新型蜂窩紙板用淀粉粘合劑技術
發布時間：2024-06-28 點擊：73
蜂窩紙板自問世以來因其廣泛的應用性與良好的性能受到人們極大的重視，而用于粘合芯紙和面紙所用的黏合劑可以說對蜂窩紙板性能具有一定的決定作用，因此研究性能優良的黏合劑具有很重要的價值。目前廣受關注的玉米淀粉粘合劑作為一種性能好、無毒害、價廉的天然粘合劑在紙制包裝行業中越來越多的使用，以淀粉膠取代泡花堿、白乳膠和pva已成發展趨勢。但在實際生產中，淀粉粘合劑固含量低，干燥速度慢，初粘力低等問題都為淀粉粘合劑進一步推廣帶來了障礙，也給蜂窩紙板的生產帶來了很多的問題。針對此問題，本人進行了大量的試驗研究，最后研制出的淀粉粘合劑固含量可達到35％，明顯的提高了干燥速度并改善了初粘力，降低了成本。
一、工藝流程及步驟
（一）氧化階段
稱一定量的淀粉，加入一定量的水（淀粉：水為1：3），溫度即為室溫。用攪拌機攪動，再加入一定量的naoh溶液，調整ph值在10左右，最后加入cuso4溶液、h2o2溶液與適量的消泡劑，攪拌1h。
（二）糊化階段
在上述溶液中加入適量填料，然后加入naoh溶液，使發生糊化反應，并充分反應。反應時間控制在20min左右。
（三）中止階段
加入穩定劑使反應中止，攪拌5min左右。
（四）絡和階段
加入硼砂配成的溶液，緩緩加入液體中，并攪拌5min。
二、實驗分析
（一）氧化階段
1、氧化劑
為了增加淀粉的溶解性、流動性，防止膠液凝沉等，在制備玉米淀粉膠粘劑時經常采用氧化降解的方法。綜合考慮氧化條件控制的難易，原料成本以及對產物的顏色要求等因素，本實驗采用的是h2o2氧化法制得的淀粉粘合劑，而且為了縮短氧化時間，采用的是催化氧化法。本研究所用的催化劑是cuso4。
用30%的h2o2氧化玉米淀粉時，在淀粉中有羧基、羰基和醛基官能團生成。三種官能團的生成比率與反應體系的ph值有關系，當ph在9～10范圍時，生成的羧基量相對較多。而當ph在7左右時，羰基和醛基的生成量相對較多，由于羧基對纖維類物質的粘附力較強。用羧基在堿性條件下呈陰離子性，可以減少淀粉分子間的締合，改善淀粉黏合劑的貯存穩定性，因此反應體系的ph值應控制在10左右，以利于生成較多的羧基。因此開始時加入適當的naoh溶液的原因就在于此。本實驗氧化劑用量控制在4％左右。
2、催化劑
銅離子對雙氧水氧化淀粉具有明顯的催化作用。當未用催化劑時，氧化淀粉的羧基含量相當低。一旦加入催化劑，羧基含量迅速增加，隨著催化劑用量的增加，羧基含量增加。這主要是由于催化劑的加入破環了淀粉的團粒結構，使氧化劑與淀粉分子接觸機會增加，改善了氧化效果，使羧基含量增加。
3、消泡劑
在生產及使用過程中，由于在淀粉的氧化階段產生大量的氣泡，影響黏合劑正常施膠，特別是用雙氧水做氧化劑，更易產生泡沫，這樣須加適量消泡劑消泡，消泡劑可選用硅油或磷酸三丁酯、正辛醇等，本研究選用磷酸三丁酯。需特別注意的是消泡劑用量不宜過多，過量會使黏合劑表面張力降低，失去粘性，粘合強度達不到要求，最佳用量為淀粉量的 0.3～0.5％。
（二）糊化階段
1、填料
國內蜂窩紙箱主要是用草漿紙生產的，它表面粗糙，吸水率大。如黏合劑本身的水分較大時，施膠后大部分水分被草漿紙吸收，自然干燥速度就會明顯減慢。在玉米淀粉黏合劑中加入一定量的膨潤土做填料，增加固含量，減少水分，也可有效的堵塞瓦楞紙纖維表面的孔隙，阻止水分向紙內滲透，以達到快速干燥的目的。
2、糊化劑
naoh作糊化劑，它與氧化淀粉中的未被氧化的羥基結合，破壞氫鍵，使淀粉分子間的作用力減弱，使其溶解糊化，而且與氧化淀粉的官能團反應形成鈉鹽而增加了淀粉的親水性與溶解性，增加黏合劑的粘度和硬度，同時它又提高了淀粉膠抗凝凍性，增加了淀粉膠的流動性，并且使之易于儲存。若用量過多，雖然黏合劑透明性好，流動性好，但膠液粘度會下降并且影響粘性，且易產生泡沫，造成脫膠現象，且堿性太強，對紙纖維有一定的腐蝕作用，紙面易泛黃。若用量太少，會造成淀粉糊化不充分，粘結力小，流動性差。實驗表明堿量控制在淀粉用量的8%~10%為宜。
3、中止階段
加入穩定劑，中和未反應的多余naoh溶液，防止糊化反應繼續發生，否則粘合劑粘度降低，會影響產品的穩定性。
4、絡合階段
為提高黏合劑的交聯度和初粘性，加入硼砂作交聯劑。利用交聯劑把線型結構大分子或帶支鏈的線型結構小分子淀粉進行交聯，由線型結構轉變為網型結構，所以選用的交聯劑為硼砂黏合劑。糊化后加入硼砂，它可以使短鏈的氧化淀粉以其羥基或羥基與硼原子形成絡合物，通過這些不規則的交聯，形成網狀結構，具有交聯增粘作用，有利于提高初粘力和加快干燥速度，另外還起到防腐、防滲及終止反應作用。但用量并不是越多越好，過多會使黏合劑流動性變差，呈膠凍狀，難以上膠，膠質發脆。過少絡合不夠，粘接力差。實驗確定硼砂用量控制在淀粉量的0.5%左右為宜。
