高强快干胶粉

  陈宝元

  (河南省包装技术协会胶粘剂委员会主任、高级工程师)

  国内目前流行的单台机组使用的淀粉粘合剂(熟胶)的配方的制作工艺大体是淀粉、水、氢氧化钠、氧化剂和终止剂的混合液。具体操作工艺是依次先后投入规定的各种比例的用料和充分的搅拌,最终制成粘合剂成品。有些是把淀粉先制成熟料,然后再逐项完成后工艺。有的把水加热到一定温度后再依次投入上述各种一定配比的原辅料,同时保持合适的温度,最终制成成品粘合剂。

  我国地域辽阔,气候、环境、温湿度变化差异很大,淀粉粘合剂在实际应用中除上述因素外,也会因所使用的原辅料本身的质量以及不同的配比和制作工艺方法产生许多主观不能控制的问题。粘合剂的质量好坏直接影响到瓦楞纸板和瓦楞纸箱的质量。为了解决淀粉粘合剂在实际应用中出现的具体质量问题,许多致辞力于包装工业发展的专家在认真总结经验的前提下,提出了方方面面提高淀粉粘合剂的粘合强度、干燥速度和降低成本的配制方法。共同的目的就是为了提高粘合剂的粘合质量,降低制造成本和提高它在生产工艺流程中的运行速度。

  本节叙述的就是综合许多淀粉粘合剂的优良工艺进行适当的改进制成的一种适用于单台机组,一种适用于瓦楞纸板生产线的成本低廉、制作简便,使用后对瓦楞纸板粘合强度、厚度和其它理化性能指标有明显提高的冷制高强快干系列淀粉粘合剂的配方及制作工艺。

  一、单台机组使用的粘合剂(熟胶)原辅料配比及制作工艺

  单台机组使用的冷制高强快干系列淀粉粘合剂的原辅料配比和制作工艺是在吸收现有粘合剂优点的基础上,改进的一种生产工艺简单、不需加热、不受四季影响、反应时间短、成品质量稳定(保持期半年以上)、干燥速度快、粘合力强的系列粘合剂及其制法。

  单机用淀粉粘合剂通过以下措施来达到:在反应釜内加入定量水,再加淀粉搅拌均匀,再加次氯酸钠或双氧水或高锰酸钾(任选一种)搅拌5-30分钟;将烧碱用冷水溶解,加入反应釜中,搅拌20-60分钟;然后将硼砂用热水溶解,加入反应釜中,搅拌3-5分钟,最后加适量消泡剂,搅拌2-3分钟即成。

  各组成分含量按重量计为:单位:kg

  水:1000 烧碱(95%以上含量)18-29

  淀粉:150-350 硼砂6-8

  熟胶专用干燥催化剂:6-15 消泡剂:适量

  工业级双氧水(27.5%含量):6-25

  (次氯酸钠(10%含量)40-100)

  (高锰酸钾:2.5-15)

  具体加工工艺如下:

  在反应釜中加入水,再加淀粉搅拌均匀;

  将熟胶专用干燥催化剂加入反应釜中搅拌均匀;

  将双氧水或次氯酸钠或高锰酸钾加入反应釜中搅拌5-30分钟;

  将烧碱用3-5倍冷水溶解,加入反应釜中,搅拌20-60分钟;

  将硼砂用5-10倍开水溶解加入反应釜中,搅拌3-5分钟;

  f、最后加入适量消泡剂搅拌2-3分钟即成。

  按此配方和工艺制作的淀粉粘合剂,工艺简单,不需加温,从投料到制成成品仅需30-90分钟,粘合的纸箱干燥快、强度高、不跑楞、不吸潮、不泛碱。本系列粘合剂经测试,初粘1-1.5分钟,全粘5-10分钟,破坏纤维30-50秒,其有关理化指标均优于泡花碱及目前其它配方和工艺制作的淀粉粘合。可广泛应用于出口商品包装瓦楞纸箱,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。

  本粘合剂(按单面瓦楞纸板手工复面第一配方)与普通淀粉粘合剂、泡花碱有关技术指标分析对比如下:

项名
检测结果与要求
类项
冷制高强快干粘合剂
(第一配方实测结果)
普通淀粉粘合剂要求 泡花碱要求
含碱量(以NaOH计)% 1.13 ≤1.8 10.16
粘度(25℃涂-4杯)S 41.4 40-50 30
比重(g/ml) 1.074 1.04-1.1 1.4
施胶量(g/平方米) 80-100 80-100 150-190
粘合速度 初粘 1.5分钟 5-8分钟 30分钟
全粘 10分钟 15-20分钟  
破坏纤维 45秒 3-5分钟  
粘合强度N/cm2 GB6543-6548 7.88 ≥5.88 不合格
边压强度N/m GB6543-6548 7150 ≥6860 不合格

冷制高强快干淀粉粘合剂的工艺流程如下(搅拌状态):

  自来水 → 淀粉→ 熟胶专用干燥催化剂 → 氧化剂(双氧水、次氯酸钠或高锰酸钾任选一种)→ 10—30分钟 → 烧碱溶液20—60分钟 → 硼砂溶液3—5分钟 → 消泡剂 → 成品

  使用原料及配方:

玉米淀粉(小麦淀粉、土豆淀粉或薯类淀粉):

  在生产使用淀粉粘合剂时,使用不同的淀粉,其粘合剂的透明度、粘合强度、粘度、糊化温度等均不相同。只要掌握好各类淀粉性质及制作粘合剂中其它化工原料的作用与性质,都能做成理想的粘合剂。我国东北主要是玉米为主,其它北方地区以马铃薯为主,广东、广西以木薯为主。小麦淀粉一般为农副产品加工的副产品,市场价格较低。在选择淀粉时,可结合各地实际情况,选用价格较低的淀粉生产粘合剂。不同的淀粉理化指标及相关数据参考如下:

  不同工业一级淀粉理化指标及相关数据

项目 玉米淀粉 小麦淀粉 木薯淀粉 马铃薯淀粉 备注
水分(%,m/m)≤ 14.0 14.0 15.0 20.0  
酸度 ml ≤ 18.0 25.0 18.0 15.0 中和100g绝干淀粉消耗0.1mol/LNaOH溶液的体积
灰分(%,m/m)(干基)≤ 0.15 0.30 0.30 0.4  
蛋白质(%,m/m)≤ 0.50 0.40 0.20 0.20  
细度(100目通过率)(%,m/m) 99.5 99.5 99.5 99.5  
脂肪(%,m/m)(干基)≤ 0.15 0.10 很低 很低  
班点/(个/cm2)≤ 1.2 4.0 5.0 6.0  
糊化温度范围/℃(失去双折射性的温度) 开始 62.0 59.0 52.0 65.0  
中点 67.0 62.5 59.0 71.0  
终点 70.0 64.0 64.0 77  
在95℃下的溶解度1% 25 41 48 82  
在95℃下的膨润力1% 24 21 71 71  
淀粉膜及淀粉糊的性质 糊的粘性 中等 中等  
冷糊稠变 短,不凝固 长,易凝固 长,成丝  
透明度  
膜强度  
柔韧性  
凝胶度 很弱 很弱  

粘合剂的好坏与淀粉质量和用量关系很大。淀粉的品种、细度、蛋白质及脂肪含量均影响其性能。如果淀粉中蛋白质及脂肪含量过高,细度低于98目(100目筛过率),既使制作时氧化程度很高,出料时粘度只有二十几秒(涂一4杯粘度计测量),但存放一星期左右粘合剂会自然变稠,失去流动性,呈胶冻状。使用时泡沫也大,直接影响粘合质量。而使用合格的淀粉,只要氧化及糊化程度适当,制成的粘合剂成品粘度40±10秒,贮存期内粘度不会有太大的变化.只是颜色发深,但粘度基本不变。玉米淀粉的用量根据粘合对象的具体要求而改变,如:

  ①单面瓦楞纸板及细瓦楞彩盒纸板用本粘合剂复面,对粘合剂要求较低,淀粉用量为:150-170kg/吨水。

  ②高强瓦楞纸两面施胶对粘合剂要求稍高,淀粉用量为:170-200kg/吨水。

  ③普通瓦楞纸、草浆瓦楞纸两面施胶加工纸箱、纸板与纸板复合及纸管用胶。对粘合剂要求比较高,淀粉用量为:200-300kg/吨水。

  ④自动贴面机及蜂窝纸板用胶,对粘合剂具有特殊要求,除干燥快以外,还要求粘合好,强度高,淀粉用量为:250-350kg/吨水。

熟胶专用干燥催化剂(简称干燥剂):

  冷制高强快干系列淀粉粘合剂区别于其它粘合剂的主要因素就在于选用了“干燥催化剂”。 干燥催化剂是几种盐类及有机化合物聚合反应而成,在粘合剂生产过程中,只要用时适宜,不仅加快化学反应速度,而且施胶后通过聚合物与空气的氧发生化学反应,很快絮凝结晶,又加快了粘合剂的结膜速度,缩短了纸箱干燥时间,提高了纸板强度。所以本粘合剂粘合速度(初粘、全粘、破坏纤维)均比同类淀粉胶提高几倍以上。且纸板硬度高,挺度好,干燥催化剂用量在粘合剂中每吨水用量低于5kg起不到应有作用,每吨水用量高于15kg,粘合剂结膜过快,易产生纸板脱胶现象。所以要严格控制投放比例。正常用量标准为6-15kg/吨水。

本产品由浙江帝业三维科技有限公司生产,传真/电话:(0572)8888616,技术咨询:013801626616。

氧化剂:

  淀粉粘合剂中,常用的氧化剂有双氧水(过氧化氢)、次氯酸钠、高锰酸钾等。高锰酸钾作氧化剂,用量容易掌握,制成的淀粉粘合剂质量也稳定,但制成的淀粉粘合剂颜色为深咖啡色或棕黑色。次氯酸钠与双氧水作氧化剂做出的淀粉粘合剂色泽淡黄。但次氯酸钠使用过程中质量不稳定,易分解出氯气,使操作人员感到眼部不适;双氧水制成的淀粉粘合剂在使用中往往产生大量的泡沫,需要加入消泡剂。另外,次氯酸钠在阳光照射或高温下容易氧化分解,降低其次氯含量,在应用中要随时掌握它的确切含量而适度加大用量。从使用中分析,使用高锰酸钾及双氧水是做淀粉粘合剂理想的氧化剂材料。

  在制作冷制高强快干淀粉粘合剂时,氧化反应起关键作用,氧化适当(加烧碱后20-40分钟粘度为60-80秒),淀粉溶解性能提高,成膜能力好,粘接力强,如氧化不够,大分子降解少,其性质与淀粉性质相同,加烧碱后,很长时间都不变稀,甚至出现搅不动现象(加烧碱反应60分钟以上粘度高于是100秒),这们须加氧化剂进行二次氧化,如氧化过度,淀粉环形结构开链,粘度过低,甚至失去粘接能力(加烧碱后反应20分钟粘度低于40秒)。所以要特别注意氧化剂的含量、配比。

  氧化反应中温度也起一定作用,温度越高,氧化越快,夏天一般氧化反应10--15分钟,春天氧化反应15--20分钟,冬天氧化反应30分钟左右,氧化反应时间长,反应充分,产品黏度稳定较快。

  氧化剂的具体用量随淀粉变化而改变,淀粉用量小,氧化剂用量也小。判断氧化是否适当的办法为:加入烧碱后搅拌反应20-40分钟,测其粘度为60秒左右为好。这们,成品存放两小时左右为50秒左右,1天后稳定为40秒±10。另外,冬天气温低,氧化剂用量应适当增加,夏天气温高,反应快,用量适当减少。

4、糊化剂:

  工业烧碱(NaOH,本技术要求96%以上的含量),有结晶状、棒状、片状,也有30%含量的水溶液,只要纯度合格任何状态的烧碱都可以使用,烧碱用量以加入氧化淀粉液中,搅拌20分钟淀粉液为半透明糊状为止,烧碱量过大,胶液流动性大,透明性好,贮存时间长,但粘合剂中的碱含量也会随之增大,容易造成瓦楞纸箱表面油墨变色;烧碱量小,加入20分钟后,一直为白色或乳白色糊状,不透明也不粘,这是烧碱用量不够,应酌情再加一部分烧碱溶液,使其成为半透明胶液,烧碱用量小,粘合剂糊化不好,粘结力差,易变稠。烧碱的用量应从实际观察,胶体为半透明糊状为止。

