1前 言
目前生产胶合板、刨花板、纤维板等板材广泛使用的是脲醛树脂胶、酚醛树脂胶[1]。这些胶粘剂在生产的时候以对人体和环境有危害的甲醛为原料,对生产者和使用者的身体造成极大的危害。在使用这些材料制作家具和进行居室装修后,由于板材中残余甲醛的挥发,会使居住者感觉到室内有刺激性的气味,严重的会引起头晕、咽喉痛等症状。板材中甲醛的挥发比较缓慢,甚至会长达.5～10年。甲醛对环境和人体的危害已经引起人们的关注,一些大城市已经逐步禁止使用含甲醛的胶粘剂。所以寻找一种有效的不含甲醛的木材用胶粘剂非常重要。改性聚乙烯醇/淀粉胶粘剂是一种比较理想的木材用胶粘剂。我国是农业大国,淀粉来源广泛,价格便宜,开发改性聚乙烯醇/淀粉胶粘剂前景广阔。
1 实验部分
1.1实验原理
淀粉是一种多羟基化合物,由许多脱水葡萄糖单元经糖键连接而成,每个脱水葡萄糖单元的2、3、6三个位置上各有一个醇羟基,因此淀粉分子中存在大量可反应的基团。加入氧化剂进行氧化反应时6位上的羟基比2、3位的羟基更易于氧化,并且在碱性条件下氧化速率快。淀粉氧化后分子中含有醛基和羧基。聚乙烯醇(ＰＶＡ)是一种水溶性高聚物,它的水溶液行为与淀粉相似。在ＰＶＡ水溶液中加入氧化剂过硫酸钾,使ＰＶＡ部分分子链断链而导入端羧基或醛基,并在分子链中引入酮基,由于ＰＶＡ和淀粉都是含有多羟基的大分子化合物,在一定的条件下,它们可以互相脱水形成网络结构,这样ＰＶＡ与氧化淀粉间的交联作用增强了,使粘合强度明显提高。加入硼砂作为交联剂,使淀粉与ＰＶＡ产生进一步的交联,提高胶粘剂的粘接强度和耐水。
1.3 胶粘剂的合成
在烧杯中配置淀粉糊(淀粉与水的质量比为1:3),并加入次氯酸钠溶液,搅拌均匀,待用。在装有搅拌器、温度计的三口瓶中加入ＰＶＡ,升温至90℃溶解,完全溶解后降温至50℃,加入过硫酸钾氧化。约30ｍｉｎ后,加入配好的淀粉糊,50℃下调节ｐＨ值为9～10,氧化50ｍｉｎ。加入亚硫酸钠溶液,还原多余的氧化剂。加入20%硼砂溶液,络合0.5ｈ,调节ｐＨ值为6～7,升温至85℃,瓶中由乳黄色浑浊液变为淡黄色半透明胶液后降温出料,得到改性聚乙烯醇/淀粉胶粘剂。
1.4 性能测试
1.4.1 粘接强度的测试
在万能拉力实验机上,以1×10ｍｍ/ｍｉｎ的速度拉伸改性聚乙烯醇/淀粉胶粘剂粘接的五合板试样,测定胶粘剂的粘接强度。
1.4.2 固含量的测定
参照ＧＢ/Ｔ2954-91测定胶粘剂的固含量。
1.4.3 粘度的测定
参照ＧＢ/Ｔ2794-81测定胶粘剂的粘度。
2 结果分析与讨论
2.1 胶粘剂性能
本研究合成出ＰＶＡ/淀粉无醛胶粘剂的性能
2.2 聚乙烯醇与淀粉配比对粘接强度的影响
聚乙烯醇/淀粉胶粘剂的稳定性和粘度与淀粉的含量有很大关系。淀粉含量越小,胶液越稀,胶粘剂中淀粉与ＰＶＡ间的相互交联越小,放置若干天后,出现明显的分层现象,胶液粘接强度下降。淀粉含量太大,放置若干天后,胶液失去流动性,粘接强度降低。ＰＶＡ、淀粉的含量与粘接强度的关系如图1所示。
2.3 ＰＶＡ的氧化对粘接强度的影响
用过硫酸钾对ＰＶＡ溶液进行处理,可使ＰＶＡ部分分子链断链而导入端羧基或醛基,并在分子链中引入酮基,这些基团和氧化淀粉中的醛基可发生交联作用,提高了胶粘剂的粘接强度。过硫酸钾用量少,ＰＶＡ分子链断链,形成的端羧基或醛基的数量少,基团间发生交联作用的几率大大减少,胶粘剂的强度降低;反之,又会使ＰＶＡ分子链断链程度过大,使胶粘剂的分子质量降低,从而使胶粘剂的粘接强度降低。胶粘剂的粘接强度与过硫酸钾加入量的关系如图2所示。
2.4 淀粉氧化程度对粘接强度的影响
淀粉氧化反应在碱性溶液中比在酸性溶液中快得多,而且碱性越强,反应速率越快。用次氯酸钠做氧化剂时,淀粉葡萄糖环6位碳上的羟基很容易被氧化。淀粉的氧化程度对胶粘剂的粘接强度有较大的影响。氧化剂次氯酸钠用量少,氧化程度不足,淀粉中羟基大部分没有被氧化,相互交织,粘度过大,降低粘接强度;氧化剂用量过大,氧化过度,玉米淀粉中葡萄糖环Ｃ2、Ｃ3,上的羟基可氧化成羰基,甚至Ｃ2和Ｃ3键之间断链,使淀粉链变短,降低粘接强度。次氯酸钠用量与粘接强度的关系如图3所示。
3 结 论
(1)淀粉含量30%～40%;
(2)过硫酸钾用量0.13～0.14ｇ;
(3)次氯酸钠用量2.0～2.5ｇ。改性聚乙烯醇/淀粉胶粘剂是一种不含甲醛的环保型胶粘剂,可替代脲醛、酚醛树脂胶作为木材胶粘剂使用。
