冷法新型淀粉膠黏劑的制備

張曉京，張曉榮，賈德彪，孫贏慧

（北方民族大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，寧夏銀川 750021）

冷法新型淀粉膠黏劑的制備

張曉京，張曉榮，賈德彪，孫贏慧

（北方民族大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，寧夏銀川 750021）

論述了新型淀粉膠黏劑的合成方法。以硫酸銅代替?zhèn)鹘y(tǒng)用硫酸亞鐵作催化劑，選用草酸作膠黏劑脫色劑，采用冷法制備新型淀粉膠黏劑。結(jié)果表明：當(dāng)催化劑硫酸銅用量為0.12%時(shí)，以黏度和初粘力為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過正交試驗(yàn)確定了淀粉膠黏劑的最佳配方為：水77.9%，淀粉17.3%，雙氧水0.28%,氫氧化鈉1.3%，硼砂0.12%，單因素實(shí)驗(yàn)草酸添加量為2.9%時(shí)即可得到良好脫色效果，制備的膠液乳白色，擴(kuò)大了產(chǎn)品適用范圍。

淀粉膠黏劑；硫酸銅；草酸；脫色劑

前言

淀粉膠黏劑是近年來我國(guó)包裝行業(yè)普遍采用的一種膠黏劑[1],具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、無腐蝕、無污染、防潮性好、粘接性強(qiáng)、涂膜堅(jiān)韌以及生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單、制作方便和涂布量小等特點(diǎn),是取代沿用多年的泡花堿的優(yōu)良膠黏劑[2～4]。它被廣泛應(yīng)用于各種紙制包裝箱、袋、管的生產(chǎn)也可用于壁紙、商標(biāo)的粘貼，還可用于紡織產(chǎn)品上漿、制鞋業(yè)及棉織物粘接等。淀粉膠黏劑的制作方法和生產(chǎn)工藝有很多,目前主要有堿糊法、糊精法和氧化法等[5]。利用氧化法生產(chǎn)的產(chǎn)品黏度高。氧化法又分為一步法和兩步法,一步法生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,設(shè)備投資小。作為一步氧化法又分為室溫和加熱兩種方法,室溫法制備氧化淀粉膠黏劑具有無需加熱,膠黏劑流動(dòng)性好,粘結(jié)力強(qiáng),可長(zhǎng)期保存,設(shè)備簡(jiǎn)單,無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)[6]。但一般要加入催化劑硫酸亞鐵提高反應(yīng)速度，產(chǎn)物呈深褐色，不適合要求較高的物品粘接使用。

本方法采用硫酸銅為催化劑,草酸作為脫色劑，制得最終產(chǎn)品為乳白色，擴(kuò)大產(chǎn)品適用范圍。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料與試劑

市售馬鈴薯淀粉;硫酸銅（化學(xué)純）、雙氧水（化學(xué)純,濃度30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù),后同）；氫氧化鈉（化學(xué)純,配制成10%的水溶液）;硼砂（化學(xué)純）；草酸（化學(xué)純,配制成30%的水溶液）。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器

JY3002電子天平，JJ-1精密增力電動(dòng)攪拌機(jī)，DV-Ⅲ+可編程控制式旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)。

1.3 測(cè)試方法

黏度：DV-Ⅲ+可編程控制式旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)定。

初黏力測(cè)定[7]：選取表面平整、干凈的同一規(guī)格的瓦楞紙板，用直尺和鉛筆在紙板上同一面畫出1cm×1cm的小格，再用小鋼尺和裁紙刀將其裁剪成2cm×10cm的瓦楞紙板。

取0.3g膠液均勻涂布在2cm×10cm的瓦楞紙表面，然后與統(tǒng)一規(guī)格的瓦楞紙粘合，置于200g壓力下的保持10min，剝離后觀察表面的破壞情況，按下列公式計(jì)算初黏力：初黏力P2（%）=瓦楞紙楞紙破壞面積（cm2）÷瓦楞紙粘合面積（cm2）×100%，同一組實(shí)驗(yàn)測(cè)試五次，取平均值。

1.4實(shí)驗(yàn)方法

1）將馬鈴薯淀粉和水按比例加入三口燒瓶中，開攪拌器攪拌均勻。加入少量硫酸銅催化劑，待溶解后，先滴加一定量10%的NaOH溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)液pH值為9-11。然后加入適量雙氧水氧化90min，緩慢加入定量的NaOH溶液，糊化30min。加入硼砂攪拌10min后，滴加草酸溶液至顏色不再發(fā)生改變后停止攪拌出料。

2 結(jié)果與討論

2.1 催化劑的用量對(duì)膠黏劑的影響

隨著硫酸銅用量的增加，膠的黏度降低，用量增加到一定程度后，膠的黏度又緩慢增加?？赡苁怯捎陂_始在銅離子催化和過氧化氫氧化共同作用下，淀粉分子鏈降解，黏度下降。但當(dāng)硫酸銅用量增加到一定程度后，過多的銅離子又對(duì)淀粉分子鏈有一定的絡(luò)合作用，表現(xiàn)為黏度又會(huì)逐漸增加，但硫酸銅用量過多初黏力將會(huì)下降。經(jīng)單因素實(shí)驗(yàn)確定用量約為0.2g較好。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)

催化劑硫酸銅與馬鈴薯淀粉用量為0.2g和30g時(shí)，單因素實(shí)驗(yàn)確定影響淀粉膠黏劑質(zhì)量性能的主要因素有：蒸餾水與淀粉質(zhì)量比、雙氧水用量、NaOH水溶液質(zhì)量和硼砂用量。正交試驗(yàn)為4因素4水平試驗(yàn),表2為實(shí)驗(yàn)結(jié)果極差分析。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平Table 1Factors and levels for orthogonal experiments

