CN114395079B - 一种淀粉改性方法及粘合剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及淀粉改性技术领域,具体涉及一种淀粉改性方法及粘合剂。本发明首先通过自由基引发聚合反应,在淀粉分子和木质素磺酸钠分别接枝上丙烯酸单体,并且通过对丙烯酸单体不同的选择提高各自接枝反应的接枝率,而后将接枝改性的淀粉分子和木质素磺酸钠进行共混,加入高官能团的交联剂三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯,改善共聚物的网络结构,使淀粉和木质素充分接入交联结构中,从而提高粘合剂的粘结强度和耐水性;加入乙烯基三乙氧基硅烷,在交联结构中引入硅氧基,可以更进一步提高聚合物的疏水性,从而提高粘合剂的耐水性;加入丙烯酸丁酯和聚乙烯醇,可以调节聚合物的分子量,减低粘合剂的粘度,从而提高贮存稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及淀粉改性技术领域,具体涉及一种淀粉改性方法及粘合剂。
背景技术
淀粉是高分子碳水化合物,是由单一类型的糖单元组成的多糖。淀粉的基本构成单位为α-D-吡喃葡萄糖,葡萄糖脱去水分子后经由糖苷键连接在一起所形成的共价聚合物就是淀粉分子。淀粉具有可再生性、无污染、成本低、可生物降解等优点,因此应用于粘合剂中,相对酚醛树脂等合成胶,也具有环境友好型的优势。但是淀粉粘合剂作为天然的粘合剂,存在耐水性差、粘结强度低等问题,限制了淀粉胶的发展。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足,本发明的目的在于提供一种淀粉改性方法及粘合剂。
本发明的目的通过下述技术方案实现:
一种淀粉改性方法,包括如下步骤:
(1)取100重量份的淀粉加入到200-300重量份的去离子水中,加入1.5-2.5重量份的盐酸调节pH值,搅拌乳化后,加入10-20重量份的丙烯酸、6-10重量份的丙烯酸丁酯以及0.5-1重量份的第一引发剂,搅拌均匀后升温至60-70℃,保温反应2-3h,得到改性淀粉混合液;
(2)取100重量份的木质素磺酸钠加入到100-120重量份的氢氧化钠溶液中,然后加入15-25重量份的丙烯酸、5-7重量份的甲基丙烯酸甲酯、6-10重量份的丙烯酸丁酯以及0.3-0.7重量份的第二引发剂,搅拌均匀后升温至60-70℃,保温反应1.5-2.5h,得到改性木质素混合液;
(3)将步骤(1)得到的改性淀粉混合液与步骤(2)得到的改性木质素混合液按重量比2-3:1的比例进行混合,得到共混液,然后往共混液中加入丙烯酸丁酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、乙烯基三乙氧基硅烷和第三引发剂,搅拌均匀后升温至65-75℃,保温反应2-3h,然后加入聚乙烯醇,继续保温反应0.25-0.75h,加入助剂后,得到粘合剂,其中,所述丙烯酸丁酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、乙烯基三乙氧基硅烷、第三引发剂以及聚乙烯醇的用量分别为共混液的10-16wt%、5-8wt%、3-5wt%、0.1-0.3wt%、1-2wt%。
木质素磺酸钠是木质素磺酸盐的一种。木质素是自然界中含量仅次于纤维素与甲壳素的天然高分子聚合物,全世界每年约可产生6×1014t,它作为填充和黏结物质,能加强植物纤维素之间的相互作用,因此木质素及其衍生物也常用于粘合剂组成中,通过木质素磺酸钠与淀粉发生交联反应,可以提高聚合物的内聚能,提高粘结性能,但是木质素磺酸钠与淀粉的反应活性较差,木质素磺酸钠的加入量过大的话,会有多余的木质素磺酸钠残留在粘合剂体系中,降低粘结强度以及耐水性,加入量过少的话,粘合效果的提升有限。
