低温糊化淀粉胶粘剂的制备及其理化性能的研究
淀粉作为一种可再生资源,在胶粘剂、纺织、造纸等行业的应用越来越广泛。随着科学技术和社会的发展,人们为了提高工作效率,高速施胶涂布机在淀粉胶粘剂行业中的应用也越来越多。为了使淀粉胶粘剂能够适用于高速施胶机,要求淀粉胶粘剂固含量高、粘度低、糊化温度低,同时又具有很好的涂布均匀性和较高的粘接强度。因此研究淀粉糊化的影响因素及机理对于制备低粘度、高固含量和低糊化温度的淀粉胶粘剂不仅具有重要的实际意义,同时对淀粉胶粘剂的开发也具有指导意义。本文就如何降低木薯淀粉颗粒的糊化温度和低温糊化淀粉胶粘剂的配方展开研究,主要工作如下:
1.通过XRD、偏光显微镜、SEM研究了高温高压处理对淀粉颗粒晶体结构和表面形貌的影响,通过DSC、流变仪、偏光显微镜研究了高温高压处理对淀粉糊化温度的影响。实验结果表明:高温高压处理淀粉能够改变淀粉的结晶度,从而影响淀粉的糊化温度。经高温高压处理淀粉颗粒表面产生部分熔融而易发生团聚且比原淀粉更容易糊化,但淀粉糊的粘度稳定性降低。高温高压处理18％和31％含水量的淀粉,淀粉颗粒中部分无定形区转化为结晶区,结晶度增大,从而使其糊化温度升高；高温高压处理4％含水量的淀粉,淀粉颗粒中部分结晶区转化为无定形区,结晶度减小,从而使糊化温度降低。
2.微波和超声波处理淀粉能够对淀粉的颗粒结构产生一定的影响,从而影响淀粉的糊化温度和糊化焓。微波处理淀粉时淀粉颗粒吸收微波能量,使淀粉结晶度增大,从而使淀粉的糊化温度升高。淀粉颗粒内部吸收微波能量后,使得淀粉颗粒在脐带处出现凹坑,同时淀粉颗粒会储存部分能量,使淀粉糊化焓降低,比原淀粉更容易糊化。超声波处理淀粉时由于淀粉颗粒在不同方向高速振动和机械剪切作用下产生一定程度的降解,破坏了淀粉的颗粒结构和晶体结构,从而使淀粉的糊化温度、糊化焓和粘度降低,比原淀粉更容易糊化。由于微波和超声波处理过程中淀粉分子在热能和机械能的作用下产生部分交联,使得淀粉糊化后的糊化液的粘度更加稳定。
3.有机溶剂回流法处理淀粉能够有效的降低淀粉的糊化温度和糊化时间,淀粉颗粒由于无水或少量水的环境下受热而发生表面部分熔融现象而易发生团聚。其中用二氧六环效果最好,糊化温度能降低到60.9℃,70℃的糊化时间能缩短到9s。
4.低温糊化淀粉胶粘剂的配方主要可分为载体和主体两部分。主体部分选择高温高压处理得到的低温糊化木薯淀粉；载体部分由分散相和增稠稳定剂组成,选择氧化淀粉作为分散相,通过实验最终确定分散相的浓度为30％时最合适；增稠稳定剂选择羧甲基淀粉,并研究了pH和金属盐对其粘度的影响,最终确定了1％的氯化钙溶液对其降粘效果最好。为了提高淀粉胶粘剂的储存稳定性,需要加入糊化剂对主体淀粉进行预糊化。分别考察了强碱、强碱弱酸盐、尿素对淀粉糊化温度的影响,最终确定选择8％的尿素溶液作为淀粉胶主体的糊化剂。通过配方的优选得到了最优配方,并对其粘接强度进行了测试,在高速卷烟机上进行实践表明所制备的淀粉胶粘剂能适用于卷烟厂高速卷烟机,并能够达到最大车速,粘接强度和废品率也能达到相关标准。
5.离子液体[AMIM]Cl对淀粉具有良好的溶解性,且有助于降低淀粉颗粒的糊化温度。采用离子液体[AMIM]Cl作为反应介质,过硫酸铵引发木薯淀粉和醋酸乙烯酯进行接枝共聚反应得到了保持晶体结构的淀粉接枝共聚物颗粒。当醋酸乙烯酯与木薯淀粉的质量比为3.0,引发剂浓度为22mmol／L,反应时间为1h,反应温度为60℃时,淀粉接枝醋酸乙烯酯的反应效果最好,最大接枝率可以达到24％,接枝效率可以达到78％。通过红外和核磁表明了淀粉分子上确实接枝上了醋酸乙烯酯。离子液体中合成得到的淀粉-醋酸乙烯酯接枝产物品体结构保持不变,仍然保持颗粒状结构,但淀粉颗粒表面变得粗糙不平,从表观上表明了淀粉接枝上了醋酸乙烯酯,而且离子液体中合成的淀粉接枝共聚物的糊化温度较原淀粉有较大程度的降低。
木薯淀粉;低温糊化;淀粉胶粘剂;理化性能;颗粒结构
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
张军营
2011
中文
TQ432.2
105
2011-08-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）