第一节　淀粉黏合剂的原料

淀粉黏合剂主要使用水、淀粉、烧碱、硼砂、氧化剂以及其他添加剂等原料自行配制，制作过程相对复杂，工艺要求较高。为了更有效地改善与控制黏合剂质量，必须掌握黏合剂制作原理与关键质量的控制。

一、淀粉

瓦楞纸板用黏合剂的主要材料是淀粉，如玉米淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉。玉米淀粉黏合剂的黏结力强，容易凝沉；木薯淀粉黏合剂则较为稳定。玉米淀粉的用量最大，其次是木薯淀粉。

1．淀粉

黏合剂的好坏与淀粉质量和用量关系很大。淀粉的含水量取决于储存的条件（温度和相对湿度），一般为10%～20%，最高可达35%，不同品种的淀粉含水量存在差别。淀粉易吸潮，极易发生霉变，应置于通风干燥处保管。淀粉的成分主要为碳水化合物，是一种葡萄糖聚合物，可分为直链淀粉和支链淀粉两类。淀粉溶液很不稳定，制成的黏合剂容易凝沉。凝沉的速度受多方面因素的影响，如淀粉中含有极少量的蛋白质、油脂、纤维素和矿物质等成分，以及淀粉的粒子形状、大小及糊化温度等因素。

水与淀粉用量之比称为水比。水比的大小视黏合纸板的类型和用途而定，在（4:1）～（6:1）范围内。用水过多会降低黏度，过少则影响流动性。

淀粉中少量蛋白质的含量对黏合剂的配制是有害的，所以蛋白质含量应尽量少，以少于0.5%为佳，最高不宜超过1%。蛋白质含量过高，制得的黏合剂会起泡沫，且在碱的作用下迅速凝固，储存期缩短，以致完全失去黏性。

2．淀粉的糊化

淀粉混于冷水中搅拌成乳状悬浮液，称为淀粉乳。静置时，淀粉全都下沉，无法形成稳定体系。若将淀粉乳加热到一定温度，水分子进入淀粉粒的非结晶部分，与一部分淀粉分子结合，破坏氢键并与之水化。随着温度的增加，淀粉粒内结晶区的氢键被破坏，高度膨胀的淀粉颗粒间互相接触，变成半透明的淀粉糊，这种现象称为糊化作用。糊化作用的本质是淀粉中有序（结晶）和无序（非结晶）态的淀粉分子间的氢键断裂，淀粉分子分散在水中形成亲水性的胶体溶液。因此淀粉糊中不仅有高度膨胀的淀粉粒，还有溶解态的直链分子、分散的支链分子和部分微晶束。

发生糊化现象所需的温度称为糊化温度。淀粉粒大的糊化温度较低，淀粉粒小的糊化温度较高。淀粉在强碱作用下，室温下即可糊化。不同来源的淀粉，糊化温度也不同，表3-1是常见淀粉的糊化温度。

（1）影响淀粉糊化的因素

淀粉糊化不仅与淀粉品种、淀粉颗粒的大小有关，也与淀粉糊化时水分、酸碱性及所含其他物质有关。

①淀粉的品种　不同淀粉之间的缔合程度不同，分子排列的紧密程度也不同。缔合程度越大，排列越紧密，破坏缔合所需能量就大，糊化就相对困难一些。一般来说，小颗粒淀粉内部结合紧密，糊化温度比大颗粒高。

②水分　水分对糊化影响较大，要使淀粉充分糊化必须使水分保持在30%以上。

③直链淀粉含量的影响　直链淀粉分子间结合力较强，因此直链淀粉含量高的比含量低的难糊化。可从糊化温度上初步鉴定淀粉的种类。

④电解质的影响　电解质可以破坏分子间氢键，促进淀粉的糊化。不同的阴离子促进糊化的顺序是：OH->水杨酸根>CNS->I->Br->>酒石酸根>柠檬酸根>，阳离子促进糊化的顺序是：Li+>Na+>K+>>Mg2+。大部分淀粉在稀碱（NaOH）、浓盐溶液中（如水杨酸钠、CaCl2），可常温糊化。

⑤非质子有机溶剂的影响　二甲基亚砜、盐酸胍、脲等极性有机高分子化合物在室温或低温下可破坏分子氢键，促进淀粉糊化。

⑥糖类、盐类的影响　糖类、盐类（如食盐、碳酸钠、硫酸镁）能破坏淀粉粒表面的水化膜，降低水分活度，使糊化温度升高。

⑦亲水性高分子（胶体）的影响　亲水性高分子如明胶、干酪素和羧甲基纤维素（CMC）等与淀粉竞争吸附水，易使淀粉糊化温度升高。

（2）淀粉糊的性质

①淀粉的凝沉　淀粉液或淀粉糊很不稳定，在低温下静置一定时间，溶解度降低，浑浊度和黏度增加，特别是高浓度的淀粉糊会变成凝胶体，这种现象称为淀粉的凝沉，也称老化、回生。淀粉糊凝沉后，变得越来越白，浑浊度逐渐增加，黏度增加，产生不透明或浑浊，在热糊表面形成不溶的皮膜，不溶性淀粉颗粒沉淀形成凝胶，从糊中析出水等现象。