5、交联剂:

  粘合剂糊化后加入硼砂或硼酸,它可以使短链的氧化淀粉以其羟基或羟基与硼原子形成络合物,通过这些不规则的交联,形成网状结构,具有交联增粘作用,有利于提高初粘力和加快干燥速度,还起到防腐、防渗作用。但用量并不是越多越好,过多会使粘合剂流动性变差,呈胶冻状,难以上胶,胶质发脆。过少络合不够,粘接力差,引起瓦楞纸板脱胶及跑楞现象。

  氧化后的淀粉糊加入烧碱溶液后搅拌20-40分钟,如粘度为60秒左右,则可进一步加入硼砂溶液,如粘度过高超过100秒可加氧化剂进行二次氧化,稳定后粘度为50秒(一般2-3小时),再加硼砂溶液,如低于100秒,可稳定2小时后酌情加水调稀至60秒左右再加硼砂溶液。

6、消泡剂:

  在生产及使用过程中,由于淀粉质量及反应不适当,会产生许多泡沫,影响胶水机正常施胶,特别是用双氧水做氧化剂,更易产生泡沫,这样须加适量消泡剂消泡,消泡剂可选用硅油、磷酸三丁酯或正莘醇等。用次氯酸钠及高锰酸钾作氧化剂,磷酸三丁酯用量为胶量的0.1-0.3‰,用双氧水作氧化剂磷酸三丁酯用量为胶量的0.3-0.5‰。

  特别注意的是消泡剂用量不宜过多,过量会使粘合剂表面张力降低,失去粘性,粘合强度达不到要求,在生产中,如胶水机上泡沫过多,最好停机往胶水槽里加少许消泡剂搅匀,开机试用,如泡还多,再加少许,直至能正常运转,但有一点,不要往上边胶辊中加消泡剂,以免出现甩胶现象。土法观察消泡剂是否适当可将淀粉胶装入一透明度高的玻璃瓶中,使劲摇动约2分钟,立即停止,观察瓶中胶液上面泡沫,如20-30秒内胶液上面大的泡沫消失,即说明消泡剂用量可以,可上胶使用,如20-30秒内,胶液中小的泡沫也消失,则说明用量稍大,可适当降低。

7、

适用变性淀粉及普通淀粉生产各种熟胶粘合剂,明显的提高黏合剂的粘合速度与粘合力,具有干燥快、胶膜硬等特点,尤其适应蜂窝纸板、纸管、自动贴面机等要求粘合剂粘合快的纸制品生产。本产品由河南中包科技有限公司生产,每吨胶用3-6kg,使用时在加烧碱之前加入,搅拌5-10分钟再加烧碱溶液,由于使用简单,可根据生产要求使用,以下配方不再单独列出。

  二、根据实际操作后应用的参考配方

  单位:kg

  1.单面瓦楞纸板复面用胶(重量比):

  水:1000 双氧水:5-7(高锰酸钾:2.5-3.5)

  淀粉:170 烧碱:20

  熟胶专用干燥催化剂:10 硼砂:7.5 消泡剂:适量

  2.高强瓦楞纸两面施胶 (重量比):

  水:1000 双氧水:6-8 (高锰酸钾:3-3.5)

  淀粉:180 烧碱:22

  熟胶专用干燥催化剂:10 硼砂:7.5 消泡剂:适量

  3. 高强瓦楞纸两面施胶、普通瓦楞纸粘合用胶、纸板与纸板复合用胶、蜂窝纸芯粘合用胶(重量比)

  水:1000 双氧水:7-10(高锰酸钾:3.5-4)

  淀粉:200 烧碱:24

  熟胶专用干燥催化剂:12 硼砂:7.5 消泡剂:适量

  4.自动贴面机生产用胶、普通瓦楞纸粘合用胶、纸板与纸板复合用胶(重量比):

