3
5 мая 2024
Для написания этой статьи был произведен эксперимент на одном из заводов по производству гофрокартона.
Описание эксперимента:
1. Крахмал-носитель
После смешивания воды (температура 40 ± 2) ℃ с кукурузным крахмалом медленно добавили около четверти общего количества NaOH (не более четверти, со значением pH от 11 до 12), затем добавили катализатор FeSO4, после этого добавили H2O2 за несколько раз. Окисление происходило в течение 1,5-2 часов, после окисления добавили остальную часть NaOH, перемешивая, поддерживая температуру не выше 50 ℃.
2. Основной крахмал
Нужно добавить раствор буры в воду с температурой 40 ± 2 ℃. Бура предварительно должна быть растворена в горячей воде. В полученный раствор, постоянно помешивая, нужно добавить кукурузный крахмал и продолжать перемешивать до полного равномерного диспергирования.
3. Смесь
Затем крахмал-носитель при постоянном помешивании добавили в основной крахмал, тщательно перемешали в течение 20-30 минут и держали в тепле еще 10-30 минут. Изменение соотношения воды в порошке в эксперименте контролировали изменением расхода воды. Количество крахмала в носителе: количество используемого крахмала составляет примерно 1: 3,5.
Обсуждение влияющих факторов
1. Влияние соотношения порошка к воде
Низкое соотношение порошка к воде означает, что в процессе сушки необходимо испарить меньше воды. Для достижения более высокой скорости сушки содержание воды в клее должно быть низким.
Тем не менее, слишком низкое соотношение порошка к воде не способствует текучести клея, линия по производству гофрированного картона имеет высокие требования к текучести клея, высокая текучесть может удовлетворить требования быстрого и равномерного покрытия. Очевидно, что большое водопотребление способствует снижению вязкости клея.
Следовательно, нужно найти лучшее соотношение воды и порошка в реальном производстве, чтобы получить правильную вязкость. В таблице 1 представлено влияние соотношения вода-порошок на вязкость в экспериментальных условиях.
Таблица 1
Эффект различного соотношения вода-порошок и его влияние на вязкость
Вязкость в таблице определена методом “четырех чашек”. Как видно из таблицы, соотношение порошка и воды лучше между 1:4,4 и 1:4,8. На данный момент вязкость 37~53S больше подходит для использования на производстве.
2. Влияние окислителя (H2O2)
Окислительная модификация происходит в основном за счет окисления, так что гликозидная связь крахмала-глюкозы частично разрушается и разлагается. Это приводит к деполимеризации, снижению молекулярной массы, повышению растворимости в воде, таким образом, можно приготовить клей с высоким содержанием твердого вещества и низкой вязкостью, который повышает способность к сушке и позволяет окислению преобразовывать гидроксильную группу в крахмале в альдегидную группу, это увеличивает количество карбоксильной группы в сочетании с бумажным волокном, в результате чего адгезионная сила окисленного крахмала значительно улучшается. Кроме того, образующаяся после окисления альдегидная группа обладает антикоррозионным действием, что улучшает антикоррозионную способность клея, а карбоксильная группа значительно улучшает стабильность клея.
Окислителями, обычно используемыми в крахмальных клеях, являются главным образом KMnO4, NaClO и H2O2. Путем сравнения в этой статье в качестве окислителя носителя крахмала выбрана H2O2 (перекись водорода), химическое соединение, обладающее высокой окислительной способностью, низкой дозировкой, нетоксичностью, безвкусное и бесцветное, не вносящее примесные ионы в реакцию во время процесса окисления. Под действием H2O2 гидроксильная группа на крахмально-глюкозном звене превращается в альдегидную группу, кетоновую группу, а затем окисляется в карбоксильную группу. Гликозидная связь молекулы разрывается, что препятствует молекулярной ассоциации, снижает степень полимеризации, макромолекулярную деградацию, а также уменьшает молекулярную массу крахмала, что придает клеевой жидкости определенную текучесть.
Окисленный крахмал, полученный при надлежащем контроле степени окисления, обладает хорошей растворимостью в воде, сродством, проницаемостью и адгезией. Если количество H2O2 слишком велико, вместо окисления крахмал будет слишком сильно окислен, что приведет к чрезмерной деградации крахмала, низкой вязкости клея, даже уменьшит несущую способность и адгезионную способность основного крахмала.
