CN109439275A - 一种环保果冻胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及粘合剂技术领域，具体涉及一种环保果冻胶及其制备方法，其中，本发明的环保果冻胶，包括如下重量份的原料：明胶15‑20份、魔芋粉7‑15份、卡拉胶8‑12份、氧化剂8‑15份、渗透剂3‑5份、消泡剂1‑2.5份、抗氧化剂1‑3份、保水剂0.2‑1份、可溶性金属盐1‑2份、pH调节剂1‑6份、水35‑50份，本发明的环保果冻胶在60℃的粘度为900‑1100cps，使用本发明的环保果冻胶生产的产品在40‑50℃的环境下可耐受200‑400h不发生翘边现象，在湿度环境为90％‑95％的环境下200h‑350h不出现开胶现象。

Description

一种环保果冻胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及粘合剂技术领域，具体涉及一种环保果冻胶及其制备方法。
背景技术
果冻胶，用于礼品纸盒、酒盒、化妆品盒、茶叶盒、精装书壳、相册、集邮册、文件夹等封面的制作，也可用于生产高档礼盒的制作裱糊。由于果冻胶的主要成分为动物蛋白质，为不含苯类、甲醛类的溶剂，所以无毒，真正环保。不会对食品和被包装的物品产生污染。使用果冻胶生产的产品，不变形，不容易发霉起泡，并可以增强纸品的挺度。果冻胶除有较强的粘性外，还有适度的柔软性，使精装书籍、菜谱、字典词典类经常折的部位不易折断。
但是，现有技术为了提高果冻胶的热稳定性，常将果冻胶进行改性，而改性过程中可能会添加甲醛等有毒物质以便改性反应的顺利进行。这类改性果冻胶虽然热稳定性好，但是其制作过程使用的有毒物质会影响工作人员的身体健康，且制成的果冻胶还可能存在甲醛残留物，长期接触同样会影响人体健康。而且，现有的果冻胶在潮湿的环境中容易出现胶水粘度下降，以致出现开胶或不粘的现象，影响了产品的使用寿命。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的第一目的在于提供一种环保果冻胶，具有优异的粘结性能、防潮性能，环保，不含对身体有害的物质。
本发明的第二目的在于提供一种环保果冻胶的制备方法，操作简单，制备效率高，制备过程安全环保。
本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种环保果冻胶，包括如下重量份的原料：
本发明通过将明胶、魔芋粉和卡拉胶进行复配作为果冻胶的主体成分，环保安全，对人体无毒害作用；明胶、魔芋粉和卡拉胶三者混合时三种大分子长链交互作用形成网络结构，并通过添加可溶性金属盐、氧化剂以及pH调节剂与果冻胶的主体成分协同增效，大大提高了果冻胶的粘结性能以及热稳定性；而添加的保水剂分布于明胶、魔芋粉和卡拉胶复配形成的网络结构中，由于保水剂具有反复吸水和释水的能力，当果冻胶在潮湿的环境中保水剂可吸收果冻胶主体中多余的水分，使果冻胶在潮湿的环境中不易出现不粘或开胶的情况，具有防潮性能，而当果冻胶在干燥或较高温度的环境中时，保水剂可释放适量的水分使果冻胶保持适当的湿度，避免由于胶体过干过硬使粘接的产品发生翘边现象，可进一步提高果冻胶的耐温性能；而渗透剂、消泡剂以及抗氧化剂的添加可提高果冻胶的稳定性，同时，提高果冻胶与待粘接的产品之间的相容性，进一步提高果冻胶的粘结性能。其中，所述pH调节剂为四硼酸钠。
所述卡拉胶为k型卡拉胶和I型卡拉胶按重量比为2-3:1组成的混合物。
k型卡拉胶可与金属阳离子作用提高果冻胶的硬度，而I型卡拉胶与金属阳离子作用提高果冻胶的柔韧性及弹性，采用上述比例的k型卡拉胶和I型卡拉胶制备果冻胶，可以制得柔韧性及硬度适中的胶体，使胶体在较高温度的情况下也不易出现胶层过硬、过脆导致产品发生变形或翘边现象，热稳定性能佳。
