蒲艷玲,王九思,于立志(蘭州交通大學化學与生物工程學院,甘肅蘭州730070 )作者簡介:蒲艷玲(1970 ),女,甘肅隴南人,工程師.

    摘要:用淀粉對聚乙烯醇縮甲醛進行改性,制得了一种新型膠粘劑.討論了尿素用量、酸的濃度、ｐＨ值、縮合溫度、淀粉用量、固含量對膠粘劑粘度的影響.該膠粘劑适用于煤堆及垃圾的覆蓋,它具有初粘性強、耐水性好、儲存穩定、制備和使用簡便等优點。

    關鍵詞:改性;淀粉;尿素;聚乙烯醇縮甲醛



    煤炭多用敞棚的火車裝運,火車在高速行駛,經過隧道時風力過大,就會有大量的煤粉被吹走[1].造成能源的浪費,同時吹走的煤粉也對環境造成了污染.本文研制了一种淀粉改性聚乙烯醇縮甲醛膠粘劑,擬將其噴洒在煤炭的表面,形成了一層保護膜,可以有效的解決煤炭浪費的問題,同時也減輕了對環境的污染.

    1　實驗部分

    1.1　實驗試劑及儀器

    聚乙烯醇17 99(工業品);甲醛(工業品);可溶性淀粉(工業品);尿素(分析純);ＮＤＪ 8Ｓ數字式粘度計(上海精密科學儀器有限公司);電子天平(北京賽

多利斯儀器系統有限公司);ｐＨ計(阿爾特香河電子有限公司).

    1.2　主要性能的測試方法[2]

    1.2.1　固含量的測定

    烘干稱量法,按ＧＢ12739-1995膠粘劑不揮發物含量測定方法測定.

    1.2.2　粘度的測定

    用ＮＤＪ 8Ｓ數字式粘度計在25℃下按ＧＢ/Ｔ2794-1995測定方法測定.

    1.2.3　游离甲醛含量的測定

    ｍ(游离甲醛)=100×(Ｖ1-Ｖ0)Ｍ×0.03/Ｗ.

    式中:Ｖ1為試樣消耗鹽酸標准溶液毫升數,ｍＬ;Ｖ0為空白消耗鹽酸標准溶液毫升數,ｍＬ;Ｍ為鹽酸標准溶液的濃度,ｍｏｌ/Ｌ;Ｗ為膠粘劑試樣的質量,ｇ;0.03為每毫摩爾甲醛的克數,ｇ.參照ＧＢ5544-85的測定方法,取樣時稱取10左右的膠液,不需要加水稀釋直接進行測定.

    1.2.4　耐水性

    將膠粘劑以30ｇ/ｍ2的涂布量均勻噴洒在沙子上,在20℃以下、相對濕度低于60%的環境中放置3ｄ后,垂直浸在冰水中,每隔12ｈ旋轉沙子數次,看膠膜有無變化.以3個平行樣品中至少有1個變化前的時間為耐水時間.

    1.2.5　沙子粘接性能的測試

    取建筑工地的沙子,按工地堆放的形式堆成沙堆,在其表面將膠粘劑以30ｇ/ｍ2的涂布量均勻噴洒在沙堆上,待膠粘劑固化后,以實驗室用吹風机對沙堆吹風,檢測膠粘劑對沙子的粘接性能.

    2　膠粘劑的制備

    2.1　淀粉改性聚乙烯醇縮甲醛(ＰＶＦ)膠粘劑的制備

    2.1.1　ＰＶＡ縮甲醛化反應

    將一定量的ＰＶＡ完全溶解后,降溫至75℃,加入6ｍｏｌ/Ｌ的鹽酸,將溶液的ｐＨ值調為2.0左右.用漏斗緩緩地加入甲醛溶液,攪拌下保溫80℃反應至終點(全部過程約需60ｍｉｎ).降溫至75℃,加入氫氧化鈉溶液,使物料ｐＨ值升至7左右,即得聚乙烯醇縮甲醛(ＰＶＦ).