Таблица 2
Влияние содержания H2O2 на вязкость клея
В таблице 2 показана зависимость между вязкостью клея и количеством H2O2 в экспериментальных условиях. Как видно из таблицы 2, вязкость клея существенно меняется в зависимости от количества H2O2. В начале вязкость быстро снижается. Когда количество H2O2 изменяется примерно на 2,0% (с учетом общего количества крахмала), вязкость клея изменяется незначительно. Когда содержание H2O2 превышает 24%, вязкость уменьшается с увеличением содержания окислителя. При использовании H2O2 в качестве окислителя вязкость составляет от 40 до 46 с, поэтому оптимальная дозировка составляет от 1,6% до 2,4%. В целом, изменение дозировки H2O2 от 0,8% до 2,8% не оказывает очевидного влияния на вязкость клея, что в основном связано с небольшой долей крахмала-носителя в общем количестве крахмала.
3. Влияние дозировки NaOH
NaOH, как клейстеризатор, выполняет три основные функции: одна — регулировать значение рН и обеспечивать щелочные условия окисления; вторая — объединиться с гидроксильной группой в кукурузном крахмале, разрушая часть водородной связи, уменьшая межмолекулярные силы крахмала и снижая температуру клейстеризации. Третья — изменить карбоксильную группу окисленного крахмала на натриевую соль и повысить гидрофильность и растворимость.
Фактически, окисленный крахмал сам по себе нерастворим в воде и не имеет адгезии, для чего требуется гидроксид натрия для стимуляции клейстеризации, гидроксид натрия интегрирован с молекулами крахмала в гидроксильную группу, предотвращая связывание крахмала между водородной связью, в то же время стимулирует набухание крахмала и клейстеризацию, увеличение вязкости, улучшение адгезии, стабилизацию ликвидности и увеличение времени хранения.
Таблица 3
Влияние содержания NaOH на вязкость клея
В таблице 3 показано изменение вязкости клея в зависимости от количества NaOH. Как видно из таблицы, вязкость клеевой жидкости практически не увеличивается с увеличением дозировки NaOH. При дозировке 5,5% вязкость достигла 53 С; когда дозировку продолжают увеличивать до 12%, вязкость составляет 131 С. Когда количество NaOH превышает 12%, вязкость имеет тенденцию к снижению.
Причина в том, что при добавлении определенного количества гидроксида натрия частицы крахмала набухают до определенной степени, а затем распадаются и становятся тоньше после нахождения в растворе щелочи. С точки зрения текучести целесообразно контролировать количество NaOH на уровне 4,4–5,5% от общего количества крахмала.
4. Влияние количества буры на вязкость
Бура, как соединяющий агент, может увеличивать вязкость раствора клея и повышать начальную вязкость. Это связано с тем, что бура может соединяться с альдегидной группой и карбоксильной группой полностью расширенного окисленного крахмала в качестве лигандов с образованием многоядерных лигандных соединений. Слишком большая доза буры приведет к получению продукта с высокой когезией и образованию геля. Если дозировка слишком мала, эффект комплексообразования и начальная вязкость не могут быть достигнуты.
Таблица 4
Влияние содержания буры на вязкость клея
В таблице 4 показано возрастающее соотношение между содержанием буры и вязкостью в экспериментальных условиях. Как видно из таблицы, с увеличением количества буры вязкость имеет тенденцию к росту, когда количество буры находится в диапазоне 0,8% ~ 1,4%, вязкость между 40 ~ 49С составляет полезный диапазон.
5. Влияние добавки катализатора на вязкость.
- Влияние порядка добавления катализатора на вязкость
Порядок добавления катализатора и небольшого количества NaOH для корректировки значения рН по-разному влиял на экспериментальные результаты. В ходе эксперимента было установлено, что при добавлении небольшого количества NaOH, а затем FeSO4 цвет полученного клея был светло-желтым, а вязкость была на 4-6 с выше, чем при добавлении небольшого количества NaOH, добавляемого после сульфата железа. При добавлении небольшого количества FeSO4, а затем NaOH цвет полученного клея был молочно-белым.
Причина может заключаться в том, что при добавлении сначала NaOH большая часть NaOH участвовала в клейстеризации крахмала, а очень небольшое количество OH- и Fe2+ образовывало осадок Fe(OH)2. Избыточное количество Fe2+ вызывало частичное и эффективное разложение H2O2, и количество H2O2, вовлеченное в окисление, уменьшалось. Когда сначала добавляли FeSO4, а затем NaOH, Fe2+ и OH- сразу выпадали в осадок. Значение pH уменьшалось по мере добавления H2O2, Fe(OH)2 имеет определенную степень растворимости и медленно вступает в роль катализатора, так что H2O2 может более полно достичь цели окисления крахмала, тем самым снижая вязкость клея.