  水:1000 双氧水:14-18 (高锰酸钾:6-9)

  淀粉:250 烧碱:25

  熟胶专用干燥催化剂:15 硼砂:7.5 消泡剂:适量

  5.自动贴面机及蜂窝纸板生产用胶(重量比):

  水:1000 双氧水:15-25 (高锰酸钾:8-13)

  淀粉:300 烧碱:28

  熟胶专用干燥催化剂:15 硼砂:7.5 消泡剂:适量

  6.自动贴面机及蜂窝纸板生产用胶(重量比):

  水:1000 双氧水:20-25(高锰酸钾:10-15)

  淀粉:350 烧碱:29

  熟胶专用干燥催化剂:15 硼砂:7.5 消泡剂:适量

  以上配方在使用根据当地环境温湿度,使用原料及原料本身的质量,具体制作工艺条件等进行适时调整.为进一步提高瓦楞纸板的干燥速度及挺度,可选用高一号配方来满足生产中的要求,如将第5、6号使用于自动贴面机及蜂窝纸板生产用粘合剂的配方使用于普通瓦楞纸板的生产,其干燥速度挺度均优于泡花碱作粘合剂生产的瓦楞纸板。需要注意的是粘合剂的粘度要适当调整。

  注:以上配方生产成品胶为1400-1500kg,在计算成本时,请结合实际情况结算。

三、

  1.搅拌机:转速60-80转/分。

  2.当粘合剂粘度过低(20秒以下),粘合剂也是半透明胶体,需再做一罐粘度高一点的粘合剂混合使用;或在粘合剂中加入适量淀粉糊(淀粉+水),随即搅拌均匀,用此法做的粘合剂不宜久存。

  3.当粘合剂粘度过高出现甩胶现象或胶水机不能使用(正常使用粘合剂粘度跟胶水机转速有一定关系,转速慢,粘度可适当大一点,转速快粘度适当小一点。以不甩胶能正常工作为原则),可加适量氧化剂调稀即再一次氧化,注意不要加水稀释,以免出现脱胶、甩胶现象。

  4.为防止粘合剂粘度过高或过低,在掌握不准氧化剂用量的情况下,最好先做粘度高一点的粘合剂,不要过早加硼砂或硼酸,待做的粘合剂加入烧碱反应2小时或更长一点时间,测其粘度,如在70秒左右,可加适量水调稀,至60秒左右,然后加入硼砂再稳定在30分钟即可使用。

  5.粘合剂存放时,最好密封存放,不可暴置于空气中,以免出现结皮现象。

  6.冬季温度在8℃以上为佳,否则反应时间过长,操作不便,影响粘合剂质量。

  7. 施胶时耗胶量掌握在(单瓦双面施胶)80-120g/m2为佳,过少易脱胶,过多干燥速度慢。

  8.在批量生产中,每变动一种原料须做一次小试,观察得出理想的用料比例与数量。在做小试时,最好同时做4-5个小样,每个小样按不同比例配方,这样在很短时间内,就可观察出使用新的原料与当时环境温湿度相适应的最佳配方比例,以免在批量生产时出现不必要的意外情况。

  9.在生产淀粉粘合剂时,须根据淀粉粘合剂使用的对象调整其粘度。

  ①高强瓦楞纸、单面瓦楞纸板及细瓦楞彩盒纸板复面用胶,粘度约为35±10秒。

  ②普通瓦楞纸用胶粘度约为:50±10秒。

③自动贴面机及蜂窝纸板用胶粘度约为70±15秒。

  测量粘合剂粘度的方法:

  将洁净干燥的涂-4杯置于架上,调节水平螺钉使粘度计处于水平位置,在粘度杯下面放置200ml搪瓷杯,将被测试样温度调至要求之温度,手堵住下口,将试样倒满粘度杯中,用玻璃棒将气泡和多余的试样刮入凹槽,然后松开手指,使试样流出,同时立即开启秒表,当试样流出中断时,停止秒表,这样从粘度杯中流出的全部时间(s),即为试样的条件粘度。

