改性脲醛树脂对提高淀粉胶粘剂耐水性能研究
张小林1，2，刘毅1，罗明辉1
（1.南昌大学化工系，江西南昌330031；2.南昌大学抚州医学分院，江西抚州344000）
摘要：为进一步提高淀粉胶粘剂的耐水性能，在传统脲醛树脂（UF）和淀粉胶粘剂合成工艺的基础上，以环氧氯丙烷（ECH）作为UF的接枝共聚改性剂，制备环氧型UF；然后将环氧型UF与传统淀粉胶粘剂进行复配，制备改性淀粉胶粘剂。以耐水剪切强度作为考核指标，采用正交试验法优选出制备改性UF的较佳工艺条件。结果表明：当n（F）∶n（U）=2.0∶1、m（ECH）=8g、缩聚温度为90℃和接枝共聚时间为75min时，制成的改性UF可明显提高复配淀粉胶粘剂的耐水性能。
关键词：淀粉胶粘剂；脲醛树脂；环氧氯丙烷；耐水性
中图分类号：TQ432.2：TQ323.3文献标志码：A文章编号：1004－2849（2011）11－0006-05
0前言
淀粉胶粘剂已广泛应用于包装行业，但是传统淀粉胶粘剂的耐水性能较差，故其应用范围受到极大限制。这是由于淀粉主链上含有太多的亲水基团（如-OH基）及其未能形成有效的立体网状结构所致[1]。将淀粉胶粘剂与抗水剂共混以提高其耐水性能的机制通常可分为两种：一是淀粉胶粘剂与抗水剂之间形成了交联网状结构的固化膜层；二是用某种物质[如UF（脲醛树脂）和MF（三聚氰胺-甲醛）树脂等氨基树脂类、醛和金属盐等]阻止淀粉胶粘剂中亲水性基团与水的亲合作用[2]。
共混复配是胶粘剂改性的重要手段之一，采用共混复配法来配制指定性能的胶粘剂比合成新型胶粘剂省力[3]；另外，将UF复配于淀粉胶粘剂中增强其耐水性能的工艺已相当成熟[4]。因此，本研究在传统UF合成工艺的基础上，以环氧氯丙烷（ECH）作为UF的改性剂，使之生成更多的可参与交联反应的活性基团；然后将改性UF与传统淀粉胶粘剂复配，有望制成耐水性能良好的复配淀粉胶粘剂。
1试验部分
1.1试验原料
玉米原淀粉，食用级，黄龙食品工业有限公司；氢氧化钠（NaOH），分析纯，上海试四赫维化工有限公司；硼砂、氯化铵，分析纯，上海青析化工科技有限公司；甲醛、尿素、环氧氯丙烷（ECH），分析纯，西陇化工股份有限公司。
1.2试验仪器
PHS-3E型酸度计，上海精密仪器科技有限公司；HDM-250型调温恒温电热套、JJ-1型电动搅拌机，常州国华电器有限公司；FD-1型冷冻干燥机，北京德天佑科技发展有限公司；Spectrum100型红外光谱仪，美国PE公司；NK系列推拉力计，乐清市艾德堡仪器有限公司；JM5102型电子天平，余姚纪铭称重校验设备有限公司；101-2型电热鼓风干燥箱，上海阳光实验仪器有限公司。
1.3试验制备
1.3.1环氧型UF的制备
将54g甲醛加入到pH值约9.5的碱液中，再加入20g尿素，升温至90℃加成反应45min；用氯化铵调节pH值至5左右，缩聚反应40min；待反应液呈浅白色时，冷却至55℃，缓慢滴加ECH（5min内滴毕），酸性条件下合成反应75min（期间用氯化铵2次调节pH值至酸性）；反应结束后，控制体系的pH值至7.5左右即可。
1.3.2原淀粉胶粘剂的制备
将适量的原淀粉溶解在水中配制淀粉水溶液，边搅拌边缓慢加入NaOH水溶液；待淀粉水溶液逐渐变成半透明稠状物时，将其缓缓倒入含原淀粉和硼砂的水溶液中，搅拌2h左右即可。
1.3.3改性胶粘剂的配制
将改性环氧型UF与原淀粉胶粘剂按质量比为1∶20复配，搅拌均匀即可。
1.4测试与表征
（1）耐水性：纸张经复配淀粉胶粘剂施胶（粘接面积为1cm×2cm）后压平，70℃烘干至恒重；然后将纸张在30℃水中浸泡12h，通过推拉力计测得其拉力大小，并计算其剪切强度；最后以此为依据，推断其耐水性能的强弱。
（2）结构特征：采用红外光谱（FT-IR）法进行表征（环氧型UF经冷冻、干燥至恒重、研磨至细粉后，KBr压片法制样）。
（3）pH值：采用酸度计进行测定。
2结果与讨论
2.1各种因素对复配淀粉胶粘剂耐水性的影响
2.1.1ECH含量的影响
在其他条件保持不变的前提下，ECH含量对复配淀粉胶粘剂耐水性的影响如图1所示。由图1可知：复配淀粉胶粘剂的耐水性随ECH含量增加而增大；当m（ECH）>6g时，耐水性增幅趋缓。
图1ECH含量对复配淀粉胶粘剂耐水性的影响
这是由于随着ECH含量的不断增加，ECH开环并发生接枝共聚反应，从而消耗了大量氢离子，pH值迅速上升；当m（ECH）=8g时，5min内体系的pH值由5升至7.3，整个体系呈弱碱性，从而阻碍了接枝共聚的进一步进行；后阶段采用氯化铵两次调节体系的pH值，但pH值随接枝反应的进行仍快速上升，反应结束时体系的pH值自动上升至7.2左右。因此，当m（ECH）>6g时，复配淀粉胶粘剂的耐水性增幅趋缓，此时防水剂对其耐水性的改善效果并不明显。
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