低温成型瓦楞纸板生产线粘合胶及其应用

        众所周知，瓦楞纸板的形成离不开淀粉胶粘剂。淀粉胶粘剂的主要作用是粘合瓦楞纸和面纸，形成瓦楞纸板。现在的大部分纸箱企业所使用的淀粉胶粘剂主要是生胶。这种生胶的缺点是稳定性差、制造复杂，粘度不稳定，时有脱胶现象，损失大打样，且糊化温度较高。一种新型的瓦楞纸板生产线专用胶--常温或低温粘合胶的问世解决了这些技术难题，它能从根本上替代传统的生胶，实现了高效，节能、减排、环保的效益，无疑将会在淀粉胶粘剂行业引发一场新的革命。在国际瓦楞工业乃属于新的突破。
　　冷定型当纳利，顾名思义，就是瓦楞纸在常温下粘合成型，从而达到了最大限度地节能。

　　一、传统热定型瓦线与粘胶剂存在的问题
　　1、胶水。胶水的用量直接影响到水分的多少。传统玉米淀粉的分子结构决定了胶的含水量。因为少于65%水分，淀粉不会糊化，产生不了粘度。而用胶量少了又不能粘合。20秒钟内纸张的吸水量超过胶水含水总量20%的时候CTP在中国，胶水中的水分含量太少不能与淀粉糊化，因此也自然就不能粘合。能粘合的传统胶水水的比例在粘合糊化的过程中加热后蒸发的水分会影响纸张的强度。
　　2、温度。淀粉的糊化决定于温度。温度高，车速相应加快，温度低从而降低速度，而需要糊化的温度必须要依靠能源。加之胶水65%-85%的含水量必须要靠能源来加热烘干活动，因此也造成了成本上升。

　　3、高温负荷，机器磨损。高温使金属膨胀，不同的材质膨胀系数不一，因此负荷增加，从而电机耗能增加。并且机器随着温度的升高喷绘机，磨损加大，使用寿命缩短，增加了使用成本
　　4、环保。煤的燃烧势必产生二氧化碳和粉尘，严重破坏和污染环境。而且煤和油也直接带来了产品的高制造成本。

　　二、新型瓦楞纸板生产线低温粘合专用胶的优势
　　1、常温或低温粘合，高效节能
　　新型常温或低温粘合胶也称“冷定型”粘合剂组合印刷，采用新一代自主研制的高分子粘合剂，不用高温加热固化。在固化道内自然干燥，增加了韧度，实现了常温快速粘合。主要特点是使用温度低，通常室温条件下即可进行电子监管码，如果是新上设备的厂家，使用常温或低温粘合胶后可以大大减少锅炉的一次性投入，若不要求使用速度快，可以不使用锅炉。在都市型瓦楞工业中，为节能环保打通一条绿色通道。
　　该胶粉的出胶量为一吨胶粉出二点八吨胶水。以三层板为例包装容器，如果是自己燃气，又用纯玉米淀粉，不用添加剂的企业，平均每平方米要多用一分钱，若用添加剂曼罗兰，并且添加剂的价位在每吨一万元，添加量为百分之五，价格和用此胶粉时持平；如果是买气或者烧油的，不加添加剂，每平方米要节约一到二分钱饮料包装，若用添加剂，每平方米将会节约二到三分钱。　　