本发明首先通过自由基引发聚合反应,在淀粉分子和木质素磺酸钠分别接枝上丙烯酸单体,并且通过对丙烯酸单体不同的选择提高各自接枝反应的接枝率,而后将接枝改性的淀粉分子和木质素磺酸钠进行共混,加入高官能团的交联剂三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯,改善共聚物的网络结构,使淀粉和木质素充分接入交联结构中,从而提高粘合剂的粘结强度和耐水性;加入乙烯基三乙氧基硅烷,在交联结构中引入硅氧基,可以更进一步提高聚合物的疏水性,从而提高粘合剂的耐水性;加入丙烯酸丁酯和聚乙烯醇,可以调节聚合物的分子量,减低粘合剂的粘度,从而提高贮存稳定性。本发明的共混反应中,改性淀粉以及改性木质素磺酸钠的丙烯酸酯可以发生自由基聚合,淀粉自由基和木质素磺酸钠自由基也可以直接发生聚合反应,从而提高二者的反应性,相对于木质素磺酸钠直接改性淀粉,具有更高的粘结强度和耐水性能,同时丙烯酸单体的引入也进一步提高了粘结强度和耐候性。
其中,所述淀粉为木薯淀粉、玉米淀粉和小麦淀粉中的至少一种。
其中,所述步骤(1)中,盐酸的浓度为0.3-0.7mol/L。
其中,所述步骤(2)中,氢氧化钠溶液的质量分数为1-2%。
其中,所述助剂包括尿素,所述尿素的用量为共混液的10-20wt%。
其中,所述助剂包括BYK消泡剂,所述BYK消泡剂的用量为共混液的0.05-0.15wt%。
其中,所述第一引发剂、第二引发剂以及第三引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠中的一种或多种。
一种粘合剂,通过如上所述的淀粉改性方法制得。
本发明的有益效果在于:本发明首先通过自由基引发聚合反应,在淀粉分子和木质素磺酸钠分别接枝上丙烯酸单体,并且通过对丙烯酸单体不同的选择提高各自接枝反应的接枝率,而后将接枝改性的淀粉分子和木质素磺酸钠进行共混,加入高官能团的交联剂三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯,改善共聚物的网络结构,使淀粉和木质素充分接入交联结构中,从而提高粘合剂的粘结强度和耐水性;加入乙烯基三乙氧基硅烷,在交联结构中引入硅氧基,可以更进一步提高聚合物的疏水性,从而提高粘合剂的耐水性;加入丙烯酸丁酯和聚乙烯醇,可以调节聚合物的分子量,减低粘合剂的粘度,从而提高贮存稳定性。本发明的共混反应中,改性淀粉以及改性木质素磺酸钠的丙烯酸酯可以发生自由基聚合,淀粉自由基和木质素磺酸钠自由基也可以直接发生聚合反应,从而提高二者的反应性,相对于木质素磺酸钠直接改性淀粉,具有更高的粘结强度和耐水性能,同时丙烯酸单体的引入也进一步提高了粘结强度和耐候性。
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
一种淀粉改性方法,包括如下步骤:
(1)取100重量份的淀粉加入到250重量份的去离子水中,加入2重量份的盐酸调节pH值,搅拌乳化后,加入15重量份的丙烯酸、8重量份的丙烯酸丁酯以及0.8重量份的第一引发剂,搅拌均匀后升温至65℃,保温反应2.5h,得到改性淀粉混合液;
(2)取100重量份的木质素磺酸钠加入到110重量份的氢氧化钠溶液中,然后加入20重量份的丙烯酸、6重量份的甲基丙烯酸甲酯、8重量份的丙烯酸丁酯以及0.5量份的第二引发剂,搅拌均匀后升温至65℃,保温反应2h,得到改性木质素混合液;
(3)将步骤(1)得到的改性淀粉混合液与步骤(2)得到的改性木质素混合液按重量比2.5:1的比例进行混合,得到共混液,然后往共混液中加入丙烯酸丁酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、乙烯基三乙氧基硅烷和第三引发剂,搅拌均匀后升温至70℃,保温反应2.5h,然后加入聚乙烯醇,继续保温反应0.5h,加入助剂后,得到粘合剂,其中,所述丙烯酸丁酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、乙烯基三乙氧基硅烷、第三引发剂以及聚乙烯醇的用量分别为共混液的13wt%、6.5wt%、4wt%、0.2wt%、1.5wt%。
其中,所述淀粉为木薯淀粉。
其中,所述步骤(1)中,盐酸的浓度为0.5mol/L。
其中,所述步骤(2)中,氢氧化钠溶液的质量分数为1.5%。
其中,所述助剂包括尿素,所述尿素的用量为共混液的15wt%。
其中,所述助剂包括BYK消泡剂,所述BYK消泡剂的用量为共混液的0.1wt%。
其中,所述第一引发剂、第二引发剂以及第三引发剂为过硫酸铵。
一种粘合剂,通过如上所述的淀粉改性方法制得。
实施例2
一种淀粉改性方法,包括如下步骤:
