瓦楞紙板作為一種重要的材料使用于內(nèi)外銷產(chǎn)品包裝瓦楞紙箱的生產(chǎn)，而瓦楞紙箱性能優(yōu)良，具有輕便、牢固、便于裝卸運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于家用電器、紡織品、食品等運(yùn)輸包裝，是必不可少的包裝容器。從其發(fā)展來看，1996年紙箱銷售量80億平方米，2000年增長(zhǎng)到125億平方米，到2002年六年中約增長(zhǎng)1.5倍達(dá)到200億平方米。有人預(yù)計(jì)到2004年我國(guó)用于運(yùn)輸?shù)耐呃慵埰鳟a(chǎn)量將達(dá)到165億平方米，成為亞洲最大的瓦楞紙器生產(chǎn)國(guó)。用于粘合芯紙和面紙所用的粘合劑可以說對(duì)其性能具有一定的決定作用，因此研究性能優(yōu)良的粘合劑具有很重要的價(jià)值。我國(guó)對(duì)它的研制有二十多年的歷史。
1.概述瓦楞紙板用粘合劑的發(fā)展情況
我國(guó)紙箱行業(yè)中使用最早的粘合劑是20世紀(jì)30年代所使用的NaSiO3（又稱水玻璃、泡花堿）。雖然它結(jié)膜快，價(jià)格低，但是用它粘合的紙箱堿性大，容易吸潮開層，有腐蝕性，使包裝的商品受到損壞，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。鑒于此，我國(guó)在70年代末開展淀粉粘合劑的研制，在80年代中期即1984年開始推廣淀粉粘合劑以替代泡花堿。雖然淀粉具有來源廣，資源豐富，價(jià)格低，無毒，無污染等優(yōu)點(diǎn)，但用它所制粘合劑含水量大、初粘性差、粘度有時(shí)不穩(wěn)定、固化速度慢，膠膜剛性差，所以對(duì)它進(jìn)行改性的研究很多，但這些改性主要集中在氧化改性上，且氧化改性所制粘合劑主要針對(duì)我國(guó)大多數(shù)缺少自動(dòng)成形烘干設(shè)備的中小企業(yè)，而對(duì)高速流水線生產(chǎn)用淀粉粘合劑的研究甚少。目前，已研制出的少量的幾種也存在著很多的不足。
國(guó)外從20世紀(jì)50年代就開始用淀粉粘合劑取代泡花堿，1935年美國(guó)的Stein-Hull就成功的研制出玉米淀粉粘合劑，且這種粘合劑根據(jù)制備方法不同可分別適用于小型企業(yè)和大型瓦楞紙箱生產(chǎn)廠用。國(guó)外針對(duì)初期的淀粉粘合劑存在的不足也進(jìn)行了改性，如提高防潮性、初粘性、干燥速度等，改性比較成功，目前美國(guó)研制的淀粉膠一般既可干粉化用，也可現(xiàn)配現(xiàn)用，針對(duì)的大部分也是高速自動(dòng)化流水線用膠。
由此看來，研制性能優(yōu)良和自動(dòng)化流水線用粘合劑是我國(guó)亟待解決的問題。
2.粘合劑中各種常用助劑的發(fā)展及作用
淀粉粘合劑中最基本的原料是淀粉，淀粉包括玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、土豆淀粉等，由于產(chǎn)地的不同在配制膠種時(shí)會(huì)選用不同的淀粉，但就目前來看玉米淀粉的使用量最大。最常用的助劑有糊化劑、交聯(lián)劑、氧化劑，在反應(yīng)過程中會(huì)根據(jù)實(shí)際需要適當(dāng)加一點(diǎn)催化劑、消泡劑。為配制具有特定功能的粘合劑會(huì)加入各種功能助劑，如催干劑、防潮劑、防腐劑、增塑劑等。下面就其中的常用助劑加以介紹。
2.1糊化劑
