CN111269670B - 一种改性淀粉胶黏剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种改性淀粉胶黏剂的制备方法，包括：在喷射环路反应器中，在第一进料口依次加入水、淀粉、聚乙烯醇溶液、交联剂、双氧水，硫酸亚铁粉末，开启外循环泵进行高速喷射混合；将一氯甲烷气体和碱液分别通过第二进料口和第一进料口分次缓慢加入反应器中，混合并实现物料之间的充分反应，加料时间为1～2小时，加料结束后，在喷射环路反应器继续反应1～2小时后，反应结束；本发明采用基于文丘里效应的喷射环路反应器，其传质速率大幅提高，且因文丘里喷嘴的使用，在使用时有局部高真空产生强大的吸力，可以自动吸入气相反应物料，有利于充分混合和完全反应；一氯甲烷气体和碱液分次缓慢加入，避免碱性过强，副反应大量发生，造成产品质量下降。

Description

一种改性淀粉胶黏剂的制备方法

技术领域

本发明涉及胶黏剂制备技术领域，跟具体地说，本发明涉及一种改性淀粉胶黏剂的制备方法。

背景技术

淀粉胶是对淀粉胶粘剂的简称，是以淀粉为基料制成的天然胶粘剂。淀粉是绿色植物通过光合作用产生的天然高分子，所以淀粉胶属于植物胶。

淀粉胶拥有来源丰富，价格较低，使用方便，无毒害的特点，大量用于制造瓦楞板纸箱，邮票上胶，木材加工，书籍装订等方面。

我国瓦楞包装行业是一个规模大、耗能高、污染源大的行业。传统瓦楞纸板生产需要用高温来糊化淀粉生胶进行纸板粘合，通常情况下需要8-12 公斤的蒸汽压力，蒸汽大部分通过燃煤锅炉来供应，不仅能耗大，而且燃烧排放物污染环境。

现今大多数瓦楞纸板生产线使用的蒸汽压力为7至10公斤，大约155度至180度的温度，才可以正常生产，如遇到四层板和七层板粘合效果不理想，还需要进一步提高温度提高蒸汽压力。这主要是由于目前淀粉胶黏剂的糊化温度偏高，一般都在70℃以上导致。此外，高温生产也带来车间温度会随之升高，员工工作环境恶劣。

因此，现在亟需一种耐水性能好、用于瓦楞纸板生产时所需的蒸汽压力小，生产温度低的淀粉胶粘剂。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是通过使用基于文丘里效应的喷射环路反应器，提高传质效率，降低副反应的发生，形成浓度均一的淀粉胶黏剂。

本发明还有一个目的是分次缓慢加入碱与一氯甲烷，避免碱性过强，副反应大量发生，造成的产品质量下降。

本发明还有一个目的是通过使用一氯甲烷与羟基反应，实现甲基醚化封端，从而避免羟基与水反应，形成不易霉变，耐水性能好的淀粉胶黏剂。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种改性淀粉胶黏剂，其中，其原料各组分及重量份数为：淀粉100份，水300～400份，碱液 10～20份，聚乙烯醇溶液50～100份，交联剂1～2份，硫酸亚铁粉末0.5份，双氧水3～8份，一氯甲烷5～10份；

具体制备步骤如下：

步骤一：在喷射环路反应器中，在第一进料口依次加入水、淀粉、聚乙烯醇溶液、交联剂、双氧水，硫酸亚铁粉末，开启外循环泵进行高速喷射混合；

步骤二：将一氯甲烷气体和碱液分别通过第二进料口和第一进料口分次缓慢加入喷射环路反应器中，混合并实现物料之间的充分反应，加料时间为 1～2小时，加料结束之后，在喷射环路反应器继续反应1～2小时后，反应结束。

优选的是，其中，所述喷射环路反应器采用文丘里喷嘴。

优选的是，其中，所述所述的文丘里喷嘴部分浸入喷射环路反应器内的液体中。

优选的是，其中所述淀粉原料为玉米淀粉、木薯淀粉、土豆淀粉中的一种或几种的混合物

优选的是，其中所述交联剂为三聚磷酸钠、三氯化铁、明矾中的一种或几种的混合物。

优选的是，其中，所述聚乙烯醇溶液的含量为5～10％。

优选的是，其中，所述碱液为浓度为10％的氢氧化钠溶液。

优选的是，其中，在步骤二中所述喷射环路反应器反应时的温度控制在 20～60℃。

本发明至少包括以下有益效果：由于采用基于文丘里效应的喷射环路反应器，替代了传统的搅拌釜式反应器，其传质速率提高了1～2个数量级以上，且由于文丘里喷嘴的使用，在使用时由于局部高真空产生强大的吸力，可以自动吸入气相反应物料，有利于充分混合和完全反应；由于一氯甲烷气体和碱液分次缓慢加入，避免碱性过强，副反应大量发生，造成的产品质量下降；由于采用了一氯甲烷气体加入反应，表面上的羟基通过与一氯甲烷反应实现了甲基醚化封端，从而大大提高了胶黏剂的耐水性能由于反应过程中应用了多个无硼交联剂，提高了工业生产的安全性。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为实施例中喷射环路反应器的结构示意图；

