乳化剂十二烷基硫酸钠(SDS)对淀粉基木材胶特性的影响
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淀粉基木材胶黏剂的研究概况综述摘要:传统的淀粉胶黏剂不能用于木材的黏结,对淀粉的改性成为一直以来研究的方向。
该文对淀粉基木材胶黏剂的研究状况做了回顾,在此基础上提出今后发展的思路。
关键词:淀粉变性淀粉淀粉基木材胶黏剂我国的人造板加工业需要消耗大量的胶黏剂,主要包括“三醛”胶、白乳胶和异氰酸酯胶等合成高分子胶粘剂以及少量淀粉类、蛋白质类和单宁类等天然高分子胶粘剂。
但随着木材加工业的不断发展和人们环保意识的增强,推动了对现有的木材胶黏剂产品进行更新换代的步伐:以廉价易得的可再生天然高分子资源淀粉为主要原料,采用绿色新工艺、开发低甲醛乃至无甲醛木材胶黏剂是主潮流之一。
[1]在木材工业应用领域,传统淀粉胶由于其耐水性、耐腐性、胶接强度等不足始终无法与合成高分子胶抗争。
采用新型改性手段克服淀粉自身缺陷,从深度和广度开发淀粉基木材胶黏剂己成为国内外学者普遍关注的课题。
1 淀粉基木材胶黏剂的研究现状对淀粉上的亲水性基团羟基进行氧化、酯化、醚化、接枝、交联等改性反应,降低羟基数量,或导入活性基团(醛基、羧基、酰胺基等),这些基团能在固化过程中发生交联缩合反应,生成牢固的亚甲基键、氨酯键和脲键等耐水化学键,形成紧密的网状骨架,防止水分子切入对氢键造成破坏,以提高耐水性能,同时,大量极性基团的存在也增加了粘结强度及胶本身的剪切强度。
1.1 接枝改性淀粉通过对淀粉进行接枝共聚,增加了疏水链,共聚物既保留了淀粉自身的特性,又具有合成高分子的特性,从而使淀粉胶黏剂性能提升。
烯类单体接枝共聚物:以亲水的半刚性链的淀粉大分子为骨架与带有极性基团的烯类不饱和单体接枝共聚(广泛应用的有丙烯酸酯类、甲基丙烯酸酯类、丙烯酸、乙酸乙烯酯、苯乙烯等),在引发剂的作用下,淀粉中的葡萄糖苷单元C2和C3上羟基键断裂形成自由基,从而引发与烯类单体的接枝共聚反应/可引入多个单体的不同官能团及调节亲水-亲油链段结构比例而得到目标产物。
吴艳波[2]等研究以玉米淀粉为接枝骨架,过硫酸铵为引发剂,丙烯酸乙酯(EA)和乙酸乙烯酯(V Ac)为接枝单体,合成出一种具有储存稳定性能好、干燥速度快、剪切强度大、耐水性强等优点的乳液淀粉基木材胶粘剂。
环保淀粉胶黏剂适用于木材上淀粉是一种可再生的天然生物质高分子化合物,原料来源丰富且价格低廉,是一种可生物降解的再生资源。
由淀粉为原材料生产的胶黏剂具有无毒、无异味、无公害等特点。
淀粉胶黏剂自在美国问世以来便受到人们的极大关注,上个世纪80年代,淀粉胶黏剂在中国纸制包装行业得到大力推广。
在世界原油日趋减少的今天,以石油化工产品为原料的木材胶黏剂形势严峻。
那么,以淀粉为原料的胶黏剂在木材行业的应用将有着节约成本、节省资源、绿色环保等优势。
淀粉(分子式: (C6H10O5)n)是由许多脱水葡萄糖单元经糖键连接而成,在每个葡萄糖单位的C2、C3和C5上各有一个羟基,因而在一个淀粉链状高聚物分子上就有成千上万个活性羟基,而每个淀粉颗粒又是由数不清的直链淀粉和支链淀粉分子链以结晶区和不定形区的形式交织组成[1-3],因此,在淀粉胶黏剂中羟基的数目是以一个很大数量级来计数的,而淀粉胶黏剂的粘接力正是来源于为数众多的羟基产生的氢键结合力。
虽然单个氢键的结合力比其他化学键较弱, 但当数量极其庞大时,所产生的总结合力是比较可观的。
用淀粉胶黏剂粘接胶合板,根据国家标准GB9846. 1-12-8 进行胶合强度破坏性检测中,其干强度能基本满足要求。
然而,当按II类胶合板检测耐水胶合强度时,却全部不合格。
