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包装纸板胶粘剂的性质比较与应用

胶粘剂在包装工业中的应用已经有近百年的历史。它是一种靠界面作用把各种固体材料牢固地粘接在一起的物质,又叫粘合剂或胶合剂,简称为“胶”。包装工业中,被粘结材料的种类很多。不同类型的材料,如金属、木材、塑料、纸、复合薄膜等,其物理、化学性质各不相同,对粘结强度有很大影响。因此,要根据不同的材料,选用不同的胶粘剂及粘结工艺。随着包装行业的发展,胶粘剂的消费量保持着较高的水平,全球包装工业年用胶量约占胶粘剂总用量的35%。据此推测,包装行业可能是胶粘剂最大的消费市场。

 泡花碱胶粘剂

 泡花碱化学名称为硅酸钠,为无色晶体或白色粉末,由石英砂与碳酸钠熔合而成,溶于水呈碱性。其透明的浆状溶液叫做“水玻璃”。水玻璃溶液在逐渐失水之后粘度显著增大,以后则引起硬化,因此可以用作胶粘剂。泡花碱是包装业中早期使用的胶粘剂,主要应用于纸箱行业中。

   1.泡花碱胶粘剂的优缺点

   泡花碱胶粘剂由于操作及生产工艺简单,纸板干燥速度较快(相对于淀粉粘合剂而言),在业内多年来广泛使用。但它同时又具有遇湿潮解、粘合速度慢、加重纸箱等缺点,不适合快速包装和精品包装的需要;而且其含碱量高、易泛碱,对纸张的腐蚀性强,污染环境。

   据一些厂家反映,由于纸张的PH值为7,属于中性物质。而泡花碱呈弱碱性,用它作为高档酒盒的粘合剂,就会使纸张呈微弱碱性。而碱性物质对烫金用的电化铝箔、油墨以及金粉、银粉都会产生一定的影响,起一定的化学反应。尤其容易与电化铝箔中的金属粉末发生化学反应,使本来色泽鲜亮的电化铝箔失去原有的光泽,颜色完全变成古黄色,从而影响包装纸盒的美观。时间一长,它也会使印刷品上的油墨层失去光泽。

   所以,在纸盒、纸箱糊盒中最好不选用泡花碱作为粘合剂,因为会对包装的美观造成很大的影响。至于用什么样的胶粘剂,一定要先分析粘合剂的物理和化学性能,以及其酸、碱对纸张、油墨、电化铝箔、金粉、银粉及覆膜等诸多方面的影响。

   2.泡花碱的发展趋势

   目前,泡花碱已经被国际上列为禁止在纸盒、纸箱产品中使用的胶粘剂。但是,泡花碱与其它物质合成的胶粘剂却是新的发展趋势。如采用泡花碱与各种有机胶(淀粉、糊精等)配成高质量的混合胶就可增强其粘性,同时也克服了泡花碱的粘合速度慢等缺点。目前,也有报道利用泡花碱去改性聚乙烯醇胶粘剂,从而制得性能优良的胶粘剂。

淀粉胶粘剂的使用 

     由于淀粉胶粘剂具有强度高、重量轻、无腐蚀、无污染、成本低等特点,大量应用于瓦楞纸板、纸箱生产和自动贴标等包装领域,以代替沿用多年的泡花碱。20世纪70年代以来,我国相继研制出糊化淀粉胶、氧化淀粉胶、复合淀粉胶、酯化淀粉胶、接技淀粉胶等各种类型的包装用淀粉胶粘剂。其中以氧化淀粉胶粘剂的应用最为广泛。

   1.淀粉胶粘剂的优缺点及与泡花碱的比较

   国家有关部门早有规定(GB—5034—85),加工瓦楞纸板使用淀粉胶粘剂或使用具有同等粘合效果的其他胶粘剂,不得使用硅酸钠。淀粉胶粘剂与泡花碱相比,具有粘结强度大、重量轻、无腐蚀、成本低、易制造等优点。目前,从包装工业对粘合剂的使用情况看,淀粉胶粘剂在纸包装材料及纸容器的粘合中占有一定比重。到目前为止,在我国纸箱包装行业主要还是使用泡花碱,淀粉胶粘剂使用得极少,最主要的原因是淀粉胶粘剂的自然干燥速度太慢。