附图标记：1、喷射环路反应器；2、换热器；3、第二进料口；4、第一进料口；5、泵；6、出料口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步地的详细说明，但本发明的范围并不局限于实施例。

实施例1

步骤一：在使用文丘里喷嘴的喷射环路反应器(1)中，在第一进料口(4) 依次加入400份水，100份木薯淀粉，100份10％聚乙烯醇溶液，2份三聚磷酸钠，8份双氧水，0.5份硫酸亚铁粉末，开启所述外循环泵(5)进行高速喷射混合；

步骤二：控制温度在20℃下，将10份20份一氯甲烷气体和氢氧化钠溶液分别通过第二进料口(3)和第一进料口(4)分次缓慢加入喷射环路反应器中，通过喷射式反应器喷射混合并实现物料之间的充分反应，加料时间为2小时，加料结束之后，在喷射环路反应器继续反应2小时后，反应结束。

实施例2

步骤一：在使用文丘里喷嘴的喷射环路反应器(1)中，在第一进料口(4) 依次加入350份水，100份土豆淀粉，80份8％聚乙烯醇溶液，1.6份三氯化铁，5份双氧水，0.5份硫酸亚铁粉末，开启外循环泵(5)进行高速喷射混合。

步骤二：控制温度在40℃下，将8份一氯甲烷气体和15份氢氧化钠溶液分别通过第二进料口(3)和第一进料口(4)分次缓慢加入喷射环路反应器中，通过喷射式反应器喷射混合并实现物料之间的充分反应，加料时间为 2小时，加料结束之后，在喷射环路反应器继续反应1小时后，反应结束；

实施例3

步骤一：在使用文丘里喷嘴的喷射环路反应器(1)中，在第一进料口(4) 依次加入400份水，100份玉米淀粉，80份8％聚乙烯醇溶液，1份明矾，5 份双氧水，0.5份硫酸亚铁粉末，开启外循环泵(5)进行高速喷射混合。

步骤二：控制温度在40℃下，将8份一氯甲烷气体和16份氢氧化钠溶液分别通过第二进料口(3)和第一进料口(4)分次缓慢加入喷射环路反应器中，通过喷射式反应器喷射混合并实现物料之间的充分反应，加料时间为 2小时，加料结束之后，在喷射环路反应器继续反应1小时后，反应结束；

对比例

步骤一：在使用文丘里喷嘴的喷射环路反应器(1)中，在第一进料口(4) 依次加入300份水，100份玉米淀粉，50份5％聚乙烯醇溶液，1份硼砂，3 份双氧水，0.5份硫酸亚铁粉末，开启外循环泵(5)进行高速喷射混合。

步骤二：控制温度在60℃下，将5份一氯甲烷气体和10份氢氧化钠溶液分别通过第二进料口(3)和第一进料口(4)分次缓慢加入喷射环路反应器中，通过喷射式反应器喷射混合并实现物料之间的充分反应，加料时间为 1小时，加料结束之后，在喷射环路反应器继续反应1小时后，反应结束；

通过粘度测试、初粘时间测试、耐水性能实验等实验对实施例得到的产物进行验证：

[表1]

由于上述实施例和对比例均采用100份不同淀粉和其他组分配比最佳的情况进行试验，从上表1中能够看出，实施例3和对比例1相比较，采用相同的100份玉米淀粉，交联剂不同的情况下，使用明矾作为交联剂得到的淀粉胶黏剂要比使用硼砂作为交联剂得到的淀粉胶黏剂具有更低的糊化温度，更低的粘度，更短的初粘时间，更强的粘合强度，显著增加的耐水时间。说明使用无硼交联剂得到产品，具有更好的性能，且在瓦楞纸板的工业生产中可减少所需的蒸汽压力和生产温度。

而在高速化生产时，糊化温度对粘结质量影响很大，当机器加速时，如果胶黏剂的糊化温度较高，将不能被充分糊化，粘结力下降，造成脱胶。对比实施例和对比例可发现，实施例具有更低的糊化温度，在生产加工时易糊化，降低工业生产时所需的生产温度，且实施例中使用不同淀粉种类和交联剂得到的产物的糊化温度差别不大。

对于淀粉胶粘剂等悬浊液，粘度下降，粘度稳定性提高，对比实施例和对比例可发现，实施例的粘度均有所下降，其得到淀粉胶黏剂的粘度稳定性提高，且实施例中使用不同淀粉种类和交联剂得到的产物的粘度差别不大。