其中，所述保水剂为淀粉接枝共聚丙烯酰胺和粘土按重量比为2-4:1组成的混合物。
通过采用上述比例的淀粉接枝共聚丙烯酰胺和粘土复合使用，粘土与淀粉接枝共聚丙烯酰胺相互作用，使保水剂具有适宜的吸水和释水性能，进而使果冻胶在潮湿环境或干燥以及高温的环境均可保持一定的湿度，使产品不易出现翘边或开胶的现象；同时可降低淀粉接枝共聚丙烯酰胺的膨胀性能，避免胶体发生膨胀。而淀粉接枝共聚丙烯酰胺可与明胶、魔芋粉和卡拉胶三种大分子长链交互作用，不仅可提高胶体的粘结性能还可提高胶体的热稳定性能。
其中，所述粘土为膨润土和绢云母粉按重量比为1:4-6组成的混合物。
膨润土的比表面积和水化膨胀性均较大，膨润土在水化膨胀的作用下将沿层面分开，变为更小的颗粒，使其比表面积增大，进而提高粘土和淀粉接枝共聚丙烯酰胺的交联密度，而绢云母粉几乎不发生水化膨胀作用，将其与淀粉接枝共聚丙烯酰胺复合时，绢云母粉在淀粉接枝共聚丙烯酰胺颗粒表面进行接枝反应，在淀粉接枝共聚丙烯酰胺的颗粒表面形成一层包覆层，因此通过膨润土提高淀粉接枝共聚丙烯酰胺的交联密度以及绢云母粉对淀粉接枝共聚丙烯酰胺的颗粒表面进行包覆作用，降低淀粉接枝共聚丙烯酰胺的膨胀性能，使产品不易膨胀开胶。当膨润土或绢云母粉的含量过高或过低时均会影响淀粉接枝共聚丙烯酰胺的吸水性能或膨胀性能。
其中，所述渗透剂为顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠或脂肪醇聚氧乙烯醚。采用上述的渗透剂可以有效改善果冻胶与待粘接产品之间的界面性能，提高粘结力，且有利于保水剂均匀地分散于胶体中。
所述消泡剂为GP型消泡剂、辛醇型消泡剂中的至少一种。GP型消泡剂、辛醇型消泡剂可以有效减少生产过程中产生的气泡，使各原料均匀分散，提高果冻胶的稳定性，同时提高粘结性能。
优选地，所述消泡剂为GP型消泡剂和辛醇型消泡剂按重量比为1:3组成的混合物。GP型消泡剂可采用GP-330消泡剂，其抑泡效果好，可抑制果冻胶整个制作过程的泡沫产生；辛醇型消泡剂可采用正辛醇或异辛醇，在胶液中扩散程度较高，消泡作用明显；两者复配具有协同增效作用，消泡作用更好，有利于保水剂均匀地分散于胶体中。
所述抗氧化剂为丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、没食子酸丙酯和特丁基对苯二酚中的一种。上述抗氧化剂可提高明胶、魔芋粉和卡拉胶的稳定性，使胶体形成的网络结构不易发生收缩，因为当胶体的网络结构发生收缩时，胶体之间的保水剂由于体积受限难以吸收或释放水分，因此上述抗氧化剂的添加有利于提高胶体的耐热性能，同时使制得的产品在潮湿的环境中不易发生开胶现象。
所述可溶性金属盐为氯化钾和氯化钙按重量比为1-3:2组成的混合物。氯化钾和氯化钙中的钾离子和钙离子分别与k型卡拉胶和I型卡拉胶协同作用，使果冻胶具有良好的机械性能，使用本发明的果冻胶生产的产品不发生变形和翘边现象。
所述氧化剂为浓度为100g/L的氢氧化钠水溶液和浓度为300g/L的过氧化氢水溶液按体积比为1:1组成的混合溶液。
采用上述浓度的氢氧化钠和过氧化氢溶液，使过氧化氢在碱性条件下释放出大量的活性氧，大量的活性氧对明胶、魔芋粉和卡拉胶中的甲醇基进行氧化，同时，氢氧化钠使氧化后的明胶、魔芋粉和卡拉胶糊化，糊化后的果冻胶粘结性能更好。
本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种环保果冻胶的制备方法，包括以下步骤：
S1、按上述重量份数分别取明胶、魔芋粉、卡拉胶、保水剂和水进行混合，升温至75-90℃，并搅拌均匀，静置1-2h，使之溶胀成糊状物；
S2、向步骤S1中的糊状物加入氧化剂，调节温度至40-55℃，搅拌5-10min；
S3、按上述重量份数向步骤S2中先加入消泡剂，然后加入渗透剂、抗氧化剂、保水剂、可溶性金属盐和pH调节剂，并搅拌均匀后降温至20-35℃，得所述环保果冻胶。
