CN106749920B - 一种有机硅改性苯丙接枝淀粉胶的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机硅改性苯丙接枝淀粉胶及其制备方法，以淀粉为主要原料，经过微波物理变性、阳离子改性和有机硅和苯丙接枝共聚后得到。本发明的有机硅改性苯丙接枝淀粉胶及其制备方法具有接枝率高，粘结强度好、可降解和成本低廉的特点。

Description

一种有机硅改性苯丙接枝淀粉胶的制备方法
技术领域
本发明涉及淀粉胶技术领域，具体为一种有机硅改性苯丙接枝淀粉胶及其制备方法。
背景技术
淀粉是一种廉价的可再生天然高分子材料，它无毒、易生物降解。进一步开发和有效利用淀粉资源已成为材料研究领域普遍关注的课题。淀粉直接作为胶黏剂时其流动性、渗透性、以及力学性能较差。用物理、化学或生物的方法对淀粉进行改性便可改变淀粉的特性，是制备淀粉胶黏剂的有效方法。目前大多数淀粉胶黏剂都是通过氧化、交联、酯化等改性方法，虽然改善了流动性、渗透性等性能，但与合成高分子胶黏剂的粘合强度相比仍存在较大的差距。本发明通过淀粉与烯烃类单体接枝共聚，使的烯烃类单体以一定的聚合度接枝到淀粉分子链上，从而赋予了淀粉胶黏剂以新的性能。由于此方法可通过接枝单体的选择、接枝密度以及支链长度的设计与控制来调控共聚物的性能，从而达到调控淀粉胶黏剂性能与高分子合成胶黏剂相当。又保留可生物降解性能，与人类对可持续发展的要求相适应，符合绿色环保理念。
发明内容
本发明的目的是提供一种有机硅改性苯丙接枝淀粉胶及其制备方法，具有接枝率高，粘结强度好、可降解和成本低廉的特点。
本发明可以通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种有机硅改性苯丙接枝淀粉胶的制备方法，包括以下步骤：
A、微波物理变性
将市售普通淀粉加水调节水分为20-30％，破碎，然后经过功率为60～120kw的隧道式连续多谐振腔微波辐射设备照射15～45分钟，经过超细粉磨机研磨，进入除尘布袋，收集到的淀粉粒径为4～20μ m，水分为2～5％。经过微波改性的淀粉具有比表面积大，反应活性高的特点，在后续接枝共聚反应阶段可以提高20-35％的反应效率；
B、阳离子改性
将经过微波物理变性淀粉100重量份投入到混合罐中，搅拌过程中加入浓度为30～50％异丙醇水溶液20～30重量份，搅拌15～45min 后加入氢氧化钠粉末1～3重量份，搅拌20～60min后加入(3-氯-2- 羟丙基)三甲基氯化铵3～15重量份，搅拌20～60min。抽料到反应罐中进行反应，反应温度为50～80℃，反应时间为60～180min；反应完毕后通过冷却、中和、脱水、干燥、破碎，得到取代度为0.02～ 0.08的阳离子改性淀粉；
C、有机硅和苯丙接枝共聚
将阳离子改性淀粉、去离子水、中温淀粉酶0.005～0.05重量份投入反应釜中，搅拌10～30min。开启加热装置，温度控制在70～80℃，保温30～60min，这样使淀粉糊化充分，然后将淀粉糊液温度控制在 85～90℃，通入氮气，5～20min后缓慢加入苯乙烯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、有机硅和水溶性偶氮引发剂0.1～0.5重量份，加入时间控制在1～2h加完，保温反应2～4h，冷却，出料，称重，包装即得成品。
优选地，在所述有机硅和苯丙接枝共聚中，阳离子淀粉：苯乙烯：丙烯酸丁酯：丙烯酸：有机硅的质量配比为1：0.1～0.5：0.1～0.5： 0.1～0.3：0.05～0.2。
优选地，所述市售普通淀粉的粒径为25～60μm，水分为9～17％。
优选地，在所述有机硅和苯丙接枝共聚中，阳离子淀粉：苯乙烯：丙烯酸丁酯：丙烯酸：有机硅的质量配比为1：0.3：0.3：0.3：0.1。
优选地，所述有机硅为γ―氨丙基三乙氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷。
一种以上有机硅改性苯丙接枝淀粉胶的制备方法所得的淀粉胶。
本发明一种有机硅改性苯丙接枝淀粉胶及其制备方法，具有如下的有益效果：
第一、接枝率高，本发明采用微波和超细粉磨机预处理淀粉，可以提高淀粉接枝率，为下一步提高胶粘剂粘合强度奠定了基础；
第二、粘结强度好，本发明的有机硅改性阳离子淀粉接枝苯丙乳液接枝率高，通过加入有机硅改性剂的加入增加了胶黏剂的粘结强度和柔韧性；
