玉米淀粉的氧化处理工艺及胶接性能研究

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选取玉米淀粉为原料,以硫酸亚铁为催化剂,双氧水为氧化剂,通过先糊化后氧化的方法,制备氧化淀粉,之后升温加入聚乙烯醇充当连续相,待两者相互均匀混合后,加入偶联剂对氧化淀粉进行接枝反应,乳化完成之后加入烯烃类单体对其进行接枝共聚反应,最后添加有机膨润土等助剂,最终得到绿色环保、性能优良的淀粉胶粘剂。论文在制备氧化淀粉时,以羧基含量为指标,采用单因素实验方法系统讨论了各影响因素对氧化淀粉羧基含量的影响,得到最佳氧化淀粉合成方案;在制备接枝共聚淀粉时,采用正交法确定影响因素主次关系,之后讨论了主要影响因素对胶粘剂干湿强度以及粘度的影响,得到最佳的接枝共聚氧化淀粉合成方案;最后通过添加助剂,对胶粘剂进行改性,得到性能最优的淀粉胶粘剂。胶粘剂在粘接物品之前,我们常加入一些异氰酸酯混合来提高其性能,本研究同时探讨出了最佳的添加比例。首先,利用双氧水氧化淀粉,利用红外光谱、X-射线粉末衍射、差热扫描量热、热失重等手段对氧化淀粉进行了表征,通过单因素实验的方法系统研究了糊化温度、催化剂用量、氧化剂用量、反应温度、反应时间等影响因素对氧化淀粉的羧基含量的影响,结果表明:氧化反应对淀粉的晶型结构破坏很小,氧化反应主要发生在淀粉的非结晶区,只有少量发生在结晶区。同时,高氧化程度的氧化淀粉是非晶相,且不同氧化程度的氧化淀粉具有不同的结晶类型;淀粉的前期糊化阶段是发生在淀粉的非结晶区,随着氧化的进行,先在非结晶区发生氧化,随着氧化程度的加大,氧化又转向结晶区发生反应。氧化淀粉最佳合成工艺条件为:淀粉10g,蒸馏水100g,糊化温度80℃C,氧化剂(质量分数30%的H202)的用量为40%(占淀粉质量比)、催化剂(FeS04)的用量为1.716%、反应时间为1.5h、反应温度为55℃。可制备出羧基含量为2.55%的氧化淀粉。其次,对氧化淀粉进行接枝共聚反应,制备淀粉胶粘剂。通过正交实验方法,确定各主要原料的配比,讨论了主要影响因素对胶粘剂的剪切强度的影响。对淀粉胶粘剂进行红外和热失重分析可知,偶联剂以及烯烃类单体都成功的接枝到氧化淀粉链上,同时接枝共聚显著的提高了氧化淀粉的热稳定性。接枝共聚氧化淀粉的最佳合成工艺条件:淀粉10g,蒸馏水100g,0.1g FeSO4,3%的30%H202,9%的PVA,9%的硅烷偶联剂,过硫酸铵0.1g,20g醋酸乙烯酯和丙烯酸丁酯(摩尔比6:4)。可制备出干强度为7.88Mpa、湿强度为4.09Mpa的淀粉胶粘剂。再次,对胶粘剂胶膜以及胶接断面进行扫描电镜分析,可以看到胶粘剂胶膜由于接枝共聚形成的接枝大分子链附着在氧化淀粉表面,表面十分粗糙。通过对胶结面断面进行扫面电镜分析可知,断裂层发生在木材流明和胶合层,断面出现大量木须状胶层,这是由于在剪切应力下,大量的胶粘剂交联网状结构发生断裂,从而证明接枝共聚反应很成功,同时,交联网状结构越密集规整,断裂木须状胶层越多,剪切强度越大。最后,加入助剂钠基膨润土,添加量为0.5%(相对于整个乳液质量百分比,下同)时效果最佳,淀粉胶粘剂最佳的储存方式是密封储存,本论文制备的胶粘剂稳定值为1.02,储存期可达30d。在施胶时最佳的异氰酸酯添加量为8%。
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