改性聚乙烯醇耐水淀粉粘合劑*

夏 聰，孔一萍，羅碧蔚，柯 琪，奚 源，陳 琢，李 琴

(湖北大學(xué)知行學(xué)院,湖北 武漢 430011)

隨著人們生活品質(zhì)的不斷提高，對家具的要求也隨之增高。綠色環(huán)保無甲醛的木材粘合劑逐漸成為了大眾首選。目前，市場上所使用的環(huán)保型粘合劑大多為淀粉類[1-4]和PVA類[2-4]。淀粉粘合劑具有成本低，無污染等優(yōu)點(diǎn)，但由于其鏈上含有大量親水性的羥基，故其耐水性較差[5]。PVA粘合劑低溫會凝膠，成本較高且耐水性一般。周麗[6]用Al2SO4和ZnSO4改善PVA膠的耐水性，為膠粘劑的耐水性測試提供了一定的參考依據(jù)。梁柏林等[7]用雙醛淀粉與PVA進(jìn)行縮合反應(yīng)，制備雙醛淀粉-聚乙烯醇膠粘劑，耐水性能不佳。盛繁[8]過硫酸銨改性聚乙烯醇得出結(jié)論：過硫酸銨用量在聚乙烯醇的0.4%時氧化效果最佳本文用過硫酸銨使PVA氧化，將改性后的PVA與氧化淀粉相結(jié)合，再通過硼砂進(jìn)行交聯(lián)改性成大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步降低羥基數(shù)量。以期獲得一種粘合強(qiáng)度佳，耐水性好的綠色環(huán)保粘合劑。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 儀器與試劑

FA1004B電子天平,上海佑科公司；NDJ-1旋轉(zhuǎn)粘度計(jì),上海精其；STSJB-120電動攪拌器,上海索廷有限公司；HH-501恒溫水浴鍋,萊州市電子儀器有限公司。

過氧化氫(分析純),福晨公司；氫氧化鈉(分析純),天津大茂公司；硫酸亞鐵(分析純),福晨公司；硼砂(分析純)，天津大茂公司；硫代硫酸鈉(分析純)，天津永大公司；聚乙烯醇(分析純)，天津永大公司；過硫酸銨(分析純)，福晨公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

稱取30 g大米淀粉至500 mL的燒杯，加入60 mL蒸餾水，用玻璃棒攪拌均勻。打開電動攪拌器，將轉(zhuǎn)速調(diào)整到450 rpm，在35 ℃水浴鍋中攪拌加熱，乳化10 min，加入0.1 g FeSO4。用10%的NaOH溶液調(diào)至pH=10。加入1.6 mLH2O2反應(yīng)50 min，期間調(diào)節(jié)酸堿度保持pH=10。將轉(zhuǎn)速調(diào)至650 rpm，加入2.6 g NaOH固體，糊化30 min，加入5 g Na2S2O3終止反應(yīng)。升溫至60 ℃，加入90 mL PVA膠，反應(yīng)50 min。再加入0.3 g Na2B2O7反應(yīng)30 min后停止反應(yīng)。

PVA膠：取若干PVA，90 mL水，升溫至85 ℃溶解，待溶解完全后降溫至60 ℃，加入若干過硫酸銨反應(yīng)30 min。

通過對有關(guān)資料[9-12]的分析和初步實(shí)驗(yàn)的探索。令PVA濃度為淀粉含量的0%，5%，10%，20%。分別測試粘合劑的粘度與耐水性，探究PVA濃度對粘合劑粘度以及耐水性的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 結(jié) 果

粘度測試：按照GB/T 2794-1981 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測定，在室溫條件下，使用粘度計(jì)自動測量粘度。

耐水性測試：將1 g淀粉-聚乙烯醇膠液均勻涂覆5 cm×5 cm的標(biāo)簽紙上，然后將其粘貼在潔凈干燥的玻璃片上，用手壓緊。靜置2 d后，將其浸入蒸餾水中，記錄標(biāo)簽紙與載玻片自動分離的時間[13]。表1為實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)表。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 Results of the experiment

實(shí)驗(yàn)表明：通過旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測得淀粉-聚乙烯醇粘合劑最佳粘度為5.60 Pa·s，與普通氧化淀粉粘合劑相比粘度有所提升。耐水時間最佳提高至9.0 h，而未改性淀粉粘合劑遇水3.0 h即脫離。因此PVF對氧化淀粉粘合劑初粘性及耐水性的提高具有顯著作用。

2.2 討 論

本實(shí)驗(yàn)選用H2O2作為氧化劑,FeSO4作為催化劑,將淀粉中的羥基轉(zhuǎn)化成羰基和羧基，合成氧化淀粉。過量的雙氧水最終分解為水，不會污染環(huán)境。酸性條件反應(yīng)易生成縮醛及半縮醛，因此反應(yīng)時應(yīng)控制pH至10左右。NaOH通過破壞淀粉羥基之間氫鍵結(jié)合,使大分子溶脹糊化[14],Na2S2O3作為還原劑中和過量的NaOH。聚乙烯醇作為接枝共聚劑在被過硫酸銨氧化后釋放大量活性基團(tuán)與淀粉分子進(jìn)行接枝。最后以硼氧原子為中心,與糊化后的氧化淀粉的羥基、醛基等形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而有效阻止淀粉及水分向紙內(nèi)滲透，提高了淀粉-聚乙烯醇粘合劑的粘接性和耐水性。

3 結(jié) 論

大米淀粉原料廣泛，價格低廉。經(jīng)化學(xué)改性后，可制成粘接強(qiáng)度高、耐水性好、無污染的膠粘劑。本研究制備的淀粉-聚乙烯醇粘合劑主要用于粘接木材家具。在粘度要求不高的情況下，淀粉-聚乙烯醇膠粘劑是一種既能達(dá)到粘度要求又可保護(hù)環(huán)境的優(yōu)秀膠粘劑。以淀粉-聚乙烯醇粘合劑替代泡花堿是未來發(fā)展方向之一。改性淀粉-聚乙烯醇膠的配方為：大米淀粉30 g；過氧化氫1.6 mL；氫氧化鈉2.6 g；聚乙烯醇3 g；過硫酸銨0.12 g；硼砂0.3 g。