4.2淀粉糊化详解

第四章淀粉糊化第一节淀粉的糊化与糊化温度淀粉乳：对生淀粉浆进行不停的搅拌可使淀粉颗粒悬浮于水中，形成白色悬液乳。淀粉糊：淀粉在水介质中，通过用化学试剂或升温等方法使淀粉发生膨胀和胶状扩散而形成的粘性物质。糊化过程生淀粉浆淀粉乳淀粉颗粒吸水加热到一定温度淀粉粒结晶氢键破坏淀粉乳淀粉颗粒体积膨胀粒子接触电解质亲水性高分子非质子有机溶剂直链淀粉含量水分糖类、盐类淀粉的品种淀粉糊化影响因素淀粉的凝沉淀粉糊在低温下静置一定时间，溶解度降低，浑浊度和黏度增加，特别是高浓度的淀粉糊，会变成凝胶体，这种现象被称为淀粉的凝沉。淀粉凝沉现象淀粉糊变白浑浊度增加黏度增加不溶性淀粉颗粒沉淀有时淀粉糊变成胶状物表面形成不溶皮膜淀粉糊中析出水淀粉胶黏剂的特点原材料来源丰富，价格低，属天然原料。淀粉胶黏剂的特点制备工艺简单，设备投资少。资金回收快。载体罐主体罐贮存罐贮存罐水淀粉烧碱水蒸汽蒸汽硼砂淀粉烧碱蒸汽淀粉烧碱蒸汽淀粉烧碱蒸汽蒸汽淀粉烧碱蒸汽蒸汽淀粉烧碱蒸汽蒸汽淀粉烧碱贮存罐贮存罐贮存罐主体罐贮存罐贮存罐载体罐主体罐贮存罐贮存罐水蒸汽载体罐主体罐贮存罐贮存罐蒸汽水蒸汽载体罐主体罐贮存罐贮存罐淀粉蒸汽水蒸汽载体罐主体罐贮存罐贮存罐烧碱淀粉蒸汽水蒸汽载体罐主体罐贮存罐贮存罐烧碱淀粉蒸汽水蒸汽载体罐主体罐贮存罐贮存罐水烧碱淀粉蒸汽水蒸汽载体罐主体罐贮存罐贮存罐载体罐主体罐贮存罐贮存罐淀粉胶黏剂的特点•无毒，无味，不影响包装商品的质量；•具有较高的抗潮、抗霉能力，并有较高的干燥速度；•较好的流动性，无泡沫并有良好的初始粘结能力；•裱糊时瓦楞不跑楞、不变形，裱得的纸板有较高的挺度、剥离强度、耐戳强度和耐破度，纸箱有较高的抗压强度；淀粉胶黏剂的特点•有一定的存储期限；•废旧制品可回收利用，也可在自然界自行降解，不会造成环境污染。其他原料•氢氧化钠适量加入NaOH能起到促进淀粉糊化和减少凝沉的作用，氢氧化钠一直作为糊化剂来使用。NaOH晶体NaOH与淀粉中的羟基结合，破坏氢键，减弱大分子之间相互作用力，降低糊化温度。OHHOHOHCH2OHHOHOHCH2OHOHHOHOHCH2OHOHOHOHCH2OHOOOOOOOHHHOOHCH2OHOα-1,6-糖苷键连接OHHOHOHCH2OHOHHOHOHCH2OHOHHOHOHCH2OHOHOHOHCH2OHOOOOOα-1,4-糖苷键连接•氢氧化钠NaOH溶于淀粉液时会放出大量的热量，提高淀粉液的温度，使得淀粉分子膨胀、糊化；NaOH对淀粉胶有抑制霉变的作用，可使胶黏剂具有较好的流动性；对加入氧化剂进行淀粉改性的氧化淀粉，NaOH可以调节PH值，保证碱性氧化条件，还会使氧化淀粉的羧基变为钠盐，增加亲水性和溶解性。羧基NaOH不足过量放出热量少，糊化作用不充足，淀粉胶黏性差，胶液易变稠。对于氧化淀粉，搅拌20min后，淀粉液仍为白色的不透明糊状，不显黏性。黏性降低。对于氧化淀粉，制成的瓦楞纸板容易返黄，纸箱表面易出现黑色污渍条纹，造成表面严重脏污。