我们利用膨化食品的原理,成功地制得了膨化玉米淀粉为主要原料的各种胶粘剂,经应用取得了比较满意的效果。
1原理
玉米淀粉中有27%的直链淀粉,73%的支链淀粉。直链淀粉并不是伸展状态的直链,而是由于分子内氢键的作用卷曲成螺旋状。直链淀粉的这种紧密堆积的线圈式结构,有利于形成分子间氢键,不利于与水分子形成氢键,所以直链淀粉不易溶于冷水。支链淀粉有一个高度分支化的结构,由许多条短链组成,由于支链淀粉高度分支的结构,容易与水分子形成氢键,所以支链淀粉易溶于冷水,但是粘接性能较差。即无论直链淀粉还是支链淀粉,本身的粘接作用都不好,都不能直接作为胶粘剂使用,必须经过氧化或糊化后才能使用。糊化淀粉初粘力好,粘接强度大,可直接作为胶粘剂使用。
目前淀粉的糊化主要是加热糊化和碱糊化,我们选择的是另一种糊化方法:膨化糊化,经试用效果良好。根据膨化的原理,把粉碎的玉米碎粒装入膨化机中,进行加热加压和机械作用,使玉米处于高温高压状态。此时,迅速将膨化机的密封盖打开,在此瞬间,由于玉米被突然降至常温常压状态,巨大的能量释放出来,呈过热状态的水汽化蒸发,其体积可膨胀两千倍左右,从而产生了膨胀压力。巨大的膨胀压力使玉米组织遭到强大的爆破伸张作用,把玉米造成无数细微的海绵状结构,即玉米膨化了。
玉米经过膨化后,在宏观上表现在玉米的体积增大几倍至十几倍,多孔,海绵状,质地疏松;在微观上表现在玉米淀粉内部结构及化学成分的分子结构发生了变化,淀粉链间的氢键断裂,链发生移动,淀粉粒解体,降解,α-化。在膨化过程中,随着淀粉的降解,支链淀粉的一部分侧链被切割下来,即发生了α-1,6苷键断裂,使较短的直链淀粉的比例增加。膨化不仅导致了支链淀粉的降解,而且还能引起直链淀粉中α-1,4苷键断裂,产生小分子物质,即发生淀粉的糊精化作用。这些都使原来在螺旋圈内的羟基裸露在了外面,可与水分了α-1,6苷键断裂,使较短的直链淀粉的比例增加。膨化不仅导致了支键淀粉的降解,而且还能引起直链淀粉中α-1,4苷键断裂,产生小分子物质,即发生淀粉的糊精化作用。这些都使原来的螺旋圈内的羟基裸露在外面,可与水分子形成氢键,使本来不易溶于水的也变得易溶于水了。即膨化后的玉米淀粉结构疏松,海绵状,易溶于水。在水中浸润、膨胀,粘度增加,初粘力增强,粘接强度明显提高,这就使得膨化的玉米淀粉可直接作为胶粘剂使用。
2实验
2.1实验药品和仪器
玉米,硼砂,膨化机。实验过程取100ｋｇ洁净的玉米,经脱皮,破渣,提脐,硼砂水溶液处理后,在膨化机中加热,加压,搅拌膨化,粉碎,过筛,包装备用。
2.2工艺流程
玉米→脱皮→破渣→提脐→硼砂水溶液处理→膨化→粉碎→过筛→质检→包装
2.3操作要点
取洁净的玉米经脱皮、破渣、提取玉米胚芽,制成玉米碎粒,质量要达到无皮无脐。将玉米碎粒直接放入膨化机内膨化,膨化后随时用粉碎机粉碎,过筛,收集200目细粉,即可得膨化玉米淀粉。每100ｋｇ玉米可制得70ｋｇ膨化玉米淀粉。
3应用
3.1壁纸胶粉
壁纸胶粘剂以前多用白乳胶,由于它的耐冻性差,冬天使用受到一定的限制。现在有各种各样的壁纸胶粘剂,它们的粘接效果较好,但是成本较高。如果使用膨化玉米淀粉来配制壁纸胶粘剂,它粘接效果好,成本低,使用方便。
配方(质量分数):
膨化玉米淀粉,096;水杨酸,002;五氯酚钠,001;双乙酸钠,001。
混合均匀后过筛,包装即得成品。
使用方法:
取壁纸胶粉1ｋｇ,加入1ｋｇ冷水,搅拌均匀即得糊状壁纸胶。随用随调,使用非常方便。产品可以长期储存。它粘接的壁纸平整,初粘性好,不翘边,壁纸不变色,且不会被虫蛀。
3.2瓦楞纸箱胶粘剂粉
瓦楞纸箱的粘合以前都是用泡花碱,因为它易返潮、有毒,现在许多地方已被玉米淀粉胶粘剂所代替。玉米淀粉胶粘剂质量轻,粘接强度大,无毒,但是它的自然干燥速度太慢,使它的普遍应用受到一定的限制。而膨化玉米淀粉胶粘剂的初粘性能好,粘接强度大,干燥速度快,使用方便。配方(质量分数):膨化玉米淀粉,083;高锰酸钾,002;六偏磷酸钠,002;苯甲酸钠,003;钠基膨润土,010。混合均匀后过筛,包装即得成品。使用方法:取瓦楞纸箱胶粘剂粉1ｋｇ加入5ｋｇ冷水,搅拌均匀后即可使用,用法与泡化碱相同。该粘合剂使用时流速好,不甩胶,不跑边,无腐蚀,无毒。6个小时可进行下道工序,不毛边,不塌楞,硬度大,质量轻,粘接强度大。
3.3油田助剂
在油田上使用的水溶性聚合物主要有羧甲基纤维素、羧甲基淀粉、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸等。它们对油田中水垢的抑制、油田堵水、提高石油开采量等起着重要作用。由于膨化玉米淀粉易溶解、粘性大、耐高温、成本低,所以是上述产品的理想替代物。
膨化玉米淀粉,075;六偏磷酸钠,005;聚丙烯酰胺,007;苯甲酸钠,003;钙基膨润土,010。
取油田助剂粉1ｋｇ,加入4ｋｇ冷水,搅拌均匀后用泵注入井下。该助剂比使用羧甲基纤维素价格可以降低许多,由于它粘性大,吸附泥浆能力强,可使原油产量显著提高
3.4纺织浆料粉
纺织品上浆以前多用淀粉溶液,通过直接加热来使用。它费工费时,消耗大量的能量。现在多使用淀粉和聚乙烯醇的混合物,由于是加热使用,给应用带来一定的不方便。使用膨化玉米淀粉加入冷水就可溶解,省工省时,节省能源,使用非常方便。
膨化玉米淀粉,085;三聚磷酸钠,005;氧化聚乙烯蜡,008;苯甲酸钠,002。
混合均匀后筛,包装即得成品。
取纺织浆料粉1ｋｇ,加入20ｋｇ冷水,搅拌均匀即可使用,用法同一般的纺织浆料。由于该浆料浆出的线软硬合适,手感好,断纱率明显减少。