淀粉基胶粘剂在建筑涂料中的应用

发布时间：2019-07-10 09:57:30点击率：

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涂覆于建筑物及与建筑物相关的物体，对建筑物起装饰、保护、特殊功能等作用，或者几种作用兼而有之的成膜物质被习惯地称为建筑涂料。其一般是由基料、填料、颜料、助剂以及分散介质(溶剂或水)组成。为了满足应用的需要，近年来世界各国在建筑涂料的装饰、保护基材的功能基础上，常在传统涂料中添加一些专用材料，大力发展功能性涂料，如防火防水涂料、保温涂料、防霉涂料、环保涂料、杀虫涂料以及发光涂料等等。而淀粉及其衍生物在建筑涂料中的应用正适应了功能性涂料的发展趋势和要求。以淀粉作为粘合剂(基料)生产的涂料，主要用于建筑物内墙面的装饰。基料是建筑涂料的主要成膜物质，也称胶粘剂，是涂料配方的主要成分和基础，它的组成、性质对涂装于建筑物表面的膜的特性(光度、耐水性、耐磨性、耐擦洗性能、耐候性等)起着决定性作用。以淀粉衍生物为基料生产的建筑涂料综合性能得到了加强，如流平性、涂刷性、防沉淀性均得到改善，克服了传统聚乙烯醇建筑内墙涂料流平性、涂刷性、防沉淀性差的缺点。淀粉衍生物建筑涂料的耐水性、稳定性、流动性、相容性、均一性、附着力、遮盖力均能达到建筑涂料基料的要求，且其不含甲醛，对人体无危害。由于淀粉是天然可食性原料，它的衍生物涂料对环境安全、无毒，是一种绿色环保的建筑涂料，具有广阔的发展前景。