试件在(63±3)℃热水中浸渍3h后,全部开胶[4],这说明淀粉胶黏剂是不耐水的,其原因同样是由于存在为数众多的羟基,羟基极易与水以氢键形式结合,它对被胶接材料的吸附轻易地被水所解吸。
这样,淀粉胶黏剂的湿胶合强度就受到了严重的破坏。
因此,要提高淀粉胶黏剂的耐水性能,必须针对羟基进行化学改性,通过氧化、酯化、接枝、交联等手段来封闭羟基和引入其他活性基团,使整个胶黏剂体系中的羟基数目降到恰当的程度并保持有足够的活性基团数目,保证胶黏剂固化过程中这些活性基团相互间发生交联缩聚反应形成牢固的网状结构,既保证了胶合强度又提高了耐水性[5]。
淀粉基木材胶黏剂概述一、淀粉以天然形式存在的淀粉颗粒,属于多糖类物质,其主要组成包括支链淀粉(AP)和直链淀粉(AM),其中支链淀粉是大多数淀粉的主要组分,直链淀粉为次要组分,此外淀粉中还包括少量影响淀粉性质的蛋白质、脂肪酸、矿物质等。
直链淀粉是由α-1,4-糖苷键连接而成的线性分子,其分子结构如图1-1,在直链淀粉的分支点上存在以α-1,6-糖苷键连接的轻微分支结构,分支点间隔较远,直链淀粉呈双螺旋线型结构,螺旋结构的内部只含有氢原子,外部则主要由羟基构成,羟基亲水,故其具有水溶性。
支链淀粉是具有高度分支的高分子多糖,主要由α-D-葡萄糖通过1,4糖苷键连接成的短链组成,这些短链在还原端又通过α-1,6糖苷键连接在一起,其分子结构图如图1-2。
支链淀粉的高度分支可以形成大分子交联网状结构,其支链空间的位阻较大,故其表现为良好的黏结效果,且不利于水分子的进入。
不同来源的淀粉所含的直链与支链比例不同,通常,对于直链淀粉来说,谷类来源淀粉高于根类来源淀粉,谷类中大概含有20%~25%的直链淀粉,而根类中仅含17%~20%,此外,还有一些突变植株,即蜡质玉米淀粉和高直链玉米淀粉,其中蜡质玉米淀粉中的直链淀粉含量或低于1%,而高直链淀粉中则含有高达50%~70%的直链淀粉。
淀粉自身性质取决于淀粉的相对分子质量以及淀粉分子结构中所含的直链淀粉与支链淀粉的比例,有研究表明,淀粉中含有的支链淀粉越多,其内部结构较为疏松,排布较为杂乱,则其分子间作用力较弱,相对分子质量较大的淀粉也有此种表现,故破坏其氢键所需要的能量较低,从而糊化温度较低。
二、淀粉胶黏剂淀粉胶黏剂是以淀粉为原料制备而成的天然胶黏剂,淀粉是一种高分子聚合物,其支链淀粉可生成糊,直链淀粉起促进凝胶的作用。
现阶段在木材胶黏剂行业,以淀粉为原料制备的绿色环保高性能胶黏剂是研究的重点和未来发展的趋势,但作为木材胶黏剂,淀粉分子中含有大量的羟基基团,这直接导致了淀粉胶黏剂耐水性极差,成为淀粉胶黏剂在木材行业发展的最大阻碍。
十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺相互作用十二烷基硫酸钠(SDS)是一种常用的表面活性剂,而聚丙烯酰胺(PAM)是一种聚合物。
它们之间的相互作用是指SDS和PAM在一定条件下发生的相互作用现象。
这种相互作用在科学研究和工业应用中具有重要意义。
我们来了解一下十二烷基硫酸钠。
SDS是一种阴离子表面活性剂,具有良好的表面活性和乳化性能。
它的分子结构中含有一个疏水的十二烷基链和一个亲水的硫酸钠头基。
这个结构使得SDS在水中形成胶束结构,疏水链朝向内部,亲水头基朝向外部。
这种胶束结构可以降低液体的表面张力,提高液体的分散性和乳化性。
而聚丙烯酰胺是一种高分子化合物,具有很强的吸水性和保水性。
它的分子结构中含有丙烯酰胺单体,通过聚合反应形成线性或交联的聚合物。
PAM具有很高的分子量,可以在水中形成大分子网状结构。
这种结构能够增加液体的粘度和黏度,提高液体的稳定性和流变性能。
当SDS和PAM共同存在时,它们之间会发生相互作用。
一方面,SDS可以与PAM分子的亲水基团发生静电相互作用,形成SDS-PAM复合物。
