淀粉胶黏剂的前途

淀粉胶黏剂的前途 纸/塑复合玉米淀粉胶黏剂 一、淀粉胶黏剂的前途 合成胶黏剂具有应用面广，使用简便，经济效益高，发展迅速等许多特点，随着经济的发展与科技的进步，据统计包装行业是胶黏剂应用的最大行业它广泛分布于纸制品，印制装潢塑料等包装行业的各个领域同是随着胶黏剂行业的发展，也提高了包装产品的质量和档次促进了包装行业的发展。我国纸箱纸盒生产企业约有10500余家，最初生产纸盒纸箱时，使用泡花碱粘合粘合剂，易返潮，粘合强度低，用其黏接的纸箱，纸盒易变形，变色等，早在1995年国家就以明令禁止使用，要求改用淀粉粘合剂，目前淀粉粘合剂作为一种绿色黏合剂，已覆盖了整个包装行业。 二、淀粉胶黏剂 最早将淀粉作为胶黏剂的是古埃及人，他们用含有淀粉的胶黏剂黏接纸草条。化学上，淀粉与纤维素非常相似，故淀粉胶同纸张，木材及棉质品有良好的粘合作用，又因它不溶于有机溶剂，脂肪以及油类物质中，故淀粉与改性淀粉胶粘剂所产生的黏合部位可不受这些物质的影响由于其来源结构，亲水特征及以分散，淀粉是水敏性的，易于受微生物侵蚀。淀粉及其常见改性产品并不适用于要求防水或耐水性极高的地方。这些缺点可以通过化学改性或用添加剂来加以改善。淀粉及改性淀粉已长期用作水基胶粘剂，用于如瓦楞纸板，多层纸袋，纸箱，纸板层压，螺旋卷曲管，胶粘标签，水再湿胶，胶带及其它胶粘应用。淀粉胶粘剂通常有淀粉或改性淀粉在水中加入氧化剂(双氧水、次氯酸钾、高锰酸钾)糊化剂(氢氧化钠)，还原剂(硫代硫酸钠)，催化剂(各种过渡金属盐类)等助剂组成。为了提高胶粘剂的性能，于是还与其它类型合成或天然基料(如乙烯醇、脲醛、聚丙烯腈、环氧氯丙烯等树脂)进行改性，制成改性淀粉胶粘剂。 三、淀粉及其改性淀粉的性质 淀粉是一种可再生资源，用它做精细化工品的原料，用途十分广泛，而且用淀粉经化学反应生成的各类衍生物基本上是无毒和可降解的，所以为国内外学术界所重视，具有广阔的发展前景。我国淀粉工业虽然起步较晚，但发展十分迅速，到2010年全国淀粉产量已达900万吨，其中有80%是以玉米为原料的。淀粉为粒状，在冷水中膨胀或溶胀，干燥后有收缩为粒状，工业利用这一性质来分离淀粉。在工业上从多种来源可分离淀粉。植物的种子、果实、叶块、茎球、茎中都含有不同含量的淀粉，谷物中淀粉含量在75%以上。下列出了商品淀粉的基本参数。 商品淀粉的基本参数 淀 粉 来 源 玉米种子 小麦种子 大米种子 木薯根茎 土豆根茎 粒径范围/μm 5~25 3~25 3~8 5~35 15~100 糊化温度/? 62~72 58~64 68~78 49~70 59~68 直链淀粉含量/% 28 25 19 20 25 直链淀粉聚合度 480 1050 850 支链淀粉聚合度 1450 1300 2000 灰分 0.08 0.17 0.1 0.16 0.57 水分 13 13 13 12 18 2004年产量/万吨 390 260 42 24 淀粉是有许多葡萄糖结构单元(C6H10O5)互相连接而成的多糖类聚合物，有直链状和支链状两种分子，分别称为直链淀粉和支链淀粉。前者以脱水葡萄糖单元间经α-1,4糖苷键连接;后者支链位置是以α-1,6糖苷键连接;其余为α-1,4糖苷键连接。