玉米淀粉粘合剂实训报告

实训报告

项目名称：玉米淀粉粘合剂实训报告.

精细化学品生产技术专业

一、产品简介

淀粉胶粘剂作为通用型天然胶粘剂已越来越受到人们的重视,这主要是基于以下两个原因:第一,淀粉是一类资源多、价格便宜、用途广泛的天然高分子材料,具有无毒、无异味、无污染的特点;第二,随着石油资源的日益减少,给以石油为原料的化工产品构成了威胁,从而促使国内外研究工作者竞相寻找代用品,作为天然资源极其丰富的农副产品自然地引起了人们的兴趣。

以美国为例,1995年的淀粉胶粘剂总需求量为通用型酚醛及脲醛树脂胶之和的1.6倍,占天然胶总需求量的一半以上。在国内,淀粉胶粘剂的应用也日益广泛,啤酒工业即是一例。啤酒包装生产线的贴标速度可达五万瓶/每小时,这样快的贴标速度要求胶粘剂具有粘度大、初粘力强、干固快和流动性能好等特点。胶粘剂的粘度大、初粘力强、干固快能防止瞬间贴上的标签发生不必要的位移,防止粘贴过程中掉标;胶粘剂的流动性能好可以满足现代化机械作业的工艺条件。

制造标签胶所采用的最初原料是黄糊精和白糊精,以这种原料制得的胶粘剂粘度大、干固快,适合于机械化贴标。其缺点是干固后的胶膜脆性大,在商品储运过程中易掉标。与此相反,以酪朊蛋白为主要成分的胶粘剂不存在上述缺点,但酪朊蛋白的价格昂贵,以此为原料制得的标签胶成本较高。

由于玉米淀粉的价格便宜,故采用玉米淀粉为主要原料的标签胶成本较低,用户乐于接受。而且玉米淀粉胶的物理机械性能好,能耗低,干燥速度快,能适应机械化快速包装的要求。但目前的玉米淀粉胶经常存在着质量不稳定,贮存期短,贮存时易发生分子间缔合,流动性差,颜色深等缺陷,不利于淀粉胶的推广和使用。我们在分析了玉米淀粉化学结构的基础上,通过对玉米淀粉进行预糊化、氧化、糊化,并加入适量的稳定剂制备出了高固含量、贮存稳定性好,并具有一定初粘力,易洗涤回收的透明改性玉米淀粉胶粘剂。

玉米淀粉粘合剂,是一种性能好、无毒害、价廉的天然粘合剂。自1935年在美国问世以来,受到人们的极大关注。在纸制包装行业中,以淀粉胶取代泡花碱、白乳胶和PVA已成不可抵挡之势。1984年,中国包装进出口公司将玉米淀粉胶作为全国纸箱行业的重点推广项目,1993年1月1日起禁止使用泡花碱作为瓦楞纸箱粘合剂,并规定出口包装纸箱和食品包装用纸箱一律使用玉米淀粉粘合剂。现代社会文明和科技进步使人们更加注重环保,追求天然,国际贸易迅速扩展,包装材料“以纸代木”的趋向已成必然,包装用纸箱及其生产用粘合剂玉米淀粉胶的需求量日益增大。但由于在我国起步晚,缺乏深入研究,中小企业经济技术力量不足等原因,致使产品质量不够稳定,气温低于5℃时容易出现胶冻,初粘力低,自然风干速度慢。虽有不少改性淀粉胶的研究报道,但需复配以合成胶或添加助剂,又带来成本提高、原料难购等新问题。因此,影响了玉米淀粉粘合剂的推广应用。我们使用复合氧化剂,严格过程控制和各项技术指标监测,经过反复试验,最终采用正交试验法得出优化制备工艺条件,极大提高了淀粉粘合剂的各项性能指标,制备出不同固含量的产品,可广泛用于各种纸制包装箱、袋、管的生产,也可用于商标、壁纸的粘贴,还可用于纺织品上浆、制鞋业绵织物粘接等。