糊化劑是淀粉粘合劑應(yīng)用至今的助劑，而且采用的一直是NaOH，包括國(guó)外也一直在用它。NaOH的主要作用是降低糊化溫度，通過與淀粉中的羥基結(jié)合，破壞部分氫鍵，減弱大分子間的作用力而實(shí)現(xiàn)這一目的的。一旦在淀粉中加入氧化劑對(duì)其進(jìn)行氧化改性，NaOH的作用又會(huì)表現(xiàn)為調(diào)節(jié)pH值，保證堿性氧化條件；還會(huì)使氧化淀粉的羧基變?yōu)殁c鹽，增加親水性和溶解性。當(dāng)然NaOH的用量要適當(dāng)，用量過少，達(dá)不到糊化效果且膠液流動(dòng)性不好，并且不易貯存；用量過大，粘度過低，流動(dòng)性大，不易上膠，對(duì)紙品的腐蝕性會(huì)增大。
2.2交聯(lián)劑
淀粉粘合劑的基本配方為淀粉、水、燒堿。交聯(lián)劑是隨著淀粉的氧化改性而加入使用的一種助劑。一直以來主要使用的交聯(lián)劑為硼砂（Na2B4O7·10H2O），乙二醛、甲醛、環(huán)氧氯丙烷使用量很少，最近有人用高分子樹脂與硼砂一起作為交聯(lián)劑使用，如使用乙烯基高分子樹脂，分子式的主要成分為(CH2)nNO。硼砂的主要作用是提高粘結(jié)性和初粘性，因?yàn)榕鹕澳芘c充分溶脹后的淀粉分子形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多核絡(luò)合物，有助于淀粉的交聯(lián)，并使生成的薄膜堅(jiān)牢。硼砂用量也有一定的要求，用量過多，內(nèi)聚力過高，使膠的流動(dòng)性差，易凝膠；用量過少，絡(luò)合不夠，粘接力差，膠過稀，使瓦楞紙板脫膠，儲(chǔ)存時(shí)易分層。
2.3氧化劑和催化劑
自從進(jìn)行氧化改性以來，國(guó)內(nèi)外大多數(shù)廠家使用的氧化劑為KMnO4、NaClO和H2O2這三種，只不過在使用中通過對(duì)比選擇適合自己的生產(chǎn)所需的一種。當(dāng)然這三種氧化劑各有利弊，不過發(fā)展到目前來看，國(guó)內(nèi)外都對(duì)H2O2有所鐘愛。
KMnO4作氧化劑氧化速度快，用量少，由顏色的變化可確定反應(yīng)進(jìn)行的程度，操作方便。但做出的粘合劑為深咖啡色，用在瓦楞紙箱上影響外觀。
NaClO作氧化劑價(jià)格低廉，但它不穩(wěn)定，貯存中濃度變化較大，并且在反應(yīng)中放出氯氣污染環(huán)境。
H2O2作氧化劑氧化效果好，無毒無味，用量少，氧化過程中不給反應(yīng)帶進(jìn)雜離子。但是其價(jià)格是這三種氧化劑中最高的。
催化劑的使用可以說在選擇上沒有費(fèi)太多的工夫，因?yàn)榇呋瘎┦莵砑涌旆磻?yīng)速度的，這與化學(xué)緊密聯(lián)系，有化學(xué)基礎(chǔ)便能較容易的選擇出。KMnO4作氧化劑時(shí)，不需催化劑；NaClO作氧化劑時(shí)Ni2+、Fe2+、Cu2+等金屬離子有較好的催化作用，其中的Fe2+用量最多；H2O2作氧化劑時(shí)Fe2+有較好的催化作用，美國(guó)有用Mn2+替代Fe2+作催化劑的。
3.功能性粘合劑的發(fā)展
功能性粘合劑指針對(duì)粘合劑在使用中存在的不足而對(duì)其某一方面進(jìn)行改性的粘合劑。目前在高強(qiáng)快干、耐水、防潮方面研究比較多，尤其是針對(duì)淀粉粘合劑含水量高，干燥速度慢的不足，對(duì)快干的研究最多。在這一方面我國(guó)與國(guó)外的差距很大。據(jù)對(duì)大連的兩個(gè)較有名的瓦楞紙箱廠了解，我國(guó)三層瓦楞紙板車速為70～80m/min，五層的只能跑30m/min，紙板干的很慢，而美國(guó)的淀粉粘合劑五層的車速達(dá)到了200m/min，由此可見，我們還有很長(zhǎng)的一段路要走。由此國(guó)外的改性焦點(diǎn)集中在防水上。
3.1快干型淀粉粘合劑
淀粉粘合劑的固含量16%左右，還不到泡花堿的固含量的一半，這使它的干燥速度很慢，從而影響了使用，所以提高淀粉粘合劑的干燥速度成了改性的主要工作。發(fā)展到現(xiàn)在快干改性主要有兩種途徑：加填料催干和加催化劑催干。
