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冷制高强快干系列粘合剂配方及制作工艺
作者:涂料胶粘技术研究网     更新时间:2008-03-13 15:15:35

    随着科学技术的深入发展,瓦楞纸板和瓦楞纸箱的粘合材料也在不断更新和提高。原来一直被延续使用的硅酸钠溶液(俗称泡花碱)最终会被淘汰。目前,除单台机组在生产短途运输和低廉商品的瓦楞纸板仍使用硅酸钠溶液作粘合剂外,较先进的瓦楞纸箱生产企业已不再使用硅酸钠溶液。而替代这种含碱量高,容易对商品和环境造成污染的新型的粘合剂是玉米、小麦或薯类制作的淀粉粘合剂。

    淀粉粘合剂在五十年代初由日本应用于瓦楞纸板,并很快在世界范围内推广。淀粉粘合剂的原料来源是玉米、小麦和薯类,种植面积广,产量高,加工容易,运输方便,价格低廉。给淀粉粘合剂的加工、应用和普及推广提供了坚实可靠的原料资源。

    近年来,我国许多包装科技工作者致力于研制淀粉粘合剂的制作和实际应用。八十年代中期,国家外经委等部门就提出:在为出口商品包装制作瓦楞纸箱时,必须使用淀粉粘合剂或具有同等效果的粘合剂。到八十年代末,已得到强化。在出口商品包装的检验中,淀粉粘合剂的使用和应用后体现出的良好的粘合强度、抗潮湿能力、便于冷藏的效果以及无二次污染等优点更加得到了体现。

    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。而瓦楞纸板生产线一直依照的是美国斯太因-霍尔的二步法制作淀粉粘合剂,但在实际制作中的选料、配比、制作工艺等并不尽相同。而是根据当地的环境因素、原辅料不一样,配比有所区别,定量不尽一致,工艺方法不同的多种多样的成品淀粉粘合剂。

    斯太因-霍尔的二步法调制淀粉粘合剂,就是目前被广泛使用的先由载体(第一容器)将一定量的淀粉和水在氢氧化钠的作用下完全糊化(称为熟浆),同时,在主体(第二容器)中投入一定量的淀粉和水并充分搅拌使之混合(称为生浆);在不断地匀速搅拌下,把载体内的熟浆缓慢放入主体内,使生熟浆得到充分混合后,再放入贮存罐内(第三容器),即制成淀粉粘合剂成品。

    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

次氯酸钠(10%含量)40-100    

(工业级双氧水:27.5%  含量:6-25)

(高锰酸钾:2.5-15)

    具体加工工艺如下:

    a、 在反应釜中加入水,再加淀粉搅拌均匀;

    b、 将熟胶专用干燥催化剂加入反应釜中搅拌均匀;

    c、 将次氯酸钠或双氧水或高锰酸钾加入反应釜中搅拌5-30分钟;

    d、 将烧碱用3-5倍冷水溶解,加入反应釜中,搅拌20-60分钟;

    e、 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:



    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(次氯酸钠、双氧水或 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:

    1、 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

 

    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。

    2、 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。

     本产品由河南中包科技有限公司生产,传真/电话:(0371)5924572 5900468 ,技术咨询:013903860570。

    3、 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。

    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          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           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、冷制高强快干系列粘合剂对设备、工艺和技术方面的要求

    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.使用粘合剂的车间,冬季温度不能低于-5℃。

    8.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。

    9.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。

  10.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。

  11.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。

  12.普通瓦楞纸及高强瓦楞纸通过两面施胶后,如出现跑边、跑楞现象,首先检查瓦楞纸纤维纹与瓦楞是否为平行,(十字形是跑边的主要原因)然后选用淀粉含量高的配方的粘合剂,并尽量减少施胶量,以不脱胶为准。

  13.淀粉粘合剂在使用中,如出现结膜过快,瓦楞纸板未等压力机压就部分结膜,出现脱胶现象,这样须根据情况降低干燥剂的用量。

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:

 



 

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