瓦楞纸箱制造工艺及质量控制四瓦楞纸板用粘合剂.pdf

技术讲座 2 0 0 1 . 1 2 38 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 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 6H1 0O5）n。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 2 O 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M n O 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 N o . 1 8 9 技术讲座 39 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1 0 0 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N a 2 B 4 O 7 1 0 H 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8 0 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。 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2 0 % 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7 7 . 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 （N a O H ） 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 技术讲座 2 0 0 1 . 1 2 40 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6 0 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1 7 0 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 1 7 0 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 1 7 0 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 . 5 4 % 硼砂含量为0 . 4 2 % 粘度 （用粘度杯测量）3 0 s 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。 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 N o . 1 8 9 技术讲座 41 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 V A E 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。V A E 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。 聚乙烯醇 （P V A ） 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 （1 7 9 9 ）1 3 . 7 0 % 聚醋酸乙烯乳液2 . 7 4 % 草酸1 . 3 7 % 水8 2 . 1 9 % 配制时，先将水加热至9 0 ， 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9 8 ，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 全套模切板数控激光切割机 中 美 合 资 南 京 东 方 激 光 有 限 公 司 本公司集成全套模切板数控激 光切割机：包括进口C O 2激光器、 数 控工作台、 水冷器、 空压机、 供气系 统及外光路系统。并提供全套模切 板切割工艺。 其中激光器是由本公司引进世 界上最大的工业C O 2 激光器制造商 德国西门子R o f i n - S i n a r 公司的 制造技术， 以其S K D 件许可证生产。 激光器输出功率：1 5 0 0 W 、1 7 0 0 W 、2 0 0 0 W 任选。 数控工作台：1 . 2 5