淀粉粘合劑屬溶劑型粘合劑，溶劑為水，主體材料是淀粉。水蒸發(fā)或揮發(fā)脫離粘合劑，進(jìn)入周圍環(huán)境，淀粉形成膠膜過程為干燥過程。水的蒸發(fā)只是一種形式，膠膜的形成才是干燥的內(nèi)涵和本質(zhì)內(nèi)容。
?、偬盍闲痛吒蓜?BR> 膨潤(rùn)土、高嶺土、輕質(zhì)碳酸鈣、氯化鈣和明礬等是現(xiàn)在所使用的無機(jī)填料催干劑，其中膨潤(rùn)土和輕質(zhì)碳酸鈣是國(guó)內(nèi)外用量最多的。它的作用表現(xiàn)在一方面增加固含量，填塞紙纖維孔隙減少水份滲入，另一方面當(dāng)水份減少時(shí)能吸收水份形成膠膜，從而增加干燥速度。
催干原理為：填料將粘合劑中部分溶劑水轉(zhuǎn)化為膠膜的一部分，從而提高干燥速度，在膠液中，填料不與水和粘合劑的其它成分發(fā)生化學(xué)上的相互作用，但當(dāng)水減少到一定程度后，填料濃度提高，并迅速與水發(fā)生相互作用，一個(gè)分子的填料可以“固化”自身重量幾倍甚至幾百倍的水，一起成為膠膜的組成部分，從而極大地提高粘合劑的干燥速度。
②催干劑
這里的催干劑主要指有機(jī)高分子，目前用量較多的有PVA（聚乙烯醇）、脲醛樹脂和苯-丙乳液。有人把這幾種物質(zhì)與淀粉粘合劑發(fā)生的反應(yīng)分為兩種類型：接枝反應(yīng)型和高分子乳液共混型。接枝反應(yīng)型是針對(duì)PVA和脲醛樹脂而言，在玉米淀粉粘合劑中加入這兩種物質(zhì)后，在一定條件下發(fā)生接枝反應(yīng)，可把淀粉分子中親水性羥基掩蔽起來，使水份主要向空中揮發(fā)。高分子乳液共混型是就苯-丙乳液來說的，有人也把PVA和脲醛樹脂也算在這一類中，加入苯-丙乳液，在干燥過程中，其與玉米淀粉粘合劑分子相互交織，組成更大的網(wǎng)絡(luò)，它可增加粘接強(qiáng)度。苯-丙乳液有憎水基團(tuán)，有利于水份的揮發(fā)，加快干燥速度。但苯-丙乳液的干燥效果不如其它的干燥劑（包括填料）。
3.2耐水性（防潮性）淀粉粘合劑
這方面的研究我國(guó)很少，西北民族學(xué)院曾探討過工藝條件對(duì)淀粉粘合劑耐水性的影響，并在自己的實(shí)驗(yàn)室研究條件下提供了一套在潮濕環(huán)境下使用包裝用玉米淀粉粘合劑的生產(chǎn)工藝。但其配方的唯一不足是加了甲醛。國(guó)外在這方面的研究較多，特別是美國(guó)的改性研究比較成功。
美國(guó)在1995年申請(qǐng)的專利號(hào)為5,405,437,名為All Natural ,Starch-based,Water Resistant Corrugating Adhesive的一項(xiàng)專利，在防潮性方面取得了重大進(jìn)步。這一專利中淀粉粘合劑的制備類似于Stein-Hull二步法，分別制備主、載體淀粉，其中載體淀粉既可干粉化，也可現(xiàn)配現(xiàn)用，另外也可采用一步法配制。無論采用哪種配方，都是通過采用常用的助劑、原料（玉米淀粉、NaOH、H2O2、Mn2+催化、硫代硫酸鈉或亞硫酸鈉終止劑）而達(dá)到理想目標(biāo)的，且其工藝條件非常細(xì)微。其1995年專利號(hào)5,393,336的另一專利也是對(duì)耐水性改性的研究，也是通過控制工藝條件實(shí)現(xiàn)的。
4.結(jié)語
淀粉粘合劑隨著瓦楞紙箱的大量使用已越來越顯示出其重要性，但由于我國(guó)對(duì)它進(jìn)行研究起步較晚，使之在使用中仍存在很多的不足，如：初粘性差、膠膜剛性小、用于流水線用膠種類太少等?？傊?，這仍然需要我們的研究人員的不懈努力，研制出性能更優(yōu)良的粘合劑。
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