前　言
长期以来,泡花碱是我国纸箱纸盒等纸制品最主要的胶粘剂。主要是因为泡花碱价格低廉、干燥速度快,适应我国纸箱行业家庭作坊式小规模生产、快速出成品的需要。然而泡花碱作为纸箱胶粘剂的缺点也是显而易见的;这种胶粘剂容易返潮、腐蚀性强、用量大、易造成对包装内容物的污染、产品挺度不够好等等。鉴于此,泡花碱被淀粉胶所取代是大势所趋,国外发达国家在纸箱粘结上已经使用淀粉胶,我国政府也规定凡是出口商品包装用纸箱一律不得用泡花碱粘结。
淀粉胶的优点是它可以有效地克服泡花碱上述的缺点,而其短处也正是泡花碱的长处:一是价格高,二是干燥速度慢。造成淀粉胶价格高的原因是在保证粘结力的前提下现有的产品固含量难以降低并且生产淀粉胶的主要原料氧化淀粉生产时间过长,动力消耗大;造成干燥速度慢的原因是淀粉胶的固含量偏低(泡花碱的固含量一般在40%以上,淀粉胶的固含量一般在20%左右),可见这两点实际上是一对矛盾。要解决矛盾,首先要设法提高胶的粘结力,以便降低成品中纯淀粉类物质的含量;然后要设法提高成品的固含量(比如增加填料)。本文在总结前人经验的基础上,选用了新型催化剂、减少了氧化剂用量,使生产氧化淀粉的反应时间大大缩短,粘结力大大增加,使降低固含量成为可能;同时在产品中加入改性的膨润土作为填料,使表观固含量增加,提高了干燥速度。
1　实验部分
1. 1　实验试剂及主要仪器
1 1 1　实验试剂
玉米淀粉:工业级,西安国维淀粉有限公司;氧化剂:工业级,西安三浦精细化工厂;催化剂:化学纯,西安试剂厂;ＮａＯＨ:工业级,天津大港化工厂;交联剂:工业级,甘肃石嘴山化工厂;终止剂:工业级,天津大港化工厂;消泡剂:化学纯,北京晨光化工厂;自来水。
1 1 2　主要仪器
电动机械搅拌器、自动控温仪、电子天平、涂-4杯、烧杯、玻璃棒等
1 2　实验步骤
将一定量的玉米淀粉加自来水配成40%浓度的淀粉乳,升温到一定温度,调节体系的ｐＨ=9～10(此条件下氧化反应速度最快),按比例加入氧化剂、催化剂,在一定温度下反应一定的时间,加入终止剂使氧化反应终止。之后将淀粉乳油滤,滤饼按比例加入自来水、填料、ＮａＯＨ溶液,交联剂,充分糊化,再加入适量的消泡剂,即得到玉米淀粉胶。
2　结果与讨论
2 1　反应温度及催化剂用量的确定
理论上讲,化学反应的温度越高,在一定范围内催化剂用量越大,则反应速率越快,实验也是如此。但是当温度过高及催化剂用量过大时,工业化生产时反应过于剧烈,反应釜内泡沫很多,淀粉有糊化迹象,使后面的步骤难于进行,根据实验经验,反应温度应该在58℃为宜,催化剂用量不宜超过淀粉质量的0 3%。
2.2 氧化剂用量的确定
固定反应温度,改变氧化剂的用量,分别氧化30ｍｉｎ,以终止剂终止氧化反应,之后制成淀粉胶(固含量都控制在12%),用涂-4杯测其粘度,结果见图1。



由图1可见,随着氧化剂用量的增加,胶的粘度呈下降的趋势。可能是因为氧化剂用量过大时,部分淀粉分子主链断裂,导致体系粘度下降。当氧化剂用量低于淀粉质量的5%时,胶的流动性很差,实际处于半凝胶状态,无法使用;而且胶的稳定性不够,放置时间超不过一天,无法满足用户需要,所以合适的氧化剂用量应该在5%。
2.3 氧化反应时间的确定
固定其它因素,改变氧化反应的时间(从加入氧化剂之后算起),制成淀粉胶(固含量12%),用涂-4杯测其粘度,结果如图2所示。



,。　　由图2可见,当氧化时间少于30ｍｉｎ的时候,胶的流动性极差,可能是氧化反应不够充分,淀粉分子长链上的醛基太少,难以充分糊化,处于半凝胶状态,无法使用。当而氧化时间大于30ｍｉｎ之后,胶的粘度基本不再变化,可能是此时氧化剂已经消耗完毕。则氧化反应的最佳时间应该在30ｍｉｎ,并且因为此时氧化剂已经接近于无,可以不加终止剂。
2 4　ＮａＯＨ用量的确定
固定氧化温度58℃,淀粉乳浓度40%,氧化剂用量5%,催化剂用量0 3%(以干淀粉为基准),氧化反应时间30ｍｉｎ,制得氧化淀粉。滤饼糊化,改变ＮａＯＨ用量,制成淀粉胶,测其粘度,结果见图3。



由图3可见,ＮａＯＨ用量低于10%(以干淀粉质量为基准)时,淀粉胶糊化不充分,制得的淀粉胶不透明,稳定性差(胶的表面很快会结出一层厚皮),粘度低。ＮａＯＨ用量过大时,胶的粘度下降,可能是减少了体系中氢键的形成。综合考虑,ＮａＯＨ的用量应该在10%。
2 5　交联剂用量的确定
交联剂可以使淀粉分子链适度交联而形成空间网状结构,有助于加快淀粉胶的干燥速度。但是过多交联剂的加入会降低产品的稳定性,产生凝胶。根据实验结果,交联剂的用量不宜超过干淀粉质量的2%。
2 6　配方及工艺的最后确定
综合上面给的讨化,制备淀粉胶的较合理的配方及工艺:100ｇ玉米淀粉加入150ｇ自来水配成40%的淀粉乳,升温到58℃用ＮａＯＨ调节体系的ｐＨ=9～10,加入0 3ｇ催化剂,5ｇ氧化剂,保温反应30ｍｉｎ,抽滤,得到氧化淀粉滤饼。滤饼加入100ｇ自来水,搅拌使成淀粉乳,加入10ｇＮａＯＨ配成的溶液,充分糊化,加入2ｇ交联剂,交联。之后加入适量消泡剂,搅拌均匀,加水使体系固含量降至12%左右即成。
3 产品的改进
用上面的配方及工艺生产的氧化玉米淀粉胶粘剂具有相当强的粘结力,而固含量较低,因而大大降低了成本,价格上可以与泡花碱竞争。但是由于这种胶粘剂的固含量仅有12%左右,干燥速度很慢。为此笔者在糊化之前在淀粉乳中加入一定量的改性膨润土,使其总的固含量提高到35%(即加入25%左右的膨润土)左右,应用结果证明大大提高了干燥速度。
4 产品工业化生产及实际应用状况
按照2 6的配方及工艺,本产品在西安益民粘合剂有限公司进行了工业化生产,日产干燥的氧化淀粉3ｔ。之后配成淀粉胶粘剂,总固含量37%,其中纯粹淀粉的固含量在12%。产品经过试销售,用来粘结瓦楞纸以制作纸箱,用户反应该产品粘接力强,纸箱不开胶;干燥速度快,一般15ｍｉｎ之后就可以进行下一道工序;干燥之后的纸箱硬度高、挺度高、不返潮,各种性能均优于泡花碱,而成本低于泡花碱(泡花碱粘结瓦楞纸的成本为每平方米3 8分钱,本淀粉胶的成本为每平方米2 5分钱),很受用户欢迎。