第三、可降解，本发明所述的有机硅改性阳离子淀粉接枝苯丙乳液采用了天然高分子与乙烯基单体接枝共聚，既具有合成高分子材料不具备的生物降解性能，又改善了普通改性淀粉干燥速度慢和粘结强度低的缺点；
第四、成本低廉，本产品相对于市面上的合成高分子胶粘剂相比，成本低，性能相当。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例及对本发明产品作进一步详细的说明。
实施例1
本发明公开了一种有机硅改性苯丙接枝淀粉胶，是通过以下步骤制备的：
A、微波物理变性
将市售普通淀粉加水调节水分为20-30％，破碎，然后经过功率为120kw的隧道式连续多谐振腔微波辐射设备照射30分钟，经过超细粉磨机研磨，进入除尘布袋，收集到的淀粉粒径为4～20μm，水分为2～5％；
B、阳离子改性
将经过微波物理变性淀粉100重量份投入到混合罐中，搅拌过程中加入浓度为30～50％异丙醇水溶液20重量份，搅拌45min后加入氢氧化钠粉末2重量份，搅拌20min后加入3-氯-2-羟丙基)三甲基氯化铵15重量份，搅拌40min。抽料到反应罐中进行反应，反应温度为500℃，反应时间为180min；反应完毕后通过冷却、中和、脱水、干燥、破碎，得到取代度为0.02～0.08的阳离子改性淀粉；
C、有机硅和苯丙接枝共聚
将阳离子改性淀粉、去离子水、中温淀粉酶0.0275重量份投入反应釜中，搅拌10min。开启加热装置，温度控制在80℃，保温45min，这样使淀粉糊化充分，然后将淀粉糊液温度控制在85℃，通入氮气， 20min后缓慢加入苯乙烯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、有机硅和水溶性偶氮引发剂0.3重量份，加入时间控制在1h加完，保温反应4h，冷却，出料，称重，包装即得成品。
在本实施例中，在所述有机硅和苯丙接枝共聚中，阳离子淀粉：苯乙烯：丙烯酸丁酯：丙烯酸：有机硅的质量配比为1：0.3：0.1：0.3： 0.025。所述市售普通淀粉的粒径为25～60μm，水分为9～17％。所述有机硅为γ―氨丙基三乙氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷。
实施例2
本发明公开了一种有机硅改性苯丙接枝淀粉胶，是通过以下步骤制备的：
A、微波物理变性
将市售普通淀粉加水调节水分为20-30％，破碎，然后经过功率为90kw的隧道式连续多谐振腔微波辐射设备照射15分钟，经过超细粉磨机研磨，进入除尘布袋，收集到的淀粉粒径为4～20μm，水分为2～5％；
B、阳离子改性
将经过微波物理变性淀粉100重量份投入到混合罐中，搅拌过程中加入浓度为30～50％异丙醇水溶液30重量份，搅拌30min后加入氢氧化钠粉末1重量份，搅拌60min后加入3-氯-2-羟丙基)三甲基氯化铵9重量份，搅拌20min。抽料到反应罐中进行反应，反应温度为80℃，反应时间为90min；反应完毕后通过冷却、中和、脱水、干燥、破碎，得到取代度为0.02～0.08的阳离子改性淀粉；
C、有机硅和苯丙接枝共聚
将阳离子改性淀粉、去离子水、中温淀粉酶0.005重量份投入反应釜中，搅拌30min。开启加热装置，温度控制在75℃，保温30min，这样使淀粉糊化充分，然后将淀粉糊液温度控制在90℃，通入氮气， 13min后缓慢加入苯乙烯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、有机硅和水溶性偶氮引发剂0.1重量份，加入时间控制在2h加完，保温反应3h，冷却，出料，称重，包装即得成品。
在本实施例中，在所述有机硅和苯丙接枝共聚中，阳离子淀粉：苯乙烯：丙烯酸丁酯：丙烯酸：有机硅的质量配比为1：0.3：0.1：0.3： 0.12。所述市售普通淀粉的粒径为25～60μm，水分为9～17％。所述有机硅为γ―氨丙基三乙氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷。
实施例3
本发明公开了一种有机硅改性苯丙接枝淀粉胶，是通过以下步骤制备的：
A、微波物理变性
将市售普通淀粉加水调节水分为20-30％，破碎，然后经过功率为60kw的隧道式连续多谐振腔微波辐射设备照射45分钟，经过超细粉磨机研磨，进入除尘布袋，收集到的淀粉粒径为4～20μm，水分为2～5％；
