改性聚乙烯醇耐水淀粉粘合剂*

夏 聪，孔一萍，罗碧蔚，柯 琪，奚 源，陈 琢，李 琴

(湖北大学知行学院,湖北 武汉 430011)

随着人们生活品质的不断提高，对家具的要求也随之增高。绿色环保无甲醛的木材粘合剂逐渐成为了大众首选。目前，市场上所使用的环保型粘合剂大多为淀粉类[1-4]和PVA类[2-4]。淀粉粘合剂具有成本低，无污染等优点，但由于其链上含有大量亲水性的羟基，故其耐水性较差[5]。PVA粘合剂低温会凝胶，成本较高且耐水性一般。周丽[6]用Al2SO4和ZnSO4改善PVA胶的耐水性，为胶粘剂的耐水性测试提供了一定的参考依据。梁柏林等[7]用双醛淀粉与PVA进行缩合反应，制备双醛淀粉-聚乙烯醇胶粘剂，耐水性能不佳。盛繁[8]过硫酸铵改性聚乙烯醇得出结论：过硫酸铵用量在聚乙烯醇的0.4%时氧化效果最佳本文用过硫酸铵使PVA氧化，将改性后的PVA与氧化淀粉相结合，再通过硼砂进行交联改性成大分子网状结构，进一步降低羟基数量。以期获得一种粘合强度佳，耐水性好的绿色环保粘合剂。

1 实 验

1.1 仪器与试剂

FA1004B电子天平,上海佑科公司；NDJ-1旋转粘度计,上海精其；STSJB-120电动搅拌器,上海索廷有限公司；HH-501恒温水浴锅,莱州市电子仪器有限公司。

过氧化氢(分析纯),福晨公司；氢氧化钠(分析纯),天津大茂公司；硫酸亚铁(分析纯),福晨公司；硼砂(分析纯)，天津大茂公司；硫代硫酸钠(分析纯)，天津永大公司；聚乙烯醇(分析纯)，天津永大公司；过硫酸铵(分析纯)，福晨公司。

1.2 实验方法

称取30 g大米淀粉至500 mL的烧杯，加入60 mL蒸馏水，用玻璃棒搅拌均匀。打开电动搅拌器，将转速调整到450 rpm，在35 ℃水浴锅中搅拌加热，乳化10 min，加入0.1 g FeSO4。用10%的NaOH溶液调至pH=10。加入1.6 mLH2O2反应50 min，期间调节酸碱度保持pH=10。将转速调至650 rpm，加入2.6 g NaOH固体，糊化30 min，加入5 g Na2S2O3终止反应。升温至60 ℃，加入90 mL PVA胶，反应50 min。再加入0.3 g Na2B2O7反应30 min后停止反应。

PVA胶：取若干PVA，90 mL水，升温至85 ℃溶解，待溶解完全后降温至60 ℃，加入若干过硫酸铵反应30 min。

通过对有关资料[9-12]的分析和初步实验的探索。令PVA浓度为淀粉含量的0%，5%，10%，20%。分别测试粘合剂的粘度与耐水性，探究PVA浓度对粘合剂粘度以及耐水性的影响。

2 结果与讨论

2.1 结 果

粘度测试：按照GB/T 2794-1981 标准进行测定，在室温条件下，使用粘度计自动测量粘度。

耐水性测试：将1 g淀粉-聚乙烯醇胶液均匀涂覆5 cm×5 cm的标签纸上，然后将其粘贴在洁净干燥的玻璃片上，用手压紧。静置2 d后，将其浸入蒸馏水中，记录标签纸与载玻片自动分离的时间[13]。表1为实验结果数据表。

表1 实验结果Table 1 Results of the experiment

实验表明：通过旋转粘度计测得淀粉-聚乙烯醇粘合剂最佳粘度为5.60 Pa·s，与普通氧化淀粉粘合剂相比粘度有所提升。耐水时间最佳提高至9.0 h，而未改性淀粉粘合剂遇水3.0 h即脱离。因此PVF对氧化淀粉粘合剂初粘性及耐水性的提高具有显著作用。

2.2 讨 论

本实验选用H2O2作为氧化剂,FeSO4作为催化剂,将淀粉中的羟基转化成羰基和羧基，合成氧化淀粉。过量的双氧水最终分解为水，不会污染环境。酸性条件反应易生成缩醛及半缩醛，因此反应时应控制pH至10左右。NaOH通过破坏淀粉羟基之间氢键结合,使大分子溶胀糊化[14],Na2S2O3作为还原剂中和过量的NaOH。聚乙烯醇作为接枝共聚剂在被过硫酸铵氧化后释放大量活性基团与淀粉分子进行接枝。最后以硼氧原子为中心,与糊化后的氧化淀粉的羟基、醛基等形成网状结构，从而有效阻止淀粉及水分向纸内渗透，提高了淀粉-聚乙烯醇粘合剂的粘接性和耐水性。

3 结 论

大米淀粉原料广泛，价格低廉。经化学改性后，可制成粘接强度高、耐水性好、无污染的胶粘剂。本研究制备的淀粉-聚乙烯醇粘合剂主要用于粘接木材家具。在粘度要求不高的情况下，淀粉-聚乙烯醇胶粘剂是一种既能达到粘度要求又可保护环境的优秀胶粘剂。以淀粉-聚乙烯醇粘合剂替代泡花碱是未来发展方向之一。改性淀粉-聚乙烯醇胶的配方为：大米淀粉30 g；过氧化氢1.6 mL；氢氧化钠2.6 g；聚乙烯醇3 g；过硫酸铵0.12 g；硼砂0.3 g。