   这是因为淀粉是以葡萄糖为结构单元的天然高聚物,它由直链淀粉和支链淀粉组成。直链淀粉本质上是一种线型聚合物,大量的羟基使聚合物具有很强的亲水性。 

   在国外,瓦楞纸箱用淀粉胶粘剂主要是在成形机上使用,都配有自动烘干装置,所以不存在干燥速度慢的问题。由于我国包装工业还比较落后,在纸箱生产中使用成形机烘干自动生产线的厂家寥寥无几。况且我国纸箱厂多是乡镇企业小厂,建立烘干自动线还有一定的困难,严重影响了淀粉粘合剂的普遍推广。因此,目前多数瓦楞纸箱生产厂,尤其是一些单机生产、手工小型纸箱厂仍在继续沿用传统的泡花碱作胶粘剂。淀粉胶的制备一般采用热制,生产成本高,保存期短。另外,比较有代表性的是冷制淀粉胶。先由粘合剂厂制成粉状包装产品,再由纸箱厂现配现用。其原理是将淀粉氧化,经离心、烘干,再配以填料。这种工艺生产成本低,但使用不方便,配成的淀粉胶需当天用完,不能保存,胶的质量也不稳定。

   2.淀粉粘合剂的发展趋势

   淀粉胶粘剂的主要发展趋势是通过加人高分子材料对其进行改姓,使其耐水性、干燥速度、初粘速度、储存时间等参数明显提高。近年来,国内淀粉胶粘剂的研究多采用加入一些增粘剂形成复合淀粉胶的方法,来提高耐水性、粘接强度和干燥速度。为了克服液体淀粉胶粘剂的粘度稳定性差、不易久存、运输不便等不足,固体淀粉胶粘剂的研究也广泛开展起来。

PVA胶粘剂

   聚乙烯醇(PVA)是常见的水溶性高分子,是一种白色粉末状树脂,  由聚醋酸乙烯水解而得。PVA对于多孔、亲水的产品如纸张、纺织品、木材及皮革具有良好的粘结力。通常利用聚乙烯醇的湿粘性,经改性后广泛用作胶粘剂。

   1.PVA胶粘剂与淀粉胶粘剂的比较

   虽然国家在1984年规定出口商品包装箱一律改用玉米淀粉胶,但淀粉胶粘剂存在着以下不容忽视的问题:(1)产品质量不稳定。玉米淀粉一般都由各单位自行氧化处理,工艺控制困难,天气变化容易形成冻胶和霉变,使一些企业纸箱产品很不稳定。(2)自然风干速度慢,耐水性差。

   相对于淀粉胶粘剂的诸多缺点,PVA胶粘剂具有推广的优势。首先,PVA胶粘剂的粘合强度比淀粉胶粘剂好,这主要取决于它们的结构。聚乙烯醇的分子式是简单的直链形,这使分子链柔软,利于旋转,故粘合剂的流动性就要好。而且,羟基在外侧,容易与纸中的纤维素结合成氢键,使得粘合牢固,所以它的粘合强度高。而淀粉分子式的分子中有一个环状结构,这使得分子链不便于旋转,故它的刚性增大,胶粘剂的流动性差。而且它的羟基在环内,故不利于胶粘剂中羟基与纸纤维形成氢键,使得粘合不紧密,造成粘合强度相对要低。其次,生产工艺简单。因为PVA胶粘剂影响质量因素不多,气候变化影响不大。再次,PVA胶粘接强度高,特别是初粘明显好于其它胶,不跑楞,储存期长。与普通淀粉胶粘剂相比,PVA胶粘剂的干燥速度快、粘结力强、流动性好、抗凝冻性强,液态可保存两个月以上,是一种综合性能优良的复合纸箱胶粘剂。

   2.PVA胶粘剂的发展趋势

   聚乙烯醇(PVA)是一种多羟基的高分子化合物,它的突出优点是水溶性、无毒无害、原料易得,因而得到广泛应用。但PVA耐水性差,在要求较高时粘结强度不够。故如何对PVA改性保证其具有耐水性,是PVA胶粘剂的发展趋势。通常的改进方法是利用与PVA链上—OH基团发生化学反应,比如:与醛缩合,与热固性树脂脱水交联,与双官能团化合物二羟基甲基脲、乙二醛、乙二酸等进行交联反应,加入交联剂硼砂、硼酸、硫酸盐等。近年来,用二异氰酸酯交联,较大程度地提高了PVA胶粘剂的粘结性能和耐水性能,成功地用于木材加工行业。

   目前,PVA胶粘剂在纸箱行业的应用主要有:(1)用于瓦楞纸板之间的粘合;(2)用于瓦楞纸面板的涂布等。

   包装用胶粘剂大致可分为两种类型:一种用于生产包装材料如纸板、瓦楞纸板、复合纸,另——种适用于标签和封口。随着包装行业的发展,对胶粘剂的需求必将增大,因此胶粘剂的类型会不断变化,性能会不断提高,而且会朝着经济性的环保胶粘剂发展。


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