瓦线淀粉粘合剂

瓦线淀粉粘合剂

在瓦楞纸板加工工艺中，决定瓦楞板强度的因素除了原纸本身的强度外，瓦线用淀粉粘合剂也起着至关重要的作用。随着对瓦楞板加工工艺的认识不断深入，瓦楞包装企业也日渐意识到瓦线淀粉粘合剂在提高瓦线生产效率和瓦楞纸箱强度方面所起的重要作用。

粘合剂制备要素

瓦线淀粉粘合剂是运用一定工艺把众多要素结合起来的结果。通过控制这一工艺，结合瓦线设备状况、原纸特性，对各要素进行优化组合，使调配出的粘合剂满足瓦线生产要求。在进行配制前，有必要对粘合剂制备过程中各要素的作用做一番详细介绍。

淀粉

淀粉是一种从含叶绿素植物里提取的天然碳水化合物，形态为密集的细微颗粒，是两种碳水化合物聚合体的混合物——直链淀粉和支链淀粉。由于淀粉成本相对较低，是一种可再生的资源，而且不影响瓦楞纸板的回收利用，因此淀粉在瓦楞工业中得到广泛应用。

淀粉可以从玉米、小麦、大米、马铃薯、木薯、西米、豌豆、甚至香蕉等众多植物中提取。在瓦楞纸箱行业粘合剂的制备过程中，玉米淀粉和木薯淀粉是使用最多的两种类型。而马铃薯淀粉则在重型纸板领域占有一席之地，但近几年来小麦淀粉的使用呈现明显地增长趋势。

小麦淀粉对温度比玉米淀粉更敏感，这就意味着小麦淀粉的糊化温度比玉米淀粉的更低，在瓦线上则意味着在高车速运行下也能获得良好的粘合效果。但如果是低速运行，则容易造成粘合剂易提前糊化，产生纸板脱胶现象。不仅如此，小麦淀粉对温度比玉米淀粉更敏感，因此烧碱硼砂的用量要减少到玉米淀粉的1/2~2/3，使用时要注意进行配方调整。马铃薯淀粉粘性非常好，糊化温度极低，常用于重型瓦楞纸板的粘合。马铃薯淀粉颗粒大，容易产生沉淀，因此要不断搅拌。

不同淀粉类型的相关特性对照表：

水

在粘合剂中，水有两个基本作用。首先，水是粘合剂的载体，粘合剂通过载体转移到要加工的瓦楞纸上，然后渗入瓦楞纸内。其次，在给粘合剂带来粘性的淀粉颗粒的膨胀过程中，水是必需的。粘合剂的固化原理正是通过吸收和蒸发作用除去粘合剂中的水份，从而最终产生粘合的。

一般，配制瓦线粘合剂的水要求使用洁净的自来水，有的工厂为了节省用水成本，也使用经过污水处理的循环水。但使用循环水配制的粘合剂，稳定性会受到很大影响。如果在两步法中使用，强烈建议仅限于在该工艺的第二步中使用，且一定要对循环水进行杀菌处理。一步法制浆相对来讲对循环水的要求要低一些，但也一定要对循环水进行杀菌处理。

烧碱

烧碱的作用是使淀粉糊化而产生一定的粘性。糊化是淀粉颗粒吸收热量并快速膨胀的过程，对确保粘合质量及粘合强度至关重要，淀粉的粘合性能即来自糊化过程。糊化温度主要会受糊料中加入烧碱量的影响。事实上不断加入烧碱甚至有可能把糊化温度降低到与周围环境相同的温度。在两步法制糊工艺中，烧碱被用来糊化载糊淀粉增强其粘性。在一桶式制糊工艺中，淀粉膨胀时添加烧碱也可以增强粘性。在生产稳定性较强的粘合剂过程中，烧碱还有润湿剂的功能，有助于黏合剂渗透到原纸中。一般烧碱的添加量约为淀粉量的2-4%之间，具体视淀粉的类别而定，此外，高温天气烧碱添加量要比低温天气少，以防止糊料在浆盘和输浆管内糊化并堵塞输送管道。