1 几种淀粉衍生物在建筑涂料中的应用淀粉衍生物是将淀粉采用物理、化学或酶的手段来改变其性质，通过分子切断、重排、氧化或在淀粉分子中引人取代基使得性质发生变化、加强或具有新的性质的淀粉产品[5]。在建筑涂料中用到的淀粉衍生物主要有氧化淀粉、双醛淀粉、交联淀粉、经烷基淀粉和多孔淀粉等。 1.1 氧化淀粉氧化淀粉是淀粉分子中的某些部分如化学性质较为活泼的经基、醛基氧化，糖昔键等碱性水解。在氧化剂作用下，淀粉分子中较活泼的轻基被有限地氧化为醛基、酮基、竣基，分子中的糖昔键部分发生断裂，这样使淀粉分子的官能团发生变化，聚合度降低，适当控制氧化程度而制得的氧化淀粉，具有良好的溶水性、亲和力、浸润性、粘结性，经碱糊化后，即成为粘合剂[6]。此粘合剂在建筑涂料中得到广泛应用。目前氧化淀粉的氧化剂主要有次氯酸钠、双氧水和高锰酸钾，还有少量氧化过程使用过氧酸、高碘酸等[7]。薛国庆等[8]研究了用氯气作为氧化剂在碱性条件下制备涂料用淀粉胶的工艺过程:将原淀粉在碱性条件下通人氯气氧化，然后依次加人硼砂水溶液和定量已完全溶解的梭甲基纤维素(CMC)水溶液，搅拌均匀。得到不含甲醛的环保型氧化淀粉胶。利用此氧化淀粉胶生产的涂料的粘合性和稳定性良好，不凝冻，附着力和遮盖效果好，刷涂时不流栓、平整、不脱粉，在贮存期间颜色和稳定性无变化。曾丽娟等[9]采用双氧水作氧化剂，硫酸亚铁为催化剂在碱性条件下制备氧化淀粉，然后进一步交联处理，使其耐水性、稳定性呱动性、相容性、均一性、附着力和遮盖力均能达到建筑涂料基料的要求。不同的氧化剂对淀粉进行变性制得的氧化淀粉性能不同。用次氯酸钠作氧化剂其优点是价格便宜，不产生有色物质，可以保证产品的色泽，但次氯酸钠氧化淀粉胶液泡沫丰富、氧化时间长、氧化程度难以控制、氧化剂浪费大，且次氯酸钠稳定性差，生产和氧化过程中污染较大;高锰酸钾作为氧化剂，氧化时间短，终点易控制，氧化剂耗量少，安全稳定，但是其还原产物是二价锰离子，二价锰离子在糊化时生成氢氧化锰，氢氧化锰和空气中的氧气反应进一步生成三氧化二锰和二氧化锰水合物，而三氧化二锰和二氧化锰水合物使胶液呈棕色，无法作为涂料的基料使用[10]双氧水自身和还原产物均无毒、无色、安全无污染，并且氧化效果及产品性能较好。因此选择双氧水作氧化剂对原淀粉进行氧化，得到的氧化淀粉胶粘剂在建筑涂料中使用效果较好。 1.2 双醛淀粉双醛淀粉是由高碘酸及其盐氧化淀粉生成的淀粉衍生物。双醛淀粉分子中含有许多易反应的醛基官能团，具有许多优越的物化、生化特性，如碱溶性、易交联接枝、粘接力强、容易糊化和不易发霉等性能，并且具有良好的卫生安全性、生物降解性、化学活性，应用广泛。在建筑行业的乳胶涂料中含有酪蛋白、聚乙烯醇或聚丙烯酞胺，加入适量的双醛淀粉可提高涂料的防水性能。双醛淀粉与亚硫酸氢盐加合物可代替阿拉伯树胶、右旋糖醉和聚乙烯醇作为涂料的稳定剂、增稠剂以及交联剂，提高产品的稳定性[11]。除此之外，双醛淀粉无毒，不含甲醛。双醛淀粉与醋酸乙烯聚合物配合，可作建筑材料的粘接剂和无机材料的表面处理剂。加人它能防止出碱和涂料吸人无机材料孔中，增强涂料的附着性能[12]。双醛淀粉毒性低、安全性好、化学反应活性高，在建筑涂料中应用具有较大优势。 1.3 交联淀粉交联淀粉是淀粉与具有二个或者多个官能团的化学试剂起反应，不同淀粉分子的经基间形成醚化或醋化键而交联起来制得的淀粉衍生物[13]。制备交联淀粉的方法一般是加交联剂于碱性淀粉乳中，在20-50℃起反应，达到要求的反应程度后，中和、过滤、水洗和干燥阎。交联淀粉具有较高的冷冻稳定性;对酸、碱和剪切作用稳定性高等，这些优良的性质使得交联淀粉在建筑涂料中得到很好的应用。过去的交联淀粉涂料是以尿素作交联剂进行淀粉的化学改性的。尿素作交联剂，进行淀粉的改性，价格便宜，原料易得，水溶性强，易操作。但是单纯用尿素作为交联剂，结果淀粉胶的粘接力不够。