Кроме того, H2O2 само по себе обладает отбеливающим эффектом, поэтому цвет клеевого раствора получался хорошим. Таким образом, эффект катализатора FeSO4 был лучше, если он добавлялся первым, чем при добавлении после NaOH.
- Влияние дозировки катализатора на вязкость
В таблице 5 показано влияние количества сульфата железа в катализаторе на вязкость. С увеличением количества катализатора вязкость уменьшается, но количество катализатора в определенной степени увеличивается, и вязкость клея медленно увеличивается. Это указывает на то, что Fe2+ может катализировать окисление H2O2 на крахмале, что приводит к разрушению молекулярной цепи крахмала и снижению вязкости.
Таблица 5
Влияние FeSO4 на вязкость клея
Однако с увеличением дозы Fe2+ вязкость в некоторой степени увеличивается, возможно, потому, что Fe2+ оказывает определенное комплексообразующее действие на молекулярную цепь крахмала.
6. Влияние времени окисления на вязкость.
Таблица 6 представляет влияние времени окисления на вязкость клея: время окисления велико, глубина окисления большая, вязкость также уменьшится. Однако, если время окисления слишком велико, молекулярная цепь крахмала слишком мала и коротка, это приводит к недостаточному покрытию, плохой начальной вязкости и легкому отслоению картона, это также не подходит для производственных процессов.
Таблица 6
Влияние времени окисления на вязкость клея
Если время окисления слишком короткое, это приведет к недостаточной степени разрушения молекулярной цепи крахмала, вызовет большую вязкость, а эффект модификации окисления будет неподходящим.
Заключение
1. Соотношение воды и порошка оказывает большое влияние на вязкость двухступенчатого крахмального клея. Учитывая только вязкость, подходящее соотношение порошка и воды составляет 1:4,4 ~ 1:4,7.
2. Использование H2O2 подходит для окисления крахмального носителя для улучшения несущей способности и твердого содержания основного крахмала, вязкость полученного крахмального клея находится в диапазоне 40-50 с с хорошей текучестью, при этом количество H2O2 составляет 1,6% ~ 2,4. %, количество NaOH составляет 4,4% ~ 5% от общего количества крахмала, а количество буры составляет 0,8% ~ 1,4%.
3. Катализатор FeSO4 был добавлен перед небольшим количеством NaOH для регулирования pH, чтобы сделать реакцию окисления более полной, и соответствующее время окисления составляло 1,5-2 часа.
Описание эксперимента:
1. Крахмал-носитель
После смешивания воды (температура 40 ± 2) ℃ с кукурузным крахмалом медленно добавили около четверти общего количества NaOH (не более четверти, со значением pH от 11 до 12), затем добавили катализатор FeSO4, после этого добавили H2O2 за несколько раз. Окисление происходило в течение 1,5-2 часов, после окисления добавили остальную часть NaOH, перемешивая, поддерживая температуру не выше 50 ℃.
2. Основной крахмал
Нужно добавить раствор буры в воду с температурой 40 ± 2 ℃. Бура предварительно должна быть растворена в горячей воде. В полученный раствор, постоянно помешивая, нужно добавить кукурузный крахмал и продолжать перемешивать до полного равномерного диспергирования.
3. Смесь
Затем крахмал-носитель при постоянном помешивании добавили в основной крахмал, тщательно перемешали в течение 20-30 минут и держали в тепле еще 10-30 минут. Изменение соотношения воды в порошке в эксперименте контролировали изменением расхода воды. Количество крахмала в носителе: количество используемого крахмала составляет примерно 1: 3,5.
Обсуждение влияющих факторов
1. Влияние соотношения порошка к воде
Низкое соотношение порошка к воде означает, что в процессе сушки необходимо испарить меньше воды. Для достижения более высокой скорости сушки содержание воды в клее должно быть низким.
Тем не менее, слишком низкое соотношение порошка к воде не способствует текучести клея, линия по производству гофрированного картона имеет высокие требования к текучести клея, высокая текучесть может удовлетворить требования быстрого и равномерного покрытия. Очевидно, что большое водопотребление способствует снижению вязкости клея.
Следовательно, нужно найти лучшее соотношение воды и порошка в реальном производстве, чтобы получить правильную вязкость. В таблице 1 представлено влияние соотношения вода-порошок на вязкость в экспериментальных условиях.
Таблица 1
Эффект различного соотношения вода-порошок и его влияние на вязкость
Вязкость в таблице определена методом “четырех чашек”. Как видно из таблицы, соотношение порошка и воды лучше между 1:4,4 и 1:4,8. На данный момент вязкость 37~53S больше подходит для использования на производстве.