2、粘合牢固，效果可靠
　　在瓦楞纸板的综合成本中，淀粉胶粘剂所占的比例应该是最小的，但是如果淀粉胶粘剂的粘合不牢电子商务，那么产品的成品率就会大大降低，给纸箱企业造成严重的经济损失。新型淀粉专用胶具塑料粘合剂性质为高分子树脂水性粘合剂，由高分子树脂和玉米淀粉组合成，初粘度高，用胶量少印刷检测，效果可靠，所粘合的瓦楞纸板不易开胶。而且它还解决了高施胶纸、高密度纸的粘合难题（如理文纸、玖龙纸、美卡、俄卡，美废、国废均可粘合等），与传统的淀粉胶相比，粘合强度提高10%以上知识产权，产品成品率显著提高，通常均可达到或超过国标，从根本上降低了生产成本和质量成本
　　3、提高纸板强度
　　由于采用常温起瓦定型瓦楞的原理，或称“冷定型”，机器磨损小DTP，使用寿命延长，设备折旧成本低。使用该胶纸板边压强度能提高10%以上，纸箱整体抗压强度显著提高。该产品现已在天津国际纸业、厦门和兴包装及青岛海尔集团纸箱供应商使用并推广，使用效果令人惊喜，纸板的边压强度提高了20%左右。
　　4、由于干燥热度可控显影，粘接强度高，干燥均匀平整，无热变形瓦纸收缩率好
　　5、粘度稳定，耐循环网络出版
　　现在很多淀粉胶粘剂长时间多次循环使用后，粘度下降很快喷墨印刷，有效涂胶量下降，粘合不牢，出现脱胶现象。而新型的淀粉胶粘剂却避免了这种现象，实验证明，长时间多次循环使用后知识产权，粘度几乎不变。
　　6、制胶简单，易操作
　　传统的淀粉胶粘剂在胶粉配制成胶水的过程中，通常要先做主体，再做载体，然后主体和载体混合后才形成胶水，此种做法不仅麻烦，而且风险大，一旦操作中的某一步出错，整个制作胶水的过程就算白费了，而低温粘合胶只需直接加水搅拌即可字体，简单易操作。
　　7、大大改善工作环境
　　通常情况下，瓦线生产车间的温度在生产线开动下，噪音小，夏天室温可以达到45度高温，而使用低温粘合胶后北人股份，由于锅炉的蒸汽压力变小了，散热也减少了，室温可以保持在38度左右，大改善了工人的工作环境。
　　8、绿色环保、降低污染
　　经国家包装产品质量监督检测中心检测高分子粘合剂和中性粘合剂具有高效的环保性；PH=7.0、苯=0.5g/kg、甲苯=十二甲苯未检出。由于使用低温粘合胶，可以节约燃料网络出版，从而减少CO2、SO2、NO2的排放量，极大的减少了环境污染。新产品的这些优点不仅会减少纸箱企业在设备上的巨额资金投入，而且还能大量降低能源消耗、减少环境污染，最终降低综合生产成本，提高产品质量雅昌，增加市场竞争力。油墨
　　降低系统总成本。比起传统的粘合剂，常温成型技术的粘合剂具有初粘度强，水分少，快干，成本低廉的特点。据测算立体印刷，用电量每平方米节约0.02元/㎡，用纸量节约0.05元/㎡，煤气节省0.04元/㎡，人工费用节约0.01元/㎡，合计每平方米节约0.12元/㎡；由于纸板强度扫描，平整度、粘合强度、光洁度提高，露楞，倒瓦、脱胶现象减少。

　　三、主要的创新点与内容
　　1、改变了传统生产线中用锅炉（油炉）加热定型瓦楞纸板的生产工艺，其设计独特，工艺新颖输纸，属国内首创。主要技术创新点在于：采用微波、电磁波烘干技术和自主开发的粘合剂，干燥热源可控，粘接强度高，干燥均匀平整，生产线布局合理印刷配件，结构紧凑，综合成本低，无锅炉（油炉）投资，减少三废排放，节能且环保。
　　2、整机动作负荷低整合，使用机小，只用设备的30%左右的动力，因此可以节能。在实验中发现，（1.6m~1.8m门幅单机总功率4KM电机）低温瓦线跑纸1400万米，还未出现换辊迹象（传统生产线跑纸约600~700万米就得更换瓦楞辊）。
　　由于常温定型技术包装机械，整个设备是在常温下生产，与（传统机械）在高温下运转相比，机械性能和耐磨损老化相差两倍，使用寿命延长一倍以上。