改性淀粉胶粘剂的应用

改性淀粉胶粘剂作为通用型天然胶粘剂已越来越受到人们的重视。这主要是基于以下两个原因：一是淀粉是一类资源丰富、价格便宜、用途广泛的天然高分子材料，具有无毒、无异味、无污染的优点。二是随着石油资源的日益减少，给以石油为原料的化学胶黏剂构成了威胁，从而促使国内外研究工作者竞相寻找代用品，淀粉胶黏剂重新引起了人们的兴趣。

改性淀粉胶粘剂己被广泛应用于瓦楞纸箱、建筑材料、人造纸板以及标签等众多工业领域。

1．3．1改性淀粉胶粘剂在建筑行业中的应用

改性淀粉胶黏剂可用作建筑涂料中基料(粘合剂)，它是主要成膜物质，能将颜填料粘接在一起，形成涂膜，提供涂膜基本的物理性能和化学性能。基料是影响涂料性能(柔韧性、耐水性、耐擦洗性、耐候性、耐沾污性等)的首要因素心引。有研究表明，改性淀粉胶黏剂作为基料的涂料用于建筑物内墙面的装饰，其施工性能、涂膜性能和环保指标等均能达到建筑涂料的要求，而且克服了传统的聚乙烯醇涂料流平性、涂刷性、防沉淀性差的缺点㈣。目前在内墙涂料中用作成膜物质的淀粉粘合剂主要有氧化淀粉粘合剂、交联改性玉米淀粉胶粘剂的研究淀粉粘合剂、多孔淀粉粘合剂和接枝共聚淀粉粘合剂等n制。改性淀粉基建筑涂料不含甲醛，对人体无毒害，是一种绿色环保的建筑涂料，具有十分广阔的应用前景。

1．3．2改性淀粉胶黏剂在造纸行业中的应用

改性淀粉胶黏剂产品几乎占到了造纸化学品总量的80％一90％，其中氧化淀粉、阳离子淀粉、酶转化淀粉主要用于表面施胶剂，而羧酸酯淀粉主要用于涂布粘合剂。羧甲基淀粉具有良好的水溶性、乳化性、透明性和高粘性，可以代替羧甲基纤维素胶用作纸板胶、墙纸胶等。在造纸行业中，改性淀粉胶黏剂的应用主要表现在：

1．层间喷雾使用

改性淀粉胶黏剂施用于多网造纸机的各结合层面，可提高纸张的层削结合强度，防止分层现象。也广泛用于提高挺度、环压强度及表面强度。

2．涂布使用

涂布是造纸行业中的一个重要环节。改性淀粉胶黏剂可以代替全部或部分昂贵的化学粘结剂降低涂布纸的生产成本。可提高纸张的印刷性能，使印刷时不易断头、掉毛、掉粉和糊版，并起着控制纸张油墨吸收性、平滑性、光泽度、白度等性能，提高纸张的印刷效果H 引。

3．纸制品的粘合剂

变性淀粉除了以上几个主要作用外，还可作为纸制品的粘合剂，如纸箱、纸管的粘结剂等。具有粘结力强，成本低，对环境污染轻等特点。

1．3．3改性淀粉胶粘剂在啤酒贴标行业应用

啤酒标签胶对胶粘剂的要求比较高，除了要求胶粘剂具有良好的贮存稳定性，15℃以下冷水浸泡不脱标，而在60℃以上热水中能很快脱去标签的性质外，还要求粘合剂的初粘力强，固化时间短，流动性好等等，以适应高速贴标的要求。目前，大型啤酒厂使用的一般是进口酪素胶，淀粉胶粘剂应用并不普遍。但经过改性的淀粉胶黏剂可以达到某些生产线的贴标要求，如通过缩醛化聚乙烯醇复合的糊化淀粉已经能适用于每小时20000一40000瓶贴标速率的贴标机H制。

