淀粉改性聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂的研究
2007-12-01 阅读 499 次
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蒲艳玲,王九思,于立志(兰州交通大学化学与生物工程学院,甘肃兰州730070 )作者简介:蒲艳玲(1970 ),女,甘肃陇南人,工程师. 摘要:用淀粉对聚乙烯醇缩甲醛进行改性,制得了一种新型胶粘剂.讨论了尿素用量、酸的浓度、ｐＨ值、缩合温度、淀粉用量、固含量对胶粘剂粘度的影响.该胶粘剂适用于煤堆及垃圾的覆盖,它具有初粘性强、耐水性好、储存稳定、制备和使用简便等优点。 关键词:改性;淀粉;尿素;聚乙烯醇缩甲醛 煤炭多用敞棚的火车装运,火车在高速行驶,经过隧道时风力过大,就会有大量的煤粉被吹走[1].造成能源的浪费,同时吹走的煤粉也对环境造成了污染.本文研制了一种淀粉改性聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂,拟将其喷洒在煤炭的表面,形成了一层保护膜,可以有效的解决煤炭浪费的问题,同时也减轻了对环境的污染. 1 实验部分 1.1 实验试剂及仪器 聚乙烯醇17 99(工业品);甲醛(工业品);可溶性淀粉(工业品);尿素(分析纯);ＮＤＪ 8Ｓ数字式粘度计(上海精密科学仪器有限公司);电子天平(北京赛 多利斯仪器系统有限公司);ｐＨ计(阿尔特香河电子有限公司). 1.2 主要性能的测试方法[2] 1.2.1 固含量的测定 烘干称量法,按ＧＢ12739-1995胶粘剂不挥发物含量测定方法测定. 1.2.2 粘度的测定 用ＮＤＪ 8Ｓ数字式粘度计在25℃下按ＧＢ/Ｔ2794-1995测定方法测定. 1.2.3 游离甲醛含量的测定 ｍ(游离甲醛)=100×(Ｖ1-Ｖ0)Ｍ×0.03/Ｗ. 式中:Ｖ1为试样消耗盐酸标准溶液毫升数,ｍＬ;Ｖ0为空白消耗盐酸标准溶液毫升数,ｍＬ;Ｍ为盐酸标准溶液的浓度,ｍｏｌ/Ｌ;Ｗ为胶粘剂试样的质量,ｇ;0.03为每毫摩尔甲醛的克数,ｇ.参照ＧＢ5544-85的测定方法,取样时称取10左右的胶液,不需要加水稀释直接进行测定. 1.2.4 耐水性 将胶粘剂以30ｇ/ｍ2的涂布量均匀喷洒在沙子上,在20℃以下、相对湿度低于60%的环境中放置3ｄ后,垂直浸在冰水中,每隔12ｈ旋转沙子数次,看胶膜有无变化.以3个平行样品中至少有1个变化前的时间为耐水时间. 1.2.5 沙子粘接性能的测试 取建筑工地的沙子,按工地堆放的形式堆成沙堆,在其表面将胶粘剂以30ｇ/ｍ2的涂布量均匀喷洒在沙堆上,待胶粘剂固化后,以实验室用吹风机对沙堆吹风,检测胶粘剂对沙子的粘接性能. 2 胶粘剂的制备 2.1 淀粉改性聚乙烯醇缩甲醛(ＰＶＦ)胶粘剂的制备 2.1.1 ＰＶＡ缩甲醛化反应 将一定量的ＰＶＡ完全溶解后,降温至75℃,加入6ｍｏｌ/Ｌ的盐酸,将溶液的ｐＨ值调为2.0左右.用漏斗缓缓地加入甲醛溶液,搅拌下保温80℃反应至终点(全部过程约需60ｍｉｎ).降温至75℃,加入氢氧化钠溶液,使物料ｐＨ值升至7左右,即得聚乙烯醇缩甲醛(ＰＶＦ). 2.1.2 淀粉改性ＰＶＦ胶粘剂的制备 淀粉加水搅拌下加热至60℃,用ＮａＯＨ溶液调节ｐＨ=10,加入Ｈ2Ｏ2,反应0.5ｈ,加入ＮａＯＨ溶液糊化0.5ｈ,制得淀粉粘合剂.该淀粉粘合剂与聚乙烯醇缩甲醛以一定比例(4︰14)混合均匀,然后再向三口烧瓶中加人尿素,以去除游离出来的甲醛.搅拌冷却至室温,即得淀粉改性聚乙烯醇缩甲醛(ＰＶＦ)胶粘剂。 2.2 淀粉改性聚乙烯醇(ＰＶＡ)无甲醛胶粘剂的制备 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60℃.约30ｍｉｎ后,加入配好的淀粉粘合剂,60℃下反应50ｍｉｎ.