NaOH适量胶液流动性好，透明性好，储存时间长。烧碱的用量一般为淀粉的8%~12%较为合适。•硼砂硼砂起络合剂或胶黏剂的作用。络合剂：能通过与大分子主链或支链上的基团反应，在大分子之间形成化学桥键，而成为不溶的网状或体型结构的不饱和或多官能团的物质，这种物质可以提高粘结强度。化学桥键氢原子就象桥梁一样，将两个硼原子连接起来，所以又称氢桥键。硼砂不足过量不能有效的提高胶黏剂的黏度，过稀的胶黏剂更易于渗透到纸质内，不利于提高初黏性和降低干燥时间，还易产生脱胶和跑楞现象。黏胶剂产生过度胶黏，使粘接成品上胶膜发脆，甚至会出现凝胶现象，使胶失去黏着力。在生产中配制时，通常在胶液充分氧化、糊化后加入硼砂。对氧化淀粉胶黏剂，加碱糊化后，其黏度为60s比较适宜，可加入已溶化的硼砂溶剂。•氧化剂淀粉在酸、碱、中性介质中与氧化剂作用，氧化所得产物即为氧化淀粉。常用氧化剂：过氧化氢次氯酸钠高锰酸钾•过氧化氢它可使淀粉分子链上的α-糖苷键断裂，分子键变短，并在分子上引入羧基和羰（tang）基。它能使较大较复杂的淀粉大分子产生氧化降解，分子结构变得相对较小而简单，故易糊化和溶解。优点：氧化淀粉能力强，用量少，无毒无味，氧化过程不给反应带进杂质离子。缺点：价格比高锰酸钾和次氯酸钠贵。•次氯酸钠一般用含有效氯5%~10%的次氯酸钠溶液。优点：价格低廉，氧化效果好。缺点：不稳定，关照或者高温下容易分解，降低有效含氧量，影响用量准确性；氧化淀粉过程中，产生氯气污染环境，影响工作人员身体健康。•高锰酸钾优点：其自身可以起到指示剂的作用，可由颜色变化判断反应进行程度，使用比较方便，无气味，无污染制出的淀粉黏胶粘结力强，胶液稳定。缺点：还原产物为棕色的二氧化锰，使胶液呈深咖啡色，用在瓦楞纸箱生产中，纸箱表面有时显出一条条深色条斑，影响外观。颜色变化黑棕•辅助剂•增塑剂是为了提高胶膜的柔韧性而添加的助剂，常用的增塑剂多为吸湿性物质：如甘油、氧化钙、乙二醇等。•降黏剂又称稀释剂，淀粉胶黏剂随其固含量的提高而降低，为了使淀粉胶黏剂既有较高的固体含量，又有较好的流动性，则需降低黏度，改善其流动性，需添加降黏剂。一般用尿素作为降黏剂。甘油乙二醇•辅助剂•消泡剂又称为抗泡剂，在工业生产的过程中会产生许多有害泡沫，需要添加消泡剂。尤其是用过氧化氢做氧化剂，更容易产生气泡。气泡的存在，会使涂胶匀度差、瓦楞纸板粘结强度降低。消泡剂用量过多，会使胶黏剂表面张力降低，失去黏性，粘结强度达不到要求。消泡剂用量多少合适呢？测试方法：将淀粉胶液装入一透明度高的瓶中，使劲摇动约两分钟，立即停止，观察瓶中胶液上面的泡沫状态，如20~30秒内胶液上面大的泡沫消失，说明用量合适。用量稍大：胶液中小的泡沫消失。•辅助剂•催干剂：因淀粉胶黏剂的固含量低，干燥速度很慢，通常需加入能起到提高淀粉胶黏剂的干燥速度的助剂，这类助剂为催干剂。