这种相互作用可以改变PAM分子的空间构型和溶解度,影响PAM的吸水性和保水性。
另一方面,SDS的胶束结构可以包裹PAM分子,形成SDS-PAM胶束。
这种胶束结构可以增加PAM分子的稳定性和分散性,改善PAM的流变性能和加工性能。
SDS和PAM的相互作用还可以影响它们在溶液中的行为。
例如,当SDS和PAM溶液的浓度逐渐增加时,它们之间的相互作用会变得更加显著。
此时,SDS和PAM分子之间的相互作用力会增强,导致溶液的黏度和流变性能增加。
同时,SDS和PAM分子之间的相互作用还可以形成一定的空间排列结构,影响溶液的微观性质和宏观性质。
在工业应用中,SDS和PAM的相互作用可以被利用于多种领域。
例如,在油田开发中,SDS-PAM复合物可以作为增稠剂和流变剂,提高水驱油的效果。
在废水处理中,SDS-PAM胶束可以作为絮凝剂和沉淀剂,提高污水的净化效率。
乳化剂对淀粉分散的影响
乳化剂对淀粉分散的影响是一个复杂而重要的研究领域。
乳化剂在食品加工中起着关键作用,可以改变淀粉的物理和化学性质,进而影响其分散性和应用。
首先,乳化剂可以改变淀粉的表面性质。
淀粉颗粒表面具有一定的疏水性,这使得它们在水中难以均匀分散。
然而,乳化剂可以降低淀粉颗粒表面的疏水性,使其更容易被水润湿和分散。
这种改变表面性质的效果与乳化剂的种类和浓度有关。
其次,乳化剂可以影响淀粉颗粒的粒径和粒度分布。
在适当的乳化剂条件下,淀粉颗粒可以更均匀地分散在水中,形成更稳定的悬浮液。
这种分散性的改善有助于提高淀粉在食品加工中的使用效果,如改善食品的口感、质地和稳定性。
此外,乳化剂还可以影响淀粉的吸水性和膨胀性。
乳化剂可以降低淀粉颗粒表面的水合作用,从而降低其吸水性。
同时,乳化剂还可以影响淀粉颗粒内部的结晶结构,进而影响其膨胀性。
这些变化对淀粉的加工和应用性能产生重要影响。
总之,乳化剂对淀粉分散的影响是多方面的,包括改变表面性质、粒径和粒度分布、吸水性和膨胀性等。
了解这些影响有助于更好地控制淀粉的加工和应用过程,提高食品的质量和稳定性。
未来研究可以进一步探讨不同种类的乳化剂对淀粉分散的影响机制和优化条件,为实际应用提供更准确的理论依据。
十二烷基硫酸钠cas151-21-3SDS表面活性剂介绍十二烷基硫酸钠 SDS 表面活性剂别名月桂基硫酸钠;十二烷基硫酸氢钠;Dodecyl sodium sulfate;Sodium lauryl sulfate;Dodecyl sulfate sodium salt;Lauryl sulfate sodium salt。
英文名称Sodium dodecylsulfateCAS 151-21-3分子式 C12H25O4SNa分子量 288.38纯度 Approx.95% as based on total外观(性状)白色粉末SDS说明:生化研究,用于从蛋白质中分离核酸,从宿主细胞中脱落某些病毒;蛋白电泳试剂,也可用于质粒提取SDS生物学应用:(1) SDS是阴离子表面活性剂常用于蛋白质和类脂类的电泳分离。
当其与蛋白质混合,质量比达到1.4:1时,SDS能破坏蛋白质分子间以及其他物质分子间的非共价键使蛋白质的构象发生变化继而使蛋白质变性解离成单一亚基,从而降低或消除了各种蛋白质分子间的天然电荷差异。
电泳常用10%的SDS作为储备液。
(2) SDS可以迅速破坏组织结构,抑制RNase和脱氧核糖核苷酶(DNase)活性,所以SDS也是核酸纯化试剂的关键组分。
通常使用10%或者20%的SDS储备液,SDS的工作浓度是0.1-0.5%。
SDS贮存条件:密封阴凉干燥保存;SDS毒性:低毒,大鼠经口半数致死量为1288mg/kg。
有刺激性。
