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瓦楞纸板淀粉粘合剂的制作机理与应用

瓦楞纸板淀粉粘合剂是将瓦楞纸与面纸,或夹芯纸牢固粘结在一起而构成瓦楞纸板的粘结材料,其粘结性能的好坏,对瓦楞纸板及纸箱的耐破强度、边压强度、戳穿强度及抗压强度等有直接影响,是关系到瓦楞纸板、纸箱质量的一个关键因素。   

    1935年,斯坦霍尔首先提出生产淀粉粘合剂的理论,随后各国包装界在瓦楞纸箱包装领域研究和应用淀粉粘合剂方面取得了长足发展。我国从七十年代开始,一些大专院校、科研院所也相继提出了一些理论探讨,各种淀粉粘合剂在全国纸箱包装企业得到了广泛的应用,为我国包装事业的发展作出了重要贡献。    

    纯净的淀粉是一种白色的、颗粒直径约为4—50um的多糖粉末,不溶于冷水,也没有粘性。利用淀粉作为纸板粘结材料,必须通过加热、加入其它化学物质,改变淀粉的颗粒结构,使其溶胀散布于水中,改变淀粉的物理和化学特性,改善淀粉分子与纸纤维的亲和性,改善淀粉胶体的流动性及渗透性,才能满足瓦楞纸板生产工艺的要求。至今已开发应用的淀粉粘合剂的制作方法有:直接加热法、碱糊法、糊精法、氧化法、司推因赫尔调制法等多种。由于直接加热法淀粉粘合剂只适合于手工涂布、碱糊法淀粉粘合剂粘结力差,现已很少使用,本文将简述部分糊精制作机理、氧化淀粉制作机理、司推因赫尔调制法淀粉粘合剂制作机理,并对广泛应用的司推因赫尔调制法淀粉粘合剂的应用作一简单介绍,以期为进一步研究、改进包装粘合工艺、材料提供参考。    


氧化淀粉制作机理    

    糊精的分子结构与淀粉相同,与纸纤维的亲和性不太强,且糊精是细菌的好饲料,抗腐防霉能力差,而氧化淀粉则表现出胶体与纸纤维良好的亲和性及抗腐防霉能力,其制作机理如下:    

    淀粉是由α-葡萄糖脱水缩合而成的高分子碳水化合物,其分子链未端有一个甙羟基,其余的则为仲醇基和伯醇基,由于淀粉的分子链长,分子量大,少量的甙羟基的作用显得微不足道,所以没有葡萄糖分子那样的还原性,既不能发生锒镜反应,也不能使氢氧化铜还原成氧化亚铜。人们制作氧化淀粉通常是在淀粉的乳液中加入适量的氢氧化钠溶液,氢氧化钠与淀粉分子中的醇基结合,破坏了部分氢链,使大分子间的作用减弱。同时在乳液中加入双氧水(或次氯酸钠、氧化钠、高锰酸钾)强氧化剂,当双氧水溶解于水便会产生氧化性很强的双氧氢离子H02(或次氯酸根离子CL0-、高锰酸根离子Mn04),这种氧化性很强的离子便可使淀粉分子未端的甙羟基氧化成羧基,并将伯醇基氧化成醛基,甚至将其进一步氧化成羧基,从而大大增强了淀粉分子的活力,使淀粉分子从糖甙链位置(即1.4碳位)断链,使淀粉分子链变短,分子量变小。断链后新产生的甙羟基将继续被氧化成羧基,就这样淀粉分子的甙羧基被氧化成羧基继而发生糖甙链断链,出现新的甙羟基,新的甙羟基又被氧化成羧基,这种反应不断进行,使淀粉分子链越来越短,羧基、醛基不断增加当淀粉乳液中这种羧基、醛基达到一定浓度后,便对纸纤维有足够的亲和力,并有足够的抗腐防霉能力。但实际应用又得控制这种羧基、醛基的浓度。浓度过低,抗腐能力差,与纸纤维的亲和性不强。浓度过高,就意味着淀粉的长分子链被断成很短的分子链,虽然与纸纤维的亲和性很强,但由于分子链过短,淀粉分子间的相互交织系数变小,分子间的作用力变小,粘结成膜的韧性和强度反而下降。所以人们通常要控制淀粉被氧化的程度,所采取的办的办法是控制氧化剂投放量、氧化温度及反应时间。    

    氧化淀粉就是氧化淀粉分子的官能团,改善其与纸纤维的亲和性及抗腐防霉能力,在氧化过程中淀粉分子发生断链现象,分子量变小,故国外也有人将氧化淀粉称为糊精。所须说明的是,氧化淀粉的官能团与淀粉的官能团是不同的,而糊精的官能团则和淀粉完全相同,故与纸纤维的亲和性及抗腐防腐能力是不同的。严格地讲,氧化淀粉若称作氧化糊精倒是比较确切,但鉴于人们传统习惯,仍称其为氧化淀粉为宜。

    

司推因赫尔法淀粉粘合剂制作机理及应用    

    碱糊法、糊精法、氧化法淀粉粘合剂的共同缺点是倍水量大,胶体中固体含量低,不适合现代瓦楞纸板生产线高速涂布、瞬时粘结、快速烘干的生产工艺要求。司推因赫尔提出调制方法,提高淀粉浓度,不损坏淀粉链长度,又不提高淀粉胶体的粘度,满足了瓦楞纸板生产线的特殊生产工艺要求,这种方法在各国瓦楞纸板生产线上得到了广泛的应用,现对司推因赫尔调制法淀粉粘合剂的制作机理及应用作简单介绍。    


