一种纳米复合生物质水性粘合剂的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水性粘合剂，尤其涉及一种在不同极性塑料基材与纸材及木材与纸材之间具有优良初粘性和终粘性的环保纳米复合生物质水性粘合剂的制备方法。
[0002]
【背景技术】
[0003]随着保护环境、珍惜资源的理念日益深入人心，对胶黏剂的高固含量、无溶剂、水性、光固化等环境友好因素和低温固化、废弃物再生利用等节能技术越来越重视，并不断加大研究开发力度。在软包装领域，欧美发达国家软包装复合生产中使用的主要是无溶剂型胶黏剂和水性胶黏剂。目前，我国95%以上的软包装生产采用的是溶剂型胶黏剂，使用最多、性能最好是溶剂型双组分聚氨酯胶黏剂。由于溶剂型胶黏剂具有优良的柔软性、耐低温及耐蒸煮性、易操作性和广泛的适应性，且国内软包装行业的干式复合设备目前只适用于溶剂型胶黏剂。此外，环保型胶黏剂在性能方面也还有一定的局限性。与溶剂型胶黏剂相比，水性胶黏剂具有无溶剂释放、环境友好、无毒、不可燃、使用安全、成本低等优点，固含量可高达50%-60%，具有上胶量少、黏结强度高的优势。水性聚氨酯(PU)胶黏剂、丙烯酸乳液、EVA共聚乳液等。同时，在粘合剂领域，全球的趋势是逐步实现绿色化的同时采用生物质材料制备，很多生物质本身即拥有非常好的粘合性，如淀粉、木质素液、各种胶体等。目前国内外对生物质胶黏剂的研究主要集中在大豆蛋白、淀粉、热解生物油和木质素等方面。由于生物质材料本身的粘合性无法达到工业应用的要求，不通的改性方式被用于提高生物质材料的粘合性。如接入疏水基团、解开生物质分子链的三维团聚结构等。如发明专利2011100294798公开的一种生物质胶粘剂的制备方法及其生物质胶粘剂和胶合木板，此发明将油茶饼柏与碱和水进行接触后在缩聚催化剂存在下，与酚和醛在缩聚条件下反应，得到粘度为500-5000厘泊的生物质粘合剂组分；又如2009100843660公开的一种以大豆分离蛋白为主料的生物质胶粘剂的制备方法，通过将大豆分离蛋白与活化后的氨基酸结合，再通过去保护基，得到以大豆分离蛋白为主料的生物质胶粘剂。本发明胶粘剂对木材的胶粘强度高，耐水性好，固化时间短。
[0004]虽然在纸板或木板粘合上生物质粘合剂已经逐渐被使用，但在软包装领域，尤其是礼盒包装领域，由于所涉及材料品类较多，尤其涉及大量塑料、纸材、布基材的粘合，且要求一定的开放时间，对防水性、防霉变也有要求。显然，目前的生物质胶无法满足以上的需要。
[0005]
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了克服目前生物质胶初粘性及终粘性差的缺陷，提供一种在不同极性塑料基材与纸材及木材与纸材之间具有优良初粘性和终粘性的环保纳米复合生物质水性粘合剂。
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种生物质环保水性胶，由多种原料复配而成，包括有机硅改性淀粉水乳液、纳米片层粘土、接枝改性大豆蛋白、聚乙烯醇、增粘组分。
[0008]各组分的质量分数为
有机硅改性淀粉水乳液:30-50份接枝改性大豆蛋白:20-40份纳米片层粘土:2-4份聚乙烯醇水溶液:6-12份增粘组分:1_3份
进一步，所述接枝改性淀粉水乳液的制备过程为:
1:淀粉的氧化:配制质量分数为35-50%的淀粉水乳液，搅拌下加入淀粉水乳液质量1.5%的质量浓度为1%的硫酸铜溶液，用质量分数为6%氢氧化钠水溶液调节pH值至9.5，后缓慢加入淀粉乳液质量1.5-2.5%的双氧水，恒温50°C反应3h，后以质量分数为3%的盐酸中和到pH值为6.0-6.5，再加入淀粉乳液1.5%，质量分数为10%的亚硫酸钠水溶液终止反应，最后经洗涤、烘干、粉碎得氧化淀粉A ;