2. Влияние окислителя (H2O2)
Окислительная модификация происходит в основном за счет окисления, так что гликозидная связь крахмала-глюкозы частично разрушается и разлагается. Это приводит к деполимеризации, снижению молекулярной массы, повышению растворимости в воде, таким образом, можно приготовить клей с высоким содержанием твердого вещества и низкой вязкостью, который повышает способность к сушке и позволяет окислению преобразовывать гидроксильную группу в крахмале в альдегидную группу, это увеличивает количество карбоксильной группы в сочетании с бумажным волокном, в результате чего адгезионная сила окисленного крахмала значительно улучшается. Кроме того, образующаяся после окисления альдегидная группа обладает антикоррозионным действием, что улучшает антикоррозионную способность клея, а карбоксильная группа значительно улучшает стабильность клея.
Окислителями, обычно используемыми в крахмальных клеях, являются главным образом KMnO4, NaClO и H2O2. Путем сравнения в этой статье в качестве окислителя носителя крахмала выбрана H2O2 (перекись водорода), химическое соединение, обладающее высокой окислительной способностью, низкой дозировкой, нетоксичностью, безвкусное и бесцветное, не вносящее примесные ионы в реакцию во время процесса окисления. Под действием H2O2 гидроксильная группа на крахмально-глюкозном звене превращается в альдегидную группу, кетоновую группу, а затем окисляется в карбоксильную группу. Гликозидная связь молекулы разрывается, что препятствует молекулярной ассоциации, снижает степень полимеризации, макромолекулярную деградацию, а также уменьшает молекулярную массу крахмала, что придает клеевой жидкости определенную текучесть.
Окисленный крахмал, полученный при надлежащем контроле степени окисления, обладает хорошей растворимостью в воде, сродством, проницаемостью и адгезией. Если количество H2O2 слишком велико, вместо окисления крахмал будет слишком сильно окислен, что приведет к чрезмерной деградации крахмала, низкой вязкости клея, даже уменьшит несущую способность и адгезионную способность основного крахмала.
Таблица 2
Влияние содержания H2O2 на вязкость клея
В таблице 2 показана зависимость между вязкостью клея и количеством H2O2 в экспериментальных условиях. Как видно из таблицы 2, вязкость клея существенно меняется в зависимости от количества H2O2. В начале вязкость быстро снижается. Когда количество H2O2 изменяется примерно на 2,0% (с учетом общего количества крахмала), вязкость клея изменяется незначительно. Когда содержание H2O2 превышает 24%, вязкость уменьшается с увеличением содержания окислителя. При использовании H2O2 в качестве окислителя вязкость составляет от 40 до 46 с, поэтому оптимальная дозировка составляет от 1,6% до 2,4%. В целом, изменение дозировки H2O2 от 0,8% до 2,8% не оказывает очевидного влияния на вязкость клея, что в основном связано с небольшой долей крахмала-носителя в общем количестве крахмала.
3. Влияние дозировки NaOH
NaOH, как клейстеризатор, выполняет три основные функции: одна — регулировать значение рН и обеспечивать щелочные условия окисления; вторая — объединиться с гидроксильной группой в кукурузном крахмале, разрушая часть водородной связи, уменьшая межмолекулярные силы крахмала и снижая температуру клейстеризации. Третья — изменить карбоксильную группу окисленного крахмала на натриевую соль и повысить гидрофильность и растворимость.
Фактически, окисленный крахмал сам по себе нерастворим в воде и не имеет адгезии, для чего требуется гидроксид натрия для стимуляции клейстеризации, гидроксид натрия интегрирован с молекулами крахмала в гидроксильную группу, предотвращая связывание крахмала между водородной связью, в то же время стимулирует набухание крахмала и клейстеризацию, увеличение вязкости, улучшение адгезии, стабилизацию ликвидности и увеличение времени хранения.
Таблица 3
Влияние содержания NaOH на вязкость клея
В таблице 3 показано изменение вязкости клея в зависимости от количества NaOH. Как видно из таблицы, вязкость клеевой жидкости практически не увеличивается с увеличением дозировки NaOH. При дозировке 5,5% вязкость достигла 53 С; когда дозировку продолжают увеличивать до 12%, вязкость составляет 131 С. Когда количество NaOH превышает 12%, вязкость имеет тенденцию к снижению.
Причина в том, что при добавлении определенного количества гидроксида натрия частицы крахмала набухают до определенной степени, а затем распадаются и становятся тоньше после нахождения в растворе щелочи. С точки зрения текучести целесообразно контролировать количество NaOH на уровне 4,4–5,5% от общего количества крахмала.
