瓦楞纸板在整个包装纸容器材料中占据着极为重要的地位,这是因为瓦楞纸箱不但造型多变,适合自动化高速生产,外观展示效果良好,而且还能有效的保护商品,价格也低廉,易回收利用,不会给环境造成污染,是环保型包装材料。在我国,目前几乎所有的瓦楞纸板生产都采用淀粉胶粘剂,存在的普遍问题是:淀粉胶粘剂在循环使用过程中易变稀;性能不稳定导致贮放易分层、易沉淀而不能连续使用;生产的瓦楞纸板易返潮发软而导致纸板的粘结强度、边压强度下降。针对以上问题,笔者研制了高强度、耐水性能优良的瓦楞纸板淀粉胶粘剂。该淀粉胶粘剂在广东省中威瓦楞纸板有限公司试用,效果很好,给该公司带来可观的经济效益,具有极大的社会推广价值。
1 实验
1.1 实验材料
淀粉(工业级);多功能悬浮剂(株洲工学院研制);硼砂(工业级);羟甲基脲(株洲工学院研制);氢氧化钠(工业级);水(饮用水)。
1.2 胶粘剂的配比
淀粉与水配比:冬天为1∶5,夏天为1∶4.5,其余配比以淀粉重量计算,其质量百分比分别为:硼砂2%、多功能悬浮剂5%、氢氧化钠2.8%～3.0%、羟甲基脲10%。1.3 高强度耐水淀粉胶粘剂制备工艺在400ｍｌ烧杯中加入水200ｍｌ、淀粉30ｇ和氢氧化钠溶液(5.6ｇＮａＯＨ+100ｍｌＨ2Ｏ),搅拌均匀作为载体胶;在1000ｍｌ烧杯中加入水600ｍｌ、淀粉170ｇ、悬浮剂10ｇ搅拌均匀得主体淀粉液;然后将载体胶缓慢加入主体淀粉液中并搅拌均匀制得淀粉胶粘剂;再在淀粉胶粘剂中加入20ｇ羟甲基脲,搅拌均匀即得高强度耐水淀粉胶粘剂。
2 结果与讨论
2.1 多功能悬浮剂用量对淀粉胶粘剂性能的影响
按照上述淀粉胶粘剂制备工艺,在主体淀粉胶液中分别加入不同重量的多功能悬浮剂配制淀粉胶粘剂,分别测定淀粉胶粘剂的粘度,并用该胶粘剂制成瓦楞纸板,检测瓦楞纸板的粘结强度、边压强度,其结果如图1、2所示。
从图中可知,开始随着多功能悬浮剂用量的增加,淀粉胶粘剂的粘度和瓦楞纸板的粘结强度增加,但当悬浮剂用量超过10ｇ时,瓦楞纸板的粘结强度反而下降。这是因为悬浮剂由多种物质组成(包括无机物和有机物),具有多种功能作用。瓦楞纸板的粘结强度增加,是悬浮剂多种功能基团共同作用的结果:悬浮剂中的部分组成可与淀粉的极性基团产生配位作用,如悬浮剂中有部分组成物质的原子核外电子层有空轨道能接受淀粉分子中羟基的孤电子对,形成配合物,这种配合物有两种作用,一是改善胶粘剂的粘度,二是增加胶粘剂的粘合力及干燥速度,纸板挺度;悬浮剂中有的组成还能与纸纤维极性基团通过配位键连结起来,在被粘物之间形成了较强的化学键力,悬浮剂与主体淀粉团粒同时渗入到纸纤维表面的空隙中,固化后产生机械嵌合力,能产生较大的物理粘合力,这样在被粘物之间获得了牢固的粘合,从而提高了瓦楞纸板的粘结强度。但随着悬浮剂的增加,淀粉胶粘剂固体含量增加,使胶粘剂的粘度超过最佳使用范围(30～40ｓ),粘度大,对被粘物(纸)浸润性差,使瓦楞纸板粘结力下降。因此,在配制淀粉胶粘剂时,控制悬浮剂用量为10ｇ(淀粉用量的5%),制成的淀粉胶粘剂粘度适宜,用该淀粉胶制成的瓦楞纸板粘结强度大。
2.2 羟甲基脲用量对淀粉胶粘剂性能的影响
按照上述制备淀粉胶粘剂的工艺,在主体液中加入10ｇ悬浮剂(同时做7个平行试验),制成淀粉胶粘剂,再分别加入不同用量的羟甲基脲,充分搅拌均匀即得高强度耐水淀粉胶粘剂,分别测其粘度,并用该胶粘剂制成瓦楞纸板。分别检测其粘结强度,边压强度和耐水性能,所得结果如图3、图4所示和表1所列。
从如图3、图4和表1可知:开始,随着羟甲基脲用量的增加,瓦楞纸板的粘结强度、边压强度和耐水性能也增加,这是由于羟甲基脲本身就是一种胶粘剂,是有疏水性基团和亲水性基团的聚合物,有优良的成膜性、浮化性。其胶液对多孔性、吸水性表面(如纸张等)有强的粘结能力。在施胶过程中,可均匀地涂布在瓦楞楞峰上,在加热和后续干燥的过程中,可进一步缩合交联成复杂的网状体型结构的胶膜。这种胶膜具有很强的耐水性,且胶膜强度高、韧性好,使瓦楞纸板的综合性能得到提高。但随着羟甲基脲的加入超过20ｇ时,这种缩合交联度增大,交联度大则硬度大、强度高,但弹性差、脆性大,故瓦楞纸板的综合性能下降。
3 结 语
ａ.高强度耐水淀粉胶粘剂常温制胶,工艺简单、易掌握、重复性好,所得胶粘剂性能稳定,贮存期达2个月以上;
ｂ.多功能悬浮剂的加入解决了长期以来胶粘剂易分层、易沉淀,循环使用变稀等问题,用该淀粉胶粘剂生产瓦楞纸板废品率显著降低;
ｃ.羟甲基脲的加入解决了长期以来瓦楞纸板易返潮变软的问题,瓦楞纸板耐水时间从0.15ｈ提高到4ｈ;
ｄ.高强耐水淀粉胶粘剂制成的纸板强度高,挺度好,胶的用量少,成本低,无腐蚀,无污染,是环保型胶粘剂。
