改性纳米碳酸钙对淀粉胶粘剂剪切强度的影响

邓丽娟，李志成，程 昊，黄文艺

（1.广西壮族自治区建筑工程质量检测中心，广西南宁 530005；2.广西科技大学生物与化学工程学院，广西柳州 545006）

改性纳米碳酸钙对淀粉胶粘剂剪切强度的影响

邓丽娟1，李志成2，程 昊2，黄文艺2

（1.广西壮族自治区建筑工程质量检测中心，广西南宁 530005；2.广西科技大学生物与化学工程学院，广西柳州 545006）

以木薯淀粉为原料，经氧化后制成淀粉胶粘剂，并利用纳米碳酸钙的补强作用改善淀粉胶粘剂的强度性能，实验结果表明：加入改性纳米碳酸钙的淀粉胶粘剂的干强度和湿强度分别提高了0.764MPa和0.366MPa，改性纳米碳酸钙的加入能更显著地提高淀粉胶粘剂的干强度和湿强度。

纳米碳酸钙；改性；淀粉胶粘剂

传统的胶粘剂大多数是由石油单体合成的并有一定的毒性，而且随着不可再生的石油资源日益减少，迫使研究者开发新型的胶粘剂以替代传统胶粘剂[1]。由淀粉所制而成的胶粘剂拥有的活性官能团使其具有良好的成模型和粘结性，而且淀粉胶粘剂具有无毒、无污染、无异味等优点，不仅对环境友好还价格低廉。而且淀粉作为天然的大分子易从植物中取得并可再生。随着绿色环境理念的提出，淀粉胶粘剂这种天然胶粘剂更加符合当前的绿色理念。

然而，淀粉本身就是一个容易发生质变的物质，这导致淀粉胶粘剂产品存在难以贮存、耐水性差等问题。而且，淀粉胶粘剂干化成膜时比较脆[2]。为了提高淀粉胶粘剂的性能，可以通过淀粉改性或添加助剂两种途径实现。纳米碳酸钙是常用的胶粘剂助剂，其化学性质稳定，不与胶粘剂中的固化剂发生反应。胶粘剂在加入纳米碳酸钙后，可以使胶粘剂的强度、硬度、模量和力学性能显著提高[3]。然而，纳米碳酸钙粒子的表面具有亲水疏油性，表面能极高，极易发生粒子团聚，生成二次粒子而使粒径变大，从而失去纳米粒子所具有的功能，影响实际应用效果[4]。因此，本文采用氧化淀粉制备胶粘剂，并通过加入改性纳米碳酸钙粒子来提高淀粉胶粘剂的性能，拓宽淀粉胶粘剂的应用范围。

1 实验部分

实验原料：纳米碳酸钙（西陇化工厂），硬脂酸钠（AR，西陇化工厂），聚丙烯酸钠（AR，天津市北辰方正试剂厂），聚乙二醇400（AR，西陇化工厂），聚乙二醇1000（AR，西陇化工厂），木薯淀粉（市售），其它试剂匀为分析纯，实验所用的水均为双蒸水。

实验仪器：SHB-B95A循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司），ZXFD-A5040恒温鼓风干燥箱（上海智城分析仪器制造有限公司），DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器（巩义市予华仪器有限公司），CMT-5105微机控制电子万能试验机（深圳市新三四材料检测与限公司）

改性纳米碳酸钙的制备：称取5g纳米碳酸钙到烧杯中，加入45mL去离子水，制备成10%的悬浮液，在80℃下磁力搅拌下搅拌10 min使纳米碳酸钙充分分散，用稀盐酸调节pH为7，加入一定量的分散剂，搅拌10 min，再加入一定量的硬脂酸钠，控制反应温度在80℃反应2 h，抽滤并用无水乙醇洗涤多次，把产品放到100℃的烘箱中烘3 h，研磨筛选，得到改性纳米碳酸钙。

淀粉的氧化：称取25 g木薯淀粉放入烧杯中，加入50 mL蒸馏水，用玻璃棒搅拌均匀后，放入磁力转子，将烧杯放入45 ℃恒温水浴锅中磁力搅拌。向烧杯中加入一定量的硫酸亚铁和双氧水进行氧化，1 h后取出，用砂芯漏斗抽滤、洗涤、干燥处理后，制得氧化淀粉。