催干剂填料型催干剂催化型催干剂•辅助剂•防潮剂：出口商品包装纸条和冷冻食品包装纸箱胶黏剂对抗水防潮性能要求较高，因此需要掺加能起到防潮作用的助剂，如：糠醛树脂、脲醛树脂等。•填充剂：是不参与反应的惰性物质，它是为了降低胶黏性的生产成本而加入的矿物质，可提高胶接强度、耐热性、尺寸稳定性并可降低成本。其品种很多，如石棉粉、铝粉、云母、石英粉、碳酸钙、钛白粉、滑石粉等。各有不同效果，根据要求选用。第二节淀粉胶黏剂的配置淀粉胶黏剂制备方法斯坦霍尔法氧化法热制法冷制法多为普通型、快干型胶黏剂，适用于单机和半机械化的瓦楞纸板机适用于高速瓦楞机的连续式流水操作生产线瓦楞纸板粘合剂的制备，一般采用斯坦霍尔法即两步法。A、两步法制备淀粉胶粘剂工艺流程：载体罐主体罐贮存罐贮存罐水淀粉烧碱水蒸汽蒸汽硼砂淀粉烧碱蒸汽淀粉烧碱蒸汽淀粉烧碱蒸汽蒸汽淀粉烧碱蒸汽蒸汽淀粉烧碱蒸汽蒸汽淀粉烧碱贮存罐贮存罐贮存罐主体罐贮存罐贮存罐载体罐主体罐贮存罐贮存罐水蒸汽载体罐主体罐贮存罐贮存罐蒸汽水蒸汽载体罐主体罐贮存罐贮存罐淀粉蒸汽水蒸汽载体罐主体罐贮存罐贮存罐烧碱淀粉蒸汽水蒸汽载体罐主体罐贮存罐贮存罐烧碱淀粉蒸汽水蒸汽载体罐主体罐贮存罐贮存罐水烧碱淀粉蒸汽水蒸汽载体罐主体罐贮存罐贮存罐载体罐主体罐贮存罐贮存罐第一步：载体淀粉（糊化淀粉熟浆）的制备。1.在载体反应罐中放入剂量好的水，加热30-35℃2.将一定量的淀粉投入主体罐中，边放边搅拌约3分钟。3.搅拌均匀后把浓度一定的烧碱溶液分三次加入载体罐中，边加边搅拌约15分钟。4.加热反应物到一定的温度，一般为65-70℃，制得呈米黄色透明状糊液，载体淀粉（熟胶粘剂）即制得。两部法制备程序：第二步：主体淀粉（生淀粉生浆）的制备。1.在主体反应罐中放入一定量的水，加热至30-35℃。2.将一定量的淀粉投入主体罐中，边放边搅拌。3.搅拌均匀后，将硼砂用热水溶解后加入，搅拌至全溶。4.将载体中制得的“熟胶粘剂”渐渐加入主体罐中，并边加边搅拌。5.将“熟胶粘剂”与主体罐中的生胶粘剂搅拌均匀后，即制得半透明状的半糊化胶粘剂，通往储存罐内，便可通往机台使用。两部法制备程序：•氧化法•按原料不同进行分类：以普通淀粉为原料，需在反应釜中加入氧化剂；以氧化淀粉为原料，按说明配置即可。氧化法热制法冷制法生产的胶液粘结力及防霉能力均较好，但需现配现用。便于存储和运输，但对制备工艺要求高。热制法：热制法是指淀粉的氧化与糊化均在加热的条件下进行冷制法：冷制法是在不加热的情况下，完成淀粉的氧化与糊化的过程，它只靠氧化反应本身释放的热量提高温度，一般温度在30度以上。热制法注意事项：•易出现凝胶，易堵塞输送管并且降低粘结性能，故在整个过程中必须充分的搅拌。•气温高、水比大时，氧化剂用量少；气温低、水比小时，氧化剂用量大。•为了减少热量损失，防止淀粉胶降温凝固，反应釜应该注意保温。•氧化反应产生气体、搅拌也会带进空气，需加入适量的消泡剂。