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(duì)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(jià)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(duì)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(duì)

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(shì)，以淀粉為原料制備環(huán)保型膠黏劑是減少對(duì)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(huì)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(duì)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(duì)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?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
　　1.系統(tǒng)研究了蔗糖脂肪酸酯(SEs)對(duì)高直鏈淀粉基膠粘劑結(jié)構(gòu)與性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)蔗糖脂肪酸酯添加量為6％時(shí)，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(dòng)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(dòng)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(chǔ)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(dòng)態(tài)時(shí)間掃描與脈

7、沖場(chǎng)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(duì)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(yàn)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(chǎng)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(dòng)性，增強(qiáng)乳膠顆粒的穩(wěn)定性;采用動(dòng)態(tài)時(shí)間掃描發(fā)現(xiàn)，添加乳化劑(SDS)后，膠黏劑的儲(chǔ)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(duì)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