I1:淀粉的有机硅表面改性:将氧化淀粉A分散于质量为其350%-500%的水中，加入质量分数为3%的盐酸溶液，将其pH值调至5，将体系温度升至50°C后，逐滴加入质量为氧化淀粉A质量的15-30%质量的乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷，并以150-200rmp的速度搅拌，恒温度反应2小时，后冷却至室温，加入氧化淀粉质量1%_3%的阴离子表面活性剂，于室温下100-150rmp搅拌30min，得到有机硅改性淀粉水乳液。
[0009]进一步，所述接枝改性大豆蛋白为以甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝改性的大豆蛋白，其接枝度介于38%-54%之间。
[0010]进一步，所述接枝改性大豆蛋白的制备方式为:在带有搅拌器、冷凝管、温度计和滴液漏斗的容器中加入一定量的大豆蛋白和一定体积的尿素溶液，在50-60°C的油浴中预处理30 min。将一定量的过硫酸铵和亚硫酸氢钠溶液加入反应溶液中。10 min后，加入一定量甲基丙烯酸缩水甘油酯，反应3 h，停止反应。其中，大豆蛋白和尿素的比例为，lg大豆蛋白/10-15ml尿素溶液，过硫酸铵的质量为大豆蛋白的5%-10%，溶液浓度为0.lg/ml，亚硫酸氢钠的质量为大豆蛋白的2%-4%，溶液浓度为0.05g/ml，甲基丙烯酸缩水甘油酯与大豆蛋白的比例为lg大豆蛋白/0.8-1.5mL甲基丙烯酸缩水甘油酯。
[0011 ] 进一步，所述增粘组分为水性松香乳液、水性烯萜乳液、水溶性纤维素衍生物溶液中的一种，其中，增粘组分如为水性松香乳液或水性烯萜乳液，则为采用阴离子表面活性剂的产品，水溶性纤维素衍生物溶液为具有亲水基团的纤维素衍生物水溶液，优选的，选择羟乙基纤维素水溶液，溶液质量浓度介于5%-10%之间。
[0012]进一步，所述聚乙烯醇水溶液的浓度介于5%_8%之间，聚乙烯醇的醇解度低于92%。
[0013]进一步，所述纳米片层粘土为纳米锂藻土与焦磷酸钠的共混物。其中，纳米锂藻土的厚度为l_2nm，直径为20-30nm，化学结构通式为[Mg5.34LiQ.66Sis02。-(OH)4] NaQ.66，焦磷酸钠的化学通式为Na4P207，加入的质量分数为纳米锂藻土的7.68%ο
[0014]
【具体实施方式】
[0015]以下将详细描述本发明的示例性实施方法。但这些实施方法仅为示范性目的，而本发明不限于此。
[0016]
实施例1
一种生物质环保水性胶，由多种原料复配而成，包括有机硅改性淀粉水乳液、纳米片层粘土、接枝改性大豆蛋白、聚乙烯醇、增粘组分。
[0017]各组分的质量组份数为
有机硅改性淀粉水乳液:45份接枝改性大豆蛋白:32份纳米片层粘土:3.2份聚乙烯醇水溶液:8.5份增粘组分:1.5份
所述接枝改性淀粉水乳液的制备过程为:
1:淀粉的氧化:配制质量分数为42%的淀粉水乳液，搅拌下加入淀粉水乳液质量1.5%的质量浓度为1%的硫酸铜溶液，用质量分数为6%氢氧化钠水溶液调节pH值至9.5，后缓慢加入淀粉乳液质量2.2%的双氧水，恒温50°C反应3h，后以质量分数为3%的盐酸中和到pH值为6.0-6.5，再加入淀粉乳液1.5%，质量分数为10%的亚硫酸钠水溶液终止反应，最后经洗涤、烘干、粉碎得氧化淀粉A ;
I1:淀粉的有机硅表面改性:将氧化淀粉A分散于质量为其400%的水中，加入质量分数为3%的盐酸溶液，将其pH值调至5，将体系温度升至50°C后，逐滴加入质量为氧化淀粉A质量的25.6%质量的乙烯基三(β -甲氧基乙氧基)硅烷，并以180r