淀粉基膠粘劑在建筑涂料中的應(yīng)用

淀粉基膠粘劑在建筑涂料中的應(yīng)用涂覆于建筑物及與建筑物相關(guān)的物體，對建筑物起裝飾、保護(hù)、特殊功能等作用，或者幾種作用兼而有之的成膜物質(zhì)被習(xí)慣地稱為建筑涂料。其一般是由基料、填料、顏料、助劑以及分散介質(zhì)(溶劑或水)組成。為了滿足應(yīng)用的需要，近年來世界各國在建筑涂料的裝飾、保護(hù)基材的功能基礎(chǔ)上，常在傳統(tǒng)涂料中添加一些專用材料，大力發(fā)展功能性涂料，如防火防水涂料、保溫涂料、防霉涂料、環(huán)保涂料、殺蟲涂料以及發(fā)光涂料等等。而淀粉及其衍生物在建筑涂料中的應(yīng)用正適應(yīng)了功能性涂料的發(fā)展趨勢和要求。

以淀粉作為粘合劑(基料)生產(chǎn)的涂料，主要用于建筑物內(nèi)墻面的裝飾?；鲜墙ㄖ苛系闹饕赡の镔|(zhì)，也稱膠粘劑，是涂料配方的主要成分和基礎(chǔ)，它的組成、性質(zhì)對涂裝于建筑物表面的膜的特性(光度、耐水性、耐磨性、耐擦洗性能、耐候性等)起著決定性作用。以淀粉衍生物為基料生產(chǎn)的建筑涂料綜合性能得到了加強，如流平性、涂刷性、防沉淀性均得到改善，克服了傳統(tǒng)聚乙烯醇建筑內(nèi)墻涂料流平性、涂刷性、防沉淀性差的缺點。淀粉衍生物建筑涂料的耐水性、穩(wěn)定性、流動性、相容性、均一性、附著力、遮蓋力均能達(dá)到建筑涂料基料的要求，且其不含甲醛，對人體無危害。由于淀粉是天然可食性原料，它的衍生物涂料對環(huán)境安全、無毒，是一種綠色環(huán)保的建筑涂料，具有廣闊的發(fā)展前景。

1幾種淀粉衍生物在建筑涂料中的應(yīng)用

淀粉衍生物是將淀粉采用物理、化學(xué)或酶的手段來改變其性質(zhì)，通過分子切斷、重排、氧化或在淀粉分子中引人取代基使得性質(zhì)發(fā)生變化、加強或具有新的性質(zhì)的淀粉產(chǎn)品[5]。在建筑涂料中用到的淀粉衍生物主要有氧化淀粉、雙醛淀粉、交聯(lián)淀粉、經(jīng)烷基淀粉和多孔淀粉等。

1.1氧化淀粉

氧化淀粉是淀粉分子中的某些部分如化學(xué)性質(zhì)較為活潑的經(jīng)基、醛基氧化，糖昔鍵等堿性水解。在氧化劑作用下，淀粉分子中較活潑的輕基被有限地氧化為醛基、酮基、竣基，分子中的糖昔鍵部分發(fā)生斷裂，這樣使淀粉分子的官能團(tuán)發(fā)生變化，聚合度降低，適當(dāng)控制氧化程度而制得的氧化淀粉，具有良好的溶水性、親和力、浸潤性、粘結(jié)性，經(jīng)堿糊化后，即成為粘合劑[6]。此粘合劑在建筑涂料中得到廣泛應(yīng)用。目前氧化淀粉的氧化劑主要有次氯酸鈉、雙氧水和高錳酸鉀，還有少量氧化過程使用過氧酸、高碘酸等[7]。

薛國慶等[8]研究了用氯氣作為氧化劑在堿性條件下制備涂料用淀粉膠的工藝過程:將原淀粉在堿性條件下通人氯氣氧化，然后依次加人硼砂水溶液和定量已完全溶解的梭甲基纖維素(CMC)水溶液，攪拌均勻。得到不含甲醛的環(huán)保型氧化淀粉膠。利用此氧化淀粉膠生產(chǎn)的涂料的粘合性和穩(wěn)定性良好，不凝凍，附著力和遮蓋效果好，刷涂時不流栓、平整、不脫粉，在貯存期間顏色和穩(wěn)定性無變化。曾麗娟等[9]采用雙氧水作氧化劑，硫酸亞鐵為催化劑在堿性條件下制備氧化淀粉，然后進(jìn)一步交聯(lián)處理，使其耐水性、穩(wěn)定性呱動性、相容性、均一性、附著力和遮蓋力均能達(dá)到建筑涂料基料的要求。