反应釜H2O2Step1搅拌棒玉米淀粉Step2NaOH稀释液Step3H2OStep410%硼砂溶液Step5H2OStep6过氧化氢氧化冷制法反应釜H2OStep1搅拌棒玉米淀粉Step2热水化开的高锰酸钾Step3浓硫酸Step430%的NaOH溶液Step5硼砂Step6高锰酸钾氧化冷制法H2OStep7磷酸三丁酯Step8反应釜H2OStep1搅拌棒玉米淀粉Step2Step3H2OStep410%硼砂溶液次氯酸钠氧化冷制法次氯酸钠＋涂前性能：胶黏剂在施涂前的性能。如：外观、黏度、储存稳定性等。胶黏剂的性能：施涂性能：将胶黏剂涂到瓦楞峰顶并与面纸粘结直至胶黏剂固化期间的性能。如：胶黏剂的流动性、初黏性、干燥性等。使用性能：固化后的胶膜所表现的性能。如：瓦楞纸板的粘结强度等。涂前性能外观从外观上看，不同的配制方法所制得的胶黏剂外观有一定差别。二步法淀粉胶黏剂为白色乳状液。根据氧化剂的不同，氧化淀粉的胶黏剂的颜色为白色至茶色的半透明黏性液体。外观检测法：将样品搅匀，取200-300ml置于500ml烧杯中，观察有无沉淀、脱水或凝聚现象。用玻璃棒挑起后，样品可均匀流动，外观清亮透彻不浑浊为好。涂前性能黏度黏度，也写作粘度。将两块面积为1m2的板浸于液体中，两板距离为1米，若加1N的切应力，使两板之间的相对速率为1m/s,则此液体的粘度为1Pa·s。粘度高低也是胶粘剂初粘度的表现，而初粘度的高低，直接影响到瓦楞纸板的粘合性能好坏，只有粘度稳定，才能保证胶粘剂的粘合质量稳定。黏度太大太小胶黏剂流动性差，有碍于胶黏剂对被粘物表面的接触浸润，渗透能力差，使胶与被粘物之间作用力下降，影响粘结强度，导致纸板上胶量不均匀。上胶辊带胶量太小，而且会使胶黏剂中水分过多的渗入芯纸和面纸，使纸纤维表面上的胶量减少；过多的水分是纸板干燥非常困难。粘度的影响因素温度（℃）556065粘度（S）5065140硼砂的用量也是影响粘度的一个因素，实际应用一定要适量。用量小，使胶粘剂过稀，易于渗透到纸内，造成瓦楞纸板跑楞，塌陷；用量大，会使胶粘剂变成橡皮状失去粘接力。温度对粘度的影响粘度的检测工具及方法：用手指堵住漏嘴孔，将样品倒入粘度计中，用玻璃棒将气泡及多余样品刮入凹槽内，松开手指，同时立即开动秒表，当试样流丝中断，再滴一滴时停止秒表，试样流出所用秒数为样品的粘度。涂-4杯秒表固含量固含量是乳液或涂料在规定条件下烘干后剩余部分占总量的质量百分数。一定范围内提高固体含量，有利于提高干燥速度与粘结强度，但固体含量与流动性是相互矛盾的，固体含量的增高，对粘结的配制工艺要求也高。故测定固体含量对于掌握和控制胶黏剂的技术指标有很大作用。胶黏剂的普通测定方法？？固含量的计算公式：拉粘丝性丝长为15~20mm以上者为好，适于单机生产瓦楞纸板用胶黏剂。游离碱含量游离碱是指生产中产品未转化成碳酸钙而是以氢氧化钙或氧化钙形式而存在的物质。生产经验证明，冷制法生产中，游离碱的含量为1.2%时，既可保证胶黏剂的性能，又可保证纸的外观。游离碱含量测定方法？储存稳定性主要表现在耐腐蚀性和抗凝沉性