1．3．4改性淀粉胶粘剂在其它行业应用

改性淀粉胶黏剂用途十分广泛，除造纸、建筑业、标签胶粘剂外，还可用于改性玉米淀粉胶粘剂的研究木材胶、食品工业、药物成型剂等方面。特别是近年来，世界胶粘剂工业生产技术正朝着省能源、低成本，无公害、高粘性和无溶剂化的方向发展，改性淀粉胶黏剂作为一种绿色环保的产品们已经引起各行业的广泛关注和高度重视。

二、产品性质

①性质

1.原淀粉的理化性质

原淀粉中含有水分、脂类化合物、蛋白质、灰分、有机磷等：其中含水量取决于储存的条件。淀粉颗粒水分是与周围空气的水分成平衡状态存在的，大气的相对湿度降低，空气干燥则淀粉失水；如果相对湿度增高，空气潮湿，淀粉就吸水。水分的吸收和散失是可逆的。其平衡水分量还取决于淀粉产品类型。

淀粉中的极性脂肪物质与直链淀粉分子形成螺旋状笼型结构。它是不溶解的，但高于一定的温度就会解离，解离温度的高低取决于络合剂的种类和结合键强度。一般温度达到25℃以上时，其中直链淀粉组分才发生分解。高含量的脂类化合物会抑制玉米和小麦淀粉颗粒的膨胀和溶解；而直链淀粉一脂类化合物会使淀粉糊或淀粉膜不透明度或浑浊度增加，影响糊化淀粉增稠能力和粘结能力；不饱和的脂类化合物在储存期内还会因氧化作用而酸败，影响其应用。

含氮物质习惯上指的是以蛋白质形式存在的干基组分，含量过高时会带来许多不利的影响，如使用时会产生臭味或其它气味，蒸煮时易产生泡沫，水解易变色等。

此外，淀粉中还含有磷酸酯形式存在的磷以及少量的无机物等。

2．淀粉的物理性质哺间

将玉米中的非淀粉物质如蛋白质、纤维素、油脂等与淀粉分离开，即可获得原淀粉。原淀粉颗粒的形状大致可分为圆形、蛋形、椭圆和多角形等，在显微镜下观察，是透明的。不同品种淀粉的颗粒存在差别，同一种淀粉的颗粒也不均匀，常用颗粒长短表示大小。例如，玉米淀粉的最小颗粒为5um，最大为25um，平均为15um，5009玉米估计有8000亿个颗粒。

淀粉颗粒具有很高的渗透性，水和水溶液能自由溶入颗粒内部，工业上采用化学方法生产变性淀粉就是利用了这种渗透性。加化学试剂于淀粉的水悬浮液中，使其渗透入淀粉颗粒内部与淀粉分子起化学反应来改性的。

3．淀粉的溶解性

淀粉粒不溶于冷水，原因在于：一是淀粉分子间是经由氢键结合，氢键数量众多，使分子间结合特别牢固，以至不溶于水中；二是淀粉颗粒具有一定的结构强度，晶体结构保持一定的完整性，水分只是侵入组织性差的微晶之间的无定型区。把天然干燥淀粉置于冷水中，水分子只是简单的进入淀粉粒的非结晶部分，与游离的亲水基相结合，淀粉粒慢慢的吸收少量水分溶胀。

