一种可降解的胶粘剂及其制备方法与应用

1.本发明属于胶带技术领域，具体涉及一种可降解的胶粘剂及其制备方法与应用。


背景技术：

2.胶带是由基膜层和胶粘层两部分组成，通过粘结使得两个不相连的物品连接在一起。胶带按照它的功效可以分为：高温胶带、双面胶带、绝缘胶带、特种胶带、压敏胶带和模切胶带，不同的功效适合不同的行业。
3.然而，目前使用量比较大的封箱胶带的胶带基膜层材料大多为聚丙烯薄膜或者聚氯乙烯，胶粘层大多为丙烯酸酯类或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物类胶粘剂，其性能优异，具备压敏胶性质，但是基膜层材料和胶粘层材料均为合成的非降解材料，在其大量使用过程中，与纸箱不易分离，造成纸箱回收困难，同时非降解材料易造成白色污染。
4.因此，鉴于上述存在的问题，有必要研发一种粘度稳定、可降解且安全无污染的环保胶带。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供了一种可降解的胶粘剂及其制备方法与应用，本发明中的胶粘剂具有较好的粘性以及较长的贮藏时间，且环保可降解，有利于减少对环境造成的污染。
6.本发明的第一方面，提供了一种胶粘剂，所述胶粘剂由淀粉、氢氧化钠、四硼酸钠、膨润土和聚乙烯醇制备得到。
7.根据本发明第一方面的内容，在本发明的一些实施方式中，所述膨润土包括钠基膨润土、钙基膨润土、氢基膨润土和有机膨润土中的一种或几种。
8.在本发明的一些优选实施方式中，所述膨润土为钠基膨润土。
9.在本发明的一些优选实施方式中，所述淀粉包括玉米淀粉、小麦淀粉、土豆淀粉和红薯淀粉中的一种或几种。
10.在本发明的一些优选实施方式中，所述淀粉为玉米淀粉。
11.在本发明的一些优选实施方式中，按照重量份数计，所述胶粘剂中淀粉、氢氧化钠、四硼酸钠、膨润土和聚乙烯醇的比为(10～40)：(0.2～2)：(0.1～4)：(1～10)：(0.2～4)。
12.在本发明的一些更优选的实施方式中，按照重量份数计，所述胶粘剂中淀粉、氢氧化钠、四硼酸钠、膨润土和聚乙烯醇的比为(20～30)：(0.5～1.5)：(0.3～3)：(2～6)：(0.5～2)。
13.在本发明中，氢氧化钠可以加大胶粘剂的糊化强度；四硼酸钠具有络合的作用，有利于在胶粘剂中形成网络交联结构，使淀粉胶粘剂的粘度、表面张力和内聚力增加。
14.本发明的第二方面，提供了本发明第一方面所述的胶粘剂的制备方法，具体包括以下步骤：按照本发明第一方面所述的重量份数比，向淀粉溶液中加入氢氧化钠溶液、聚乙
烯醇溶液、四硼酸钠和膨润土，加热搅拌均匀后得到胶粘剂。
15.根据本发明第二方面的内容，在本发明的一些实施方式中，淀粉溶液中每克淀粉需要加水3～6ml。
16.在本发明的一些优选实施方式中，淀粉溶液中每克淀粉需要加水4～5ml。
17.在本发明的一些优选实施方式中，聚乙烯醇溶液中每克聚乙烯醇需要加入8～20ml。
18.在本发明的一些更优选实施方式中，聚乙烯醇溶液中每克聚乙烯醇需要加入10～14ml。
19.在本发明的一些优选实施方式中，氢氧化钠溶液的质量体积百分比浓度为5～40％。
20.在本发明的一些更优选实施方式中，氢氧化钠溶液的质量体积百分比浓度为8～20％。
21.在本发明的一些优选实施方式中，所述加热的温度为80～90℃。
22.在本发明的一些优选实施方式中，所述加热的时间为15～25min。
23.本发明的第三方面，提供了一种胶带，所述胶带的胶粘层为本发明第一方面所述的胶粘剂。
24.本发明的第四方面，提供了一种本发明第三方面所述的胶带在封箱包装中的应用。
25.本发明的有益效果是：本发明中制备的胶粘剂具有较强的粘度和较长的贮藏时间，且降解速度快，无毒无害，具有较好的环保性。且本发明中的制备方法简单易行，适合工业上的大规模生产。
附图说明
26.图1为水的用量对于胶粘剂初粘性的影响；
27.图2为水用量对于胶粘剂粘度的影响；
28.图3为水用量对于胶粘剂凝胶时间的影响；
29.图4为氢氧化钠质量体积百分比浓度对于胶粘剂粘度的影响；