凝沉的本质是无序的糊化淀粉分子又自动有序排列，并由氢键结合成束状结构，使溶解度降低。在凝沉过程中，由于直链淀粉和支链淀粉趋向于平行排列，通过氢键相互靠拢，重新组成微晶束，使淀粉糊具有硬的整体结构。经验证实，温度越低，凝沉越快。当pH值为7时凝沉较快，当1<pH<2时凝沉很慢，因此配制黏合剂时要注意温度及pH值的变化。

②影响沉凝的因素　淀粉糊的凝沉受到多方面因素的影响，除受蛋白质含量影响外，还受到分子大小、pH值、温度以及其他原料添加量的影响。从分子组成上看，由于直链淀粉的链状结构在溶液中空间障碍小，易于取向；支链淀粉呈树状结构，在溶液中空间阻碍大，不易于取向，故直链淀粉比例大，易于凝沉；中等长度的淀粉分子较分子链过长或过短的淀粉易于发生凝沉。

淀粉糊的浓度大小对于凝沉影响很大。浓度越大，淀粉分子碰撞机会越多，凝沉越快；温度越低，凝沉越快。淀粉糊的冷却速度对其凝沉也有一定影响，缓慢冷却，可使淀粉分子有充分的时间取向排列，易于发生凝沉；快速冷却，则可减少凝沉。当pH值为中性时凝沉较快，当pH>10或pH<2时，凝沉较慢；一些无机离子能够阻止淀粉的凝沉。

在配制淀粉黏合剂时，要充分注意淀粉糊的浓度、温度及pH值的变化，以防止凝沉的发生。

3．淀粉黏合剂的质量要求

要根据生产及使用需要，采用适当的方法配制，使淀粉黏合剂能够适合高速瓦楞纸板生产线使用。

黏合剂的质量要求：无毒、无味、不影响所包装产品的质量；具有较高的抗潮、抗霉能力，并有较快的干燥速度；具有较好的流动性、无泡沫；具有良好的初黏力，保证瓦楞纸板不返黄、不跑楞、不变形；具有较高的挺度、剥离强度、耐破度和边压强度，纸箱有较高的抗压强度；具有一定的储存期限。

二、烧碱

烧碱（工业用氢氧化钠）一直是作为糊化剂来使用的，适量的加入能起到促进淀粉糊化和减少凝沉的作用。首先，烧碱能与淀粉中的羟基结合，破坏部分氢键，使淀粉大分子之间的作用力减弱，降低糊化温度；其次，烧碱溶于淀粉液时会放出大量的热，使得淀粉分子膨胀、糊化，从而使淀粉溶液具有黏性；第三，一定量烧碱的加入可使黏合剂具有较好的流动性，并且不易霉变。若在淀粉中加入氧化剂对其进行氧化改性，烧碱又可用于调节pH值，保证碱性氧化条件，还会使氧化淀粉的羧基变为钠盐，增加亲水性和溶解性。

通常采用的烧碱有结晶状、棒状、片状和含30%NaOH的水溶液，只要纯度合格，任何状态的烧碱都可以使用。但在配制淀粉黏合剂时，烧碱通常以水溶液的形式加入到淀粉液中。

在纸箱行业，烧碱用量一般控制在黏合剂重量的1%以下。以加入氧化淀粉液中，搅拌20min淀粉液为半透明糊状时为宜。若烧碱量过大，超过全部糊化过程所需用量，胶液流动性大，黏度降低，使黏合剂的pH值增大，制成的瓦楞纸箱容易返黄，造成瓦楞纸箱表面油墨变色；烧碱量小，搅拌20min后，一直为白色或乳白色糊状，不透明也不黏；若用量太少，则放出的热量少，糊化作用不充分，黏性差，黏结力差，易变稠。烧碱的用量从实际观察，一般为淀粉的8%～12%较为合适。

三、硼砂

淀粉黏合剂所用的硼砂一般为含十个结晶水的十水四硼酸钠（Na2B4O7·10H2O）。黏合剂糊化后加入硼砂或硼酸，可以使短链的氧化淀粉以其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，具有交联增黏作用，有利于提高初黏力和加快干燥速度。另外还起到防腐、防渗及终止反应作用。

硼砂的用量要适当。用量过多会使黏合剂的黏度过大，产生凝胶或橡皮状，流动性变差，胶质发脆，失去黏着力；用量过少则络合不够，黏合剂过稀，黏结力差，不利于提高初黏性和降低干燥时间，还易引起瓦楞纸板脱胶及跑楞现象。