　　3、瓦楞纸板强度高：生产过程中使用高分子粘合剂和中性粘合剂，{经国家包装产品质量监督检测中心（成都）检测可知高分子粘合剂及中性粘合剂具有高效的环保性：此检测报告（NO：BZ--20050248）可证明。粘合剂中的PH=7.0柔印，苯=0.5g/kg，甲苯+二甲苯未检测出。}使胶水的PH值为中性，因此，根据同克重下的产品检测，强度（由无锡市技术质量监督局的检测说明）增加5~10%。
　　4、瓦楞原纸生产水分蒸发量的分析
　　根据国家标准，瓦纸、箱纸板交货水分最高可达12%，而瓦楞纸板下线水分的含量，最低为12%最高为16%。（14±2%）。由此可知，瓦楞纸板生产水分的蒸发，主要是烘干粘合剂带来的水分。所以包装印刷，每平方产品施胶量的大小，粘合剂的水分含量，原材料（纸）的水分含量直接影响瓦楞纸板下线水分。由于本项目采用自制研法的塑料粘合剂的水分含量只有50%，实践证明，如果瓦楞原纸和纸箱的水分不高（指在12%左右）爱克发，本项目的五层线生产三层（单瓦）瓦楞纸板时，完全可以不用开气压阀门烘干，即可符合产品下线水分要求。如果空气潮湿，瓦纸、箱纸板吸收水分，含水量大于12%高宝，生产过程烘干水分不易蒸发，可控制阀门，保持在3.5气压，便可加速原纸水分的排除。
　　5、粘合剂水分含量低，快干中国印刷企业强，产品不水分蒸发量少，节能。自研发的常温定型粘合剂，水分含量在40%--50%，在室温下，可快干人物，单位产品使用量少，所以水分蒸发量不大，因此，设定其他条件一样的情况下，使用本粘合剂也可节能。

　　6、生产线的主机处于室温工作出版动态，磨擦系数小，负载远小于传统瓦楞生产线，主机功率（含纵、横切刀、双面机）共11KW。因此，这部分较传统生产线节能50%。见对比表
　　由于各种纸张吸胶后的膨胀系数不同，因此数码印刷，易引起纸张收缩产生翘曲，采用高温定型工艺，纸张在热定型过程造成收缩，收缩比为10%左右，而常温定型技术生产的纸板在纸张定型过程可以把纸推拉增长10%，且瓦楞由于不受定型过程中的高温烧烤变型，最大程度保证了纸张的平整度。各种指标还可提高5%，一条线每年按生产2000万㎡计算，每年可能省400吨瓦楞原纸，节约100万元。每平方米可节约原纸3-5%。

瓦楞纸板（五层/三层）生产线新老机器生产产品成本对比

　　7、在常温方面绿色印刷，采用过真空吸附，轨道成型，但最终还是由齿型强制导纸，差速无强力送纸综合工艺技术实现了常温成型；在常温复合上，我们试用过辊压式、夹带式和真空负压式数字出版，最终用气垫正压实现了纸板的常温复合；在胶水研制方面，既要胶水无害、无味，又要干燥、且复合牢固。胶水的用量直接影响到水分的多少，传统玉米淀粉的分子结构决定了胶水的含水量，因为少于65%的水分包装材料，淀粉不会糊化，产生不了粘度，而用胶少了又不能粘合。20秒钟内纸张的吸水量超过胶水含水总量的20%的时候，胶水中的水分含量太少，不能与淀粉糊化压凹凸，因此也自然不能粘合。能粘合的传统胶水，水的比例在粘合糊化过程中加热后蒸发的水分会影响纸张强度。只有改变以胶水，才能改变整机的复合方式。为此，我们进行了近300种的研究对比，最后选用了高分子树脂和玉米淀粉两种原料组合成生产线用胶印前设备，实现了常温复合。