Leuco dye底物1Leuco dye底物2Leuco dye底物3吡咯酯吡咯酯衍生物5-溴-4-氯-3-吲哚辛酯5-溴-4-氯-3-吲哚基磷酸酯对甲苯胺盐5-溴-4-氯-3-吲哚-β-D-葡萄糖苷5-溴-4-氯-3-吲哚-β-D-半乳糖苷5-溴-4-氯-3-吲哚-N-乙酰-β-D-葡萄糖苷5-溴-4-氯-3-吲哚-N-乙酰-β-D-半乳糖苷5-溴-6-氯-3-吲哚辛酯5-溴-6-氯-3-吲哚-β-D-葡萄糖醛酸苷钠盐5-溴-6-氯-3-吲哚磷酸二钠盐5-溴-6-氯-3-吲哚磷酸酯对甲苯胺盐5-溴-6-氯-3-吲哚-β-D-葡萄糖苷5-溴-6-氯-3-吲哚-β-D-半乳糖苷5-溴-6-氯-3-吲哚-N-乙酰-β-D-葡萄糖苷5-溴-6-氯-3-吲哚-N-乙酰-β-D-半乳糖苷5-溴-3-吲哚-β-D-葡萄糖醛酸苷钠盐5-溴-3-吲哚磷酸二钠盐5-溴-3-吲哚-β-D-葡萄糖苷5-溴-3-吲哚-β-D-半乳糖苷6-氯-3-吲哚-β-D-葡萄糖苷6-氯-3-吲哚-β-D-半乳糖苷6-氯-3-吲哚-N-乙酰-β-D-葡萄糖苷6-氯-3-吲哚-β-D-葡萄糖醛酸6-氯-3-吲哚-β-D-葡萄糖醛酸钠盐6-氯-3-吲哚磷酸酯对甲苯胺盐N-甲基吲哚-N-乙酰-β-D-半乳糖苷N-(2-乙酰氨基)-2-氨基乙酯-磺酸甘氨酰-精氨酰四甲氧基-β-萘胺微生物显色底物小编zzj 2021.1.27。
淀粉基木材胶黏剂研究现状淀粉是绿色植物进展光合作用的产物,也是碳水化合物贮藏的主要形式。
与石油化工原料相比,淀粉具有价格低廉,可再生,可生物降解,无污染等特点[1]。
淀粉是由葡萄糖组成的多羟基碳水化合物,其每个葡萄糖单元上的2,3,6位上都有自由的羟基,因此在淀粉一条分子链上的羟基数量不可胜数。
无数的直链淀粉和支链淀粉分子又相互缠绕交织最终形成淀粉颗粒[2-5]。
虽然一个氢键的结合能力弱于其他种类化学键的结合能力。
但是由于淀粉分子中含有数量极其巨大的羟基,其所形成的总结合力还是非常可观。
所以,从分子构造上分析,淀粉本身具有作为胶粘剂的潜力。
事实上,从古到今,人类一直在努力研究开发淀粉类胶粘剂[6]。
但是传统的淀粉木材胶由于淀粉主链中含有过多的自由羟基,并且胶层未能形成有效的交联网状构造,因此胶接强度不高,而且不耐水,初粘力不强,自然枯燥时间长。
随着石油资源的日益枯竭以及人类环保意识的不断加强,目前世界胶粘剂工业正逐步朝着低本钱、无公害、无溶剂、节约能源等方向开展。
以淀粉为主要原料制备的淀粉基木材胶粘剂由于具有价格低廉,无毒无异味,环保等优点,重新引起研究者的重视,致力于对传统的淀粉木材胶粘剂进展进一步改性以提高淀粉木材胶的粘接能力,使之能在木材工业中得到应用。
目前有关淀粉在木材胶粘剂中的报道较多,但是在相关的报道中淀粉用量普遍较小[7],多作为辅助成分在木材胶粘剂中使用,而且制备工艺比拟复杂,本钱仍然较高。
1.淀粉作为辅助成分在木材胶粘剂中的应用在低毒脲醛树脂胶粘剂的研究中,唐朝发[8]等发现脲醛树脂合成过程中参加淀粉和氧化淀粉能有效提上下毒脲醛树脂胶的初粘性以及胶的固形物含量,同时还能防止固化之后的胶层过度分解,改善脲醛树脂胶的耐老化性能。
茹克亚·沙吾提[9]研究用过氧化氢氧化淀粉改性脲醛树脂制备复合粘合剂,由于脲醛树脂可以与改性淀粉相互反响形成网状构造,有效的提高了淀粉木材胶的初粘性,耐水性,缩短了枯燥时间。
十二烷基硫酸钠表面活性剂闻军(四川理工学院材化学院工艺097.自贡.643000)摘要:本文主要介绍了十二烷基硫酸钠的分子结构、物理性质、化学性质,以及十二烷基硫酸钠表面活性剂的结构分析和合成方法,对十二烷基硫酸钠一些作用的了解。
关键词:十二烷基硫酸钠;表面活性剂;乳化;合成方法1.十二烷基硫酸钠的基本物性1.1十二烷基硫酸钠的分子结构十二烷基硫酸钠,(Sodium dodecyl sulfate ),别名:椰油醇(或月桂醇)硫酸钠、K12、发泡剂等。
