申请/专利权人：长沙理工大学

申请日：2018-08-13

公开（公告）日：2020-11-24

公开（公告）号：CN109135613B

主分类号：C09J103/02(20060101)

分类号：C09J103/02(20060101);C09J11/04(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.11.24#授权;2019.01.29#实质审查的生效;2019.01.04#公开

摘要：本发明提供了一种快干速燃型封口胶及其制备方法与应用。该封口胶由以下重量份的原料制备得到：淀粉基质33～35份、氧化剂45～48份、发泡剂16～17份、催干剂3～5份。该封口胶的制备方法包括以下步骤：1将淀粉基质分散于氧化剂中，进行氧化处理，获得悬浮浆料；2将悬浮浆料的温度升高，然后向悬浮浆料中依次加入发泡剂、催干剂，持续搅拌至浆体糊化成胶，即得到所述快干速燃型封口胶。本发明的封口胶灌入鞭炮筒口后能快速定型，满足封口和固引的需要，在固化后形成易于燃烧的泡沫状高分子基复合材料；与传统的泥料封口剂相比，干燥时间由24～48h缩短到12～18h，而且干燥后不易返潮。

主权项：1.一种应用于烟花爆竹封口、固引的快干速燃型封口胶，其特征在于，所述快干速燃型封口胶由以下原料组成：淀粉基质33~35份、氧化剂45~48份、发泡剂16~17份、催干剂3~5份；所述发泡剂为硫酸铝和碳酸氢钠的混合物，所述硫酸铝和碳酸氢钠的质量比为6~7:10；所述催干剂为石膏和或水泥；所述氧化剂为双氧水和或次氯酸钠，所述氧化剂的质量分数为30%；所述快干速燃型封口胶的制备方法包括以下步骤：（1）将淀粉基质分散于氧化剂中，进行氧化处理，获得悬浮浆料；（2）将悬浮浆料的温度升高，然后向悬浮浆料中依次加入发泡剂、催干剂，持续搅拌至浆体糊化成胶，即得到所述快干速燃型封口胶；所述步骤（1）中，氧化处理在水浴加热条件下进行，控制温度为45℃，时间为60~120min，氧化处理过程中辅以搅拌，搅拌速率为120~180r·min-1；所述步骤（2）中，搅拌在水浴加热条件下进行，控制温度为60~65℃，搅拌速率为60~120r·min-1。

