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植物胶粘剂

发布日期:2012-03-05 11:12 作者:admin 点击:

   植物胶粘剂主要分为淀粉胶、糊精胶、豆胶、阿拉伯树胶、松香胶、羧甲基纤维素胶、木质素胶等种类。

  一、淀粉胶

  淀粉胶以淀粉为基体。淀粉的主要来源为植物的块根和种子,其分子式为(C6H10O5 ),为白色、无嗅、无味的粉状或粒状固体,其性状及组成见表一所示。

表一   淀粉的性状及组成

   性状及组成 玉米淀粉 大米淀粉 小麦淀粉 木薯淀粉 甜薯淀粉 土豆淀粉     形状 多面体 多面体 镜片状 铃状 铃状 卵状    直径(um) 6-21 2-8 5-40 4-35 2-40 5-100   平均直径(um) 16 4 20 17 18 50  糊化温度(°C ) 77-78 75 75 67-78 75 65-66 组成(%) 水分 13 13 13 12 12 18 蛋白质 0.35 0.07 0.38 0.02 0.1 0 脂肪 0.04 0.06 0.07 0.1 0.1 0.05 灰分 0.08 0.1 0.17 0.16 0.3 0.6 五氧化二磷 0.05 0.02 0.15 0.02 0 0.18 直链淀粉 25 19 30 17 19 25
  淀粉本身不溶于水,当淀粉悬浮于水中,随着加热温度的升高而膨胀,然后即破裂而糊化。含有淀粉的水溶液,在加热初期仅产生混浊,只有当达到糊化温度后,才会变成粘稠的半透明液体的淀粉糊。

  淀粉糊的粘度随温度升高而变小,在冷却情况下硬度和凝胶强度随之增大。另外,淀粉糊的粘度还受到浓度的影响,随浓度的增大也相应增加。

  淀粉胶的制法有加热法、碱熟法、淀粉酶法和冷制法等多种,其中以加热法和碱熟法为主。加热法是将淀粉加入水中后,经搅拌均匀,然后边加热边搅拌至90°C 左右,再保持10—15min即可,淀粉与水的比例通常在10—15:85—90。碱熟法是将10—15%的淀粉水混合物,在搅拌下逐渐加入5—10份10%的氢氧化钠溶液,在室温下即可糊化制得淀粉胶。

  为改善淀粉胶的性能,在实际制备时,可按不同要求,加入各种不同的添加剂,其品种与作用如表二所示。

      表二    淀粉添加剂的品种及作用
添加剂各称 品种 用量(%) 作用 交联剂 硼砂 0.1-0.5 提高胶接强度和耐水性 表同活性剂 脂肪酸钠 0.5-1 提高浸润性 增塑剂 甘油、乙二醇、氯化钙 1-5 提高韧性 稀释剂 尿素、硼酸 3-10 降低粘度 消泡剂 乙醇、乙醚、有机硅 0.1-0.5 消除泡沫 防腐剂 苯酚、硼酸 0.5-5 提高抗霉性
  为了进一步提高淀粉胶的性能,可利用淀粉分子中2、3、6位上的三个羟基具有较大化学反应活性的特点,用不同的化学基团进得取代,只要淀粉分子中有低程度的取代,淀粉胶的性能就能有较大的提高,不仅使淀粉胶能保持原有的胶接强度,而且能增加胶液的稳定性,提高使用价值。主要的改性淀粉胶有以下几种:

  1、氧化淀粉胶 氧化淀粉胶又称氯化淀粉胶,这是由淀粉用次氯酸盐处理生成淀粉衍生物,再将其作为基体制得的淀粉胶。按处理方法的不同可得到不同的衍生物。

  2、淀粉醋酸酯胶 这是将淀粉与醋酸在酸性介质中加热反应,得到淀粉醋酸酯,再将其作为基体制得的淀粉胶,其具有快速固化及单组份的特点。

  3、羧基淀粉胶 这是将淀粉在碱性介质中用环氧氯丙烷作交联剂,制得接枝聚合物,又称羧基淀粉,再将其作为基体制得的淀粉胶,其具有较高的胶接强度。

  4、耐水淀粉胶 这是将淀粉分子中的亲水性基团与N -羟甲基丙烯酰胺或聚乙烯亚胺反应,生成部分交联结构,而制得的具有较好耐水性的淀粉胶。另外,如与丙烯酸化合物进行接枝反应,还能提高胶液的稳定性。

 糊精胶
  糊精是淀粉的不完全水解物,分子式为(C6H10O5 ).H2O。是黄色或白色无定形粉末,能溶解于冷水而形成粘稠的具有较高胶接强度的液体。实际上,糊精是淀粉向葡萄糖转化过程中的中间体。