②安全注意事项

胶液呈中性，对货物无污染，可长期存放，其黏合性不会改变。可在室温下黏合，且其黏合设备、工艺和使用泡花碱时完全相同。

该种胶黏剂可用为制作瓦楞纸板的胶黏剂，使用时应该注意如下事项：

1.氧化反应时间应该控制在40-60min

2.糊化反应时间应该控制在10-20min

3.从氧化开始到糊化成胶黏剂全程约1-2h

三、合成方法

下面介绍三种瓦楞纸箱用氧化玉米淀粉胶粘剂的制备方法。

1次氯酸钠氧化玉米淀粉胶粘剂

①在3．5千克水中，搅拌下依次加入次氯酸钠、玉米淀粉和预先溶解好的0．5％硫酸

镍，再搅拌5分钟，使其分散均匀。

②搅拌下加入8％固体烧碱溶液，再搅拌45分钟，测其粘度为30秒左右，即达到所需氧化深度。

③加入10％硫化酸钠溶液，终止反应。

④加入10％硼砂溶液，测其粘度达到50秒左右，即可卸料出锅。

2双氧水氧化玉米淀粉胶粘剂

2．2生产工艺

①在夹层锅中，加入40℃水180千克，开启搅拌并加入玉米淀粉，配成均匀糊状液。 ②用20％固体烧碱溶液调节pH=lO ，升温到45℃，边搅拌边滴加双氧水，反应1．5小时内结束。

③测反应液粘度为6O+_5秒时，加入lO ％烧碱溶液38千克，搅拌糊化20分钟。 ④不断搅拌下，加入5％硼砂溶液3o 千克，搅拌均匀，即可卸料出锅。

3

高锰酸钾氧化玉米淀粉胶粘剂

3.1配方(单位：千克)

①搅拌下将玉米淀粉加入4倍量水中，再分批加入8％烧碱溶液64千克，在20分钟内加完。测粘度为25秒左右即可。

②加入4％高锰酸钾溶液56千克，再搅拌反应20分钟左右。

③加入水ll0公斤和8％烧碱溶液77千克，再搅拌l0分钟后，加入2％硼砂溶液6l 千克，搅拌均匀即可卸料。

4.电化学氧化法制备玉米淀粉粘合剂

(1)药品.玉米淀粉,粒度过100目、蛋白质含量0.4%、水分0.4%、淀粉含量84%、酸度13%,烧碱,硼砂(均为分析纯),氯化钠,聚乙烯醇,磷酸三丁酯,水等。

(2)仪器设备.恒温磁力加热搅拌器、恒电位仪电源、托盘天平、电光分析天平、pH 计等。

(3)实验装置.采用间接电化学氧化法,在无隔膜电解槽中以DSA(Ti/TiO2

—RuO2网状电极)电极为阳极、钛网为阴极,以NaCl 为电解质,通以直流电氧化淀粉。

通过对三种不同氧化淀粉胶粘剂的比较,且从经济角度,结合我国实际情况,我们认为以NaClO 氧化淀粉制备的胶粘剂较为理想。电化学氧化法制备的玉米淀粉粘合剂可以克服使用传统氧化剂(H 2O 2、KMnO 4、NaClO)制备的粘合剂的初粘性差、含水量大、干燥时间长、药品残留量大、成本高等缺点,是一种新兴的、经济的、环保的氧化剂.

综上所述比较几种氧化方法,电化学氧化具有以下的优点:(1)稳定性好.胶液中残留的氧化剂量少,而残留的NaCl 又具防腐作用.因此具有较好的稳定性.(2)粘度易控制.电解过程中可随时取样分析测定,根据需要还可以中断电解时间,从而调解淀粉粘合剂的粘度

.另外还可以通过测定电解液的导电率,判断淀粉的氧化程度.(3)降低污染.传统氧化剂(H 2O 2、KMnO 4、NaClO)生产的玉米淀粉粘合剂中药品残留量大,废旧纸箱及玛赛克披离纸对环境的污染比较严重,尤其是使用NaClO 作为氧化剂时,生产过程中产生大量的有毒的Cl 2,而电化学氧化法彻底杜绝了这种危害,克服了其它氧化剂的缺点,是未来生产的努力方向。