不同的氧化劑對淀粉進(jìn)行變性制得的氧化淀粉性能不同。用次氯酸鈉作氧化劑其優(yōu)點是價格便宜，不產(chǎn)生有色物質(zhì)，可以保證產(chǎn)品的色澤，但次氯酸鈉氧化淀粉膠液泡沫豐富、氧化時間長、氧化程度難以控制、氧化劑浪費大，且次氯酸鈉穩(wěn)定性差，生產(chǎn)和氧化過程中污染較大;高錳酸鉀作為氧化劑，氧化時間短，終點易控制，氧化劑耗量少，安全穩(wěn)定，但是其還原產(chǎn)物是二價錳離子，二價錳離子在糊化時生成氫氧化錳，氫氧化錳和空氣中的氧氣反應(yīng)進(jìn)一步生成三氧化二錳和二氧化錳水合物，而三氧化二錳和二氧化錳水合物使膠液呈棕色，無法作為涂料的基料使用[10]雙氧水自身和還原產(chǎn)物均無毒、無色、安全無污染，并且氧化效果及產(chǎn)品性能較好。因此選擇雙氧水作氧化劑對原淀粉進(jìn)行氧化，得到的氧化淀粉膠粘劑在建筑涂料中使用效果較好。

1.2雙醛淀粉

雙醛淀粉是由高碘酸及其鹽氧化淀粉生成的淀粉衍生物。雙醛淀粉分子中含有許多易反應(yīng)的醛基官能團(tuán)，具有許多優(yōu)越的物化、生化特性，如堿溶性、易交聯(lián)接枝、粘接力強、容易糊化和不易發(fā)霉等性能，并且具有良好的衛(wèi)生安全性、生物降解性、化學(xué)活性，應(yīng)用廣泛。

在建筑行業(yè)的乳膠涂料中含有酪蛋白、聚乙烯醇或聚丙烯酞胺，加入適量的雙醛淀粉可提高涂料的防水性能。雙醛淀粉與亞硫酸氫鹽加合物可代替阿拉伯樹膠、右旋糖醉和聚乙烯醇作為涂料的穩(wěn)定劑、增稠劑以及交聯(lián)劑，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性[11]。除此之外，雙醛淀粉無毒，不含甲醛。雙醛淀粉與醋酸乙烯聚合物配合，可作建筑材料的粘接劑和無機(jī)材料的表面處理劑。加人它能防止出堿和涂料吸人無機(jī)材料孔中，增強涂料的附著性能[12]。

雙醛淀粉毒性低、安全性好、化學(xué)反應(yīng)活性高，在建筑涂料中應(yīng)用具有較大優(yōu)勢。

1.3交聯(lián)淀粉

交聯(lián)淀粉是淀粉與具有二個或者多個官能團(tuán)的化學(xué)試劑起反應(yīng)，不同淀粉分子的經(jīng)基間形成醚化或醋化鍵而交聯(lián)起來制得的淀粉衍生物[13]。制備交聯(lián)淀粉的方法一般是加交聯(lián)劑于堿性淀粉乳中，在20-50℃起反應(yīng)，達(dá)到要求的反應(yīng)程度后，中和、過濾、水洗和干燥閻。交聯(lián)淀粉具有較高的冷凍穩(wěn)定性;對酸、堿和剪切作用穩(wěn)定性高等，這些優(yōu)良的性質(zhì)使得交聯(lián)淀粉在建筑涂料中得到很好的應(yīng)用。過去的交聯(lián)淀粉涂料是以尿素作交聯(lián)劑進(jìn)行淀粉的化學(xué)改性的。尿素作交聯(lián)劑，進(jìn)行淀粉的改性，價格便宜，原料易得，水溶性強，易操作。但是單純用尿素作為交聯(lián)劑，結(jié)果淀粉膠的粘接力不夠。根據(jù)這種情況，白志誠等[14]在一種高性能復(fù)合助劑(FH)作用下，用尿素與淀粉發(fā)生交聯(lián)，得到一種混合交聯(lián)淀粉膠。此淀粉膠的交聯(lián)度和粘接度大大提高，從根本上解決淀粉涂料的附著力問題;它與無機(jī)填料表面充分潤濕緊密靠攏，進(jìn)一步解決涂料的均勻性和穩(wěn)定性問題;在調(diào)配時，采用合理的膠包粉調(diào)制技術(shù)，使膠液均勻地覆蓋于填料表面，形成有機(jī)保護(hù)薄膜，解決涂料表面的光潔度問題。