結語
用這種方法生產的淀粉粘合劑固含量可達35％，有效的解決了干燥速度慢，初粘度低等問題，并且在高溫高濕(溫度30℃，濕度90％)的條件下可保存25天左右，生產工藝簡單，質量較高，極大的保證了高質量蜂窩紙板的生產，有較大的市場價值。
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（一）氧化階段
稱一定量的淀粉，加入一定量的水（淀粉：水為1：3），溫度即為室溫。用攪拌機攪動，再加入一定量的naoh溶液，調整ph值在10左右，最后加入cuso4溶液、h2o2溶液與適量的消泡劑，攪拌1h。
（二）糊化階段
在上述溶液中加入適量填料，然后加入naoh溶液，使發生糊化反應，并充分反應。反應時間控制在20min左右。
（三）中止階段
加入穩定劑使反應中止，攪拌5min左右。
（四）絡和階段
加入硼砂配成的溶液，緩緩加入液體中，并攪拌5min。
二、實驗分析
（一）氧化階段
1、氧化劑
為了增加淀粉的溶解性、流動性，防止膠液凝沉等，在制備玉米淀粉膠粘劑時經常采用氧化降解的方法。綜合考慮氧化條件控制的難易，原料成本以及對產物的顏色要求等因素，本實驗采用的是h2o2氧化法制得的淀粉粘合劑，而且為了縮短氧化時間，采用的是催化氧化法。本研究所用的催化劑是cuso4。
用30%的h2o2氧化玉米淀粉時，在淀粉中有羧基、羰基和醛基官能團生成。三種官能團的生成比率與反應體系的ph值有關系，當ph在9～10范圍時，生成的羧基量相對較多。而當ph在7左右時，羰基和醛基的生成量相對較多，由于羧基對纖維類物質的粘附力較強。用羧基在堿性條件下呈陰離子性，可以減少淀粉分子間的締合，改善淀粉黏合劑的貯存穩定性，因此反應體系的ph值應控制在10左右，以利于生成較多的羧基。因此開始時加入適當的naoh溶液的原因就在于此。本實驗氧化劑用量控制在4％左右。
2、催化劑
銅離子對雙氧水氧化淀粉具有明顯的催化作用。當未用催化劑時，氧化淀粉的羧基含量相當低。一旦加入催化劑，羧基含量迅速增加，隨著催化劑用量的增加，羧基含量增加。這主要是由于催化劑的加入破環了淀粉的團粒結構，使氧化劑與淀粉分子接觸機會增加，改善了氧化效果，使羧基含量增加。
3、消泡劑
在生產及使用過程中，由于在淀粉的氧化階段產生大量的氣泡，影響黏合劑正常施膠，特別是用雙氧水做氧化劑，更易產生泡沫，這樣須加適量消泡劑消泡，消泡劑可選用硅油或磷酸三丁酯、正辛醇等，本研究選用磷酸三丁酯。需特別注意的是消泡劑用量不宜過多，過量會使黏合劑表面張力降低，失去粘性，粘合強度達不到要求，最佳用量為淀粉量的 0.3～0.5％。
（二）糊化階段
1、填料
國內蜂窩紙箱主要是用草漿紙生產的，它表面粗糙，吸水率大。如黏合劑本身的水分較大時，施膠后大部分水分被草漿紙吸收，自然干燥速度就會明顯減慢。在玉米淀粉黏合劑中加入一定量的膨潤土做填料，增加固含量，減少水分，也可有效的堵塞瓦楞紙纖維表面的孔隙，阻止水分向紙內滲透，以達到快速干燥的目的。
2、糊化劑
naoh作糊化劑，它與氧化淀粉中的未被氧化的羥基結合，破壞氫鍵，使淀粉分子間的作用力減弱，使其溶解糊化，而且與氧化淀粉的官能團反應形成鈉鹽而增加了淀粉的親水性與溶解性，增加黏合劑的粘度和硬度，同時它又提高了淀粉膠抗凝凍性，增加了淀粉膠的流動性，并且使之易于儲存。若用量過多，雖然黏合劑透明性好，流動性好，但膠液粘度會下降并且影響粘性，且易產生泡沫，造成脫膠現象，且堿性太強，對紙纖維有一定的腐蝕作用，紙面易泛黃。若用量太少，會造成淀粉糊化不充分，粘結力小，流動性差。實驗表明堿量控制在淀粉用量的8%~10%為宜。
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為提高黏合劑的交聯度和初粘性，加入硼砂作交聯劑。利用交聯劑把線型結構大分子或帶支鏈的線型結構小分子淀粉進行交聯，由線型結構轉變為網型結構，所以選用的交聯劑為硼砂黏合劑。糊化后加入硼砂，它可以使短鏈的氧化淀粉以其羥基或羥基與硼原子形成絡合物，通過這些不規則的交聯，形成網狀結構，具有交聯增粘作用，有利于提高初粘力和加快干燥速度，另外還起到防腐、防滲及終止反應作用。但用量并不是越多越好，過多會使黏合劑流動性變差，呈膠凍狀，難以上膠，膠質發脆。過少絡合不夠，粘接力差。實驗確定硼砂用量控制在淀粉量的0.5%左右為宜。
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