  注:涂-4#杯的构造,上部为圆柱形,下部为圆锥形,在容器上部有凹槽,作多余试样溢出用。粘度杯装置于带有两个调节水平螺钉的架子上。涂-4杯有塑料制和金属制两种,其内壁光洁度为8,以金属粘度计为准,粘度计在使用前须校正。

  10.在用高锰酸钾做氧化剂时,烧碱须分两次加入,第一次在加入高锰酸钾后随时加入烧碱量的50-60%的溶液,第二次在加入高锰酸钾氧化20-30分钟后慢慢加入,这样避免加烧碱后出现过稠的胶冻状态。

  冷制高强快干系列粘合剂(熟胶)在生产与使用过程中

  常见问题和产生原因及解决办法:

常见问题 产生原因 解决办法
加烧碱反应一定时间后粘度过高 1、氧化剂用量不够或含量偏低
2、氧化反应温度低
3、氧化时间短
1、补加氧化剂继续反应
2、提高反应胶液温度
3、延长氧化糊化时间(夏天反应稳定2-3小时,冬天最好稳定一个晚上)
加烧碱反应40-60分钟后粘度过低
 
1、烧碱用量不够(胶体不透明,有混浊淀粉,手感较涩)
2、氧化剂用量过大(胶体透明)
1、补加烧碱用量
2、降低氧化剂用量
3、与粘度较大的粘合剂混合使用
粘合及干燥速度慢
 
1、干燥剂用量小
2、淀粉用量小固含量低
3、施胶量过大
4、瓦楞纸及面纸质量差
5、环境湿度大
1、提高干燥剂用量
2、提高淀粉用量
3、降低施胶量
4、改用质量好的瓦楞纸、面纸
5、安装排风扇增加空气流通
粘合不好,有脱胶起泡现象



 
1、施胶量小,施胶不均匀
2、胶液粘度过低
3、粘合剂结膜过快
4、瓦楞棍磨损严重或不干净
1、提高施胶量
2、降低氧化剂用量
3、降低淀粉、干燥剂及硼砂用量
4、清理修复瓦楞棍
5、加快压力机压箱速度
粘合剂在胶水机上出现甩胶现象 1、粘合剂粘度过大 1、增加氧化剂用量或补加氧化剂二次氧化
施胶后瓦楞纸出现跑边现象 1、瓦楞纸纤维流向方向与瓦楞方向不一致
2、瓦楞机温度与瓦楞纸收缩率过低
3、瓦楞纸含水率太高或太低
4、硼砂用量不够
5、粘合剂固含量太低
6、粘合剂粘度过低
7、粘合剂粘合速度慢
1、改变瓦楞纸的方向,使瓦楞纸纤维流向与瓦楞辊瓦楞平行
2、提高瓦楞机温度
3、提高瓦楞纸收缩率
4、控制瓦楞纸含水率大于8%,小于12%。
5、增加硼砂用量
6、提高淀粉及干燥剂用量
7、降低氧化剂用量,提高粘合剂粘度
彩印瓦楞纸箱纸盒变色 1、烧碱用量过大
2、环境温湿度过高
1、降低烧碱用量
2、加强通风设施
3、存储阴凉通风的环境
粘合剂存储中变稠或凝胶 1、粘合剂末密封存放
2、淀粉蛋白质及脂肪含量过高或细度不够
3、氧化剂或烧碱用量偏少
4、硼砂用量过大
1、粘合剂应密封存放
2、选合格的淀粉
3、适当增加氧化剂或烧碱用量
4、降低硼砂用量
粘合剂上机后泡沫过多 1、消泡剂用量小
2、氧化时间短
3、粘合剂稳定时间短
4、淀粉及氧化剂选用不当
  1. 增加消泡剂用量或补加适量消泡剂
  2. 延长氧化时间
  3. 粘合剂稳定半天后再上机使
  4. 选薯类淀粉生产粘合剂
5、用高锰酸钾做氧化剂
粘合剂胶质太脆 1、干燥剂用量过大
2、环境温度高,纸板含水率低
1、降低干燥剂用量
2、在粘合剂中加适量脲素
3、调整环境温湿度及纸张含水率。