30.图5为氢氧化钠用量对于胶粘剂粘度的影响；
31.图6为氢氧化钠的用量对于胶粘剂初粘性的影响；
32.图7为氢氧化钠的用量对于胶粘剂凝胶时间的影响；
33.图8为四硼酸钠对于胶粘剂初粘性的影响；
34.图9为四硼酸钠对于胶粘剂粘度的影响；
35.图10为钠基膨润土对于胶粘剂初粘性的影响；
36.图11为钠基膨润土对于胶粘剂粘度的影响；
37.图12为钠基膨润土对胶粘剂储存时间的影响。
具体实施方式
38.以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施
例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
39.实施例1
40.本实施例中的胶粘剂是由24g玉米淀粉、1.44g聚乙烯醇、5.0097g钠基膨润土、0.8036g四硼酸钠和5ml氢氧化钠(质量体积百分比浓度为30％)制备而成；
41.具体步骤为：
42.(1)称取24g玉米淀粉加入100ml的水中，搅拌至无颗粒物，形成半液态胶状，备用；按照本领域常规技术手段配置质量体积百分比浓度为30％的氢氧化钠溶液，备用；称取1.44g聚乙烯醇，加入20ml水溶解得到透明液体，溶解温度为50℃，得到聚乙烯醇溶液，备用。
43.(2)向玉米淀粉溶液中加入步骤(1)中的氢氧化钠溶液和聚乙烯醇溶液，搅拌均匀后加入0.8036g四硼酸钠和5.0097g钠基膨润土，继续搅拌后得到胶粘剂，搅拌过程中的温度为90℃，搅拌时间为20min。
44.实施例2
45.本实施例中的胶粘剂由24g玉米淀粉、1.44g聚乙烯醇、5.0929g钠基膨润土、1.1987g四硼酸钠和5ml氢氧化钠(质量体积百分比浓度为20％)制备而成；
46.具体制备方法同实施例1。
47.实施例3
48.本实施例中的胶粘剂是由24g玉米淀粉、1.44g聚乙烯醇、5.0194g钠基膨润土、2.0185g四硼酸钠和5ml氢氧化钠(质量体积百分比浓度为10％)制备而成；
49.具体制备方法同实施例1。
50.实施例4
51.本实施例中的胶粘剂是由24g玉米淀粉、1.44g聚乙烯醇、2.399g钠基膨润土、0.3666g四硼酸钠和5ml氢氧化钠(质量体积百分比浓度为10％)制备而成；
52.具体制备方法同实施例1。
53.实施例5
54.本实施例中的胶粘剂是由24g玉米淀粉，0.5g聚乙烯醇，5.0194g钠基膨润土，2.0185g四硼酸钠和5ml氢氧化钠(质量体积百分比浓度为10％)制备而成；
55.具体制备方法同实施例1。
56.对比例1
57.对比例1中的胶粘剂是由24g玉米淀粉、1.44g聚乙烯醇、5.0194g钠基膨润土和5ml氢氧化钠(质量体积百分比浓度为10％)制备而成，相比于实施例3，对比例1中并未添加四硼酸钠；
58.具体制备方法同实施例1。
59.对比例2
60.对比例2中的胶粘剂是由24g玉米淀粉，1.44g聚乙烯醇和5ml氢氧化钠(质量体积百分比浓度为10％)制备而成，相比于实施例3，对比例2中并未添加钠基膨润土和四硼酸钠；
61.具体制备方法同实施例1。
62.对比例3
63.对比例3中的胶粘剂是由24g玉米淀粉，1.44g聚乙烯醇，5.0180g钠基膨润土和0.8063g的四硼酸钠制备而成；相比于实施例1，对比例3中未添加氢氧化钠；
64.具体制备方法同实施例1。
65.对比例4
66.对比例4中的胶粘剂是由24g玉米淀粉、1.44g聚乙烯醇、5.0194g钠基膨润土、2.0185g四硼酸钠和5ml氢氧化钠(质量体积百分比浓度为10％)制备而成；
67.制备方法同实施例1，区别在于步骤(2)中的搅拌步骤为70℃。
68.对比例5
69.对比例5中的胶粘剂是由14g玉米淀粉，10.0269g黄糊精，1.44g聚乙烯醇，5.0194g钠基膨润土、2.0185g四硼酸钠和5ml氢氧化钠(质量体积百分比浓度为10％)制备而成；相比于实施例3，对比例5中使用黄糊精取代部分玉米淀粉。
70.制备方法同实施例1。