生产中配制时，通常在胶液充分氧化、糊化后加入硼砂。氧化后的淀粉糊加碱糊化后，如黏度为60s左右，则可加入硼砂溶液。如黏度过高，可能是氧化程度不够或含水量低，可加氧化剂进行二次氧化，稳定后黏度为60s左右加入硼砂溶液。硼砂微溶于冷水，溶于热水，需将其用90℃左右热水完全溶解后加入。根据不同的配制方法，其硼砂用量为淀粉的1%～3%。

四、氧化剂

在氧化法制淀粉黏合剂的过程中，常用的氧化剂有过氧化氢（H2O2）、次氯酸钠（NaClO2）、高锰酸钾（KMnO4）等。通过氧化剂的作用，将淀粉分子中的羟基氧化成醛基或羰基，有的可进一步氧化成羧基并使淀粉分子部分降解。氧化淀粉易于溶解，并由于分子中含有极性基团，提高了黏结能力和对纸板的亲和性及渗透性，并使黏合剂具有较好的防潮性和防霉性。氧化剂的用量、氧化过程的控制随氧化剂的种类及淀粉的质量来定。

1．过氧化氢

过氧化氢能使较大、较复杂的淀粉大分子产生氧化降解，分子结构变得相对小而简单，变得较易糊化和溶解。过氧化氢氧化淀粉反应的温度范围较大，在30～90℃下都可进行反应。因此，在制备淀粉黏合剂时，按反应的温度条件可分为热制法和冷制法。不同温度下所需的反应时间有很大差别，温度可以提高反应速度，缩短反应时间，但同时也消耗热量。另外，在加入少量催化剂（如二氧化锰）的条件下，也可加快反应速度。过氧化氢氧化淀粉的能力强，用量少，无霉无味，氧化过程中不给反应带进杂质离子，缺点是价格高。

2．次氯酸钠

NaClO2不稳定，在光照或高温下容易分解，降低有效氯含量，影响其用量的准确性。另外，以NaClO2为氧化剂制出的黏合剂在使用过程中易分解，放出氯气污染环境。

3．高锰酸钾

用高锰酸钾作氧化剂，其自身可起到指示剂的作用，即由颜色的变化可判断反应进行的程度。使用比较方便，无气味，无污染，制出的黏合剂黏结力强，胶液稳定。但由于被还原产物为棕色的MnO2，使胶液呈深咖啡色，用在瓦楞纸箱生产中，纸箱表面有时显出一条条深色的条斑，影响外观。

氧化过程中温度起一定作用。温度越高，氧化越快，夏天一般氧化反应5～10min，春天氧化反应10～15min，冬天氧化反应20min左右。氧化反应时间长，氧化完全，黏度降低，产品质量稳定，但时间过长会影响生产周期。判断氧化是否适当的方法为：加入烧碱后搅拌反应20～40min，测其黏度为60s左右为好。这样，成品存放两小时左右为50s左右，1天后稳定为（40±10）s。要特别注意氧化剂含量、配比的使用。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），以防过度氧化。

实践应用表明，使用过氧化氢作为淀粉黏合剂的氧化剂，质量稳定，用量小，成本低，反应快，是理想的氧化剂材料，但在使用中往往产生大量的泡沫，需投放消泡剂。

五、辅助剂

1．催化剂

在黏合剂生产过程中，适量使用催化剂不仅加快反应速度，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，又加快了黏合剂结膜速度，缩短了纸箱干燥时间，提高了纸板强度。选用的氧化剂不同，所需的催化剂也不一样。如过氧化氢的催化剂是硫酸亚铁、次氯酸钠的催化剂是硫酸镍、高锰酸钾的催化剂在硫酸作用下是适量的氧化锌。

2．消泡剂

在生产及使用过程中，由于淀粉质量及反应不适当，特别是用过氧化氢作氧化剂易产生泡沫，影响正常施胶。常用的消泡剂有TP消泡剂、磷酸三丁酯、硅油、正辛醇等。用次氯酸钠和高锰酸钾作氧化剂时，磷酸三丁酯用量为胶量的0.1‰～0.3‰，用双氧水作氧化剂时磷酸三丁酯用量为胶量的0.3‰～0.5‰。

消泡剂用量不宜过多。过量会使黏合剂表面张力降低，失去黏性，黏合强度达不到要求。生产中，如上胶机上泡沫过多，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。注意，千万不要往上边胶辊中加消泡剂，以免出现甩胶现象。

3．稀释剂

稀释剂又称降黏剂。当要求使用高固体含量、低黏度、流动性好的黏合剂时，常需使用稀释剂来降低黏度，一般用尿素作为稀释剂。

4．安定剂（稳定剂）

淀粉黏合剂的黏度下降对瓦楞纸板黏合强度、自动线的生产机速、纸板成型质量都有影响。其变稀的原因多是由于黏合剂搅拌过度、黏合剂受热辐射、黏合剂变质或循环过多造成的。用安定剂可以改善黏合剂黏度下降问题。目前有资料介绍在纸板的黏合剂中加入甲醛、苯甲酸钠、五氯酚钠、醋酸钙、乳酸钠等作为安定剂。