黃裕杰等[15]采用毒性較小的乙二醛作為交聯(lián)劑，在酸催化下對玉米淀粉進(jìn)行交聯(lián)改性，通過正交實驗，獲得了耐水性較好的交聯(lián)淀粉。由于此交聯(lián)淀粉膠具有很好的耐水性，可以在防水涂料中得到較好應(yīng)用。

1.4輕烷基淀粉

經(jīng)烷基淀粉是淀粉與環(huán)氧烷化合物起反應(yīng)生成的經(jīng)烷基淀粉衍生物，工業(yè)上主要生產(chǎn)輕乙基和經(jīng)丙基淀粉。在建筑涂料中，使用經(jīng)乙基淀粉作為涂料膠粘劑。經(jīng)乙基淀粉為非離子型，與其它膠料以及涂料中的各組分的相容性好;輕乙基淀粉糊流動性好，具有良好的成膜性;凝沉性弱，粘度穩(wěn)定，制備的涂料穩(wěn)定，有利于施涂，涂層均勻[16]。徐立宏等[17]用經(jīng)乙基淀粉代替價格昂貴的輕乙基纖維素用做涂料增稠劑，不但能使涂料增稠，同時還能使涂料有優(yōu)異的流變性。

1.5多孔淀粉

多孔淀粉是一種新型的變性淀粉，是將具有生淀粉酶活力的酶在低于糊化溫度下作用于生淀粉而形成的多孔性蜂窩狀產(chǎn)物[18]。多孔淀粉表面布滿了直徑為1Et,m左右的小孔，小孔由表面向中心深人，孔的容積占顆粒體積50%左右，因此具有良好的吸附性能，且對目的物有緩釋作用。多孔淀粉是一種來源廣泛、廉價的純天然物質(zhì)，安全、無毒，使用劑量不受限制;其可生物降解;制備工藝簡單，應(yīng)用廣泛，適應(yīng)性強[19]。

常用的內(nèi)墻涂料在摻人殺蟲劑以后，對蚊蠅可達(dá)到觸殺的目的。這種產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于家畜飼養(yǎng)房，在夏季來臨之前涂森于飼養(yǎng)房的內(nèi)墻，可以保證牲畜不受蚊蟲侵?jǐn)_，但一般在1周后，殺蟲劑成分完全失效，不能達(dá)到長期殺蟲效果。所以需加人可控制殺蟲劑成分揮發(fā)、達(dá)到緩釋作用的物質(zhì)—--多孔淀粉。

吸附除蟲劑的多孔淀粉建筑涂料的制備:將淀粉投人盛有60℃左右溫水的反應(yīng)鍋內(nèi)進(jìn)行攪拌，勿使沉淀，然后緩慢加人2%淀粉干重的H102(30%),使淀粉充分氧化，再將10%燒堿液加人反應(yīng)器內(nèi)，恒溫攪拌1.5-2h，待液體中氣泡大部分消失后，冷卻至40-45℃，加入適量吸附有除蟲劑多孔淀粉(將除蟲劑直接加人多孔淀粉中，讓其物理吸附形成)，在不斷攪拌下加人10%的硼砂溶液(需水浴溶解)，硼砂和糊精發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，粘度逐漸提高，繼續(xù)攪拌0.5h，就可制得融合劑，再攪拌0.5h得成品Imp。

多孔淀粉作為一種優(yōu)良的吸附和緩釋劑，在吸附了除蟲劑后加人建筑內(nèi)墻涂料，可以達(dá)到理想的效果。特別是在粉刷涂料期間，殺蟲劑釋放量很少，保護(hù)了操作工人的安全，隨后能平緩的釋放，持續(xù)較長時間。由于試驗儀器的限制，對多孔淀粉加人后的涂料涂膜機(jī)械性能(附著力、強度等)還有待進(jìn)一步研究。同時，在涂料的制備中，由于原料主要成分為淀粉，需考慮加人防霉劑，以抑制霉菌的生長，同時還需進(jìn)一步改進(jìn)工藝，延長揮發(fā)時間和控制揮發(fā)量，確保殺蟲效果。

2淀粉膠粘劑在建筑涂料中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景

傳統(tǒng)的建筑涂料存在顏色不均勻、遇水或濕氣即會脫落、涂料易霉易變質(zhì)、涂膜強度低、附著力和耐水性差，有效使用期限短等問題，而以淀粉衍生物為基料生產(chǎn)的建筑涂料很大程度上改變這些缺陷，如流