瓦楞纸箱制造工艺及质量控制_四_瓦楞纸板用粘合剂

粘合剂是纸箱加工行业的主要辅助材料之一。

将纸张加工成瓦楞纸板,必须使用质量好的粘合剂。

粘合剂一般由几种成分组成,通常是以具有粘性或弹性体的天然产物或合成高分子化合物(无机粘合剂除外为基料,并加入填料、增韧剂、固化剂、稀释剂、防老剂、消泡剂等添加剂而组成的一种混合物。

对于一种具体粘合剂来说,并不都需要上述所有成分,这主要决定于粘合剂的性质和使用要求。

粘合剂的种类较多,主要有水玻璃、化学变性淀粉粘合剂、合成树脂粘合剂等。

由于水玻璃干燥速度慢、碱性大,制成的纸箱强度低等,基本上已经不采用。

一、淀粉粘合剂
单台单面瓦楞机用淀粉粘合剂⒈淀粉粘合剂的选择
淀粉粘合剂的原料包括:淀粉、糊化剂、氧化剂、交联剂、消泡剂及水等。

淀粉的选择及用量
淀粉是粘合剂的主体原料,它属于天然高分子化合物,其分子式为(C 6H 10O
5n 。

玉米、小麦、土豆等都富含淀粉。

目前,国内多使用玉米淀粉。

玉米淀粉中除淀粉外,
骆光林
瓦楞纸板用粘合剂
瓦楞纸箱制造工艺及质量控制(四
还含有少量的蛋白质、油脂、纤维素等成分。

淀粉中少量的蛋白质对配置粘合剂是有害的。

若蛋白质含量过高,使得蛋白质分子与淀粉分子作用,形成较多网状结构,再加上粘合剂中碱的作用,使淀粉粘合剂凝固,流动性变小,储存期缩短以致完全失去粘性。

另外,蛋白质含量过高,还会使粘合剂
产生大量气泡,给纸板施胶、粘结带来困难。

淀粉中脂肪若过高,这些脂肪会与粘合剂中的碱作用,生成脂肪酸盐,而脂肪酸盐是两亲物质即表面活性剂,从而使粘合剂产生泡沫。

所以淀粉中的蛋白质、脂肪应少于0.5%为佳,最高不应超过1%。

淀粉与水用量之比称之谓水比。

水比要适度,约在1∶5~1∶7.5范围内。

用水过多则会降低粘度,过少则影响粘合剂的流动性。

氧化剂的作用及用量由于淀粉具有复杂的链状结构,不溶于水,因而不能直接用来制成粘合剂。

为了改善淀粉在水中的溶解性和提高淀粉粘合剂的粘合力,一般采用氧化剂与淀粉作用,使淀粉大分子降解,把长分子“链”断开,使其结构变得简单一些,并在
淀粉分子中生成羧基等,从而使淀粉粘合剂的流动性提高,粘度下降,水溶性增加,粘合力提高。

氧化剂有过氧化氢(H 2O 2、高锰酸钾、次氯酸盐等。

过氧化氢是一种强氧化剂,其水溶液又名双氧水,不小心溅在皮肤上会产生烧伤,溅在衣物上会产生退色等腐蚀作用。

双氧水作淀粉粘合剂的氧化剂,不会产生任何副产物,粘合剂颜色浅淡清亮,但反应速度一般较慢,因此往往要加入催化剂,如硫酸亚铁、硫酸镍等。

高锰酸钾也是强氧化剂,但反应中生成MnO 2,使得粘合剂呈酱黑色。

高锰酸钾与淀粉作用反应速度比较快,用量少,适合于快速制胶。

氯酸盐的一般工业用品是水溶液,也是强氧化剂,与淀粉反应速度也较快,但由于溶液浓度一般较小,故用量要大些,且制成的粘合剂往往有股令人不快的气味。

氧化剂的用量要根据氧化剂的种类及淀粉的质量来定。

对于玉米淀粉,若使用过氧化氢,使用量一般为0.1%~0.4%左右。

若氧化剂用量过多,淀粉分子过度降解,使得粘合剂粘度大幅度降低,最后使得粘合剂的粘合力下降;若氧化剂用量过少,粘度就高,流动性差,在
裱瓦楞纸时上胶机胶辊上会出现拉丝现象,降低粘合性能。

只有当淀粉的粒度在100以下或淀粉中含脂肪量过高时,才能适当增加氧化剂用量。

若在操作中加入了过量氧化剂,则要加入强还原剂(例如亚硫酸钠、大苏打等,使过量的氧化剂被还原掉,以防过度氧化。

糊化剂的作用及用量
糊化剂的作用是使其分子与淀粉中的醇基化合,破坏部分氢键,使淀粉大分子间的作用力减弱、分子变得较为舒展,有利于氧化降解反应的发生;其次,糊化剂溶于淀粉液后会放出大量的热,使得淀粉分子膨胀、糊化,从而使淀粉溶液具有很强的粘结力;另外,糊化剂还使粘合剂具有较好的流动性,且不易霉变。