搅拌

在制备阶段，搅拌是通过剪切力的作用来降低粘合剂的粘度以达到一个稳定的水平，以避免粘合剂在泵到机台及在各机台处进行小循环时粘度急剧下降。

硼砂和硼酸

在淀粉糊化过程中，硼砂能促进淀粉分子交联结合，增强粘合剂的粘性，加快粘合速度。此外，硼砂与熟淀粉发生作用，可改变粘合剂的粘度，影响其流动性与渗透性。在一桶式制糊工艺的制备过程中硼酸可以使淀粉粘合剂达到所需粘性后停止膨胀。它与烧碱一起使用也可提高初粘强度和粘度稳定性。硼砂用量一般在1%左右。

添加剂

为了改善淀粉粘合剂的粘合性能或赋予粘合剂在某方面的特殊性能，通常在配制过程中会加入一些添加剂。常用的的添加剂类型有防腐剂、防水添加剂（交联树脂）、增粘剂、稳定剂等。

熟淀粉糊和膨胀的淀粉分子容易发生细菌降解。防腐剂有助于避免污染，防止糊料滋生细菌而引起粘性降低。传统上常使用甲醛一类的防腐剂，但由于甲醛对人体危害较大，近些年来已逐渐被一些更环保更安全的产品取代。多数纸箱厂配制的粘合剂通常在两三天内即用完，因此，一般不使用防腐剂。

有些瓦楞纸箱在包装后需在冷冻条件下存储，冷冻环境凝成的水汽渗入糊线，容易导致糊线乳化而出现纸板开胶，这就需要粘合剂有很强的防水性能。增加糊线的防水性能，一般可通过添加交联树脂达成。交联树脂的作用在于使糊胶固化后不容易再乳化。

增粘剂一般用来提高粘合性能。粘度添加剂经常用在生产特殊产品（七层瓦楞纸板）或粘合难度大的纸张（如施胶度高的纸张）时。一般情况下，这种添加剂可不加，除非是先前得知粘合不良的根源并确定不是机器或配方方面的问题。

稳定剂可以用来改善粘合剂粘度下降的问题，而粘度下降多是由搅拌过度、循环使用过程中变稀或腐坏变质造成的。使用稳定剂后五到十分钟内便可恢复其粘度并在24小时内一直保持该粘度的稳定。稳定剂通常在特殊而非常规的情况下使用，即在查清粘度下降的根源后使用。

淀粉粘合剂的制备工艺

淀粉粘合剂最初的配制方法是把水和淀粉直接混合，而在实际应用时这种粘合剂对本行业来说用处不大，因为这种粘合剂需要不停顿地搅拌，否则淀粉就会改变悬浮状态而很快沉淀下来。另外，这种粘合剂的粘性差，施胶操作困难，而且糊化温度要求太高，使设备运转速度变慢，需要大量的热量才能完成粘合过程。多年来，人们一直没有停止对粘合剂配制工艺的控索，最终有两种工艺逐渐被普遍采用。

斯坦霍尔工艺

斯坦霍尔法（Stein Hall），俗称“两步法”，是美国Stein Hall 公司于1934年~1936年发明的，此方法制作的淀粉粘合剂是瓦楞纸板用粘合剂中跨时代的发明。两步法就是在制作粘合剂过程中，用两个制作容器（或称两个浆糊罐），一只安装在上方的罐（制作淀粉熟浆的）称载体罐，另一只安装在下方的罐（制作淀粉生浆的）称为主体罐。

载体罐中载体部分的制作过程，是先将定量的水及淀粉混合搅拌，缓慢加入定量的烧碱溶液，搅拌足够时间，制成粘度高的糊状液，俗称熟浆。

主体罐中主体部分的制作包括两个部分。首先，将定量的水、淀粉及硼砂混合搅拌足够时间；然后，将载体罐中的熟浆缓慢注入主体罐中，继续搅拌至合适粘度为止。

    斯坦霍尔粘合剂工艺中，主要部分即载体部分可以使未煮熟的淀粉悬浮在糊液中，增加其粘性，存留水分以利于主体淀粉的糊化，影响其与纸张的粘性或吸附性，有助于增加初粘强度。载体部分在淀粉粘合剂中的比例通常在15%~20%之间。主体淀粉的作用在于使楞尖上的粘合剂受热加压后糊化，使粘度迅速增加，最终形成粘合。