全文数据：一种快干速燃型封口胶及其制备方法与应用技术领域本发明属于封装材料技术领域，尤其涉及一种用于烟花爆竹的快干速燃型封口胶及其制备方法与应用。背景技术封口剂是烟花爆竹生产中重要的辅助材料，其主要作用是密封端口和固定引线。传统的封口剂采用粘土、水泥、硅砂等为主要原料，用以封闭喷花类、火箭类、吐珠类和爆竹类等产品的喷火口和筒底。这类封口材料虽然来源广泛、价格低廉，但性能不稳定且安全性差，尤其在燃爆时会产生大量的泥土粉末与碎块，不仅对环境造成严重污染，还有迸射伤人的安全隐患。此外，粘土的强吸湿性会延长固化时间，并导致烟花产品在储存过程中变质失效。近年来开发的干粉封口剂以氯化镁、氧化镁等为主要原料，具有凝固快、强度高、稳定性好等优点，尽管如此，由于其会与硝酸盐类药剂生成吸湿性较强的硝酸镁，不能用作硝酸盐类烟花产品的封口或底塞。而且，干粉封口剂以不可燃材料为主要成分，燃爆后也会产生大量烟尘，引发大气污染。发明内容本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种可用于烟花爆竹的封口胶，该封口胶具备快干与速燃特性，且成分简单、成本低廉、安全环保；同时还提供一种该封口胶的工艺简单、操作方便、产品性能优异稳定的制备方法，以及该封口胶在烟花爆竹领域中的应用。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种快干速燃型封口胶，所述快干速燃型封口胶的原料包括：淀粉基质33～35份、氧化剂45～48份、发泡剂16～17份、催干剂3～5份。上述的快干速燃型封口胶，优选的，所述淀粉基质为玉米淀粉、木薯粉、马铃薯淀粉中的至少一种。淀粉作为封口胶的基质原料具有来源广泛、绿色天然、价格低廉等优点，符合新型烟花爆竹材料安全环保的发展理念，适合在烟花行业推广。上述的快干速燃型封口胶，优选的，所述氧化剂为双氧水和或次氯酸钠，所述氧化剂的质量分数为30％。更优选的，所述氧化剂为双氧水，采用双氧水将淀粉预氧化，利用H2O2释放的活性氧将淀粉分子链的部分端基氧化成羧基，促进淀粉与水结合发生溶胀，使其可在更低温度下和更短时间内糊化成胶，其氧化体系稳定，过程较易控制且对环境友好。上述的快干速燃型封口胶，优选的，所述催干剂为石膏和或水泥，催干剂在吸水后能快速硬化，提高封口剂强度。更优选的，所述催干剂为石膏，石膏的价格低廉、凝固时间短，更加符合封口胶的快干要求。上述的快干速燃型封口胶，优选的，所述发泡剂为硫酸铝和碳酸氢钠的混合物，所述硫酸铝和碳酸氢钠的质量比为6～7:10。硫酸铝为强酸弱碱盐，碳酸氢钠为强碱弱酸盐，在水中混合能互相促进水解，生成氢氧化铝和二氧化碳等。通过将两者的质量比控制在本发明的范围内，可以使产物二氧化碳充分释放，提高发泡效果；如果碳酸氢钠显著过量，会降低二氧化碳的生成速率；如果硫酸铝显著过量，则淀粉糊化的温度会升高，导致能耗增大。作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的快干速燃型封口胶的制备方法，包括以下步骤：1将淀粉基质分散于氧化剂中，进行氧化处理，获得悬浮浆料；2将悬浮浆料的温度升高，然后向悬浮浆料中依次加入发泡剂、催干剂，持续搅拌至浆体糊化成胶，即得到所述快干速燃型封口胶。本发明的制备方法，先通过氧化处理使淀粉大分子携带更多的亲水基团，形成悬浮浆液；由于氧化处理还不足以使淀粉分裂为利于溶解的小分子，进行升温后，淀粉加速溶解，向淀粉中加入发泡剂、催干剂，加之氧化处理增强了淀粉的吸水能力，导致淀粉颗粒溶胀，浆体粘度陡然增大，流动性变差，形成胶状物即为封口胶。上述的制备方法，优选的，所述步骤1中，氧化处理在水浴加热条件下进行，控制温度为45℃，时间为60～120min，氧化处理过程中辅以搅拌，搅拌速率为120～180r·min-1。本发明的制备方法，通过将氧化处理的参数控制在本发明的范围内，保证淀粉可以在较高的反应速率下充分氧化，使分子链端基形成更多含氧的亲水基团，有助于淀粉吸水溶胀，使其可在更低温度下和更短时间内糊化成胶，实现节能降耗。上述的制备方法，优选的，所述步骤2中，搅拌在水浴加热条件下进行，控制温度为60～65℃，搅拌速率为60～120r·min-1。本发明的制备方法，通过将水浴温度控制在本发明的范围内，既保证氧化淀粉能够分解、糊化，又不会由于温度过高使浆料迅速失去流动性，给发泡反应提供充足的时间；通过将搅拌速率控制在本发明的范围内，使反应体系更加均匀，如果搅拌速率超出本发明的范围会使浆料迅速增稠，不利于发泡反应进行。上述的制备方法，优选的，所述步骤2中，将悬浮浆料的温度升至60～65℃，然后先加入发泡剂，搅拌反应3～5min后，再加入催干剂，继续搅拌反应7～10min。由于发泡过程的进行依赖于水解反应，而催干剂吸水能力强、凝固速率快，因此在糊化初期充分生成气泡后再加入催干剂。作为一个总的发明构思，本发明还提供一种如上述的快干速燃型封口胶或者如上述的制备方法制备得到的快干速燃型封口胶在烟花爆竹封口、固引中的应用。与现有技术相比，本发明的优点在于：1本发明的快干速燃型封口胶，具有淀粉类流体典型的剪切增稠特性，如果采用挤出设备灌输，胶体由于受到管道内壁的剪切作用，粘度会逐渐上升，使封口胶灌入鞭炮筒口后能快速定型，满足封口和固引的需要；2本发明的快干速燃型封口胶，液相原料只有氧化剂，有效限制了封口胶的水含量，并加入的催干剂具有催干和促硬作用，与传统的泥料封口剂相比，干燥时间由24～48h缩短到12～18h，而且干燥后不易返潮；3本发明的快干速燃型封口胶，采用硫酸铝和碳酸氢钠反应发泡，既能保证碳酸氢钠充分分解产生气泡，又不至于因反应速率过快而失控，使封口胶具有缓慢膨化效果，有利于填充鞭炮筒口，并在固化后形成易于燃烧的泡沫状高分子基复合材料该高分子基复合材料的基体是多孔状的淀粉干凝胶，基体中含有氢氧化铝、石膏、硫酸钠等可作为增强剂的无机材料颗粒；4本发明的快干速燃型封口胶，最终产品中含有氢氧化铝、石膏等无机组分，这些无机组分在封口胶凝固后可以增大其强度，提高了材料在封口和固引两方面的应用效果；5本发明的快干速燃型封口胶，基质是可燃的淀粉材料，其燃烧产物是水和二氧化碳，不可燃组分含量较低，因此，封口胶燃烧灰分较少，对环境污染程度较轻；6本发明的快干速燃型封口胶的制备方法，工艺流程短，操作简单，原料丰富易得，安全高效，适于大规模化生产。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明实施例1中快干速燃型封口胶的制备方法的工艺流程示意图；图2是本发明实施例1中快干速燃型封口胶固化前的外观照片；图3是本发明实施例1中快干速燃型封口胶固化后的外观照片；图4是本发明实施例1中快干速燃型封口胶固化后的热重-差示扫描量热曲线图。具体实施方式为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。实施例1：一种本发明的快干速燃型封口胶，该快干速燃型封口胶的原料包括：35g玉米淀粉、45g双氧水、6g硫酸铝、10g碳酸氢钠、3g石膏。一种本实施例的快干速燃型封口胶的制备方法，其工艺流程示意图如图1所示，包括以下步骤：1将35g玉米淀粉分散于45g质量浓度为30％的双氧水中配成悬浮液，进行氧化处理，氧化处理在水浴加热条件下进行，控制温度为45℃，时间为120min，氧化处理过程中辅以搅拌，搅拌速率为120r·min-1，获得悬浮浆料；2将水浴温度升至65℃，搅拌速率控制在60r·min-1，向悬浮浆料中加入6g硫酸铝和10g碳酸氢钠，持续搅拌反应5min，再加入3g石膏，继续搅拌至浆体糊化成胶，即获得外观如图2所示的玉米淀粉基快干速燃型封口胶。本实施例的玉米淀粉基快干速燃型封口胶挤出口模后，在室温、通风环境中经过20～30min初凝定型，形成外观如图3所示的固体材料，封口胶在上述环境中完全干燥硬化，累计需要12～18h。对固化后的封口胶进行燃烧性能评价，其热重-差示扫描量热曲线如图4所示，由图可知，该封口材料在200℃左右开始发生分解，质量随着温度上升急剧减少；材料高速分解的峰值反应温度约为500℃，待温度升至700℃时残余物的质量基本恒定，累计失重率接近75％。而黑火药瞬间爆燃温度不低于800℃，烟花类产品中添加铝粉、镁粉等助燃剂，燃烧温度高于1000℃。可见，本实施例制备得到的封口胶是一种具有显著快干、速燃特点的封口胶，可用于烟花爆竹中起到封口、固引作用。实施例2：一种本发明的快干速燃型封口胶，该快干速燃型封口胶的原料包括：33g马铃薯淀粉、48g双氧水、7g硫酸铝、10g碳酸氢钠、5g石膏。一种本实施例的快干速燃型封口胶的制备方法，包括以下步骤：1将33g马铃薯淀粉分散于48g质量浓度为30％的双氧水中配成悬浮液，进行氧化处理，氧化处理在水浴加热条件下进行，控制温度为45℃，时间为90min，氧化处理过程中辅以搅拌，搅拌速率为150r·min-1，获得悬浮浆料；2将水浴温度升至60℃，搅拌速率控制在90r·min-1，向悬浮浆料中加入7g硫酸铝和10g碳酸氢钠，持续搅拌反应3min，再加入5g石膏，继续搅拌7～10min至浆体糊化成胶，即获得马铃薯淀粉基快干速燃型封口胶。