在纸箱行业一般选用价廉易得的烧碱(氢氧化钠作为糊化剂。

烧碱用量一般控制在粘合剂重量的1%以下。

若碱用量过多,超过全部糊化过程所需用量,则氢键受破坏就多,淀粉分子间作用力大大降低,使粘合剂的粘度降低,使粘合剂的p H值上升,对瓦楞纸的腐蚀性就大,使纸箱产生黑色斑点,降低纸板的防潮性能;若用量过少,则放出的热量低,使粘合剂糊化不充分、粘性差。

若淀粉中蛋白质含量过高,则可适当增加烧碱用量。

交联剂的作用及用量
交联剂又称络合剂。

淀粉粘合剂中常用的交联剂是硼砂或硼酸。

硼砂是一种硼酸盐,学名为四硼酸钠。

配制淀粉粘合剂一般采用加水四
硼酸钠,分子式为Na
2
B
4
O
7
・10H
2
O。

硼砂和硼酸在热水中分解时,以硼、氧为中心离子与充分溶胀后的氧化淀粉的羟基、醛基发生复杂的交联反应,生成网状络合物,从而
提高粘合剂的粘着力和增加稠度, 使生成的胶膜坚固,提高其抗水性和具有一定的初始粘着力。

硼砂或硼酸虽然使粘合剂的粘
着力和稠度增加,但其量不宜多,
否则过多的硼、氧离子与氧化淀粉产生过多的交联,使淀粉分子间的交联作用太强,出现粘合剂的粘度过大,甚至于凝胶或橡皮状,对纸
板粘合力下降而完全失去粘合力; 若用量过少,则产生的交联作用
低,使淀粉粘合剂过稀,易于渗透
到纸质内,降低初始粘合力,造成
瓦楞纸板跑楞。

因此,硼砂或硼酸的用量一般控制在0.1%~0.6%之间;且硼砂或硼酸用80℃以上的热水溶解后加入。

除了以上四个方面外,淀粉粘
合剂中还需加入消泡剂。

因为由于淀粉的成分不纯或其他药品不纯, 使得淀粉粘合剂在搅拌制造过程中产生气泡,导致施胶不均匀,影响
纸板的粘结而降低纸板的强度及抗水性等,因此往往在制备好的淀粉粘合剂中加入消泡剂。

常用的消泡剂有磷酸三丁酯及低级醇类等,用的较多的是磷酯三丁酯。

消泡剂用量一般为万分之一左右。

⒉淀粉粘合剂的配制
淀粉粘合剂的配制方法有碱糊
法、氧化法、糊精法等,以氧化法为常用。

氧化淀粉粘合剂的制法分为热制法和冷制法,目前以冷制法为主。

冷制法是在不加热的情况下完
成淀粉的氧化与糊化过程。

在室温下,虽然淀粉分子活性较低,降解
缓慢,但由于氧化剂分解出的负离
子具有极强的氧化作用,而且淀粉
氧化是放热反应,所以在常温下若
加入适量的氧化剂和烧碱,可以将
淀粉氧化和糊化。

具体配方如下:
1.玉米淀粉20%
2.高锰酸钾0.6%
3.氢氧化钠1.5%
4.硼砂0.4%
5.氯化镁适量
6.亚硫酸钠适量
7.水77.5%
配制时要注意:
(1搅拌要充分,一直到粘合剂
变成糊状为止。

(2水比要控制适当,一般为
1∶5左右,以提高氧化剂与烧碱(NaOH的作用。

总之,在配制氧化淀粉粘合剂
时,要依淀粉的种类及质量,生产
需要和制备条件来确定配方和工艺,且要随着温度等条件的变化适
时调整配方,这样才能生产出适合
实际需要的淀粉粘合剂。

对于多层瓦楞纸板生产联动线
用淀粉粘合剂,其配方与单台单面机所用的粘合剂是不同的。

联动线是在连续生产中使纸板快速粘合和快速干燥。

这就要求粘合剂有足够的强度而又适于快速干燥。

采用双槽法
配置的粘合剂就能满足上述要求。

双槽法使用两个反应罐,即载体罐和主体罐。

配置方法是:首先在载体罐内加入少量淀粉,用60℃左右的温水溶解,然后加入氢氧化钠,使之糊化,制成具有足够粘性的浆糊,这称为载体部分。

然后在主体罐内加入淀粉、硼砂,搅拌均匀,并加水成为没有粘性的、且易沉淀的水乳液,这称为主体部分。

最后将载体罐内已经糊化的浆糊缓缓的抽入主体罐内,搅拌均匀,使生淀粉悬浮于糊化淀粉中,以防止生淀粉沉淀。

这种混合后的液体具有一定的粘性和非常好的流动性,可经由管道供给联动机中的上胶机使用。

用双槽法配置成的混合胶料没有完成全部糊化,要在裱合和烘干过程中才能完全糊化。

在联动机上,当瓦楞原纸经170℃以上温度的瓦楞辊压成瓦楞后,立即被涂胶辊涂上一层混合胶液,这层胶液在170℃温度下部分开始糊化,接着,已裱合的纸板马上被送到温度达170℃的热板上烘干,快速蒸发水分。