(1)取100重量份的淀粉加入到200重量份的去离子水中,加入1.5重量份的盐酸调节pH值,搅拌乳化后,加入10重量份的丙烯酸、6重量份的丙烯酸丁酯以及0.5重量份的第一引发剂,搅拌均匀后升温至60℃,保温反应2h,得到改性淀粉混合液;
(2)取100重量份的木质素磺酸钠加入到100重量份的氢氧化钠溶液中,然后加入15重量份的丙烯酸、5重量份的甲基丙烯酸甲酯、6重量份的丙烯酸丁酯以及0.3重量份的第二引发剂,搅拌均匀后升温至60℃,保温反应1.5h,得到改性木质素混合液;
(3)将步骤(1)得到的改性淀粉混合液与步骤(2)得到的改性木质素混合液按重量比2:1的比例进行混合,得到共混液,然后往共混液中加入丙烯酸丁酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、乙烯基三乙氧基硅烷和第三引发剂,搅拌均匀后升温至65℃,保温反应2h,然后加入聚乙烯醇,继续保温反应0.25h,加入助剂后,得到粘合剂,其中,所述丙烯酸丁酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、乙烯基三乙氧基硅烷、第三引发剂以及聚乙烯醇的用量分别为共混液的10wt%、5wt%、3wt%、0.1wt%、1wt%。
其中,所述淀粉为玉米淀粉。
其中,所述步骤(1)中,盐酸的浓度为0.5mol/L。
其中,所述步骤(2)中,氢氧化钠溶液的质量分数为1%。
其中,所述助剂包括尿素,所述尿素的用量为共混液的10wt%。
其中,所述助剂包括BYK消泡剂,所述BYK消泡剂的用量为共混液的0.05wt%。
其中,所述第一引发剂、第二引发剂以及第三引发剂为过硫酸钾。
一种粘合剂,通过如上所述的淀粉改性方法制得。
实施例3
一种淀粉改性方法,包括如下步骤:
(1)取100重量份的淀粉加入到300重量份的去离子水中,加入2.5重量份的盐酸调节pH值,搅拌乳化后,加入20重量份的丙烯酸、10重量份的丙烯酸丁酯以及1重量份的第一引发剂,搅拌均匀后升温至70℃,保温反应3h,得到改性淀粉混合液;
(2)取100重量份的木质素磺酸钠加入到120重量份的氢氧化钠溶液中,然后加入25重量份的丙烯酸、7重量份的甲基丙烯酸甲酯、10重量份的丙烯酸丁酯以及0.7重量份的第二引发剂,搅拌均匀后升温至70℃,保温反应2.5h,得到改性木质素混合液;
(3)将步骤(1)得到的改性淀粉混合液与步骤(2)得到的改性木质素混合液按重量比3:1的比例进行混合,得到共混液,然后往共混液中加入丙烯酸丁酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、乙烯基三乙氧基硅烷和第三引发剂,搅拌均匀后升温至75℃,保温反应3h,然后加入聚乙烯醇,继续保温反应0.75h,加入助剂后,得到粘合剂,其中,所述丙烯酸丁酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、乙烯基三乙氧基硅烷、第三引发剂以及聚乙烯醇的用量分别为共混液的16wt%、8wt%、5wt%、0.3wt%、2wt%。
其中,所述淀粉为小麦淀粉。
其中,所述步骤(1)中,盐酸的浓度为0.7mol/L。
其中,所述步骤(2)中,氢氧化钠溶液的质量分数为2%。
其中,所述助剂包括尿素,所述尿素的用量为共混液的20wt%。
其中,所述助剂包括BYK消泡剂,所述BYK消泡剂的用量为共混液的00.15wt%。
其中,所述第一引发剂、第二引发剂以及第三引发剂为过硫酸铵。
一种粘合剂,通过如上所述的淀粉改性方法制得。
一种粘合剂,通过如上所述的淀粉改性方法制得。
对比例1
一种淀粉改性方法,包括如下步骤:
(1)取100重量份的淀粉加入到250重量份的去离子水中,加入2重量份的盐酸调节pH值,搅拌乳化后,得到淀粉液;
(2)取40重量份的木质素磺酸钠加入到44重量份的氢氧化钠溶液中,得到木质素磺酸钠溶液;
(3)将步骤(1)得到的淀粉液与步骤(2)得到的木质素磺酸钠溶液进行混合,加入0.6重量份引发剂,搅拌均匀后升温至70℃,保温反应6h,得到粘合剂。
其中,所述淀粉为木薯淀粉。
其中,所述步骤(1)中,盐酸的浓度为0.5mol/L。
其中,所述步骤(2)中,氢氧化钠溶液的质量分数为1.5%。
其中,所述引发剂为过硫酸铵。
一种粘合剂,通过如上所述的淀粉改性方法制得。
对比例2
一种淀粉改性方法,包括如下步骤:
(1)取100重量份的淀粉加入到250重量份的去离子水中,加入2重量份的盐酸调节pH值,搅拌乳化后,得到淀粉液;