                                                        四、常温定型技术
　　（一）起瓦成形--重新设计瓦楞辊楞形
　　常识告诉我们政策法规，纤维有一定的水分含量时，加热成形较容易。电熨斗，喷雾电熨斗便是很好的例子。传统瓦楞纸板生产设备的瓦纸起瓦，便是利用这一热加工原理。在相同的水分含量室温状态下，将纤维（纸张）在外力的作用下上光，改变另一形状，也是可能的，先会出现两个问题，一是回弹，例如折纸富士星光，外力不够，对折的纸会回弹，伸展开来；二是过度受力，纤维受损。总之，成形不理想包装总论，想将纸对折成30℃夹角，要么受力过度，折成5℃，要么纸张会弹成60℃。
　　在若干次实验的基础上，又经过模拟机纸品包装，四台单机和两条生产线的制作，我们成功地确定了瓦楞辊的楞形状。在保持符合国家标准的A、B、C楞要求的情况下，楞尖和楞底的最佳半径比为1：1.08（如图一）。为了适应不同纸张规格和不同用户的要求，我们设计成瓦楞辊主、副辊主的啮合度可调。而且纸张厚薄可调。
　　（二）差速送纸--解决纸张最佳受力情况下的断裂问题
　　我们在确定最佳瓦尖、瓦底半径的试验中，同时也遇到了瓦纸经常断裂的问题。在排除了瓦纸质量问题的因素后胶印机，我们分析常温定型和热成型瓦纸在送纸机构到瓦楞辊中间这一段的受力状态是不一样的，不易拉断；而常温成型都是在室温下工作，瓦纸在纵向无尺寸改变，加上瓦纸常温成型受的力大，所以容易断纸。

　　找到原因后，我们立即对单面瓦楞机组传动比进行了重新设计。保证瓦纸的送纸速度，略比瓦辊的收纸速度快，并可调整，即差速送纸，以保证瓦纸在送纸辊到瓦楞辊这一段活动，处于无张力状态下进入瓦辊。至此，我们成功地解决了常温成型瓦纸易拉断的技术问题。（见图二）

　　（三）差速补偿
　　差速补偿方法，面纸在接触已施胶的单面瓦楞纸板，面纸开始膨胀，极易出现张力不均现象，易产生下线瓦困纸板，表面不平稳、翘曲等现象，利用差速补偿方法，使面纸在吸收胶水后充分膨胀，使其张力永远保持相同显影，解决了纸板不平整，翘曲现象，补偿办法是把输送以分级分段采用不同线速度来达到补偿的目的。
　　（四）粘合和粘合剂
　　1、粘合剂的研制
　　传统的瓦楞纸板生产中使用的粘合剂有成本价廉的优势，但必须加热到90℃以上才能糊化粘合，方能有一定的粘合强度。这种粘合剂常温成型技术无论如何是不能用的。市面上销售的粘合剂品种繁多模切烫印压痕，各种特色，但瓦楞纸板生产使用量大，成本不能接受。所以常温成型瓦楞纸板生产用的粘合剂必须自行研发。它应该有初粘度强、水分少、快干、价格低廉的特点。经过若干次的配制、选择、试用，我胶选择了室温下配制、室温下使用，价格低廉具有初粘度好当纳利，含水量较低，快干的塑料粘合剂。太阳化学
　　这种粘合剂是以聚乙烯醇为主要原料，配以碳酸钙、高岭土、助干剂、增强剂等，数种市场上容易采购的材料，以水为介质橡胶制品，经过化学反映制作的水溶性胶液。不含酸、碱，PH值呈中性。产品检测情况表明，材料相同的情况下，我们的粘合剂使用量少并具有更强的粘合强度。这个配方在15年前就研制成功，已在印刷行业的裱合生产中大量使用。无毒、无味整合，广泛用于烟草、食品、药品、水果酒类包装。（见国家包装产品质量监督局检验中心检测报告。）
　　2、粘合时机
　　本项目的单面机组瓦纸起瓦后上胶、粘合同传统瓦楞纸板生产工艺一样。我们的常温成型瓦楞纸的粘合时机，仍然选在起瓦成型后即上胶同时与面（里、芯）纸裱合。这样成型瓦纸不变形，从而保证楞距、楞高。与传统五层生产线不同的是通过双面机上胶复合成五层瓦楞纸板后再进烘道烘干。我们的产品上胶初复同步装置送入复合道，由于我们原纸上已经对水份做了处理调节。复合成的纸板完全不用加热烘干，保证产品不变形政策法规，收缩，平整度好。