四、操作过程

1.反应原理

①反应原理

淀粉是以葡萄糖为结构单元的天然高聚物 ,是不溶于水的碳水化合物 ,在氧化剂的作用下 ,淀粉分子中较活泼的羟基被有限地氧化为醛基、酮基、羧基 ,分子中的官键部分发生断裂 ,这样使淀粉分子的官能团发生变化 ,聚合度降低 ,适当控制氧化程度而制得的氧化淀粉 ,它具有良好的溶水性、亲和力、浸润性、粘结性 ,经碱化后 ,即成为粘合剂。

②流程框图

2.仪器设备及试剂

仪器：500ml四口烧瓶、滴液漏斗、球形回流冷凝管、抽滤装置、电动搅拌器、量筒，烧杯、温度计、分析天平

试剂：玉米淀粉、固体烧碱、双氧水、硼砂、水

3.操作步骤

①加热搅拌：在烧瓶内加入120g水（总重量1/2），加热到60℃～65℃（整个过程温度均应控制在60℃～65℃之间）。

②将40g淀粉加入水中，边加边搅拌，加入30%烧碱溶液2.25g(30%烧碱总用量9g)搅拌。

③氧化：将浓度为30％的双氧水0.4g加约10倍水稀释，然后加入烧瓶搅拌均匀，进行0.5-1小时，使物料充分氧化。

④糊化：将剩余的3/4烧碱一次性加入锅内搅拌，进行糊化（糊化时间半小时）。

⑤稀释溶解：将60℃～65℃的热水120g烧瓶内进行稀释，搅拌溶液。

⑥成胶：将硼砂0.65g加10倍水溶解调匀后，加入烧瓶内进行搅拌均匀，至呈半透明状即可。

五、结果与讨论

1.淀粉与水比：由于淀粉产地不同，质量不一因此不能用相同配比，水量过多则会降低粘度，过少则影响流动性。

2.双氧水（过氧化氢）的添加：为使该粉得到充分氧化，适当加入少量双氧水，最高不得超过10％。

3.烧碱（液碱）的添加：烧碱能使淀粉分子分离，使粘液增加粘度并具有一定流动性，但是含量过高则使粘度下降，PH值上升。

4.硼砂的添加：硼砂能使粘全剂增加稠度提高粘着力，但量多会粘合变成橡皮状失去粘着力；过少则使粘合剂过稀易于渗透到纯质内。

5.在操作和使用过程中如泡沫产生，是用配料比不当或反应时间过短，可适量加入消泡剂（如硅油、磷酸三丁脂等）或抽回锅内加温后再用。

6.由于氧化不充分会出现水晶状大块凝集，切忌继续加水，可投入少量氧比剂（双氧水）引温氧化，并不断搅拌，有搅拌机设备则可开动搅拌机长时间搅拌。

六、结论

合成方法：双氧水氧化玉米淀粉胶粘剂

最佳工艺条件：

a.淀粉乳浓度的影响:淀粉乳浓度对反应速度、粘度影响不明显,在一定的浓度范围内,只要能保证产品质量,提高浓度可提高设备利用率与产量,生产中以18～25℃为宜。

b.pH值的影响:pH值对氧化反应影响很大,pH在8～10之间,反应时间较短。

c.温度的控制:反应温度越高,则反应速度越快。但如果温度过高,则淀粉颗粒糊化膨胀,因而影响了反应的进行,且生成的盐类与氯离子难除去,并由于温度过高也会使成品色泽受到影响,从而影响了产品质量,试生产中温度控制在35～40℃为合适。由于反应是放热反应,可通过搪瓷反应锅的夹层以冷却水降温达到最适温度的要求。

d.氧化剂用量:以次氯酸钠用量为干淀粉的10%～20%为宜,即有效氯含量与干淀粉之比为1%为适宜。

e.时间的控制:反应时间的长短与前边几种因素有很大的关系,时间一般控制在5～8h 为宜。

f.清洗:采用离心甩干机,通过清水多次清洗,除去游离Cl-与可溶性杂质。

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