71.对比例6
72.对比例6中的胶粘剂是由14g玉米淀粉、10g黄糊精、1.44g聚乙烯醇、5.0194g钠基膨润土、2.0185g四硼酸钠和5ml氢氧化钠(质量体积百分比浓度为10％)制备而成；相比于实施例3，对比例6中使用黄糊精取代部分玉米淀粉。
73.制备方法同实施例1。
74.与现有技术中的糊精胶粘剂和聚乙烯醇胶粘剂的对比
75.现有技术1：糊精胶粘剂
76.现有技术1中的糊精胶粘剂是由10g白糊精、14g黄糊精、1.5g氢氧化钠，2.5g四硼酸钠和0.5g硬脂酸钠制备而成。
77.具体步骤为：
78.称量10g白糊精与14g黄糊精置于大烧杯中，加入30ml蒸馏水，搅拌使其溶解，备用；称量2.5g四硼酸钠、0.5g硬脂酸钠与1.5g氢氧化钠加入上述大烧杯中，搅拌使其溶解；将大烧杯置于恒温磁力搅拌器中，在85℃下加热30min后得到胶粘剂。
79.其中，可以配合红外测温枪测量温度，防止烧糊。
80.现有技术2：糊精胶粘剂
81.现有技术2中的糊精胶粘剂是由10g白糊精、14g黄糊精、1.5g氢氧化钠，2.5g硼砂和1.5g硬脂酸钠制备而成。
82.制备方法同现有技术1。
83.现有技术3：聚乙烯醇胶粘剂
84.现有技术3中的胶粘剂是由14g聚乙烯醇、0.2g四硼酸钠和0.25g钠基膨润土制备而成；
85.具体步骤为：在烧杯中加入20ml的水，升温至50-65℃后加入10g聚乙烯醇，升温使其全部溶解后依次加入0.2g四硼酸钠和0.25g钠基膨润土搅拌均匀后即得乳白色胶粘剂。
86.性能测试例
87.一、粘度表征
88.(1)粘度的测试：
89.测试方法：取50～100ml实施例1～5和对比例1～3、5中制备的胶粘剂放入烧杯中，使用粘度测试仪对胶粘剂的粘度进行测试，测试过程中注意转子需在烧杯中不同位置进行测试，至少三次，去掉偏离值，最终得到的平均值为最终的粘度值。其中，粘度测试的设备为ndj-8sn数显粘度计，转子为1号转子，转速为12转/分。
90.(2)初粘性的测试：
91.初粘性的测试方法：取两片完全相同的2.5cm
×
2.5cm的玻璃薄片，将胶粘剂涂抹在两薄片中间，10min后测试胶粘剂的粘接情况，如果未出现拉毛则视为未形成粘接，初粘性按下列公式计算：
92.初粘性(％)＝(薄片涂胶总面积-未粘接面积)/薄片涂胶总面积
×
100％。
93.胶粘剂的粘度和外观形态如表1所示：
94.表1实施例1～5和对比例1～3、5中的胶粘剂的粘度和外观形态
95.实施例粘度/mpa
·
s外观形态实施例1434.6白色粘稠胶体实施例2392.3白色粘稠胶体实施例3402.7白色粘稠胶体实施例4390.2白色粘稠胶体实施例5413.4白色粘稠胶体对比例1324.1白色粘稠胶体对比例2296.5白色粘稠胶体对比例3387.3白色粘稠胶体(有些许白色颗粒)对比例5289.0黄色粘稠胶体
96.由表中的数据可以看出本发明实施例中制备的胶粘剂相比于对比例中制备的胶粘剂具有较高的粘度，此外，本发明实施例中制备的胶粘剂的粘度也明显高于现有技术中制备的胶粘剂。
97.二、贮存时间
98.测试方法：将实施例1～5中制备的胶粘剂样品密封室温保存，一周后进行粘度测试。
99.实验结果：经过一周密封保存后实施例1～5中的胶粘剂样品的粘度并未发生变化。
100.三、可降解能力的测试
101.首先将实施例1～5中的胶粘剂分成10等份，置于校内各草坪上，尽量避免人为干扰，测量胶粘剂的降解时间。综合平均数据，胶粘剂均在一周内开始降解，在两周内的时间可完全分解，化水融入土壤，持续观察土壤周围变化，发现土壤的青草正常生长，分解后的胶粘剂对土壤无明显的负面影响，证明此胶粘剂是绿色环保易降解的。
102.探究实施例
103.(1)探究水的用量对所制备的胶粘剂的性能的影响
104.以50g玉米淀粉为基础，研究水的用量对于胶粘剂性能的影响，具体实验步骤参照实施例1，设置了7组实验，各组实验中水的用量分别为70ml、100ml、130ml、160ml、190ml、220ml和250ml。测试了不同用水量制备的胶粘剂的初粘性、粘度和凝胶时间。测试结果如图