　　五、胶水机操作规范
　　胶水机的动力是由瓦楞单面上传上去的，它与瓦楞单机是同步的，瓦楞单机运转，但它的调试和瓦楞单机只能同时调试术语，调节好胶量后，调上胶接触面，由限位螺栓控制，将已成型的单面瓦楞纸板穿过打开上胶气缸即可观察到上胶是否均匀。调好后将多余的瓦楞纸板切除，留能够到传送带的长度即可。脱开上胶气缸模切烫印压痕，待机。

　　1、操作要领
　　开机前认真检查各电器、气阀是否正常并对各润滑部位、链条加油，之后将胶液放入两夹胶辊内，并打开气阀将其与压载辊的间隙调至同要通过的单面纸板厚度，且两端间隙相等。无轴支架装上所需要的面纸。光洁面向上，开机后观察涂胶量是否适宜知识产权，不发则调。单面纸板输送过来后，人工导向穿过涂胶辊，将单面纸板、面纸对齐一并送入传动带，打开气阀，同时观察胶量是否正常。一般以胶液均匀分布瓦脊而不流入瓦沟为宜。生产完开闭气阀糊盒，退出涂胶辊，关上胶阀并放出两夹胶辊内胶液，后再清洗胶盘、涂胶辊及传输带上杂物，保持设备场地清洁，填写设备运行记录。
　　2、作业准则
　　（1）全面掌握纸板线的工作原理科印报告，严格按作业要领工作。生产线的操作主控柜由一人操作，根据各个岗位反馈的信息控制生产线速度，并作生产记录（其中包括：生产量，机器运行时间，机器故障记录喷绘机，安全记录，以及保养记录）。
　　瓦楞单机调试时需5人组成，其中一人操作控制柜，3人穿纸做准备工作，一人调节胶水凹印，复合辊及副瓦辊的压力。调试结束后切至自动档，只需要留一个人查看胶水使用情况，其余人换至别的岗位。每一台瓦楞机均留一个人查看胶水使用情况，同时负责瓦楞机压力的调整，纸张张力的控制及单面机周边的所有动作部件的检查书刊印刷，润滑和安全。

　　胶水机调试与瓦楞机是同时调节的，调试时2人，两台机调试完后分开，各负责一台胶水机的胶水使用情况。并根据实际使用量来调节胶水量的大小，正常后还需要负责对驱动电机的开和关纸箱纸盒，一般电加热生产线则为是加热热丝，或是加热红外板。其热能的传统都是以直接传递和热辐射的方式进行，都是要由表及里地加热纸品，再传热至粘结层使水分蒸发。
　　在传统的瓦楞纸板生产线旁和本生产线站立过的人，便深感常温定型微波生产线的节能原理。在传统生产线的瓦机、烘道旁站立感到热气灼人重组，而在低温瓦线旁，绝无此感。除烘道是有点热感之外，只有刚出烘道的瓦楞纸板是瘟的。所有设备，全是冰凉的。这说明传统的瓦楞纸板生产线的热能，大部分在无方向的热传导中损失了其他包装，向环境辐射了。真正作用产品烘干的，仅只有30%左右。而本生产线的热能量传导方向受控，直接作用水分子，传递效率高，所以节能。下线水分均匀。

表3 冷制高强快干胶黏剂配方/kg

　　按此配方和工艺制作的淀粉胶黏剂胶印机，工艺简单，不需加温，从投料到制成成品仅需30~60min，黏合纸箱干燥快、强度高，不跑楞、不吸潮、不泛潮、不泛碱。经测试金融危机，初粘1~1.5min，全粘5~10min，破坏纤维30~50s，其有关理化指标均优于泡花碱及目前其他配方和工艺制作的淀粉胶黏剂，可广泛用于出口商品包装瓦楞纸箱人民币，食品包装用瓦楞纸箱，果蔬类包装用瓦楞纸箱和中、高档商品包装的瓦楞纸箱。冷制高强快干胶黏剂与普通胶黏剂和泡花碱的比较见表4。

