高直鏈淀粉基木材膠黏劑的制備、特性及其二元接枝體系的構(gòu)建研究.pdf

1、隨著人口增長與能源需求矛盾日益尖銳，所產(chǎn)生的能源危機(jī)及環(huán)境問題受到廣泛關(guān)注。尋找一種新型可再生的天然生物質(zhì)原料以緩解現(xiàn)階段對石化資源的依賴成為研究熱點(diǎn)。淀粉，作為自然界中貯存量大、來源廣及廉價易得的天然大分子，在聚合物材料領(lǐng)域一直以來受到各國研究者的青睞，以淀粉為原料所制備的綠色環(huán)保材料在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。近年來，因木質(zhì)產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用對木材膠黏劑的需求日益增加。然而，傳統(tǒng)木材膠黏劑產(chǎn)業(yè)因受制于產(chǎn)品性能及安全問題，至今未能擺脫對

2、不可再生資源石油的依賴，特別是傳統(tǒng)膠黏劑在木質(zhì)產(chǎn)品的應(yīng)用過程中所釋放的致癌物質(zhì)（甲醛）是危害人體健康與污染室內(nèi)空氣的重要因素。因此，基于淀粉本身所具備的天然優(yōu)勢，以淀粉為原料制備環(huán)保型膠黏劑是減少對石油資源的依賴，解決傳統(tǒng)膠黏劑安全性問題的有效措施，并能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。然而，淀粉基木材膠黏劑存在一定的性能缺陷，如干燥速度慢，成膜性差、穩(wěn)定性差、耐水性差等，限制其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用與推廣。
　　普通淀粉經(jīng)脫支酶處理后形成的

3、高直鏈淀粉具有良好的成膜性及耐水性，易與小分子物質(zhì)形成配位復(fù)合物，是一種極具潛力的木材膠黏劑原料。本研究采用脫支酶預(yù)處理普通玉米淀粉，制備高直鏈淀粉，以高直鏈淀粉為原料制備淀粉基膠粘劑，探索不同乳化劑的種類和用量對高直鏈淀粉基膠粘劑性能的影響及其規(guī)律，揭示乳化劑修飾直鏈淀粉分子的反應(yīng)機(jī)制;構(gòu)建醋酸乙烯酯(VAC)/丙烯酸丁酯(BA)二元接枝體系，從原子及分子水平深入研究二元單體接枝體系對淀粉基膠黏劑結(jié)構(gòu)與性能的影響及其規(guī)律，揭示二元單體

4、接枝共聚體系的分子結(jié)構(gòu)與性能的構(gòu)效關(guān)系，闡明乳化劑和二元單體接枝共聚體系改善高直鏈淀粉基膠黏劑的結(jié)構(gòu)和性能的機(jī)制，為高直鏈淀粉基木材膠黏劑的進(jìn)一步應(yīng)用提供理論依據(jù)和實(shí)際參考。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　1.系統(tǒng)研究了蔗糖脂肪酸酯(SEs)對高直鏈淀粉基膠粘劑結(jié)構(gòu)與性能的影響。實(shí)驗結(jié)果表明，當(dāng)蔗糖脂肪酸酯添加量為6％時，淀粉基膠黏劑的干、濕基粘合強(qiáng)度分別由3.38MPa（干）和1.21MPa（濕）增加到4.13MPa（干）和2.7

5、9MPa（濕）;貯藏30天后的粘度變化值由6.2±0.02Pa.s增加到7.6±0.01Pa.s，產(chǎn)品外觀仍然表現(xiàn)為均勻、無分層現(xiàn)象，說明高直鏈淀粉基膠粘劑的貯藏穩(wěn)定性和流動性能得到有效改善。FTIR光譜研究表明，與空白組相比（未添加組），添加蔗糖脂肪酸酯的木材膠粘劑，在1646cm-1附近的H-O-H彎曲振動吸收峰減弱;XRD光譜研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，添加蔗糖脂肪酸酯后，淀粉基膠黏劑由A型晶體轉(zhuǎn)變?yōu)閂型晶體，峰的強(qiáng)度有所下降，反應(yīng)主要發(fā)生在

6、結(jié)晶區(qū)，表明高直鏈淀粉分子骨架成功引入了蔗糖脂肪酸酯基團(tuán);流變靜態(tài)掃描及振蕩剪切研究表明，添加蔗糖脂肪酸酯后，促進(jìn)了膠粘劑的剪切變稀現(xiàn)像;儲能模量的變化規(guī)律說明了直鏈淀粉與蔗糖脂肪酸酯之間形成了三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而提高淀粉膠的粘結(jié)強(qiáng)度。DSC及藍(lán)值變化則表明了淀粉與蔗糖脂肪酸酯之間形成了復(fù)合物;TEM、SEM和TG分析表明，SEs提高了乳液顆粒的分散性，抑制直鏈淀粉分子之間的聚集，從而增強(qiáng)高直鏈淀粉基膠黏劑的熱穩(wěn)定性。流變動態(tài)時間掃描與脈

7、沖場核磁研究進(jìn)一步表明，SEs提高了淀粉的持水性，阻礙淀粉分子之間的重排，從而抑制淀粉回生現(xiàn)象的發(fā)生。
　　2.探索了不同乳化劑對高直鏈淀粉基膠黏劑的粘結(jié)性能、凍融穩(wěn)定性和回生性能的影響。研究表明，添加SDS、SDBS、T-60等11種乳化劑均能提高淀粉基膠黏劑的粘結(jié)強(qiáng)度，其中，SDS效果最佳，其干基粘結(jié)強(qiáng)度由2.32MPa增加到6.62MPa;通過凍融循環(huán)實(shí)驗研究發(fā)現(xiàn)，黏度在循環(huán)6次后由4.01±0.22Pa.s增加到13.21

8、±0.21Pa.s，乳液變得更致密、均勻，表明SDS可以有效改善高直鏈淀粉基膠黏劑的貯藏穩(wěn)定性;Zeta電位變化表明了SDS可改變高直鏈淀粉基膠粘劑中乳膠顆粒表面電荷分布，增加分子間排斥力，改善乳膠分子顆粒的分散性能;低場核磁表明，添加乳化劑(SDS)提高了淀粉與水分子的結(jié)合能力，減少水分子的流動性，增強(qiáng)乳膠顆粒的穩(wěn)定性;采用動態(tài)時間掃描發(fā)現(xiàn)，添加乳化劑(SDS)后，膠黏劑的儲能模量小于空白組（未添加），而損耗角大于空白組（未添加），表

9、明乳化劑(SDS)可阻礙直鏈淀粉分子之間的重結(jié)晶;XRD圖譜表明添加乳化劑(SDS)后，淀粉基膠黏劑的結(jié)晶度減小，進(jìn)一步表明了乳化劑可抑制直鏈淀粉分子之間的重排和聚集，從而提高淀粉膠的穩(wěn)定性。
　　3.構(gòu)建醋酸乙烯酯(VAC)/丙烯酸丁酯(BA)二元接枝體系，探究了二元接枝體系對高直鏈淀粉基膠粘劑結(jié)構(gòu)與性能的影響及其規(guī)律。FTIR及XPS表明兩種單體成功接枝到高直鏈淀粉分子上;與一元接枝體系(VAC)相比，當(dāng)醋酸乙烯酯(VAC)與