通过先将明胶、魔芋粉、卡拉胶、保水剂和水进行混合，在75-90℃的条件下使原料快速溶解均匀，然后静置，控制溶胀时长在1-2h之间使明胶、魔芋粉、卡拉胶溶胀形成糊状，保水剂与胶体体系复合，接着加入氧化剂对体系进行氧化并使其糊化，通过调节温度至40-55℃提高反应速率，搅拌5-10min使体系充分反应，提高体系的粘结力，接着添加消泡剂，以抑制并消除整个反应过程的泡沫产生，进一步添加其他原料组份使制得的果冻胶性质更稳定，粘结性能更好。
其中，步骤S1、S2和S3的搅拌速度在500-800r/min，搅拌速度小于500r/min时，会降低各个步骤的反应速率，进而使生产成本升高，且生产效率下降；当搅拌速度高于800r/min时，搅拌过程产生的过高剪切力可能会影响大分子长碳链之间的交联作用，降低果冻胶的粘结性能。
所述步骤S3中搅拌均匀后的pH为4.0-7.0之间。经试验发现，当pH为4.0-7.0之间时，制得的果冻胶粘结性能好，当pH值过低时，不利于卡拉胶分子降解，会影响制得的果冻胶的粘结性能，而当pH值过高时，会影响卡拉胶大分子的相互缠绕，同样会降低果冻胶的粘结性能。
本发明的有益效果在于：本发明的环保果冻胶通过明胶、魔芋粉、卡拉胶复合形成稳定的网络结构，并与保水剂复合，使制得的果冻胶具有优异的粘结性能，耐热性能稳定，且在潮湿环境下不易发生开胶现象，制备方法简单。具体地，本发明的环保果冻胶在60℃的粘度为900-1100cps，使用本发明的环保果冻胶生产的产品在40-50℃的环境下可耐受200-400h不发生翘边现象，在湿度环境为90％-95％的环境下200h-350h不出现开胶现象。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种环保果冻胶，包括如下重量份的原料：
其中，卡拉胶为k型卡拉胶和I型卡拉胶按重量比为2:1组成的混合物；
可溶性金属盐为氯化钾和氯化钙按重量比为1:2组成的混合物；
保水剂为淀粉接枝共聚丙烯酰胺和粘土按重量比为2:1组成的混合物；
粘土为膨润土和绢云母粉按重量比为1:4组成的混合物；
氧化剂为浓度为100g/L的氢氧化钠水溶液和浓度为300g/L的过氧化氢水溶液按体积比为1:1组成的混合溶液。
上述环保果冻胶的制备方法，包括以下步骤：
S1、按上述重量份数分别取明胶、魔芋粉、卡拉胶、保水剂和水进行混合，升温至75℃，并搅拌均匀，搅拌速度为800r/min，搅拌10min，静置1h，使之溶胀成糊状物；
S2、向步骤S1中的糊状物加入氧化剂，调节温度至40℃，以800r/min的搅拌速度，搅拌5min，使其充分反应；
S3、按上述重量份数先向步骤S2中加入消泡剂，以800r/min的搅拌速度，搅拌1min，然后加入渗透剂、抗氧化剂、可溶性金属盐和pH调节剂，搅拌均匀，搅拌速度为800r/min，搅拌时长为10min，搅拌均匀后的pH为4.0，最后降温至20℃，得上述环保果冻胶。
实施例2
一种环保果冻胶，包括如下重量份的原料：
其中，卡拉胶为k型卡拉胶和I型卡拉胶按重量比为2.5:1组成的混合物；
保水剂为淀粉接枝共聚丙烯酰胺和粘土按重量比为3:1组成的混合物；
粘土为膨润土和绢云母粉按重量比为1:5组成的混合物；
可溶性金属盐为氯化钾和氯化钙按重量比为2:2组成的混合物；
消泡剂为GP-330消泡剂和异辛醇消泡剂按重量比为1:3组成的混合物；
氧化剂为浓度为100g/L的氢氧化钠水溶液和浓度为300g/L的过氧化氢水溶液按体积比为1:1组成的混合溶液。
上述环保果冻胶的制备方法，包括以下步骤：
S1、按上述重量份数分别取明胶、魔芋粉、卡拉胶、保水剂和水进行混合，升温至82.5℃，并搅拌均匀，搅拌速度为650r/min，搅拌10min，静置1.5h，使之溶胀成糊状物；