B、阳离子改性
将经过微波物理变性淀粉100重量份投入到混合罐中，搅拌过程中加入浓度为30～50％异丙醇水溶液25重量份，搅拌15min后加入氢氧化钠粉末3重量份，搅拌40min后加入(3-氯-2-羟丙基)三甲基氯化铵3重量份，搅拌60min。抽料到反应罐中进行反应，反应温度为65℃，反应时间为60min；反应完毕后通过冷却、中和、脱水、干燥、破碎，得到取代度为0.02～0.08的阳离子改性淀粉；
C、有机硅和苯丙接枝共聚
将阳离子改性淀粉、去离子水、中温淀粉酶0.05重量份投入反应釜中，搅拌20min。开启加热装置，温度控制在70℃，保温60min，这样使淀粉糊化充分，然后将淀粉糊液温度控制在88℃，通入氮气， 5min后缓慢加入苯乙烯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、有机硅和水溶性偶氮引发剂0.3重量份，加入时间控制在1h加完，保温反应4h，冷却，出料，称重，包装即得成品。
在本实施例中，在所述有机硅和苯丙接枝共聚中，阳离子淀粉：苯乙烯：丙烯酸丁酯：丙烯酸：有机硅的质量配比为1：0.5：0.3： 0.1：0.2。所述市售普通淀粉的粒径为25～60μm，水分为9～17％。所述有机硅为γ―氨丙基三乙氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷。
实施例4
本发明公开了一种有机硅改性苯丙接枝淀粉胶，是通过以下步骤制备的：
A、微波物理变性
将市售普通淀粉加水调节水分为20-30％，破碎，然后经过功率为80kw的隧道式连续多谐振腔微波辐射设备照射35分钟，经过超细粉磨机研磨，进入除尘布袋，收集到的淀粉粒径为4～20μm，水分为2～5％；
B、阳离子改性
将经过微波物理变性淀粉100重量份投入到混合罐中，搅拌过程中加入浓度为30～50％异丙醇水溶液28重量份，搅拌25min后加入氢氧化钠粉末1.3重量份，搅拌50min后加入(3-氯-2-羟丙基)三甲基氯化铵6重量份，搅拌20～60min。抽料到反应罐中进行反应，反应温度为60℃，反应时间为100min；反应完毕后通过冷却、中和、脱水、干燥、破碎，得到取代度为0.02～0.08的阳离子改性淀粉；
C、有机硅和苯丙接枝共聚
将阳离子改性淀粉、去离子水、中温淀粉酶0.035重量份投入反应釜中，搅拌13min。开启加热装置，温度控制在78℃，保温50min，这样使淀粉糊化充分，然后将淀粉糊液温度控制在87℃，通入氮气， 10min后缓慢加入苯乙烯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、有机硅和水溶性偶氮引发剂0.1～0.5重量份，加入时间控制在1.2h加完，保温反应2.4h，冷却，出料，称重，包装即得成品。
在本实施例中，在所述有机硅和苯丙接枝共聚中，阳离子淀粉：苯乙烯：丙烯酸丁酯：丙烯酸：有机硅的质量配比为1：0.1：0.5： 0.13：0.05。所述市售普通淀粉的粒径为25～60μm，水分为9～17％。所述有机硅为γ―氨丙基三乙氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷。
实施例5
本发明公开了一种有机硅改性苯丙接枝淀粉胶，是通过以下步骤制备的：
A、微波物理变性
将市售普通淀粉加水调节水分为20-30％，破碎，然后经过功率为80kw的隧道式连续多谐振腔微波辐射设备照射35分钟，经过超细粉磨机研磨，进入除尘布袋，收集到的淀粉粒径为4～20μm，水分为2～5％；
B、阳离子改性
将经过微波物理变性淀粉100重量份投入到混合罐中，搅拌过程中加入浓度为30～50％异丙醇水溶液28重量份，搅拌25min后加入氢氧化钠粉末1.3重量份，搅拌50min后加入(3-氯-2-羟丙基)三甲基氯化铵6重量份，搅拌20～60min。抽料到反应罐中进行反应，反应温度为60℃，反应时间为100min；反应完毕后通过冷却、中和、脱水、干燥、破碎，得到取代度为0.02～0.08的阳离子改性淀粉；
C、有机硅和苯丙接枝共聚
将阳离子改性淀粉、去离子水、中温淀粉酶0.035重量份投入反应釜中，搅拌13min。开启加热装置，温度控制在78℃，保温50min，这样使淀粉糊化充分，然后将淀粉糊液温度控制在87℃，通入氮气， 10min后缓慢加入苯乙烯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、有机硅和水溶性偶氮引发剂0.1～0.5重量份，加入时间控制在1.2h加完，保温反应2.4h，冷却，出料，称重，包装即得成品。