(2)取40重量份的木质素磺酸钠加入到44重量份的氢氧化钠溶液中,得到木质素磺酸钠溶液;
(3)将步骤(1)得到的淀粉液与步骤(2)得到的木质素磺酸钠溶液进行混合,加入30重量份丙烯酸和15重量份丙烯酸丁酯以及0.6重量份引发剂,搅拌均匀后升温至70℃,保温反应2.5h,得到共混液,然后往共混液中加入40重量份丙烯酸丁酯、20重量份三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、15重量份乙烯基三乙氧基硅烷和0.6重量份引发剂,搅拌均匀后升温至70℃,保温反应2.5h,然后加入聚乙烯醇,继续保温反应0.5h,加入助剂后,得到粘合剂。
其中,所述淀粉为木薯淀粉。
其中,所述步骤(1)中,盐酸的浓度为0.5mol/L。
其中,所述步骤(2)中,氢氧化钠溶液的质量分数为1.5%。
其中,所述助剂包括尿素,所述尿素的用量为共混液的15wt%。
其中,所述助剂包括BYK消泡剂,所述BYK消泡剂的用量为共混液的0.1wt%。
其中,所述引发剂为过硫酸铵。
一种粘合剂,通过如上所述的淀粉改性方法制得。
取六块100mm*25mm*3mm的杨木板分为3组,将实施例1、对比例1和对比例2的粘合剂按照150g/m2的涂胶量分别涂在每组杨木板的胶合面上,并将每组的两块杨木板进行压合,在65℃的烘箱内放置3h,然后取出复合板材,对复合板材进行胶合强度和耐水性测试。
胶合强度的测试方法:使用万能拉伸机进行拉伸测试,拉伸速度为20mm/min,记录被拉开瞬间的最大力值,然后计算胶合强度;
耐水性的测试方法:将复合板材浸渍于65℃的水中,观察并记录复合板材的开胶时间。
实验结果如下:
胶合强度(MPa) | 耐水性(h) | |
实施例1 | 3.2 | 11.5 |
对比例1 | 1.5 | 6.0 |
对比例2 | 1.9 | 8.0 |
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 (1)
1.一种粘合剂的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
(1)取100重量份的淀粉加入到200-300重量份的去离子水中,加入1.5-2.5重量份的盐酸调节pH值,搅拌乳化后,加入10-20重量份的丙烯酸、6-10重量份的丙烯酸丁酯以及0.5-1重量份的第一引发剂,搅拌均匀后升温至60-70℃,保温反应2-3h,得到改性淀粉混合液;
(2)取100重量份的木质素磺酸钠加入到100-120重量份的氢氧化钠溶液中,然后加入15-25重量份的丙烯酸、5-7重量份的甲基丙烯酸甲酯、6-10重量份的丙烯酸丁酯以及0.3-0.7重量份的第二引发剂,搅拌均匀后升温至60-70℃,保温反应1.5-2.5h,得到改性木质素混合液;
(3)将步骤(1)得到的改性淀粉混合液与步骤(2)得到的改性木质素混合液按重量比2-3:1的比例进行混合,得到共混液,然后往共混液中加入丙烯酸丁酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、乙烯基三乙氧基硅烷和第三引发剂,搅拌均匀后升温至65-75℃,保温反应2-3h,然后加入聚乙烯醇,继续保温反应0.25-0.75h,加入助剂后,得到粘合剂,其中,所述丙烯酸丁酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、乙烯基三乙氧基硅烷、第三引发剂以及聚乙烯醇的用量分别为共混液的10-16wt%、5-8wt%、3-5wt%、0.1-0.3wt%、1-2wt%;
所述淀粉为木薯淀粉、玉米淀粉和小麦淀粉中的至少一种;
所述步骤(1)中,盐酸的浓度为0.3-0.7mol/L;
所述步骤(2)中,氢氧化钠溶液的质量分数为1-2%;
所述助剂包括尿素,所述尿素的用量为共混液的10-20wt%;
所述助剂包括BYK消泡剂,所述BYK消泡剂的用量为共混液的0.05-0.15wt%;
所述第一引发剂、第二引发剂以及第三引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠中的一种或多种。
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