化学式为:C12H25—OSO3Na,结构式如下:CH3-(CH2)10-CH2-O-SO3Na1.2十二烷基硫酸钠的物理化学性质十二烷基硫酸钠(sodiumlaurylsulfonate;sodiumdode-cylsulfate),十二烷基硫酸钠又称十二醇硫酸钠、椰油醇硫酸钠、月桂醇硫酸钠、K12、发泡粉、简称SLS、SDS,十二烷基硫酸钠分子量:平均M=288,PH:6.5—7.5;7.5-9.5,熔点(℃):204—207、180-185,相对密度(水=1):1.09、堆积密度:0.25g/mL,白色至微黄色片状或粉末,稍有特殊气味,有液体和固体两种形态,液体产品为白色或淡黄色浆状物,活性成分25%~60%,浊点(1%溶液)17~25℃。
黏度19~31mPa·S。
固体产品为白色至微黄色粉末或薄片、晶体,微有油脂气味,无毒。
十二烷基硫酸钠的质量指标用作丙烯酸酯乳液聚合的阴离子乳化剂。
储存于阴凉、干燥、通风的库房内,防火、防潮。
图1-1:十二烷基硫酸钠的质量指标HLB表面活性剂为具有亲水基团和亲油基团的两种分子,表面活性剂分子中亲水基和亲油基之间的大小和力量平衡程度的量,定义为表面活性剂的亲水亲油平衡值。
亲水亲油转折点HLB为10,小于10为亲油性,大于10为亲水性。
):HLB值40属于亲水基表面活性剂[1]对粘膜和上呼吸道有刺激作用,对眼和皮肤有刺激作用。
十二烷基硫酸钠对白色洗剂质量的影响林葳;林滔;陈建强【摘要】目的探讨添加十二烷基硫酸钠(SDS)对白色洗剂质量的影响.方法以白色洗剂的性状、沉降系数和重新分散性为评价指标,考察添加SDS对其质量的影响.结果添加SDS后,白色洗剂的颜色呈乳白、均匀,外观与未添加SDS的配方无异,但显微图显示颗粒呈均匀的链状成簇,前6 h沉降速率明显变慢,反应前添加SDS与反应后添加SDS所得制剂前1 h沉降速率相当,但1 h后前者沉降系数明显大于后者.反应前添加SDS 48 h沉降系数为0.684,重新分散平均次数为1.3次;反应后添加SDS为0.578,重新分散平均次数为2.3次;未添加SDS为0.502,重新分散平均次数为4.6次.结论添加SDS会对白色洗剂质量产生明显影响,反应前添加优于反应后添加,能降低药物沉降系数和重新分散次数,可制得性状符合规定且质量较佳的白色洗剂.【期刊名称】《中国药业》【年(卷),期】2019(028)005【总页数】3页(P24-26)【关键词】白色洗剂;十二烷基硫酸钠;制剂质量【作者】林葳;林滔;陈建强【作者单位】福建省漳州市芗城区妇幼保健院,福建漳州 363000;福建医科大学附属第一医院,福建福州350005;福建省莆田市涵江区平民医院,福建莆田 351100【正文语种】中文【中图分类】R943白色洗剂又称含硫钾洗剂,具有抑制皮脂分泌、杀灭疥虫等作用[1],是皮肤科常用外用混悬型洗剂。
1950年版及1990年版美国国家药局方(N.F.)均收载此处方,我国各省制剂手册及《中国医院制剂规范(第1版)》也均收载[2]。
根据标准处方制得成品呈黄色或鲜黄色混悬液,与标准成品性状为乳白色或微黄色混悬液的描述有明显差异。
许多药学工作者对白色洗剂的配方和制备工艺进行了研究[3-9],本研究中也进行了分析和试验,确定了其合适的配方和工艺。
为进一步提高制剂质量,在前期研究基础上探讨了添加十二烷基硫酸钠(SDS)对白色洗剂质量的影响,并分析了影响制剂质量的作用机制。
十二烷基硫酸钠对天然矿物涂料稳定性的影响
王世泰;张庆思;王锦
【期刊名称】《山东轻工业学院学报》
【年(卷),期】1990(000)001