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出各指標(biāo)因素的主次順序，可得各因素的影響順序。

表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果極差分析Table 2The range analysis of experiments

黏度：B＞A＞C＞D；初黏力：A＞D＞B～C。初選最優(yōu)條件,根據(jù)各指標(biāo)不同水平平均值確定各因素的優(yōu)化水平組合。

黏度：A2B1C2D3，即第5組；初粘力:A2B2C4D2。

綜合平衡確定最優(yōu)條件：A因素對(duì)黏度和初粘力的影響相同，選A2；B因素對(duì)黏度的影響雖大于初粘力，但第1、5、9組是由于氧化劑用量不足，氧化不充分，導(dǎo)致綜合性能明顯不符合要求，因此需要稍微增加氧化劑的量，經(jīng)綜合平衡后選B2；C因素對(duì)黏度的影響稍大于初黏力，應(yīng)依影響較大性能指標(biāo)，故選C2；D因素對(duì)初黏力的影響大于黏度，故選D2。

綜上所述，選擇A2B2C2D2，既當(dāng)催化劑硫酸銅與馬鈴薯淀粉用量為0.2g和30g時(shí)，水與淀粉的比為4.5∶1，雙氧水為1.6mL，NaOH為22mL，硼砂為0.2 g是較好的合成條件。

2.4 草酸用量對(duì)膠黏劑脫色的影響

草酸具有很強(qiáng)的還原性,是金屬離子螯合劑。脫色原理可能是加入的草酸與膠中有色銅離子生成無色化合物，因而膠黏劑由深綠色變?yōu)槿榘咨?/p>

草酸水溶液（30%）作為脫色劑，以1mL為遞增量，時(shí)間間隔5min，向硼砂絡(luò)合反應(yīng)后的黏合劑中滴加，膠黏劑顏色從未添加前的深綠色逐漸趨向于乳白色，加至17mL以上顏色再無明顯變化，此時(shí)膠黏劑的初黏力和黏度也均可滿足使用要求。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)采用硫酸銅為催化劑，草酸為脫色劑，在室溫下制得質(zhì)量符合使用要求的乳白色氧化淀粉膠黏劑。采用正交實(shí)驗(yàn)的方法，優(yōu)化了在室溫條件下制備新型淀粉膠黏劑的配方。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，以馬鈴薯淀粉為主要原料，硫酸銅為催化劑、草酸為脫色劑，在室溫下可制得質(zhì)量符合使用要求的乳白色氧化淀粉膠黏劑。

結(jié)果表明制備的較好條件為：水77.9%，淀粉17.3%，硫酸銅0.12%，雙氧水0.28%,氫氧化鈉1.3%，硼砂0.12%。單因素實(shí)驗(yàn)證明草酸添加量為2.9%時(shí)即可得到良好脫色效果。

［1］文忠和．紙品用淀粉粘合劑生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀及發(fā)展方向［J］．萍鄉(xiāng)高等?？茍?bào),2001（4）:77～79．

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3 結(jié)論

本文結(jié)合氨芐西林的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)確定了3種質(zhì)子化方式，研究了譜圖中主要質(zhì)譜峰所對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和裂解方式。研究表明不同的離子方式所形成分子離子具有不同的裂解方式；質(zhì)子化的質(zhì)子具有明顯的活性，該質(zhì)子進(jìn)攻其它原子是質(zhì)譜進(jìn)一步裂解的主要原因。

需要特別指出的是，質(zhì)譜峰的豐度高低并不能完全說明相應(yīng)化學(xué)鍵斷裂的難易程度，例如本項(xiàng)研究中m/z:106豐度最高，這并不能說明在化合物中四元環(huán)中相應(yīng)的化學(xué)鍵最不穩(wěn)定。本項(xiàng)研究表明：分子首先進(jìn)行離子化反應(yīng)，而化合物質(zhì)子化后會(huì)得到多種產(chǎn)物，而各種產(chǎn)物的含量受到質(zhì)子化位點(diǎn)空間位阻、產(chǎn)物熱力學(xué)穩(wěn)定性等多種因素的影響。其次，離子化改變了分子原有的結(jié)構(gòu)。這些因素都會(huì)影響碎片峰的豐度。因此離子化方式對(duì)于質(zhì)譜峰的豐度會(huì)產(chǎn)生重要影響。

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Preparation of Novel Starch Adhesive by Cold Method

ZHANG Xiao-jing,ZHANG Xiao-rong,JIA De-biao and SUN Ying-hui

（College of Materials Science and Engineering,Northern University for Nationalities,Yinchuan 750021,China）

A synthesis method for novel starch adhesive is discussed,which uses copper sulfate instead of the traditional ferrous sulfate as catalyst,and chooses oxalic acid as adhesive decolorizing agent with cold method to prepare novel starch adhesive．The result shows that when the catalyst copper sulfate content is 0．12%,the optimum formula is found through orthogonal experiment with the viscosity and the initial adhesion regarded as evaluation index．The optimal formula is showed as follows:water is 77．9%,starch is 17．3%,H2O2is 0．28%，NaOH is 1．3%,and borax is 0．12%．The single factor experiments prove that it can get satisfied decolorizing effect when the adding amount of oxalic acid is 2．9%．The color of the prepared product is milky white in order to expanding the product applications．

Starch adhesive;copper sulfate;oxalic acid;decolorizing agent

TQ432.2

A

1001-0017（2013）05-0059-03

2013-04-26

張曉京（1956-），男，山東郯城人，副教授，主要從事高分子合成研究。