瓦楞紙板作為一種重要的材料使用于內外銷產品包裝瓦楞紙箱的生產，而瓦楞紙箱性能優(yōu)良，具有輕便、牢固、便于裝卸運輸?shù)忍攸c，被廣泛應用于家用電器、紡織品、食品等運輸包裝，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年增長到125億平方米，到2002年六年中約增長1.5倍達到200億平方米。有人預計到2004年我國用于運輸?shù)耐呃慵埰鳟a量將達到165億平方米，成為亞洲最大的瓦楞紙器生產國。用于粘合芯紙和面紙所用的粘合劑可以說對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值。我國對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
我國紙箱行業(yè)中使用最早的粘合劑是20世紀30年代所使用的NaSiO3（又稱水玻璃、泡花堿）。雖然它結膜快，價格低，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，還會對環(huán)境造成污染。鑒于此，我國在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，價格低，無毒，無污染等優(yōu)點，但用它所制粘合劑含水量大、初粘性差、粘度有時不穩(wěn)定、固化速度慢，膠膜剛性差，所以對它進行改性的研究很多，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我國大多數(shù)缺少自動成形烘干設備的中小企業(yè)，而對高速流水線生產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。
國外從20世紀50年代就開始用淀粉粘合劑取代泡花堿，1935年美國的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廠用。國外針對初期的淀粉粘合劑存在的不足也進行了改性，如提高防潮性、初粘性、干燥速度等，改性比較成功，目前美國研制的淀粉膠一般既可干粉化用，也可現(xiàn)配現(xiàn)用，針對的大部分也是高速自動化流水線用膠。
由此看來，研制性能優(yōu)良和自動化流水線用粘合劑是我國亟待解決的問題。
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，由于產地的不同在配制膠種時會選用不同的淀粉，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，在反應過程中會根據(jù)實際需要適當加一點催化劑、消泡劑。為配制具有特定功能的粘合劑會加入各種功能助劑，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用至今的助劑，而且采用的一直是NaOH，包括國外也一直在用它。NaOH的主要作用是降低糊化溫度，通過與淀粉中的羥基結合，破壞部分氫鍵，減弱大分子間的作用力而實現(xiàn)這一目的的。一旦在淀粉中加入氧化劑對其進行氧化改性，NaOH的作用又會表現(xiàn)為調節(jié)pH值，保證堿性氧化條件；還會使氧化淀粉的羧基變?yōu)殁c鹽，增加親水性和溶解性。當然NaOH的用量要適當，用量過少，達不到糊化效果且膠液流動性不好，并且不易貯存；用量過大，粘度過低，流動性大，不易上膠，對紙品的腐蝕性會增大。
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性和初粘性，因為硼砂能與充分溶脹后的淀粉分子形成網(wǎng)狀結構的多核絡合物，有助于淀粉的交聯(lián)，并使生成的薄膜堅牢。硼砂用量也有一定的要求，用量過多，內聚力過高，使膠的流動性差，易凝膠；用量過少，絡合不夠，粘接力差，膠過稀，使瓦楞紙板脫膠，儲存時易分層。
2.3氧化劑和催化劑
自從進行氧化改性以來，國內外大多數(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比選擇適合自己的生產所需的一種。當然這三種氧化劑各有利弊，不過發(fā)展到目前來看，國內外都對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進行的程度，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作氧化劑價格低廉，但它不穩(wěn)定，貯存中濃度變化較大，并且在反應中放出氯氣污染環(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帶進雜離子。但是其價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太多的工夫，因為催化劑是來加快反應速度的，這與化學緊密聯(lián)系，有化學基礎便能較容易的選擇出。KMnO4作氧化劑時，不需催化劑；NaClO作氧化劑時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Fe2+有較好的催化作用，美國有用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粘合劑在使用中存在的不足而對其某一方面進行改性的粘合劑。目前在高強快干、耐水、防潮方面研究比較多，尤其是針對淀粉粘合劑含水量高，干燥速度慢的不足，對快干的研究最多。在這一方面我國與國外的差距很大。據(jù)對大連的兩個較有名的瓦楞紙箱廠了解，我國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，而美國的淀粉粘合劑五層的車速達到了200m/min，由此可見，我們還有很長的一段路要走。由此國外的改性焦點集中在防水上。
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涵和本質內容。
?、偬盍闲痛吒蓜?BR> 膨潤土、高嶺土、輕質碳酸鈣、氯化鈣和明礬等是現(xiàn)在所使用的無機填料催干劑，其中膨潤土和輕質碳酸鈣是國內外用量最多的。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，另一方面當水份減少時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)生化學上的相互作用，但當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。
?、诖吒蓜?BR> 這里的催干劑主要指有機高分子，目前用量較多的有PVA（聚乙烯醇）、脲醛樹脂和苯-丙乳液。有人把這幾種物質與淀粉粘合劑發(fā)生的反應分為兩種類型：接枝反應型和高分子乳液共混型。接枝反應型是針對PVA和脲醛樹脂而言，在玉米淀粉粘合劑中加入這兩種物質后，在一定條件下發(fā)生接枝反應，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，它可增加粘接強度。苯-丙乳液有憎水基團，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
這方面的研究我國很少，西北民族學院曾探討過工藝條件對淀粉粘合劑耐水性的影響，并在自己的實驗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工藝。但其配方的唯一不足是加了甲醛。國外在這方面的研究較多，特別是美國的改性研究比較成功。
美國在1995年申請的專利號為5,405,437,名為All Natural ,Starch-based,Water Resistant Corrugating Adhesive的一項專利，在防潮性方面取得了重大進步。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）而達到理想目標的，且其工藝條件非常細微。其1995年專利號5,393,336的另一專利也是對耐水性改性的研究，也是通過控制工藝條件實現(xiàn)的。
4.結語
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，但由于我國對它進行研究起步較晚，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。總之，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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