(一)司推因赫尔调制法淀粉粘合剂的制作机理   

    在一个罐内将水、淀粉、氢氧化钠按一定比例糊化成载体胶,同时在另一个罐内将淀粉、硼砂、水按一定比例搅拌成主体淀粉液,然后将两种混合搅拌均匀即可。其制作机理是:利用少量的淀粉糊化成粘度较大的载体胶,而将大量没有糊化、没有粘性,体积小的主体淀粉颗粒吸附并分散于胶体之中既有利于加大淀粉的浓度、降低倍水量,没有破坏淀粉分子链,又没有提高胶体整体粘度、使得胶体的流动性,渗透性、粘结强度达到良好的综合效果。氢氧化钠可以调节和控制淀粉粘合剂的糊化温度并改善淀粉的亲水性,硼砂则可络合淀粉分子的甙羟基和伯醇基,增强粘合剂初粘性和结膜韧性。在生产过程中,具有良好流动性的胶体被涂布在瓦楞楞峰上,与面纸和夹芯纸贴合后被加热到糊化温度以上,主体淀粉迅速吸收周围的水份而糊化,产生极高的粘性。特别是渗透到纸纤维缝隙中的体积细小的主体淀粉颗粒,受热后从纸纤维缝隙中糊化并与外围的淀粉分子、纸纤维、硼氧中心离子一道共同交织形成不同一般填充式的粘结层,随着热量的迅速增加,水份很快蒸发到大气中,或向纸纤维内扩散,淀粉胶体干燥成为水份较少的韧性很强的粘结膜,于是瓦楞纸与面纸或夹芯纸便被牢固地粘连在一起而构成瓦楞纸板。    


(二)司推因赫尔调制法淀粉粘合剂应用举例    

    司推因赫尔调制法淀粉粘合剂的种类很多,但按制作温度不同可分为热制法和冷制法两种,另外,株洲外贸包装厂研制出了一个Y型耐水增强添加剂,在粘合剂中加入这种耐水增强添加剂,制成了耐水胶,使瓦楞纸板具有较好的耐水性和机械强度,现各介绍一例。


1.热制法应用举例

  (1)载体胶制作

A.将432L水加热至62℃,注入载体罐内;    

B.将62.5kg淀粉倒入载体罐内搅拌成淀粉乳;    

C.向载体罐内加入20%的氢氧化钠溶液62.5kg,搅拌15分钟,至胶体呈淡黄色;

D.再向载体罐内注入1.78L水搅拌5分钟稀释。    

  ②主体乳制作    

A.将1327L水加热至32℃,注入主体罐内。    

B.将硼砂9.5kg加入主体罐内。    C.将400kg淀粉加入主体罐内搅拌15分钟。    

  ③混合调制    

将载体胶用15分钟注入主体罐内,并搅拌30分钟即成为成品胶。    

2.冷制法应有举例    

  ①载体胶制作    

A.向载体罐内加入320kg水;    

B.向载体罐内加入30kg淀粉,搅拌成乳液;    

C.向载体缸内加入20%的氢氧化钠溶液24.5kg,搅拌15分钟,至胶体呈淡黄色。  

  ②主体乳制作  

A)向主体罐内注入420kg水;  

B)向主体罐内加入150kg淀粉搅拌成乳液;  

C)向主体罐内加入3.7kg硼砂(10水硼砂)搅拌5分钟。  

  ③混合调制  

将载体胶用5分注入到主体罐内,搅拌25分钟即成为成品胶。    

3.耐水胶应用举例    

  ①载体胶制作    

A.向载体罐内加入水350kg;    

B.向载体罐内加入淀粉25kg,搅拌成乳液;    

C.向载体罐内加入30%氢氧化钠15kg搅拌15分钟至胶体呈淡黄色。    

  ②主体乳制作    

A.向主体罐内加入水350kg;    

B.向主体罐内加入硼砂(10水硼砂)3kg;    

C.向主体罐内加入淀粉150kg,搅拌成乳液;    

D.向主体罐内加入Y型添加剂1.8L,搅拌2分钟使其分散均匀。  

  ③混合制作  

将载体胶用5分钟注入主体罐,搅拌30分钟即为成品胶。   

    需要特别指出的是:淀粉粘合剂的制作方法很多,适合于各种材料、生产工艺条件的粘合剂配方并不是一成不变的,限于篇幅,本文只作简单介绍。    


自动化纸板生产线(或单面机)淀粉胶粘剂制作的技术诀窍。    

    目前,国内外自动化纸板生产线(或单面机)所用胶粘剂,俗称“生胶”。所谓“生胶”是指在室温下无粘合力、靠纸张上的高温将其加热变成熟胶,才有粘合力。其制作方法主要用淀粉(以玉米淀粉为主,也有用木薯淀粉、小麦淀粉等其他淀粉),按二步法制成胶粘剂。这类纯淀粉胶粘剂的缺点是:所生产的纸板强度硬度不高,防潮性能较差,不耐水。    

    自动化纸板生产线(或单面机)胶粘剂的最佳粘度应控制在45—95秒(涂4杯测量)之间,当然30—300秒之间也能使用,实际


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