表4 冷制高强快干胶黏剂与普通胶黏剂和泡花碱的比较

　　以上配方在使用时须根据具体环境温湿度、使用原料及原料本身的质量和黏合不同类型的纸板进行适当的调整。

　　七、低克重原纸与低温瓦线
　　（一）适用薄膜计量器（TEMTM）技术
　　瓦线运行通常要消耗大量的能源，用于产生蒸汽。根据不同的生产速度、新旧程度、运行时间和燃料的价格，每年能源费用大约从25万美元到75万美元不等。
　　现在大部分正在运行的瓦线的上胶机所使用的技术和加工工艺都已过时。尽管多年来已经对这些设备进行了许多现代化的改造。但主要设计和功能没有太大的变化。根据上胶机的新旧程度，施胶1.5遍到3遍的情况并不鲜见。尽管操作人员倾向于尽量少用浆糊检测系统及仪器，但是大部分老机器都不能进行调整。如果降低浆糊的用量，很有可能导致一点浆糊都无法涂上。
　　一种流行的观念认为，浆糊用量越多，粘合强度越强。而实际上这并不正确，过量的浆糊除了导致干燥时需要的热量增加外酒品包装，还会导致很多问题产生。很多瓦线的贴合机都以最大的功率工作。如果有可能降低浆糊的用量，而不影响纸板的强度，那么最终的结果就是干燥所需要的热量更少。如果降低浆糊的用量对增强纸板的强度和质量有好处，这样双赢的选择将使瓦线操作受益。

　　为了实现这一目标，操作人员要使施胶更均匀食品包装，理想的状态是只在楞尖中央施胶。可以获得此效果的一种方法是使用薄膜计量器（TFMTM）技术。TFM系统能准确地减少浆糊膜厚度，使之低于0.01mm。这就消除了浆糊的泼溅和浪费，减少了浆糊用量，并增强了粘合强度。
　　为了提高纸板性能，据ISO-BARTMTFM上胶机生产企业估计网印，如果使用新上胶单元，瓦线速度大约可以提高40%，浆糊用量能减少25%多，而每个蒸汽室里的蒸汽压力能减少50%~90%。

安装ISO-BAR系统前后热板蒸汽压力比较 压力单位：BAR（PSI）

　　由于楞尖上的上胶精度提高，缩小了上胶间隙政府政策及监管，我们的上胶机能大大地提高纸板性能，减少能源成本。此外，通过精确施胶和精确施胶和精确的浆糊计量，能让瓦楞在单面机上不接触，防止了楞尖的塌陷。
　　下表是一家纸箱企业运用ISO-BAR的实际生产数据--这表明燃料消耗降低了大约40%。根据以上数据输纸，这种新型的、更为精确的上胶设备的回收投资期约为12~14个月。
　　由于贴合机上的蒸汽压力减少，瓦楞纸箱生产行业正在朝着“冷”化发展--更少的热消耗就意味着节约成本。此外，使用“冷”的贴俣机还有助于生产具有涂布面纸的纸板。很多瓦线生产面临的普遍问题是在加工特殊面纸时遇到的起泡和分层问题。由于使用的浆糊量减少，因此需要的热量和蒸汽也就越少，面纸上出现的水泡现象就可以尽量避免了。
　　（二）Kohler的解决方案
　　经证明饮料包装，ISO-BARTFM系统消除了过量的浆糊应用，至少减少30%的浆糊用量，只将能够实现足够粘合强度的浆糊涂到瓦楞，在上胶期间还能减少或避免楞尖塌陷现象。这就在保证PIN和ECT值的同时，让低克重面纸和芯纸的使用成为可能。仅在纸张这一项方面分色，每年节省的成本就可观。

　　TFM还能允许在浆糊中提高固体颗粒的含量，这样可以比常规系统少传递40%的水分到纸板上。因此，要消除过多的水分就只需要消耗比过去更少的能源和时间。从而大大降低了燃料的消耗量，而运行速度却显著提高。
　　水分含量过高是纸板质量的大敌之一。为瓦线上安装ISO-BARTFM减少了纸板中的水分含量，能生产出比传统设备上更平整的纸板。这一系统的优点在整个生产过程中都能体现：纸翘曲减少；进纸部的皱团现象减少了；下游设备的运行更顺畅设备维护与保养，速度更快；印刷和模切的精确度得到加强。生产出的纸板更光滑。没有洗衣板现象的纸板能提供非常好的印刷表面。

资料来源：科印网，作者：陈希荣