    2.1.2　淀粉改性ＰＶＦ膠粘劑的制備

    淀粉加水攪拌下加熱至60℃,用ＮａＯＨ溶液調節ｐＨ=10,加入Ｈ2Ｏ2,反應0.5ｈ,加入ＮａＯＨ溶液糊化0.5ｈ,制得淀粉粘合劑.該淀粉粘合劑与聚乙烯醇縮甲醛以一定比例(4︰14)混合均勻,然后再向三口燒瓶中加人尿素,以去除游离出來的甲醛.攪拌冷卻至室溫,即得淀粉改性聚乙烯醇縮甲醛(ＰＶＦ)膠粘劑。

    2.2　淀粉改性聚乙烯醇(ＰＶＡ)無甲醛膠粘劑的制備

    在裝有攪拌器、溫度計的三口瓶中加入ＰＶＡ,升溫至90℃溶解,完全溶解后降溫至60℃.約30ｍｉｎ后,加入配好的淀粉粘合劑,60℃下反應50ｍｉｎ.升溫至85℃,瓶中由乳黃色渾濁液變為淡黃色半透明膠液后降溫出料,得到淀粉改性聚乙烯醇(ＰＶＡ)膠粘劑。

    2.3　淀粉改性聚乙烯醇縮甲醛膠粘劑的性能

    由實驗所得部分樣品測出膠粘劑的性能如表1所示。



    3　結果与討論

    3.1　尿素用量對游离甲醛的影響

    在縮合反應后,加入少量尿素,使游离甲醛与尿素發生尿醛化反應,以減少游离甲醛的含量.

    

　　按甲醛用量的1%～2%加入尿素,可使產品的游离甲醛降至0.4%以下.

    3.2　酸的濃度對縮合反應的影響

    酸在聚乙烯醇縮甲醛膠合成中起催化作用的,按形成縮醛的机理,酸先使甲醛的羰基質子化,然后聚乙烯醇中的羥基氧進攻帶電正性的羰基碳形成半縮醛,進而形成縮醛[3].

    

　  由表3可知,在其它實驗條件不變的情況下,使用不同濃度的酸催化,其效果是不同的.就鹽酸而言,以6摩爾濃度較好。

    3.3　ｐＨ值的影響

    文[4]一般規定酸度應控制在ｐＨ為2～3.實驗証明,适當增加酸度,既可加快反應速度,又可提高粘度.本實驗采用縮醛化反應的ｐＨ值在1.8～2之間。

    3.4　縮合溫度對粘度的影響

    文獻[5]報道,縮醛反應溫度在95℃為宜.實驗控制反應溫度為80℃,反應時間1ｈ.結果見表4.

    

　　從表4可以看出,在其它實驗條件不變的情況下,縮合溫度對縮合反應影響較大,縮合溫度控制在90℃附近制得的聚乙烯醇縮甲醛膠粘劑質量最好。

    3.5　淀粉用量對膠粘劑性質的影響

    天然淀粉屬水溶性高分子,通過降解處理,可提高粘結性,制成膠粘劑[6].用它改性可在提高性能的同時,降低成本.淀粉用量對粘度的影響見表5.

    

　　因此,淀粉的最佳用量在3%～4%之間,過高和過低都會影響膠粘劑的使用效果.

    3.6　固含量對粘度的影響

    固含量是膠粘劑的一項重要指標.固含量低則有粘接力差、干燥速度慢且易膠裂等缺點;而固含量高,則其上膠困難,流動性差,干燥速度太快等缺點.研究証明:本膠粘劑固含量以16%左右為宜.

    3.7　淀粉對ＰＶＡ和ＰＶＦ改性的對比

    

　　由表6,7可知,在相對加大聚乙烯醇的用量時,無醛膠粘劑的粘度可以和有醛膠粘劑的一樣大.

    4　結束語

    本研究制備的膠粘劑主要是用來粘接煤炭粉末,其要求是防風防雨,還要便于煤炭的裝卸,不要求有粘接金屬材料的粘度.通過對沙子粘接性能的測試,淀粉改性聚乙烯醇縮甲醛膠粘劑是較為理想的粘接煤炭用膠粘劑.但考慮到其含有游离甲醛,會對環境造成污染.因此在研究中設計了無醛淀粉改性聚乙烯醇膠粘劑,并進行了性能測試,取得了較好的效果.在粘度要求不高的情況下,淀粉改性聚乙烯醇膠粘劑是一种不含甲醛的環保型膠粘劑,既能達到粘度要求,又可保護環境.可替代聚乙烯醇縮甲醛作為煤炭運輸過程中防塵膠粘劑使用。



    參考文獻:

    [1]李杰,孫三祥,王亞娥,等.鐵路隧道煤揚塵污染規律試驗研究[Ｊ].蘭州交通大學學報,2005,24(1):52 54.

    [2]張向宇.膠粘劑分析与測試技術[Ｍ].北京:化學工業出版社,2004.

    [3]徐積功.有机化學基礎[Ｍ].北京:高等教育出版社,1986.

    [4]吳寶琨.建筑材料化學[Ｍ].北京:中國建筑工業出版社,1984.

    [5]大津隆行.高分子合成化學[Ｍ].陳久順譯.哈爾濱:黑龍江科學技術出版社,1982.

    [6]嚴瑞暄.水溶性高分子[Ｍ].北京:化學工業出版社,1998.