S2、向步骤S1中的糊状物加入氧化剂，调节温度至47.5℃，以650r/min的搅拌速度，搅拌7.5min，使其充分反应；
S3、按上述重量份数先向步骤S2中加入消泡剂，以650r/min的搅拌速度，搅拌1min，然后加入渗透剂、抗氧化剂、可溶性金属盐和pH调节剂，搅拌均匀，搅拌速度为650r/min，搅拌时长为10min，搅拌均匀后的pH为5.5，最后降温至27℃，得上述环保果冻胶。
实施例3
一种环保果冻胶，包括如下重量份的原料：
其中，卡拉胶为k型卡拉胶和I型卡拉胶按重量比为3:1组成的混合物；
保水剂为淀粉接枝共聚丙烯酰胺和粘土按重量比为4:1组成的混合物；
粘土为膨润土和绢云母粉按重量比为1:6组成的混合物；
可溶性金属盐为氯化钾和氯化钙按重量比为3:2组成的混合物；
氧化剂为浓度为100g/L的氢氧化钠水溶液和浓度为300g/L的过氧化氢水溶液按体积比为1:1组成的混合溶液。
上述环保果冻胶的制备方法，包括以下步骤：
S1、按上述重量份数分别取明胶、魔芋粉、卡拉胶、保水剂和水进行混合，升温至90℃，并搅拌均匀，搅拌速度为500r/min，搅拌10min，静置2h，使之溶胀成糊状物；
S2、向步骤S1中的糊状物加入氧化剂，调节温度至55℃，以500r/min的搅拌速度，搅拌10min，使其充分反应；
S3、按上述重量份数先向步骤S2中加入消泡剂，以500r/min的搅拌速度，搅拌1min，然后加入渗透剂、抗氧化剂、可溶性金属盐和pH调节剂，搅拌均匀，搅拌速度为500r/min，搅拌时长为10min，搅拌均匀后的pH为7.0，最后降温至35℃，得上述环保果冻胶。
实施例4
实施例4与实施例2的区别在于，实施例4的保水剂仅为淀粉接枝共聚丙烯酰胺。
对比例1
对比例1与实施例2的区别在于，将对比例1中的8-12重量份的卡拉胶替换成8-12重量份的明胶。
对比例2
对比例2与实施例2的区别在于，对比例2不添加保水剂。
对本发明的实施例1-4及对比例1-2的环保果冻胶进行以下性能测试：
(1)粘度测试：用NDJ-1型旋转式粘度计分别测定实施例1-4和对比例1-2的环保果冻胶在60℃时的粘度。
试验得出，60℃时实施例1的粘度为900cps，实施例2和实施例4的粘度为1100cps，实施例3的粘度为950cps，对比例1的粘度为800cps，对比例2。
通过试验发现，本发明的果冻胶在60℃时的粘度为900-1100cps，实施例2的粘度高于对比例1-3在60℃时的粘度。将实施例2和对比例1做对比可知，明胶、魔芋粉和卡拉胶三者混合时可提高胶体的粘度。
(2)耐温性测试：利用实施例1-4和对比例1-2的环保果冻胶对同一规格的纸质包装盒进行粘接，并置于40℃、45℃和50℃的环境下测试其耐温性，以发生翘边现象为截止点。
试验得出，实施例1和3的环保果冻胶可以耐受300h(40℃)、250h(45℃)和200h(50℃)；实施例2的环保果冻胶可以耐受400h(40℃)、360h(45℃)和350h(50℃)；对比例1的环保果冻胶可以耐受100h(40℃)、80h(45℃)和50h(50℃)；对比例2和实施例4的环保果冻胶可以耐受200h(40℃)、150h(45℃)和100h(50℃)。
通过试验发现，本发明环保果冻胶在40℃、45℃和50℃的环境的耐温性能为300-400h(40℃)、250-360h(45℃)和200-350h(50℃)，耐温性比对比例1-2的环保果冻胶好。将实施例2和对比例1做对比可知，明胶、魔芋粉和卡拉胶三者复配制得的果冻胶的耐温性能更好，将实施例2和对比例2做对比可知，在明胶、魔芋粉和卡拉胶复合后的胶体体系中添加保水剂可提高环保果冻胶的耐温性能；将实施例2和实施例4做对比可知，淀粉接枝共聚丙烯酰胺和粘土混合后与明胶、魔芋粉和卡拉胶胶体体系进行复合，可提高果冻胶的耐温性能。
