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。