶体,70-90℃下搅拌3-6小时,冷却到室温,得到氧化淀粉纤维素复合粘合剂。
4.根据权利要求1所述的氧化淀粉纤维素复合粘合剂的制备方法,其特征在于,由以下步骤实现:
(1)改性淀粉的制备:将10g淀粉溶于50℃的100mL蒸馏水中,用机械搅拌器搅拌溶解均匀,加入2mg高锰酸钾,用盐酸调节pH至2-3,50℃搅拌1小时,75℃下继续搅拌1小时,加入2mg硼酸,90℃反应1小时,再加入0.6g硫酸铝钾,继续搅拌2小时,得到改性淀粉的胶体;
(2)淀粉/纤维素复合凝胶的制备:将氯化锌加入水,在80℃下溶解均匀,配制成质量浓度65%的氯化锌水溶液50ml,再加入3g纤维素,80℃下搅拌1-3小时,使纤维素解离到纤维长度微米级的分散均一的溶液,加入50ml改性淀粉的胶体,80℃下搅拌4小时,冷却到室温,得到氧化淀粉纤维素复合粘合剂。
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