淀粉之所以能够成为一种良好的胶黏剂，就是因为具备了可生成糊的支链淀粉，而且另一部分直链淀粉又能促进其发生胶凝作用的缘故。 用作制造淀粉胶黏剂的淀粉分为非改性淀粉和改性淀粉等。改性淀粉则又可分为酸化改性的糊精，氧化淀粉，酯化淀粉，交联淀粉，接枝淀粉和复合淀粉的。 1、非改性淀粉 此类淀粉是经过对谷物或植物块茎进行酸水浸泡、粉碎，除去其中所含蛋白质，干燥后制的。以玉米淀粉为例，其制备过程为:将玉米在50?的亚硫酸水溶液中浸泡50~60h?去胚芽?分去上层胚芽?过筛除去玉米皮?离心分去蛋白质?干燥?成品。其他淀粉的制备与上述方法基本相同。 淀粉化学组成与纤维素相似，两者的去别仅在于碳原子羟基构想不同。淀粉不溶于冷水。与水共加热至50?左右则可变成胶体溶液，这一加热过程称之为糊化。淀粉可用酸或酶进行分解，会逐渐成为可溶性淀粉，糊精、葡萄糖和麦芽糖等。淀粉吸湿性较大，其水溶液粘度和流变性所用淀粉种类不同而有差异。 淀粉胶黏剂，北美国家采用玉米淀粉为主，西欧国家则采用小麦淀粉居多，南美国家以木薯淀粉较普遍，而我国则兼用玉米和小麦淀粉较多。 2、改性淀粉 (1)糊精 糊精要比非改性淀粉更适于制造胶黏剂。由淀粉转化为糊精的机理十分复杂，但主要经历水解开裂、分子重排和聚合等步骤。 糊精主要有三种类型:白糊精，黄糊精和英国糊精胶。白糊精黄糊精均系淀粉经加热酸化而成。但白糊精加热温度较低，酸用量较多。英国糊精胶则是将淀粉高温烘焙制取。还可用淀粉与α-淀粉酶制取糊精。 糊精为无定形粉末，无一定的分子式，可溶于温水，在热水中溶解更容易，但不溶于醇类物质。黄糊精与白糊精相比，在水中溶解性更好。黄糊精在冷水中的溶解度为90%而白糊精溶解度为70%。白糊精固体含量低，黏度高，与淀粉性能十分接近，是淀粉胶黏剂的良好原料。 (2)氧化淀粉 氧化淀粉是采用干法或湿法制造而成。按其制备方法分为干法淀粉和湿法淀粉两类。淀粉经氧化后其葡萄糖苷键断裂，并引入羰基、醛基和羧基。干法氧化淀粉是由粒状淀粉与次氯酸钠反应制取。湿法氧化淀粉是采用过氧化氢氧化制取。 氧化淀粉中含有醛基，具有良好的防腐和防霉能力，这一点是非改性淀粉无法比拟的。而羧基的引入又使其具有优良的耐蒸煮稳定性、分散性、冷流性和粘结性能。 (3)酯化淀粉 酯化淀粉属于非降解类淀粉，它是通过淀粉分子中的羟基与其他物质发生酯化反应而赋予淀粉新的官能团，从而使淀粉胶黏剂的性能得到改善。不同的酯化淀粉所得的胶黏剂的性能不同。 四、纸/塑复合玉米淀粉胶黏剂 1、原料 玉米淀粉(精制)、NaOH、硫酸镍、次氯酸钠、硫代硫酸钠、硼砂、磷酸三丁酯、助剂A、助剂B(丙烯酸类树脂)和水等。 2、配方 纸/塑复合玉米淀粉胶黏剂的配方见表 纸/塑复合玉米淀粉胶黏剂的配方 原料名称 原料规格 质量份 原料名称 原料规格 质量份 玉米淀粉 精制 15 硼砂溶液 5%，工业级 8 氢氧化钠溶液 20%，工业级 8 磷酸三丁酯 工业级 0.1 硫酸镍 工业级 0.03 助剂A 自制 1 次氯酸钠 工业级 5 助剂B 自制 4 硫代硫酸钠溶液 10%，工业级 4 水 自来水或地下水 54.87 3、制备工艺 按表中配方称量，先将水注入反应釜中开动搅拌机升温至50?下搅拌20min后再慢慢加入氢氧化钠溶液。