从初粘时间、粘合强度、生产时所需的蒸汽压力和生产温度等性能数据中发现，对比实施例和对比例，实施例的初粘时间减少、粘合强度增加、蒸汽压力减少，生产温度降低，且实施例中使用不同淀粉种类和交联剂得到的产物在上述性能上差别不大。

从实施例1、2、3之间的相互比较中，可以发现实施例3具有最佳的耐水时间，使用400份水，100份玉米淀粉，80份8％聚乙烯醇溶液，1份明矾， 5份双氧水，0.5份硫酸亚铁粉末，8份一氯甲烷气体和16份氢氧化钠溶液的实施例3为最佳实施例。

从图1中可见所述使用文丘里喷嘴的喷射环路反应器(1)，通过开启所述外循环泵(5)进行高速喷射混合，从喷嘴高速喷射出来，由于高速喷射形成真空负压，从而将体系中的其他反应气体带入高速射流中，使得射流体系中高速混合，充分传质，射流中由于真空负压吸入的气体形成的气泡，实现了充分混合，反应器下部液体中的一些气泡代表扩散反应；其中，所述换热器(2)可控制反应温度，从所述出料口(6)得到最终产物。

可见，本发明采用了新型的基于文丘里效应的喷射环路反应器(1)，替代了传统的搅拌釜式反应器。根据测试，基于文丘里效应的喷射环路反应器 (1)的传质速率比传统的搅拌釜式反应器的传质速率提高了1～2个数量级以上，极大的促进了反应器中各个反应物种间的传质，从而使得反应可以处于动力学控制。反应原料在泵的作用下向前喷射推进时，由于局部高真空会产生强大的吸力，此吸力可以自动地吸入反应釜中的气相反应物料一氯甲烷和过氧化氢，从而在剧烈的湍流流动中获得极佳的传质效果，同时由于采用了高压泵的强烈喷射，反应体系中不仅适用于液体物料和气体物料的混合，也适合于液体原料与固体物料之间的强烈快速混合情形。

反应体系中有机相和碱原料之间可以实现充分的传质与反应，极大提升了反应效率，并保证了反应体系中各物质的内容浓度的均一性，比搅拌反应釜中浓度分布均匀性有了极大提升，这进一步降低了副反应的发生几率，提高了反应的选择性和效率。

本发明在反应中，将碱和一氯甲烷两种原料不采用一次性加入方式，而是在喷射环路反应器中不断的分次的慢慢加入这两种原料与淀粉体系发生反应。一方面，传统釜式反应器中，碱为一次性加入，不仅碱性过强，也使得体系中碱的浓度过高，使得反应体系容易发生大量副反应，造成产品质量下降。

本发明在反应中，将淀粉和聚乙烯醇在与液碱和一氯甲烷反应的同时，还加入了交联剂，使得聚合物大分子团形成了交联，提高了产品的粘结力，而表面上的羟基又通过一氯甲烷实现了甲基醚化封端，从而大大提高了胶黏剂的耐水性能。

本发明在反应中，应用了多个无硼交联剂，不使用对人体有毒的硼砂，保证了工业生产的安全性。

本发明在反应中，由于开发了一种甲基醚化淀粉体系，并采用了过氧化氢进行氧化改性，使得产品的糊化温度大大降低，降低了产品粘度，提高了产品粘度稳定性，提高了产品的粘结力，具有优良的粘结效果。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种改性淀粉胶黏剂的制备方法，其特征在于，包括：

其原料各组分及重量份数为：淀粉100份，水300～400份，碱液10～20份，聚乙烯醇溶液50～100份，交联剂l～2份，硫酸亚铁粉末0.5份，双氧水3～8份，一氯甲烷气体5～10份；

所述交联剂为三聚磷酸钠、三氯化铁、明矾中的一种或几种的混合物；

具体制备步骤如下：

步骤一：在喷射环路反应器中，在第一进料口依次加入水、淀粉、聚乙烯醇溶液、交联剂、双氧水、硫酸亚铁粉末，开启外循环泵进行高速喷射混合；

步骤二：将一氯甲烷气体和碱液分别通过第二进料口和第一进料口分次缓慢加入喷射环路反应器中，混合并实现物料之间的充分反应，加料时间为l～2小时，加料结束之后，在喷射环路反应器继续反应l～2小时后，反应结束；

所述喷射环路反应器采用文丘里喷嘴，所述文丘里喷嘴部分浸入所述喷射环路反应器内的液体中。

2.根据权利要求l所述的改性淀粉胶黏剂的制备方法，其特征在于，所述淀粉原料为玉米淀粉、木薯淀粉、土豆淀粉中的一种或几种的混合物。

3.根据权利要求l所述的改性淀粉胶黏剂的制备方法，其特征在于，所述碱液为浓度为10％的氢氧化钠溶液。

4.根据权利要求l所述的改性淀粉胶黏剂的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇溶液的含量为5～10％。

5.根据权利要求l所述的改性淀粉胶黏剂的制备方法，其特征在于，在步骤二中反应时的温度控制在20～60℃。

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