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,得到淀粉改性聚乙烯醇(ＰＶＡ)胶粘剂。 2.3 淀粉改性聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂的性能 由实验所得部分样品测出胶粘剂的性能如表1所示。  3 结果与讨论 3.1 尿素用量对游离甲醛的影响 在缩合反应后,加入少量尿素,使游离甲醛与尿素发生尿醛化反应,以减少游离甲醛的含量.  按甲醛用量的1%～2%加入尿素,可使产品的游离甲醛降至0.4%以下. 3.2 酸的浓度对缩合反应的影响 酸在聚乙烯醇缩甲醛胶合成中起催化作用的,按形成缩醛的机理,酸先使甲醛的羰基质子化,然后聚乙烯醇中的羟基氧进攻带电正性的羰基碳形成半缩醛,进而形成缩醛[3].  由表3可知,在其它实验条件不变的情况下,使用不同浓度的酸催化,其效果是不同的.就盐酸而言,以6摩尔浓度较好。 3.3 ｐＨ值的影响 文[4]一般规定酸度应控制在ｐＨ为2～3.实验证明,适当增加酸度,既可加快反应速度,又可提高粘度.本实验采用缩醛化反应的ｐＨ值在1.8～2之间。 3.4 缩合温度对粘度的影响 文献[5]报道,缩醛反应温度在95℃为宜.实验控制反应温度为80℃,反应时间1ｈ.结果见表4.  从表4可以看出,在其它实验条件不变的情况下,缩合温度对缩合反应影响较大,缩合温度控制在90℃附近制得的聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂质量最好。 3.5 淀粉用量对胶粘剂性质的影响 天然淀粉属水溶性高分子,通过降解处理,可提高粘结性,制成胶粘剂[6].用它改性可在提高性能的同时,降低成本.淀粉用量对粘度的影响见表5.  因此,淀粉的最佳用量在3%～4%之间,过高和过低都会影响胶粘剂的使用效果. 3.6 固含量对粘度的影响 固含量是胶粘剂的一项重要指标.固含量低则有粘接力差、干燥速度慢且易胶裂等缺点;而固含量高,则其上胶困难,流动性差,干燥速度太快等缺点.研究证明:本胶粘剂固含量以16%左右为宜. 3.7 淀粉对ＰＶＡ和ＰＶＦ改性的对比  由表6,7可知,在相对加大聚乙烯醇的用量时,无醛胶粘剂的粘度可以和有醛胶粘剂的一样大. 4 结束语 本研究制备的胶粘剂主要是用来粘接煤炭粉末,其要求是防风防雨,还要便于煤炭的装卸,不要求有粘接金属材料的粘度.通过对沙子粘接性能的测试,淀粉改性聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂是较为理想的粘接煤炭用胶粘剂.但考虑到其含有游离甲醛,会对环境造成污染.因此在研究中设计了无醛淀粉改性聚乙烯醇胶粘剂,并进行了性能测试,取得了较好的效果.在粘度要求不高的情况下,淀粉改性聚乙烯醇胶粘剂是一种不含甲醛的环保型胶粘剂,既能达到粘度要求,又可保护环境.可替代聚乙烯醇缩甲醛作为煤炭运输过程中防尘胶粘剂使用。 参考文献: [1]李杰,孙三祥,王亚娥,等.铁路隧道煤扬尘污染规律试验研究[Ｊ].兰州交通大学学报,2005,24(1):52 54. [2]张向宇.胶粘剂分析与测试技术[Ｍ].北京:化学工业出版社,2004. [3]徐积功.有机化学基础[Ｍ].北京:高等教育出版社,1986. [4]吴宝琨.建筑材料化学[Ｍ].北京:中国建筑工业出版社,1984. [5]大津隆行.高分子合成化学[Ｍ].陈久顺译.哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1982. [6]严瑞暄.水溶性高分子[Ｍ].北京:化学工业出版社,1998. |
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