【摘要】本文报告了十二烷基硫酸钠在聚乙烯醇(PVA)天然矿物涂料中的稳定作用机制和最佳用量。
实验表明:(1)十二烷基硫酸钠与PVA有强烈的相互作用,因而能加强新型建筑涂料的稳定性。
(2)对固体份含量为40%的天然矿物涂料的粘度有明显的改变。
(3)对该类涂料成膜后的其他性能有所改善。
【总页数】4页(P44-47)
【作者】王世泰;张庆思;王锦
【作者单位】山东轻工业学院轻化工系;山东轻工业学院轻化工系
【正文语种】中文
【中图分类】TS
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乳化剂十二烷基硫酸钠(SDS)对淀粉基木材胶特性的影响汪振炯;顾正彪;李兆丰;程力【摘要】研究了乳化剂十二烷基硫酸钠(SDS)对淀粉胶胶接强度和低温储藏稳定性的影响。
对比没有加入SDS的淀粉胶,加入SDS后胶的粘结强度均有所提高,最佳添加量为淀粉用量的1%,此时干强度提高了60.1%,湿强度提高了211.5%。
此外,SDS可以有效地提高反应的接枝参数,接枝率提高了93.7%,接枝百分率提高了83.8%。
耐低温稳定性实验证明,加入乳化剂可以增加淀粉胶通过冷藏-解冻循环的次数。
动态时间扫描实验和TEM的结果证明,加入SDS有利于削弱淀粉分子之间的氢键作用力,促进淀粉与单体之间发生接枝反应,从而改善了淀粉胶乳液的粘结性能及稳定性。
%The effects of emulsifiers(SDS) on storage stability in low temperature and bond strength of starch-based wood adhesive were pared to starch-based wood adhesive without emulsifiers,emulsifier-fortified starch-based wood adhesive all exhibited enhanced glue strength.The optimum amount of SDS is 1% of starch content.In particular,SDS has the most significant effect that dry strength of starch-based wood adhesive was increased by 60.1% and the wet strength was increased by 211.5%,respectively.The grafted parameters were also remarkably increased by adding SDS,for instance G increased by 93.7% and GE increased by 83.8%.It was proved by the stability test of low temperature resistance that emulsifiers can increase the numbers of cooling-thawing circulation.Starch-based wood adhesive with SDS has the best effect from five circulations.The results of dynamic time sweep experiments and TEM showed that SDS could weaken hydrogen'sbonding strength of the starch molecules,and significantly enhance the parameters of grafted reaction,thereby finally improve the bonding properties and stability of starch-based wood adhesive emulsion.