(3)防潮性测试：利用实施例1-4和对比例1-2的环保果冻胶对同一规格的纸质包装盒进行粘接，并置于空气湿度为90％、95％的环境下测试其防潮性，以发生开胶现象为截止点。
试验得出，实施例1和3的环保果冻胶在湿度为90％时可耐受250h，在湿度为95％时可耐受200h；实施例2的环保果冻胶在湿度为90％时可耐受350h，在湿度为95％时可耐受300h；实施例4的果冻胶在湿度为90％的环境中放置3h后出现胶层膨胀，纸质包装盒变形的现象，在湿度为95％境中放置1h即出现胶层膨胀和纸质包装盒变形的现象；对比例1的果冻胶在湿度为90％时可耐受200h，在湿度为95％时可耐受180h；对比例2的果冻胶在湿度为90％时可耐受10h，在湿度为95％时可耐受5h。
因此，将实施例2和对比例1做对比可知，明胶、魔芋粉和卡拉胶复合体系更稳定，在潮湿的环境中可以限制保水剂吸收过量的水分发生膨胀使产品出现开胶的现象；将实施例2和对比例2做对比可知，保水剂的添加可吸收环境中多余的水分，使果冻胶保持适宜的湿度，不易出现开胶现象；将实施例2与对比例1以及实施例4做对比可知，淀粉接枝共聚丙烯酰胺和粘土混合后与明胶、魔芋粉和卡拉胶胶体体系进行复合，可限制淀粉接枝共聚丙烯酰胺在潮湿环境中吸收水分发生膨胀使产品出现开胶的现象。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环保果冻胶，其特征在于：包括如下重量份的原料：
2.根据权利要求1所述的一种环保果冻胶，其特征在于：所述卡拉胶为k型卡拉胶和I型卡拉胶按重量比为2-3:1组成的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种环保果冻胶，其特征在于：所述保水剂为淀粉接枝共聚丙烯酰胺和粘土按重量比为2-4:1组成的混合物。
4.根据权利要求3所述的一种环保果冻胶，其特征在于：所述粘土为膨润土和绢云母粉按重量比为1:4-6组成的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种环保果冻胶，其特征在于：所述消泡剂为GP型消泡剂、辛醇型消泡剂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种环保果冻胶，其特征在于：所述抗氧化剂为丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、没食子酸丙酯和特丁基对苯二酚中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种环保果冻胶，其特征在于：所述可溶性金属盐为氯化钾和氯化钙按重量比为1-3:2组成的混合物。
8.根据权利要求1所述的一种环保果冻胶，其特征在于：所述氧化剂为浓度为100g/L的氢氧化钠水溶液和浓度为300g/L的过氧化氢水溶液按体积比为1:1组成的混合溶液。
9.一种如权利要求1-8所述的环保果冻胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、按上述重量份数分别取明胶、魔芋粉、卡拉胶、保水剂和水进行混合，升温至75-90℃，并搅拌均匀，静置1-2h，使之溶胀成糊状物；
S2、向步骤S1中的糊状物加入氧化剂，调节温度至40-55℃，搅拌5-10min；
S3、按上述重量份数向步骤S2中先加入消泡剂，然后加入渗透剂、抗氧化剂、可溶性金属盐和pH调节剂，并搅拌均匀后降温至20-35℃，得所述环保果冻胶。
10.根据权利要求9所述的一种环保果冻胶的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中搅拌均匀后的pH为4.0-7.0之间。
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