  将糊精作为基体制成的糊精胶,比淀粉胶具有更高的胶接强度,更好的耐水性及更简便的操作工艺,通常用于室温快速胶接。

  糊精可由淀粉经酸或加热高温处理制得,也可经-淀粉酶的作用生成不完全水解产物。目前主要采用直接煅烧法和加酸煅烧法。

  1、直接煅烧法 这是一种先将淀粉进行干燥,然后在190—230°C的温度下加热煅烧而得的方法。制得的糊精稍带褐色。

  2、加酸煅烧法 这是一种用酸促进淀粉分解的方法。先将淀粉进行干燥,然后加入硝酸和硫酸(100kg 淀粉加入200ml 浓硝酸和300ml 浓硫酸,预先用1001水稀释浓酸),混合均匀后在110—140°C加热煅烧而得。

  糊精胶在制备时,通常要加入一些添加剂以改善性能。例如,加入碱性无机盐(如硼砂等),提高初始胶接强度,加入酸性盐(如亚硫酸钠等),去除臭味,加入有机酸盐(如酒石酸钠及酪酸钠等),增加韧性;加入有机酸(如酒石酸、草酸、酪酸等),提高胶接强度。

  糊精胶主要用于木材、纸张、皮革、织物等材料的胶接,也可用作织物及纸张的上浆剂、药物的赋形剂以及用于油墨的配制等。

  豆胶
  豆胶主要以大豆为原料制得,属植物性蛋白胶。将大豆粉以溶剂萃取,脱去油脂,以碱液溶解得到粗蛋白,再精制成蛋白。将精蛋白与水调制配成一定浓度的胶液即为豆胶。

  目前,用于提取大豆蛋白的原料多为粉丝、豆腐等豆制品的下脚,由于这些下脚都含有较多的水分,易被霉菌腐蚀,因此可采取直接将下脚料干燥,或在提取出大豆蛋白后干燥的方法。

  在大豆蛋白的制备中,碱溶解氢氧化钙的用量对胶液性能有明显影响。如表三所示,用量过少或过多都不能得到良好的胶接效果。
           表三  氢氧化钙用量对豆胶胶接强度的影响
氢氧化钙用量(%) 抗拉强度(MPa) 影响情况 2.5 1.8 不呈糊状 5 5.3 不呈糊状 10 7.7 成糊,不呈冻状 20 7.7 成糊,不呈冻状 40 8.5 成糊,不呈冻状 60 6.3 呈冻状 100 5.0 呈固状  在一般情况下,将大豆蛋白与水一起配制成胶液后即可使用,但为了调节粘度及延长胶液的使用时间,可加入适量的氯化钠、氯化铜、藻酸钠、硅酸钠、果胶及其它添加剂。表四列举了豆胶的典型配方。
              表四   豆胶的典型配方
组份 配方1 配方2 配方3 豆粉 100 100 大豆蛋白干粉 100 水 300 300 700 石灰粉(石灰:水=1:4) 20 15 60 氢氧化钠 20 15 20 硅酸钠(40 波美度)) 40 20 48  豆胶为非耐水性胶粘剂,固化后的胶层不能受潮或浸水。为提高耐水性,可在胶液中加入少量(通常为3%左右)的十二烷基苯醚磺酸钠。另外,也可加入硫脲、磺酸钾、铜盐、低分子环氧树脂、二羟甲基脲、六次甲基四胺等,均能取得较好的效果。

  豆胶主要用作生产胶合板和刨花板的胶粘剂。但由于其耐水性较差及以粮食为主要原料,因此使用中受到一定的限制,近年来已较少单独使用,而主要作为脲醛树脂胶及酚醛树脂的添加剂。以豆胶作为增量剂的脲醛树脂胶的胶接强度如表五所示。

       表五   豆胶为增量剂的脲醛树脂胶的胶接强度
   组       份 1 2 3 4 5 6 7 8       脲醛树脂 100 100 100 100 100 100 100 100     固化剂20%氯化铵 5 7 9 12 0 0 0 0      10%盐酸 0 1 2 4 25 50 50 50       豆粉 0 10 20 35 100 200 400 600        水 0 30 60 105 275 550 1150 1740      豆胶比例(%) - 40 80 140 375 750 1550 2340 冷压胶接强度(MPa) 桦木 常态 2.7 2.6 1.9 1.9 1.7 1.0 0.8 耐水 2.7 1.7 1.3 1.2 0.9 0.7 0.5 柳安木 常态 1.9 1.7 1.7 1.7 1.6 0.9 0.6 0.5 耐水 1.8 1.6 1.4 1.3 0.5 热压胶接强度(MPa) 桦木 常态 3.6 3.0 3.1 2.9 2.5 1.9 1.3 0.8 耐水 3.1 2.0 1.8 1.6 1.2 1.0 0.5 0.3 柳安木 常态 2.3 1.9 1.8 1.8 1.8 1.5 1.0 0.9 耐水 2.0 1.8 1.6 1.3 1.5 0.9 0.2 0.1阿拉伯树胶

