化学改性淀粉基胶黏剂的研究进展.doc

浅谈化学改性淀粉基胶黏剂的研究进展
材料化学
091103117
向雷
摘要:淀粉来源广、价低廉、可再生、可降解的优点使得其作为胶黏剂的应用广泛而久远。但是普通的淀粉胶黏剂耐水性和力学性能差,难以满足木材胶黏剂的使用要求,因此通过对其进行各样改性来提高其综合使用性能。现如今开发廉价高性能淀粉基木材胶黏剂已成为人们研究的热点。其中化学改性是制备淀粉类胶黏剂的重要手段。本文从氧化、酯化、醚化、交联、接枝等几个方面介绍了近年来国内外化学改性淀粉类胶黏剂的研究进展,并指出了可再生木质代表竹材在未来发展的方向和巨大前景。
关键词:淀粉基胶黏剂、化学改性、胶合强度、可再生木质
1、淀粉基胶黏剂早期的发展应用史
2001年以来,我国淀粉总产量以年均17%的速度递增,2005年产量达1 106万t,居各国之首【1】,淀粉本身就可作为胶黏剂使用,秦朝人就以糯米浆和石灰混合作为粘结长城的基石。由于科技的局限所致,传统淀粉基胶黏剂的巨大突破发生在20世纪中叶发生在高分子聚合物取代天然高分子胶黏剂之时。随着工业的发展,淀粉作为辅助成分或填料应用于木材胶黏剂中,淀粉氧化降解接枝改性聚氨酯型胶黏剂;酯化玉米淀粉API胶黏剂;利用高活性淀粉基多羟基化合物与多元酸(酐)聚合制备新型木材胶黏剂。但是这些做法普遍存在操作复杂,成本较高,改进不彻底;或者胶黏剂中尚有其他低毒性有机挥发物存在,在更高环保指标要求的木材胶合制品中应用受到限制;或者胶接性能多数不能达到Ⅱ类耐水性的要求。
淀粉基胶黏剂的研究现状
淀粉是一种廉价的可再生天然高分子材料,它无毒无害、易降解,因而进一步开发和有效利用淀粉资源已成为材料研究领域普遍关注的课题。淀粉作为胶黏剂有着悠久的历史,但直接作为胶黏剂时其流动性、渗透性、以及力学性能较差。用物理、化学或生物的方法对淀粉进行改性便可改变淀粉的溶解度、黏度、以及相关性能,是制备淀粉基胶黏剂的有效方法。淀粉分子中含有糖苷键和活性羟基,能和许多物质发生化学反应,是对淀粉进行化学改性的基础,其中氧化、酯化、醚化、交联、接枝等是常用的化学改性方法,
为了改进淀粉基胶黏剂耐水性及胶合强度,近年来,国内外不少学者通过化学改性的方法在充分展开的淀粉分子多糖链之间均匀导入适量结合牢固的化学键,如聚氨酯键、醚键、缩醛键和酯键等【2】。通过这些化学键在分子链间的结合力,阻止因水分子进一步楔人导致淀粉链间距离被拉大而使大量氢键被破坏。
化学改性之氧化
常用的氧化剂有H202、NaCl0、KMnO4等在受热或催化剂作用下发生分解,可以释放出具有较强氧化能力的新生态氧,它能将淀粉链葡萄糖单元6位碳上的羟甲基部分氧化成醛基,醛基进一步氧化成羧基并与碱性基结合形成羧酸盐。由于这种变化增强了淀粉的极性,使所得淀粉胶黏剂与纸纤维的结合力大大提高,也增加了胶黏剂的流动性,使之易于贮存。若使用H202与催化剂在酸性条件下来氧化淀粉,并同时加入交联剂硼砂,所得氧化淀粉胶黏剂的性能会得到明显提高。
郭晓红等【3】以4%KMn04水溶液为氧化剂制备淀粉胶黏剂,并通过正交实验及综合分析得到制备淀粉胶黏剂的最佳配方。淀粉的羧甲基化是在分子中葡萄糖单元的第2、3、6位羟基上引入羧甲基醚结构,使原来的有序排列变成无序状态。而淀粉的氧化则涉及到降解和化学改性,是在淀粉分子中引入羰