聚乙烯醇改性淀粉固体胶黏剂的制备

朱传勇 王洪瑞 穆艳君 白龙 孙逢凯

摘要：以淀粉为主要原料，经氧化，加入聚乙烯醇树脂进行改性，以硬脂酸钠作为赋型剂，甘油为保湿剂制得固体胶黏剂，制得的产品具有良好的稳定性和粘接性能。

关键词：PVA 淀粉 固体胶黏剂 粘接性能

淀粉胶黏剂作为环境友好型天然纸张胶黏剂受到了很大的关注，淀粉以其资源丰富、价格低廉、使用方便等优点并以无毒环保为亮点，成为最具有开发潜力的天然胶黏剂之一。但现在所用的淀粉胶粘剂的干燥时间过长，影响生产周期，并且在使用时流动性大，涂布时易浪费等[1]，采用加入适量的聚乙烯醇（PVC）合成树脂作为改性剂的方法，可以改善其产品性能，如粘接强度、稳定性等。淀粉和聚乙烯醇制得的粘合剂，对各类纸张有较高的粘接强度，干燥时间短，但它最大弱点是携带不便，使用时不卫生。为此，在保持产品对纸张具有良好的粘接性能和其他性能不变的情况下，将其制成一种固体胶黏剂是十分必要的[2]。

1 实验部分

1.1 原料。玉米淀粉，黑龙江龙拱生物工程有限公司；甘油、硬脂酸钠、双氧水（30%），哈尔滨医药化工试剂厂；聚乙烯醇、磷酸三丁酯天津科密欧化学试剂有限公司。

1.2 设备。6511精密电动搅拌器，苏州威尔实验用品有限公司；DK-98-1型电子恒温水浴锅，苏州威尔实验用品有限公司；640-IR红外光谱仪，安捷伦科技有限公司。

1.3 聚乙烯醇改性淀粉

1.3.1 淀粉氧化。淀粉是以葡萄糖为结构单元的高聚物，通过双氧水的氧化作用，使淀粉葡萄糖的甙键部分断裂而降解，致使分子量减少，聚合度降低，水溶性增加[3]，同时因双氧水的氧化作用使淀粉中的羟甲基部分变为羧基，这样可以增强与PVA的接枝效果。

在装有搅拌器的反应器中加入玉米淀粉和适量的水，控制温度，搅拌均匀后加入部分氧化剂，同时加入催化剂和部分助剂，反应一段时间，加入剩余的氧化剂，最后加入络合剂、消泡剂，不断搅拌即得淀粉胶。

1.3.2 PVA接枝玉米淀粉。PVA是一种高分子物质，分子结构中含有大量的仲羟基和少量的乙酰氧基，利用聚乙烯醇与淀粉分子“接枝”，这样制得的胶黏剂有更好的粘接性、流动性和抗凝冻性等优点[4]。

将PVA和其他助剂加入上述氧化后的玉米淀粉胶中，加热、搅拌，待聚乙烯醇完全溶解后反应一段时间，得到聚乙烯醇接枝玉米淀粉胶。

1.4 固体胶的制备。固体胶主要由聚乙烯醇接枝玉米淀粉胶以及赋型剂硬脂酸钠、保湿剂甘油等助剂组成。

将硬脂酸钠和助剂加入到适量水中，加热、搅拌，待全部溶解至液体清澈时，迅速加入已制备好的聚乙烯醇接枝玉米淀粉胶，继续搅拌一段时间，待各组分完全混匀，得到流动性较好的粘稠液体，将此液体注入容器中成型，冷却后即得赋型良好的新型固体淀粉胶黏剂。

1.5 性能测试

1.5.1 粘接性能测定。对A4纸进行粘接性能测定。要求在单面施胶时，均能在3-900s内粘接牢固；贴面干后，永久性牢固，撕拉试验均能达到纸面破坏，贴面未见自动开裂和返潮开裂现象。

1.5.2 不挥发物含量测定。采用干燥称量法进行测定。

1.5.3 贮存稳定性的测定。在-20～40℃的环境温度下贮存一定的时间，观察产品的外观并检验使用效果。

2 结果分析与讨论

2.1 红外光谱图。图1为聚乙烯醇接枝玉米淀粉胶的红外光谱，由图可知，3275cm-1处宽而强的吸收峰是PVA分子与淀粉分子间以缔合形式存在的-OH的特征吸收，在2926cm-1出现甲基、亚甲基吸收峰，说明产品中有淀粉分子链骨架的存在。

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2.2 氧化剂用量对粘接性能的影响。淀粉乳液中加入氧化剂对其进行氧化降解，使其分子链发生断裂，生成羧甲基、羧基等基团，有利于与PVA进行接枝聚合反应。

表1为氧化剂用量对固体胶黏剂粘接性能的影响，由表1可知随着氧化剂加入量的增加粘接效果由差变好又变差。因为氧化不足时，生成的羧甲基、羧基数量不足，接枝反应不完全，粘接效果不好；氧化过度时，会导致淀粉的相对分子质量降低，从而使淀粉的黏度下降，致使胶粘剂的粘接效果受到影响。

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2.3 PVA用量对粘接性能的影响。表2为PVA用量对固体胶黏剂粘接性能的影响。由表2可以看出，聚乙烯醇接枝后固体胶黏剂的粘接性能有明显改善，随着聚乙烯醇的增加，固体胶粘接性能明显提高，达到峰值后，粘结性能随之下降，因为聚乙烯醇是水溶性高分子，过多加入聚乙烯醇影响胶黏剂的粘结强度。

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2.4 甘油用量对稳定性的影响

在固体胶中含有大量的水分，如果不加保湿剂，则固体胶在存放过程中水分会逐渐挥发掉，使产品变形干燥。本实验是采用甘油作为保湿剂，表3是甘油用量对固体胶黏剂稳定性的影响。实验表明加入适量的保湿剂，可增加固体胶在高温下的流动性，使固体胶具有一定的光滑度，产品涂布性能较好，但加入量过多会导致产品粘接性能降低，储存稳定性变差，加入量过少，则固体胶高温时的流动性会变差，且不容易成型，表面也不够光滑。

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2.5 固体胶黏剂综合性能指标

对本试验工艺条件下获得的最佳配方制备的固体胶黏剂进行综合性能指标测试，结果见表4。

3 结论

本试验工艺条件下得出聚乙烯醇改性玉米淀粉固体胶的适宜配方为：淀粉20g，过氧化氢（30%）5ml，PVA4g，硬脂酸钠5g，甘油1.2g，水70g，其它助剂适量。获得的产品，固含量28%，稳定性好，粘接性能佳，成本低，无毒。

参考文献：

[1]杜郢，王政，董全江，等.淀粉胶黏剂的应用及改性研究进展[J].化学与粘合，2013，35（4）：67-70.

[2]康小孟，罗志臣.新型固体胶棒的研制与性能[J].粘接，2013（8）：56-57.

[3]黄登宇，谷琪生，黄宪章，等.玉米淀粉粘合剂生产原理及工艺研究[J].化学与粘合，1997（3）：174-177.

[4]周友明，阮湘元，刘治猛，等.PVA改性瓦椤纸板淀粉胶的研制[J].化学与粘合，1998（3）：154-155.

基金项目：黑龙江工程学院大学生创新创业训练计划项目（编号：201311802028）。