  阿拉伯树胶系由阿拉伯、非洲及澳大利亚等地生长的胶树所得树胶的总称,呈白色至深红色硬脆固体,密度1.3 —1.4g/cm3 ,溶解于甘油及水,不溶于有机溶剂。它是由阿拉伯胶素酸(分子式为 C10H18O9 )的钾、钙、镁盐等转变为半乳糖和葡糖醛酸而形成的长链状聚合物。

阿拉伯树胶的水溶液,干燥后能形成坚固的薄膜,但脆性较大。为了改善脆性,提高韧性,可加入 适量的乙二醇、丙三醇、聚乙二醇等作为增塑剂,但会影响胶液的干燥速度。

  阿拉伯树胶作为胶粘剂,可单独与水配制。也可加入增塑剂、淀粉、黄蓍树胶、百里酚等一起配制。配制时一般无须加热,只要在室温下搅拌至均匀透明即可。

  阿拉伯树胶主要用于光学镜片、食品包装等的胶接,用作邮票、商标标贴的上胶材料,潜性固化胶粘剂微胶囊的外膜材料,也可用作药物的赋形剂等。

  松香胶
  松香胶以松香为基体。松香由松树分泌的松香树脂(又称生松香或松脂)经蒸馏去除松节油后而得,为透明的、浅黄色至深棕色的玻璃状脆性物质,有特殊气味。不溶于水,溶于乙醇、乙醚、丙酮、苯、二硫化碳、松节油、油类和碱溶液。主要成分为松香酸和松脂酸酐等不饱和化合物,通常含松香酸80—90%。具有较大的活性。其性状根据色泽、酸度、软化点、透明度而异。

    通常情况下,色泽越浅,性能越好;松香酸含量越大,酸度越大,软化点越高。

  松香胶可直接用有机溶剂溶解松香而得;也可通过碱化后制成水溶性胶。

  1、溶剂型松香胶 它由松香与溶剂直接配制而成,能够溶解松香的溶剂均可使用,并可根据溶剂的品种和固含量适当进行调节。例如,用作胶接金属箔包装纸的松香剂,可采用低沸点的溶剂(如乙醚、丙酮、苯等);用作制备粘蝇纸等的松香胶,可采用高沸点的溶剂(如蓖麻油等)。配制时,一般在加热下搅拌均匀即可。

  2、水溶性松香胶 它由碱液将松香碱化后制得。碱化的方法,有在碱液中直接加入松香,在熔融的松香中加入碱液,以及碱过量加入乳化剂等多种。水溶性松香胶具有更高的胶接强度,而且成本低廉,适宜于大量应用。

  松香胶可直接用于金属材料,尤其是金属箔包装材料的胶接,也用于粘蝇纸等的制造。将松香胶与无机填料(如白垩、石膏等)、无机颜料(如朱砂、铁红等)共熔制得的火漆,是一种传统的热熔胶,可用于密封文件、仪表等。另外,松香胶也是压敏胶及热熔胶常用的增粘剂。

  羧甲基纤维素胶
    羧甲基纤维素胶俗称化学浆糊,由羧甲基纤维素(简称CMC )与适量的水调制而成。其透明度好,固化迅速,有良好的高低温性能,可直接加热,趁热胶接,也可室温胶接。

  羧甲基纤维素是纤维素醚的一种,分子式为(C6H9O4.OCH2COOH ),通常使用的是它的钠盐。它是由纤维素在氢氧化钠溶液中与氯乙酸作用,羟基上的氯被羧甲基取代而得。为白色粉末,具有很强的吸湿性,能溶于水而生成粘稠状液体,对热和光十分稳定。

  羧甲基纤维素胶主要用作药片粉料的胶粘剂,用于纸张等材料的胶接,也可用于织物经纱的上浆,陶瓷制品生产中的粉料胶接。

  木质素胶
  木质素胶以木质素为基体,木质素是木材中含量仅次于纤维素的物质,为无色或淡黄色树脂状物质,目前主要从纸浆废液中提取。从硫酸盐纸浆中提取的为单亚硫酸结构的硫代木质素;从亚硫酸盐纸浆中提取的是磺酸盐结构的磺酸木质素。
 

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