第八章天然胶黏剂.ppt

第八章 天 然 胶 黏 剂 原料来源于天然物质制成的胶黏剂称为天然胶黏剂。 天然胶黏剂按天然物质的来源可分为植物胶黏剂、动物胶黏剂和矿物胶黏剂。 植物胶黏剂：包括树胶类（阿拉伯胶）、树脂类（松香树脂）、天然橡胶、淀粉类、纤维素类、大豆蛋白类、单宁类、木素类及其他碳水化合物制成的胶黏剂。 动物胶黏剂：包括甲壳素、明胶（皮胶、骨胶等）、酪蛋白胶、虫胶、仿声胶等制成的胶黏剂。 矿物胶黏剂：包括硅酸盐、磷酸盐等制成的胶黏剂。 天然胶黏剂按其化学结构可分为葡萄糖衍生物、氨基酸衍生物和其他天然树脂等。 天然胶黏剂的特点： （1）原料易得，可以直接取自于大自然； （2）价格低廉； （3）生产工艺简单； （4）使用方便； （5）大多为低毒或无毒； （6）能够降解，不产生公害。 第一节 淀粉胶粘剂 最早将淀粉作为胶黏剂使用的是埃及人，他们用含淀 粉的胶黏剂黏结纸草条，目前，淀粉作为胶黏剂应用主 要是在纸及纸制品中，如纸盒和纸箱的封糊、贴标签、 平面上胶、粘信封、多层纸袋粘合等。 进入21世纪以后，材料的良好环境性能将成为新材料的一大特点。淀粉作为一种无毒无害、价格低廉、可生物降解、对环境友好的天然可再生资源，在各行业中的应用日趋广泛。特别是近年来，世界胶黏剂工业生产技术正朝着节省能源、低成本、无公害、高黏性和无溶剂化方向发展。 淀粉胶黏剂作为一种绿色环保产品，已引起胶黏剂行业的广泛关注和高度重视。就淀粉胶黏剂的应用和发展看，采用玉米淀粉氧化的淀粉胶黏剂的前景看好，研究应用最多。 1. 原淀粉的结构 淀粉是高分子碳水化合物，是由单一类型的糖单元组成的多糖。 1811年，德国化学家Krichoff用硫酸水解马铃薯淀粉得到有甜味的澄清液体；1815年，法国化学家Saussur证明，此液体中成分为葡萄糖，且与葡萄糖汁中的葡萄糖相同，为D-葡萄糖；1935年，确定其组成单元为α—D—吡喃葡萄糖。 1940年，瑞士K.H. Meyer和T. Schoch将淀粉团粒完 全分散于热的水溶液中，发现淀粉颗粒可分为两部分， 形成结晶沉淀析出的部分为直链淀粉（amylose），留存 在母液中的部分为支链淀粉（amylopectin）。 直链淀粉：是以α-1，4-甙键连接的线型聚合物。 支链淀粉：是淀粉链上具有α-1，6-甙键连接的侧链结构 高支化合聚合物。 天然淀粉中一般同时含有直链淀粉和支链淀粉。 多数谷类淀粉含直链淀粉在20%~30%之间，比根类淀粉要高，后者仅含17%~20%的直链淀粉。糯玉米、糯高粱和糯米等不含直链淀粉，全部是支链淀粉。 常见淀粉的直、支链淀粉含量（%） 淀粉是一种可再生性天然高分子化合物, 具有良好的粘合性和成膜性能。淀粉分子包括支链淀粉和直链淀粉2种成分。 直链淀粉是一种线型聚合物，通过分子内氢键的作用 卷曲成螺旋型。这种紧密堆集的线圈式结构不利于水分 子接近，故不溶于冷水。支链淀粉有许多支链，这些短 链容易与水分子形成氢键，故支链淀粉易溶于冷水。 淀粉之所以能够成为一种良好的胶黏剂，就是因为具备了可生成糊的支链淀粉，而另一部分直链淀粉又能促进其发生胶凝作用的缘故。 原淀粉相对分子质量较大，聚合度较高，约160～6000，不溶于水，但在水中可溶胀。由于流动性及渗透性较差，若直接作为胶黏剂则其性能极差。 变性淀粉 利用物理、化学或酶的方法改变淀粉分子的结构或 大小，使淀粉的性质发生变化，这种现象称为淀粉变性， 导致变性的因素称作变性因子（变性剂），变性后的生 成物称作变性淀粉。 经过物理、化学或生物的方法对淀粉进行有限度的改性，改变其分子结构和性能，便可控制淀粉的溶解度和黏度。淀粉分子中含有糖苷键和易于发生化学反应的羟基，所以淀粉能和许多物质发生化学反应。这一性质是制备性能优异胶黏剂的理论基础。 淀粉胶黏剂的制作方法有多种，主要有糊化法、氧化法、酯化、醚化法及与其他高分子单体接枝共聚法。 由于原淀粉相对分子质量较大，聚合度较高，流动性及渗透性较差，用作胶黏剂时必须对淀粉的内部分子结构进行解体、降解。 降解方法主要有热降解、生物降解、酸降解和氧化降 解等，由于前三种方法存在温度高、时间长、降解率低和 降解程度难以控制等问题，所以常用氧化降解。 因此氧化淀粉胶黏剂是制备其他改性淀粉胶黏剂基础。 2. 氧化淀粉胶黏剂 淀粉分子中化学性质较为活泼的羟基和α- 1,4糖苷键易被各种氧化剂氧化。C2、C3、C6位上的醇羟基很容易被氧化，在不同的条件下羟基被氧化为醛基、羧基,分子中的苷键部分发生断裂，使淀粉分子聚合度降低氧化后的淀粉是含有醛基和羧基的聚合度低的改性淀粉的混合物。 这种淀粉与水在氧化剂的作用下经加热糊化或室温糊化而制成氧化淀粉胶黏剂 。 氧化剂主要有双氧水、高锰酸钾、次氯