【期刊名称】《食品与发酵工业》【年(卷),期】2011(037)012【总页数】4页(P29-32)【关键词】淀粉;木材胶;十二烷基硫酸钠(SDS);胶接性能;耐低温储藏性【作者】汪振炯;顾正彪;李兆丰;程力【作者单位】江南大学食品学院食品科学与技术国家重点实验室,江苏无锡214122;江南大学食品学院食品科学与技术国家重点实验室,江苏无锡214122;江南大学食品学院食品科学与技术国家重点实验室,江苏无锡214122;江南大学食品学院食品科学与技术国家重点实验室,江苏无锡214122【正文语种】中文【中图分类】TS202我国是世界木材胶粘剂生产大国,产量排名世界第一,2010年产量达500万t [1]。
目前我国木材胶粘剂工业主要生产以石化产品为主要原料的合成高分子类胶粘剂。
随着石油资源的日益紧张和人们环保意识的增强,采用可再生、可降解、环保无污染、低成本资源如淀粉等为原料开发绿色环保高性能的木材胶粘剂受到越来越多研究人员关注[2-7]。
本实验室以蜡质玉米淀粉为原料,与醋酸乙烯酯单体通过接枝共聚反应合成了一种新型淀粉基木材胶粘剂。
由该工艺制备出的淀粉基木材胶粘剂具有淀粉含量高,粘接性良好,成本低廉,外观乳白等特点[8-9],但是仍然存在粘结强度较差,在低温下易凝沉等缺点。
为了改善淀粉胶的综合性能,本文通过在接枝共聚反应前加入乳化剂十二烷基硫酸钠(SDS),系统研究了加入乳化剂前后对淀粉胶粘性能及耐低温储存性能的影响,及其对提高淀粉胶性能的可能机理。
1 材料与方法1.1 材料与仪器蜡质玉米淀粉,秦皇岛骊骅淀粉股份有限公司提供;过硫酸铵(AR),十二烷基硫酸钠(AR),醋酸乙烯酯(CP),HCl(AR),NaHCO3(AR):国药集团化学试剂有限公司产品;BROOKFIELD DVII+Pro黏度计,美国Brookfield公司;AR-1000流变仪,美国TA公司;Bruker D8 x-射线衍射仪,美国Bruker公司;H-600型透射电镜,日本日立公司;万能材料试验机,深圳凯强力公司。
1.2 实验方法1.2.1 淀粉基木材胶的制备和接枝参数、力学强度的测定未添加乳化剂的淀粉胶制备方法如下:将50 g(干重)蜡质玉米淀粉、100 mL 0.5 mol/L的HCl配制成一定质量分数的淀粉乳,装入配有搅拌器、回流冷凝器的四口烧瓶中,在60℃下酸解一段时间后调pH至中性,加入1/4的APS和1/4的VAc单体后,于60℃下保温30 min后升温至70℃,温度稳定后,加入剩下的3/4 APS,然后以一定的滴速开始滴加剩余3/4的醋酸乙烯酯单体进行接枝共聚反应,反应时间为3 h,结束后升温到80℃保温30 min,然后降温到50℃,用NaHCO3溶液调节反应液的pH至6.0左右得到终产物。
加入乳化剂的淀粉胶的制备方法:乳化剂随初始的1/4的APS和VAc单体一同加入,其余工序同未添加乳化剂的淀粉胶制备方法,乳化剂的添加量以淀粉的干重计算,淀粉胶的力学性能以及淀粉接枝共聚物的制备工艺以及相关接枝参数的测定方法参见文献[9-13]。
1.2.2 低温下贮藏稳定性测定加入SDS的淀粉胶和未加SDS的淀粉胶分别装入50 mL离心管,置于4℃冰箱中贮藏24 h。
25℃下静置2 h后用DV-Ⅱ+Pro型Brookfield黏度仪测定黏度变化(转子SC4 -29),转速50 s-1,测定3 min 内的黏度平均值,试样依次经历6次温度循环。