淀粉胶粘剂的制备[5，6]：将一定量的氧化淀粉放入装有聚四氟乙烯搅拌棒、球形回流冷凝管、恒压漏斗的四口烧瓶中，并向其中加入一定量的蒸馏水，先低温搅拌均匀后，升温至90 ℃糊化30min，再降温至反应温度（70 ℃）。向四口烧瓶中加入0.5 g十二烷基硫酸钠（SDS）、12 mL质量分数为10%的聚乙烯醇（PVA）、1 mL磷酸三丁酯，并通入氮气保护，先加入过硫酸铵后，缓慢加入丙烯酸丁酯和丙烯酰胺，2h内加完。过硫酸铵在3h内加完，反应完成后，升温至80 ℃保温30min，然后加入改性纳米碳酸钙高速搅拌30min，降温出料。

2 淀粉胶粘剂压缩剪切强度的测试

1）胶合强度试片材料：采用桦木、松木直纹理的板材作试片材料。试片材料预先干燥至含水率为15%以下。将试材的胶合面刨平，厚度为5～10 mm。

2）试片胶合：取适量的胶粘剂分别抹在试片的两面并且涂抹均匀，然后将两试片平行顺纹对合在一起，以适当的压力在室温（不低于20℃）下保持压力24 h。粘好的木块如图1所示。

3）干态粘接强度压缩剪切测试：采用微机控制电子万能试验机把粘好的木块按照HG/T2727—2010聚乙酸乙烯酯木材胶粘剂标准[7]进行压缩剪切强度测试。

4）湿态粘接强度压缩剪切测试：把粘好的且完全干燥的木块在30℃的水中浸泡3h，再在23℃的水中浸泡10min，然后立即进行压缩剪切强度测试。

3 纳米碳酸钙对淀粉胶粘剂性能的影响

图1 测试样才的形状及尺寸单位（mm）

表1 添加纳米碳酸钙对胶黏剂的影响

图2 纳米碳酸钙用量对干强度的影响

图3 纳米碳酸钙用量对干强度的影响

4 结论

纳米碳酸钙的用量和表面改性对淀粉胶粘剂的性能有明显的提升。本文仅研究了一种改性剂改性的纳米碳酸钙对淀粉胶粘剂的强度性能，后继仍需探讨其它改性剂改性纳米碳酸钙对淀粉胶粘剂的强度性能及其它性能的影响。这对提高淀粉胶粘剂的实用价值、拓宽淀粉胶粘剂的应用领域具有重要的参考价值。

[1]梁祝贺.复合改性淀粉胶黏剂的合成及应用[D].合肥工业大学，2011.

[2]李慧连，刘国军，张桂霞，等.淀粉胶黏剂的最新研究进展[J].化学与粘合，2008，30（5）：50-53.

[3]颜鑫，王佩良.纳米碳酸钙的应用技术[J].化工科技市场，2007，30（10）：24-28.

[4]舒均杰.纳米碳酸钙表面改性及其机理的研究[D].湘潭大学，2007.

Effect of Nano Calcium Carbonate Modified Starch Adhesive Shear Strength

Deng Li-juan，Li Zhi-cheng，Cheng Hao，Huang Wen-yi

Cassava starch as raw material，after oxidized starch adhesive is made，and by the reinforcing effect of nano calcium carbonate to improve the strength properties of starch adhesive，the experimental results show：the starch is added modified nano calcium carbonate dry adhesive strength and wet strength increased by 0.764MPa and 0.366MPa，modified nano calcium carbonate added more out with improved dry strength and wet strength starch adhesive.

nano calcium carbonate；modified；starch adhesive

TQ433.437

A

1003–6490（2016）04–0052–02

2016–03–24

广西科技攻关计划项目（1348018–3）。

邓丽娟（1976—），女，广西南宁人，工程师，主要从事建筑材料检测、纳米材料等方面的研究工作。

黄文艺（1976—），男，广西南宁人，高级实验师，主要从事纳米材料方面的研究工作。