改性聚乙烯醇耐水淀粉粘合劑*

夏 聰，孔一萍，羅碧蔚，柯 琪，奚 源，陳 琢，李 琴

(湖北大學知行學院,湖北 武漢 430011)

隨著人們生活品質的不斷提高，對家具的要求也隨之增高。綠色環保無甲醛的木材粘合劑逐漸成為了大眾首選。目前，市場上所使用的環保型粘合劑大多為淀粉類[1-4]和PVA類[2-4]。淀粉粘合劑具有成本低，無污染等優點，但由于其鏈上含有大量親水性的羥基，故其耐水性較差[5]。PVA粘合劑低溫會凝膠，成本較高且耐水性一般。周麗[6]用Al2SO4和ZnSO4改善PVA膠的耐水性，為膠粘劑的耐水性測試提供了一定的參考依據。梁柏林等[7]用雙醛淀粉與PVA進行縮合反應，制備雙醛淀粉-聚乙烯醇膠粘劑，耐水性能不佳。盛繁[8]過硫酸銨改性聚乙烯醇得出結論：過硫酸銨用量在聚乙烯醇的0.4%時氧化效果最佳本文用過硫酸銨使PVA氧化，將改性后的PVA與氧化淀粉相結合，再通過硼砂進行交聯改性成大分子網狀結構，進一步降低羥基數量。以期獲得一種粘合強度佳，耐水性好的綠色環保粘合劑。

1 實 驗

1.1 儀器與試劑

FA1004B電子天平,上海佑科公司；NDJ-1旋轉粘度計,上海精其；STSJB-120電動攪拌器,上海索廷有限公司；HH-501恒溫水浴鍋,萊州市電子儀器有限公司。

過氧化氫(分析純),福晨公司；氫氧化鈉(分析純),天津大茂公司；硫酸亞鐵(分析純),福晨公司；硼砂(分析純)，天津大茂公司；硫代硫酸鈉(分析純)，天津永大公司；聚乙烯醇(分析純)，天津永大公司；過硫酸銨(分析純)，福晨公司。

1.2 實驗方法

稱取30 g大米淀粉至500 mL的燒杯，加入60 mL蒸餾水，用玻璃棒攪拌均勻。打開電動攪拌器，將轉速調整到450 rpm，在35 ℃水浴鍋中攪拌加熱，乳化10 min，加入0.1 g FeSO4。用10%的NaOH溶液調至pH=10。加入1.6 mLH2O2反應50 min，期間調節酸堿度保持pH=10。將轉速調至650 rpm，加入2.6 g NaOH固體，糊化30 min，加入5 g Na2S2O3終止反應。升溫至60 ℃，加入90 mL PVA膠，反應50 min。再加入0.3 g Na2B2O7反應30 min后停止反應。

PVA膠：取若干PVA，90 mL水，升溫至85 ℃溶解，待溶解完全后降溫至60 ℃，加入若干過硫酸銨反應30 min。

通過對有關資料[9-12]的分析和初步實驗的探索。令PVA濃度為淀粉含量的0%，5%，10%，20%。分別測試粘合劑的粘度與耐水性，探究PVA濃度對粘合劑粘度以及耐水性的影響。

2 結果與討論

2.1 結 果

粘度測試：按照GB/T 2794-1981 標準進行測定，在室溫條件下，使用粘度計自動測量粘度。

耐水性測試：將1 g淀粉-聚乙烯醇膠液均勻涂覆5 cm×5 cm的標簽紙上，然后將其粘貼在潔凈干燥的玻璃片上，用手壓緊。靜置2 d后，將其浸入蒸餾水中，記錄標簽紙與載玻片自動分離的時間[13]。表1為實驗結果數據表。

表1 實驗結果Table 1 Results of the experiment

實驗表明：通過旋轉粘度計測得淀粉-聚乙烯醇粘合劑最佳粘度為5.60 Pa·s，與普通氧化淀粉粘合劑相比粘度有所提升。耐水時間最佳提高至9.0 h，而未改性淀粉粘合劑遇水3.0 h即脫離。因此PVF對氧化淀粉粘合劑初粘性及耐水性的提高具有顯著作用。

2.2 討 論

本實驗選用H2O2作為氧化劑,FeSO4作為催化劑,將淀粉中的羥基轉化成羰基和羧基，合成氧化淀粉。過量的雙氧水最終分解為水，不會污染環境。酸性條件反應易生成縮醛及半縮醛，因此反應時應控制pH至10左右。NaOH通過破壞淀粉羥基之間氫鍵結合,使大分子溶脹糊化[14],Na2S2O3作為還原劑中和過量的NaOH。聚乙烯醇作為接枝共聚劑在被過硫酸銨氧化后釋放大量活性基團與淀粉分子進行接枝。最后以硼氧原子為中心,與糊化后的氧化淀粉的羥基、醛基等形成網狀結構，從而有效阻止淀粉及水分向紙內滲透，提高了淀粉-聚乙烯醇粘合劑的粘接性和耐水性。

3 結 論

大米淀粉原料廣泛，價格低廉。經化學改性后，可制成粘接強度高、耐水性好、無污染的膠粘劑。本研究制備的淀粉-聚乙烯醇粘合劑主要用于粘接木材家具。在粘度要求不高的情況下，淀粉-聚乙烯醇膠粘劑是一種既能達到粘度要求又可保護環境的優秀膠粘劑。以淀粉-聚乙烯醇粘合劑替代泡花堿是未來發展方向之一。改性淀粉-聚乙烯醇膠的配方為：大米淀粉30 g；過氧化氫1.6 mL；氫氧化鈉2.6 g；聚乙烯醇3 g；過硫酸銨0.12 g；硼砂0.3 g。