权利要求：1.一种快干速燃型封口胶，其特征在于，所述快干速燃型封口胶的原料包括：淀粉基质33～35份、氧化剂45～48份、发泡剂16～17份、催干剂3～5份。2.根据权利要求1所述的快干速燃型封口胶，其特征在于，所述淀粉基质为玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉中的至少一种。3.根据权利要求1所述的快干速燃型封口胶，其特征在于，所述氧化剂为双氧水和或次氯酸钠，所述氧化剂的质量分数为30％。4.根据权利要求1所述的快干速燃型封口胶，其特征在于，所述催干剂为石膏和或水泥。5.根据权利要求1所述的快干速燃型封口胶，其特征在于，所述发泡剂为硫酸铝和碳酸氢钠的混合物，所述硫酸铝和碳酸氢钠的质量比为6～7:10。6.一种如权利要求1～5中任一项所述的快干速燃型封口胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1将淀粉基质分散于氧化剂中，进行氧化处理，获得悬浮浆料；2将悬浮浆料的温度升高，然后向悬浮浆料中依次加入发泡剂、催干剂，持续搅拌至浆体糊化成胶，即得到所述快干速燃型封口胶。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，氧化处理在水浴加热条件下进行，控制温度为45℃，时间为60～120min，氧化处理过程中辅以搅拌，搅拌速率为120～180r·min-1。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，搅拌在水浴加热条件下进行，控制温度为60～65℃，搅拌速率为60～120r·min-1。9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，将悬浮浆料的温度升至60～65℃，然后先加入发泡剂，搅拌反应3～5min后，再加入催干剂，继续搅拌反应7～10min至浆体糊化成胶。10.一种如权利要求1～5中任一项所述的快干速燃型封口胶或者如权利要求6～9中任一项所述的制备方法制备得到的快干速燃型封口胶在烟花爆竹封口、固引中的应用。

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