在本实施例中，所述市售普通淀粉的粒径为25～60μm，水分为 9～17％。在所述有机硅和苯丙接枝共聚中，阳离子淀粉：苯乙烯：丙烯酸丁酯：丙烯酸：有机硅的质量配比为1：0.3：0.3：0.3：0.1。所述有机硅为γ―氨丙基三乙氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷。
实施例6～12
实施例6～12与实施例5的区别在于阳离子淀粉的取代度，其他制备步骤与实施例5相同。
为了验证本发明的性能，分别对实施例6～12所得的淀粉胶进行粘合强度测试，测试结果如表1所示：
表1实施例6～12粘合强度测试结果
实施例13～14
实施例13～14与实施例5的区别在于阳离子淀粉与有机硅的配比不同，其他配比不变。
为了验证本发明的性能，分别对实施例13～14，所得的淀粉胶进行接枝率和粘合强度测试，测试结果如表2所示：
表1实施例5、13～14接枝率和粘合强度测试结果
实施例5 实施例13 实施例14
淀粉与有机硅的配比 1：0.1 1:0.05 1:0.2
接枝率(％) 55.62 34.25 46.34
粘合强度(N/m) 2846 2352 2912
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书所述和以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种有机硅改性苯丙接枝淀粉胶的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
A、微波物理变性
将市售普通淀粉加水调节水分为20-30%，破碎，然后经过功率为60～120kw的隧道式连续多谐振腔微波辐射设备照射15～45分钟，经过超细粉磨机研磨，进入除尘布袋，收集到的淀粉粒径为4～20μm，水分为2～5%；
B、阳离子改性
将经过微波物理变性淀粉100重量份投入到混合罐中，搅拌过程中加入浓度为30～50%异丙醇水溶液20～30重量份，搅拌15～45min后加入氢氧化钠粉末1～3重量份，搅拌20～60min后加入（3-氯-2-羟丙基）三甲基氯化铵3～15重量份，搅拌20～60min， 抽料到反应罐中进行反应，反应温度为50～80℃，反应时间为60～180min；反应完毕后通过冷却、中和、脱水、干燥、破碎，得到取代度为0.02～0.08的阳离子改性淀粉；
C、有机硅和苯丙接枝共聚
将阳离子改性淀粉、去离子水、中温淀粉酶0.005～0.05重量份投入反应釜中，搅拌10～30min。开启加热装置，温度控制在70～80℃，保温30～60min，这样使淀粉糊化充分，然后将淀粉糊液温度控制在85～90℃，通入氮气，5～20min后缓慢加入苯乙烯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、有机硅和水溶性偶氮引发剂0.1～0.5重量份，加入时间控制在1～2h加完，保温反应2～4h，冷却，出料，称重，包装即得成品。
2.根据权利要求1所述的有机硅改性苯丙接枝淀粉胶的制备方法，其特征在于：在所述有机硅和苯丙接枝共聚中，阳离子淀粉：苯乙烯：丙烯酸丁酯：丙烯酸：有机硅的质量配比为1：0.1～0.5：0.1～0.5：0.1～0.3：0.05～0.2。
3.根据权利要求1所述的有机硅改性苯丙接枝淀粉胶的制备方法，其特征在于：所述市售普通淀粉的粒径为25～60μm，水分为9～17%。
4.根据权利要求2或3所述的有机硅改性苯丙接枝淀粉胶的制备方法，其特征在于：在所述有机硅和苯丙接枝共聚中，阳离子淀粉：苯乙烯：丙烯酸丁酯：丙烯酸：有机硅的质量配比为1：0.3：0.3：0.3：0.1。
5.根据权利要求4所述的有机硅改性苯丙接枝淀粉胶的制备方法，其特征在于：所述有机硅为γ―氨丙基三乙氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷。
6.一种权利要求1～5任一项权利要求所述的有机硅改性苯丙接枝淀粉胶的制备方法所得的淀粉胶。
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