在50?下恒温搅拌30min，依次加入助剂A和助剂B，再在50?下搅拌20min后冷却至室温，最后过滤包装既得产品胶。 4、工艺流程 稀碱液 氧化剂 水 调 浆 精 制 氧 化 玉米淀粉 糊化剂 还原剂 络合剂 改性剂 络 合 成 品 还 原 糊 化 5、性能 (1)、性能指标 纸/塑复合玉米淀粉胶黏剂的性能 性 能 指 标 外观 油黄色半透明稠状液体 黏度(涂-4杯，25?)/s 70,80 固体含量/% 22 初黏时间(纸/塑，25?)/min 1 干燥时间(纸/塑，25?)/min 50 剥离强度(纸/塑，25?)/(N/m) 610 (2)、经济技术指标比较 本胶黏剂与同类产品的经济技术指标比较 黏度 初黏时间 干燥时间 剥离强度 原料成本 产品种类 (25?) (25?) (25?) (纸/塑，25?) /(元/?) /min /min /min /(N/m) 聚乙烯醇胶粘剂 60,70 2,3 120 580 3.55 白乳胶 70,80 1,2 120 580 4.15 聚丙烯酸胶粘剂 60,70 1 50 615 12.00 聚氨酯胶粘剂 60,70 1 50 610 9.00 本胶黏剂 70,80 1 50 610 0.95 从表中可以看出，本胶黏剂与同类产品相比，在性能达到或超过同类产品的前提下，其经济成本却大大低于同类产品，因而具有明显的市场竞争优势。 6、用途和注意事项 用水溶性丙烯酸改性玉米淀粉生产的纸/塑胶黏剂与同类产品相比，具有成本低、无毒、无污染、性能好等优点，它可广泛用于医药、化工试剂、日用化妆品和食品饮料等行业的塑料包装容器上的商标纸粘贴，应大力推广应用。 使用时的注意事项如下。 从表配方中可以看出，本胶黏剂除助剂外，其余与目前的氧化淀粉胶黏剂的生产配方基本类似，所以加入助剂是是生产本胶黏剂的关键，普通淀粉胶黏剂与纸的黏接性很好，但与但与塑料黏结性差，所以要配置纸/塑胶黏剂就必须在现有淀粉胶黏剂基础上加一种与塑料粘结性较好，且与淀粉胶互溶性较好的助剂。水溶性丙烯酸类树脂(助剂B)是根据淀粉和塑料分子结构特征合成的。加入助剂B后，不仅增强了与塑料表面的黏接强度，而且也提高了整个淀粉胶黏剂的粘结强度。一般情况下，涂胶粘贴后1h，纸的撕下率仅为5%左右，纸基本上都牢牢地黏附在塑料表面。其中助剂A是为了使助剂B与淀粉胶黏剂互溶性更好的一种助溶剂，它是有几种醇类物质配制而成，同时还具有润湿防冻作用，但加多了会影响干燥时间和生产成本，所以，一般加1%即可。 参考文献 1、李陵岚,叶楚平，张正华.包装用胶粘剂及其粘结技术.北京:化学工业出版社.2005. 2、张玉龙,李长德,张振英,杜龙安.淀粉胶黏剂.北京:化学工业出版社.2003. 3、黄世强,孙争光,李盛彪.环保胶黏剂.北京:化学工业出版社2003. 4、曾德芳.一种纸/塑粘合剂的生产与应用.黏接,1995,(2):6 5、寇喜春.氧化淀粉粘合剂的制备.黏接1990, 6、李子东,李广宇,于敏.现代胶黏剂术手册.北京:新时代出版社,2001. 7、程时远,李盛彪,黄世强.胶黏剂.北京:化学工业出版社.2001. 北京:化学工业出版社.2008. 8、刘德铮.精细化工生产工艺.