斯坦霍尔粘合剂工艺现有多种形式，包括“整体混合法”及各淀粉粘合剂生产商依业内不同用途生产的专用粘合剂。

一桶式工艺

一桶式粘合剂只有一种状态，即部分膨胀的淀粉颗粒，可使混合物有足够的粘度，防止沉淀。一桶式粘合剂的制备过程如下：

1.         准备好一桶烧碱溶液，按3%~5%比例稀释；

2.         在混合桶内把淀粉和水按一定比例混合并搅拌均匀；

3.         倒入烧碱溶液于混合桶内使淀粉颗粒膨胀；

4.         当达到所需粘性时，加入硼砂来增强初粘强度及剪切的稳定性；

5.         加入防腐剂延长粘合剂的保质期；

6.         通过搅拌的剪切力作用把混合物粘度降低到所需水平。

一桶式工艺在欧美应用比较广泛，尤其备受许多大型纸箱厂家的青睐。一桶式工艺的优点在于可制出高固含量低粘度的粘合剂，适合高速瓦线以及重型纸板的需求。

影响粘合剂质量的因素

淀粉粘合剂粘合过程中几大影响因素如下：

固含量

固含量是指粘合剂中干物质的含量占粘合剂总量的比例。一般淀粉粘合剂固体含量高，水份相对减少，并且较少上胶量即可保证纸板的粘合，因此可以使纸板粘合速度加快，保证高速下产品质量的稳定。此外，高固含量的粘合剂，纸板在加工过程中水份变化较小，因而可以减轻纸板翘曲现象。特别是高速宽幅瓦楞纸板机，有的车速达200m/min以上，粘合剂固含量一定要高。与传统的瓦楞纸板粘合时所用粘合剂相比，微瓦纸板粘合时所用粘合剂的固含量较高，有时高达33%~34%。有试验表明，固含量高达40%的粘合剂用于粘合微瓦纸板，效果也是非常好的。

但并非所有的瓦楞板加工工艺都适用高固含量的粘合剂，有些纸板线速度在60m/min以下，且瓦楞纸渗透性很强，粘合剂中的水分很容易被纸张吸收，所余水分不足以使淀粉颗粒完全糊化，容易造成粘合不良。还有些精度不够的瓦线设备，如果上胶量太薄，就会导致纸板局部上不到胶而产生粘合不良。

粘度

简单说来，一种物质的粘度可定义为其对流动的抗拒性。这种特性可用粘度杯(斯坦霍尔杯与涂4^#最为常用)来测定。斯坦霍尔粘度杯为金属杯，杯上的提手可保证杯子在测试时处于垂直状态，底部有钻有精度极高的流出孔。测试时先把粘度杯沉入糊料中装满，然后把粘度杯提出置于糊料液面之上，当杯中糊料的位置达到第一条交叉线时开始用秒表计时，到第二条交叉线出现时停止计时。两条交叉线之间的糊料容量为10立方厘米，10立方厘米的糊料从杯中流出的时间就是糊料的粘度。通常斯坦霍尔杯测出的粘度值范围在30~80 秒之间。有些自动制糊系统还配有粘度测试装置。

粘合剂的粘度对上胶均匀度及粘合剂对原纸的渗透都有重大影响，粘度合适的粘合剂有利于保证上胶量的足量和均匀，也有利于粘合剂对原纸的渗透，从而直接影响到车速、纸板粘合、平整度及硬度。一般坑机的粘度应在30-40S（涂4#杯测量）之间，糊机的粘度应在45-65S之间。

糊化温度

糊化温度被认为是淀粉颗粒开始膨胀时的温度，此时糊胶会出现明显变稠现象。糊化温度值通常在５４℃～６４℃之间，它可以通过加热糊胶样品直至出现变稠而测出。测试时温度不断上升，到糊料变稠时停顿，此时的温度便可被认为是糊化温度。若糊化温度太高则糊化反应会延后发生，粘合难度就会加大，这样就必须减慢车速。若糊化温度太低，糊胶会提前膨胀，也会影响纸板黏合。且容易造成糊料在糊胶桶、糊胶盘或传送系统内糊化，从而对生产造成极大困扰。

粘合剂的技术指标

根据实践经验，在此给出瓦线粘合剂的技术指标，以供同行参考。

配制粘合剂时常见问题及解决方案

要查出黏合剂的任何问题，一个重要方法是测出其固含量、粘度及糊化温度，并比照其与正确参数的差异。下表列出淀粉黏合剂形成过程中常见问题的可能原因和改善方法。