4. Влияние количества буры на вязкость
Бура, как соединяющий агент, может увеличивать вязкость раствора клея и повышать начальную вязкость. Это связано с тем, что бура может соединяться с альдегидной группой и карбоксильной группой полностью расширенного окисленного крахмала в качестве лигандов с образованием многоядерных лигандных соединений. Слишком большая доза буры приведет к получению продукта с высокой когезией и образованию геля. Если дозировка слишком мала, эффект комплексообразования и начальная вязкость не могут быть достигнуты.
Таблица 4
Влияние содержания буры на вязкость клея
В таблице 4 показано возрастающее соотношение между содержанием буры и вязкостью в экспериментальных условиях. Как видно из таблицы, с увеличением количества буры вязкость имеет тенденцию к росту, когда количество буры находится в диапазоне 0,8% ~ 1,4%, вязкость между 40 ~ 49С составляет полезный диапазон.
5. Влияние добавки катализатора на вязкость.
- Влияние порядка добавления катализатора на вязкость
Порядок добавления катализатора и небольшого количества NaOH для корректировки значения рН по-разному влиял на экспериментальные результаты. В ходе эксперимента было установлено, что при добавлении небольшого количества NaOH, а затем FeSO4 цвет полученного клея был светло-желтым, а вязкость была на 4-6 с выше, чем при добавлении небольшого количества NaOH, добавляемого после сульфата железа. При добавлении небольшого количества FeSO4, а затем NaOH цвет полученного клея был молочно-белым.
Причина может заключаться в том, что при добавлении сначала NaOH большая часть NaOH участвовала в клейстеризации крахмала, а очень небольшое количество OH- и Fe2+ образовывало осадок Fe(OH)2. Избыточное количество Fe2+ вызывало частичное и эффективное разложение H2O2, и количество H2O2, вовлеченное в окисление, уменьшалось. Когда сначала добавляли FeSO4, а затем NaOH, Fe2+ и OH- сразу выпадали в осадок. Значение pH уменьшалось по мере добавления H2O2, Fe(OH)2 имеет определенную степень растворимости и медленно вступает в роль катализатора, так что H2O2 может более полно достичь цели окисления крахмала, тем самым снижая вязкость клея.
Кроме того, H2O2 само по себе обладает отбеливающим эффектом, поэтому цвет клеевого раствора получался хорошим. Таким образом, эффект катализатора FeSO4 был лучше, если он добавлялся первым, чем при добавлении после NaOH.
- Влияние дозировки катализатора на вязкость
В таблице 5 показано влияние количества сульфата железа в катализаторе на вязкость. С увеличением количества катализатора вязкость уменьшается, но количество катализатора в определенной степени увеличивается, и вязкость клея медленно увеличивается. Это указывает на то, что Fe2+ может катализировать окисление H2O2 на крахмале, что приводит к разрушению молекулярной цепи крахмала и снижению вязкости.
Таблица 5
Влияние FeSO4 на вязкость клея
Однако с увеличением дозы Fe2+ вязкость в некоторой степени увеличивается, возможно, потому, что Fe2+ оказывает определенное комплексообразующее действие на молекулярную цепь крахмала.
6. Влияние времени окисления на вязкость.
Таблица 6 представляет влияние времени окисления на вязкость клея: время окисления велико, глубина окисления большая, вязкость также уменьшится. Однако, если время окисления слишком велико, молекулярная цепь крахмала слишком мала и коротка, это приводит к недостаточному покрытию, плохой начальной вязкости и легкому отслоению картона, это также не подходит для производственных процессов.
Таблица 6
Влияние времени окисления на вязкость клея
Если время окисления слишком короткое, это приведет к недостаточной степени разрушения молекулярной цепи крахмала, вызовет большую вязкость, а эффект модификации окисления будет неподходящим.
Заключение
1. Соотношение воды и порошка оказывает большое влияние на вязкость двухступенчатого крахмального клея. Учитывая только вязкость, подходящее соотношение порошка и воды составляет 1:4,4 ~ 1:4,7.
2. Использование H2O2 подходит для окисления крахмального носителя для улучшения несущей способности и твердого содержания основного крахмала, вязкость полученного крахмального клея находится в диапазоне 40-50 с с хорошей текучестью, при этом количество H2O2 составляет 1,6% ~ 2,4. %, количество NaOH составляет 4,4% ~ 5% от общего количества крахмала, а количество буры составляет 0,8% ~ 1,4%.
3. Катализатор FeSO4 был добавлен перед небольшим количеством NaOH для регулирования pH, чтобы сделать реакцию окисления более полной, и соответствующее время окисления составляло 1,5-2 часа.
Источник:
Fulimachinery