根据这种情况，白志诚等[14]在一种高性能复合助剂(FH)作用下，用尿素与淀粉发生交联，得到一种混合交联淀粉胶。此淀粉胶的交联度和粘接度大大提高，从根本上解决淀粉涂料的附着力问题;它与无机填料表面充分润湿紧密靠拢，进一步解决涂料的均匀性和稳定性问题;在调配时，采用合理的胶包粉调制技术，使胶液均匀地覆盖于填料表面，形成有机保护薄膜，解决涂料表面的光洁度问题。黄裕杰等[15]采用毒性较小的乙二醛作为交联剂，在酸催化下对玉米淀粉进行交联改性，通过正交实验，获得了耐水性较好的交联淀粉。由于此交联淀粉胶具有很好的耐水性，可以在防水涂料中得到较好应用。 1.4 轻烷基淀粉经烷基淀粉是淀粉与环氧烷化合物起反应生成的经烷基淀粉衍生物，工业上主要生产轻乙基和经丙基淀粉。在建筑涂料中，使用经乙基淀粉作为涂料胶粘剂。经乙基淀粉为非离子型，与其它胶料以及涂料中的各组分的相容性好;轻乙基淀粉糊流动性好，具有良好的成膜性;凝沉性弱，粘度稳定，制备的涂料稳定，有利于施涂，涂层均匀[16]。徐立宏等[17]用经乙基淀粉代替价格昂贵的轻乙基纤维素用做涂料增稠剂，不但能使涂料增稠，同时还能使涂料有优异的流变性。 1.5 多孔淀粉多孔淀粉是一种新型的变性淀粉，是将具有生淀粉酶活力的酶在低于糊化温度下作用于生淀粉而形成的多孔性蜂窝状产物[18]。多孔淀粉表面布满了直径为1Et, m左右的小孔，小孔由表面向中心深人，孔的容积占颗粒体积50%左右，因此具有良好的吸附性能，且对目的物有缓释作用。多孔淀粉是一种来源广泛、廉价的纯天然物质，安全、无毒，使用剂量不受限制;其可生物降解;制备工艺简单，应用广泛，适应性强[19]。常用的内墙涂料在掺人杀虫剂以后，对蚊蝇可达到触杀的目的。这种产品可广泛应用于家畜饲养房，在夏季来临之前涂森于饲养房的内墙，可以保证牲畜不受蚊虫侵扰，但一般在1周后，杀虫剂成分完全失效，不能达到长期杀虫效果。所以需加人可控制杀虫剂成分挥发、达到缓释作用的物质—--多孔淀粉。吸附除虫剂的多孔淀粉建筑涂料的制备:将淀粉投人盛有60℃左右温水的反应锅内进行搅拌，勿使沉淀，然后缓慢加人2%淀粉干重的H102(30%),使淀粉充分氧化，再将10%烧碱液加人反应器内，恒温搅拌1.5-2h，待液体中气泡大部分消失后，冷却至40-45℃，加入适量吸附有除虫剂多孔淀粉(将除虫剂直接加人多孔淀粉中，让其物理吸附形成)，在不断搅拌下加人10%的硼砂溶液(需水浴溶解)，硼砂和糊精发生络合反应，粘度逐渐提高，继续搅拌0.5h，就可制得融合剂，再搅拌0.5h得成品Imp。多孔淀粉作为一种优良的吸附和缓释剂，在吸附了除虫剂后加人建筑内墙涂料，可以达到理想的效果。特别是在粉刷涂料期间，杀虫剂释放量很少，保护了操作工人的安全，随后能平缓的释放，持续较长时间。由于试验仪器的限制，对多孔淀粉加人后的涂料涂膜机械性能(附着力、强度等)还有待进一步研究。同时，在涂料的制备中，由于原料主要成分为淀粉，需考虑加人防霉剂，以抑制霉菌的生长，同时还需进一步改进工艺，延长挥发时间和控制挥发量，确保杀虫效果。

2 淀粉胶粘剂在建筑涂料中的应用现状及发展前景传统的建筑涂料存在颜色不均匀、遇水或湿气即会脱落、涂料易霉易变质、涂膜强度低、附着力和耐水性差，有效使用期限短等问题，而以淀粉衍生物为基料生产的建筑涂料很大程度上改变这些缺陷，如流平性、涂刷性、防沉淀性均好。淀粉基涂料生产工艺简单，产品价格低于传统建筑涂料;它是一种绿色、环保型涂料，不含甲醛，对人体无危害，符合了世界各国推行的环保政策。我国是农业大国，淀粉资源极为丰富、价廉，且是可再生资源。加了淀粉胶粘剂的建筑涂料综合性能优良，价格低，具有环保优势。尽管如此，由于淀粉原料本身性质的制约，淀粉衍生物作为建筑涂料的基料在防霉、附着力、强度等方面还有待进一步研究。

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