当样品黏度超过30 000mPa·s后视为失去流动性,停止该循环实验。
1.2.3 时间扫频研究将淀粉胶置于AR1000流变仪测定平台,选用40 mm的平板模具和稳态测定程序,平板间距1 mm。
刮去平板外多余样品,加上盖板,并涂抹硅油以防止水分蒸发。
在线性粘弹区内进行动态时间扫描实验,具体条件为:温度4℃,扫描应变1%,扫描时间4 h,扫描频率0.5 Hz。
1.2.4 TEM分析利用日立的H-600型透射电镜观察乳液中的粒子形态,加速电压为80 kV,样品用2%醋酸铀溶液染色后观察。
2 结果与讨论2.1 SDS对淀粉胶粘接能力和接枝参数的影响SDS对淀粉胶粘接性能和接枝参数的影响见表1。
由表1可见,加入SDS之后所制备的淀粉胶的粘接性能较未添加SDS制备的淀粉显著提高,最佳添加量为1%,此时干强度由2.13 MPa提高到3.41 MPa,湿强度也从0.52 MPa提高到1.62 MPa,分别提高60.1%和211.5%。
此外,由表1可知,当加入乳化剂浓度不超过1%时,接枝率(G)和接枝效率(GE)都有提高。
接枝率提高了93.7%,而接枝百分率提高了83.8%,证明接枝参数的提高有利于最终产品粘接强度的提高。
表1 不同SDS用量对淀粉胶胶接特性及接枝参数的影响乳化剂添加量/%G/%GE/%干强度/MPa湿强度/MPa 0.0 17.5±2.8 32.8±4.5 2.13±0.06 0.52±0.13 0.1 20.2±3.3 39.2±6.2 2.35±0.08 0.79±0.10 0.5 23.5±3.3 50.2±5.12.87±0.07 0.93±0.12 1.0 33.9±4.3 60.3±5.0 3.41±0.07 1.62±0.08 1.5 30.5±2.1 49.5±6.5 3.21±0.05 1.12±0.11淀粉接枝是在水相中进行,单体醋酸乙烯酯需要分散在水相中形成液滴之后,与受引发剂引发所产生的淀粉自由基发生碰撞之后才能发生接枝共聚反应[10-13]。
乳化剂可以降低表面张力,便于单体分散成细小的液滴,即分散单体以增加淀粉与单体分子的接触机会,创造更多的活性位点[14-15]。
但是乳化剂也不是越多越好,当乳化剂添加量超过1%之后并未提高淀粉胶的粘接性能,而且会降低接枝参数。
乳化剂用量过大之后,除了增加原料成本之外,会使得体系中油水界面膜加厚,阻碍自由基扩散,抑制单体的转化[16],降低反应活性,因此导致接枝参数降低,故在后面的研究中选择1%为最佳添加量。
2.2 乳液稳定性研究一般来说,乳液稳定性可以利用低温储存-室温解冻循环实验之后乳液的粘度变化来评价。
耐冻融能力比较好的乳液,其在室温条件下贮藏时间相对较长。
考虑到淀粉在4℃下最易发生凝沉,因此采用4~25℃作为冻融循环实验的循环温度。
表2显示加入SDS和未加入SDS的淀粉胶经过6次低温储存-室温解冻循环之后的黏度变化。
由表2可见,经过低温储存-室温解冻循环之后,所有样品的黏度均有一定上升趋势。
表2 添加SDS和未添加SDS的淀粉胶经过冻融循环后的黏度变化注:“—”表示样品体系黏度超过30 000 mPa·s,基本失去流动性。
序号未加SDS的淀粉胶黏度/mPa·s添加乳化剂的淀粉胶的黏度/mPa·s 0 7 500±470 5 000±295 1 11800±1 325 6 000±420 2 27 200±2 855 8 100±725 3—12 500±1 420 4 18000±1 730 5—25 000±2 425—6——不加乳化剂的淀粉胶的黏度增加程度较大,2次循环之后基本失去流动性,而加入乳化剂处理之后的淀粉胶在经历冷藏-解冻循环之后黏度的增加程度明显减缓,可以通过5次循环,证明加入乳化剂之后显著改善了淀粉胶粘剂体系耐低温储存的能力。