此时,主体部分的大量淀粉分子快速吸水膨胀,最后胶液完全糊化,将纸板粘牢。

由此可见,粘合剂的完全糊化与瓦楞纸板的粘合是同时进行的。

因其烘干时间短,所以粘合剂的水比值不宜过大,一般控制在1∶4~1∶5之间,这随着各地的气候条件以及联动机的车速和所用纸张的吸水性的不同而异。

有时,水比值相差较大。

联动机上的粘合剂是循环使用
的,配置方法同样随各地气候条件
和淀粉质量不同而异。

有的设备其
粘合剂是在室温下使用,不设保温
装置,这称之为冷糊;有的设备,
其粘合剂在使用过程中需要保温,
这称之为温糊。

温糊的使用效果比
冷糊好,但冷糊可节约能源。

现举例说明配置方法,供读者参考。

某厂配置方法:
水比1∶3.8
氢氧化钠含量为0.54%
硼砂含量为0.42%
粘度(用粘度杯测量30s
二、合成树脂粘合剂
生产瓦楞纸箱用合成树脂粘合
剂,目前主要是聚醋酸乙烯乳液及醋酸乙烯-乙烯共聚乳液粘合剂、聚乙烯醇粘合剂等。

⒈聚醋酸乙烯乳液及醋酸乙烯-
乙烯共聚乳液粘合剂
聚醋酸乙烯乳液(又名白乳胶或
简称P.V.A.C是由醋酸乙烯单体经聚合反应而得到的一种热塑性胶。

按其聚合方式不同又分为溶液型和乳液型两种。

一般用于纸箱行业的
为乳液型。

聚醋酸乙烯乳液为白色或乳
酪色的粘稠液体,具有微酸性,
能溶于多种有机溶剂,并能耐稀
酸稀碱,但遇强酸强碱会水解而
形成聚乙烯醇。

聚醋酸乙烯乳液有其独特的优
点,主要是:(1具有良好的、安全
操作条件。

它是水性乳液(分散剂为水,因而操作过程中洗涤方便;乳
液略带醋酸味,无毒,无火灾和爆
炸危险;没有腐蚀性,对人的呼吸
道和皮肤均无刺激作用。

(2常温固化速度较快。

由于乳液胶的干燥固化是靠水分的挥发来达到的,因而用于多孔型的纸张胶合时,能在较短时间内固化,而得到较高的胶合强度。

(3初期胶合强度高,使用简便,不必加热和添加固化剂,胶层
就能固化。

贮存期长达1年。

但其缺
点是耐水性和耐热性尚不够理想;
在冬季低温条件下,有可能冻结而
影响使用。

聚醋酸乙烯乳液粘结的纸板强
度高,在正常情况下,可以满足耐
水性的要求。

作为自动粘箱机用的
一种粘合材料,它可代替镀锌扁铁
丝钉箱,使纸箱外形更加美观,避免铁丝可能锈蚀的现象,以及避免铁丝钉损坏箱内小包装或商品的可能,还可提高抗压强度。

在国外,有些纸箱厂在制造高级销售包装时,不惜增加成本,用它取代淀粉粘合剂生产小瓦楞纸板来制造高质量的纸盒。

醋酸乙烯与乙烯共聚,可制得VAE乳液粘合剂。

由于在醋酸乙烯分子中加入了乙烯,使醋酸乙烯基内的距离拉大,因而空间位阻减少,使聚合物主链变得柔软,起到内增塑的作用。

VAE 乳胶膜能耐寒、耐酸、耐碱。

对氧、臭氧和紫外线较
稳定,与其他树脂相容性好,无毒,贮存期较长,低温成膜性好,被广泛用于瓦楞纸箱的粘结。

⒉聚乙烯醇(PVA粘合剂聚乙烯醇是一种白色颗粒状结晶聚合物。

将它加水加热溶解搅拌,也可掺入聚醋酸乙烯乳液,制成粘合剂。

用它粘结瓦楞纸板或纸箱时,纸板平整,挺直,不吸潮,不腐蚀商品,粘结牢固,经久不变形,制成的纸箱抗压力较强。

聚乙烯醇的粘合力比水玻璃及淀粉粘合剂都好,在瓦楞纸箱行业中也常用。

下面介绍一种聚乙烯醇粘合剂的配方(重量比:
聚乙烯醇(179913.70%聚醋酸乙烯乳液2.74%草酸1.37%水
82.19%
配制时,先将水加热至90℃,边搅拌边将聚乙烯醇陆续加入,等聚乙烯醇全部溶解,搅拌均匀后,将溶液加热至98℃,并保温3小时,然后加入草酸,最后加入聚醋酸乙烯乳液,搅拌均匀,冷却至室温即可。

※
(未完待续
作者单位:西安理工大学包装工程学院
关键词:瓦楞纸板粘合剂淀粉合成树脂
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