1～3所示。
105.由图1可知，在其他量不变的条件下，改变水的用量。随着水量的增加，胶粘剂的初粘性整体上呈现降低的趋势，这主要是由于用水量的增加会导致胶粘剂粘性的降低，在水量为150-180ml之间，随着水量的增加，胶粘剂的初粘性急剧减少。但在图2中，在水量为150-180ml之间时粘度的变化却不大，其原因可能是在用水量较高时，水的用量的变化对粘度影响已到极限，再增加水量，其对粘度的影响可以忽略。由图3可看出，在220ml范围内，水的用量越多，凝胶时间越长，原因是随着用水量增加，胶粘剂的固含量减少，其凝胶时间越长，用水量在220ml之后，随着继续增加用水量，胶粘剂的凝胶时间的变化不是很明显。
106.(2)探究氢氧化钠对所制备的胶粘剂的性能的影响
107.以50g玉米淀粉为基础，水的用量为100ml，以氢氧化钠为变量，具体实验步骤参照实施例1，探究不同质量体积百分比浓度的氢氧化钠(5％、10％、15％、20％)和不同用量的氢氧化钠(3ml、4ml、5ml、6ml、7ml)对胶粘剂的粘度的影响以及不同氢氧化钠用量(1ml、2ml、3ml、4ml、5ml、6ml、7ml、8ml、9ml、10ml)对于胶粘剂的初粘性的影响，以及不同氢氧化钠用量(2ml、3ml、4ml、5ml、6ml、7ml、8ml)对于胶粘剂的凝胶时间的影响。其中，验证不同浓度的氢氧化钠时，氢氧化钠的用量为5ml，验证不同体积的氢氧化钠时，氢氧化钠的质量体积百分比浓度为10％。测试了不同含量的氢氧化纳制备的胶粘剂的粘度、初粘性和凝胶时间。测试结果如图4～7所示。
108.由图4可看出，氢氧化钠的质量体积百分比浓度在5％～20％之间时，随着浓度的增加，胶粘剂的粘度先增加后降低。从图5中可看出，随着氢氧化钠加入量的增多，胶粘剂的粘度明显增加，可能原因是氢氧化钠溶液能增加胶粘剂的糊化程度，使粘度增加。由图6可知，改变氢氧化钠的加入量对胶粘剂的初粘性影响不大，初粘性稳定在100％。由图7看出，随着氢氧化钠加入量的增加，其凝胶时间先增加后减小。其原因可能是，氢氧化钠作为糊化剂，淀粉中的羟基和氢氧化钠发生反应，从而减弱淀粉分子间的作用力，阻碍了直链淀粉的凝沉，同时羟基和氢氧化钠反应生成钠盐，增强了胶粘剂的亲水性和溶解性，使体系不易凝胶，继续加入氢氧化钠，胶粘剂的凝胶时间减小，可能是因为引入了其他因素，例如加氢氧化钠时带入的水量等会影响胶粘剂的络合，从而影响胶粘剂的凝胶时间。因此，氢氧化钠的加入量不宜过大。
109.(3)探究四硼酸钠对所制备的胶粘剂的性能的影响
110.以50g玉米淀粉为基础，水的用量为100ml，以四硼酸钠为变量，具体实验步骤参照实施例1，探究不同质量的四硼酸钠(0g、0.2g、0.4g、0.6g、0.8g、1g、1.2g、1.4g、1.6g、1.8g和2g)对于胶粘剂的初粘性和粘度的影响。测试了不同添加量的四硼酸钠制备的胶粘剂的粘度和初粘性。测试结果如图8～9所示。
111.由图8可见，四硼酸钠对胶粘剂的初粘性几乎没有影响，初粘性保持在100％。由图9可见，随着四硼酸钠的质量的增加，制备的胶粘剂的粘度先增加后趋于平缓。
112.(4)探究钠基膨润土对所制备的胶粘剂的性能的影响
113.以50g玉米淀粉为基础，水的用量为100ml，以钠基膨润土为变量，具体实验步骤参照实施例1，探究不同质量的钠基膨润土(0g、0.1g、0.2g、0.3g、0.4g和0.5g)对于胶粘剂的初粘性和粘度的影响。测试了不同添加量的钠基膨润土制备的胶粘剂的粘度和初粘性。测试结果如图10～11所示。
114.由图10可看出，钠基膨润土的加入量对胶粘剂的初粘性影响不大，胶粘剂的初粘性均保持在100％。由图11看出，钠基膨润土的加入量对胶粘剂的粘度影响较小，但是发现其可以延长胶粘剂的储存时间，实验证明，加入钠基膨润土的胶粘剂相比于没有加入钠基膨润土的胶粘剂具有较长的储存时间，结果如图12所示。
115.最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。