第二节 淀粉黏合剂的制备
不同的原料、不同制胶方法、不同的环境因素、不同工艺设备对黏合剂的品质都有影响，不同纸张材质对黏合剂的要求也有所差别。因此，应深刻理解黏合剂黏合原理、制胶机理、制胶工艺方法以及品质性能参数的影响。根据具体情况，灵活掌握与运用，改善与控制黏合剂品质，满足纸板生产的实际需要。
一、淀粉黏合剂黏合原理
1．黏合原理
纯淀粉是一种白色的、颗粒直径为4～50μm的多糖粉末，不溶于冷水，也没有黏性。利用淀粉作为纸板黏结材料，必须通过加热，并加入其他化学物质，改变淀粉的颗粒结构，使其糊化溶胀分散于水中，改变淀粉的物理和化学特性，改善淀粉分子与纸纤维的亲和性，改善黏合剂的流动性及渗透性，才能满足瓦楞纸板生产工艺的要求。
淀粉的糊化过程如图3-1所示：淀粉颗粒在一定温度水的作用下充分搅拌，在烧碱的催化作用下吸收周围水分逐渐膨润，由数倍膨胀到数十倍，达到糊化温度。随着温度升高，淀粉粒开始崩溃，并逐渐分散成小块。原来的悬浊液变成均匀的淀粉糊，当接触到瓦楞纸时，淀粉糊便开始弥散渗透；随着温度继续提高，淀粉糊化黏合，并干燥固化，最后使瓦楞芯纸与箱纸板黏结成一体，达到黏合的效果。
图3-1 淀粉糊化过程示意图
2．黏合过程
瓦楞纸板黏合过程中起主要作用的是吸附和扩散理论。另外，使用某些添加剂可以生成大量化学键，其形成的黏合力要比其他键大得多。瓦楞纸板的黏合过程经过三个阶段。
（1）涂布阶段 利用原纸和黏合剂分子间的引力使界面黏合。黏合剂本身的状态：液体状态、低黏度、低附着强度。
（2）渗透阶段 黏合剂通过纸纤维的间隙向纸质中渗透，使之形成强劲的渗透黏合。黏合剂本身的状态：湿润表面，迅速扩散。
（3）固化阶段 黏合剂自身凝固收缩，变成对外具有很强抵抗力的固体胶膜。黏合剂本身的状态：生淀粉糊化，附着强度迅速增加，呈高黏度半固体物质，表面继续湿润，扩散率显著下降，黏性超过纸及纸板内纤维强度。
完成上述黏合称为凝聚黏合，瓦楞纸板黏合的最大要素是凝聚黏合。凝聚黏合的好坏取决于渗透的程度。瓦楞纸板的黏合实际上是淀粉黏合剂和原纸纤维素之间的化学黏合，由于单面机与双面机的工作原理不同，二者的黏合过程和实际效果存在相当大的区别。
二、淀粉黏合剂的制备
瓦楞纸板用淀粉黏合剂的制备方法很多，归纳起来主要有斯坦霍尔法和氧化法两类。斯坦霍尔法制淀粉黏合剂主要用于自动线、单面机。氧化法制淀粉黏合剂主要用于裱胶机、贴面机和粘箱机。
1．斯坦霍尔法（Stein-Hall）
适用于高速瓦楞纸板生产线上机施涂的黏合剂需具备低黏度、低糊化温度、高固含量的“两低一高”特性，目前纸板生产企业基本上采用两种制胶方法：一步法和二步法。
（1）一步法 又称一桶式制糊法或生浆制胶法。
利用稍微过量的烧碱，造成淀粉颗粒膨胀，产生一定黏度及悬浮效果。当达到预定黏度时，加入黏度安定剂，抑制黏度上升，将黏合剂黏度控制在使用范围内，其原理如图3-2所示。
图3-2 一步法制黏合剂
一步法制作工艺和方法就是在反应罐内先将水和淀粉搅拌混合均匀，缓缓加入氢氧化钠溶液搅拌至所需黏度时立刻加入黏度安定剂，再加入硼砂搅拌均匀，最后放入储存罐内供生产线使用。
一步法工艺在欧美国家应用比较广泛，尤其受到许多有高速生产线的大型纸箱厂青睐。一步法工艺的优点在于可制出高固含量、低黏度的黏合剂，适合高速瓦线以及重型纸板的生产。
（2）二步法 又称两桶式制糊法、主载体制胶法或生熟浆制胶法。
利用所需的全部烧碱，制成少量淀粉完全糊化（熟浆），与大量未糊化淀粉（生浆）混合均匀，使生淀粉分散悬浮于熟浆中，既达到所需上机黏度，又具备合适的流动性和渗透性，其原理如图3-3所示。
图3-3 二步法制黏合剂
黏合剂制作工艺流程如图3-4所示。
图3-4 二步法淀粉黏合剂工艺流程示意图
第一步：载体淀粉（糊化淀粉）的制备。
①载体反应罐中放入计量好的水，加热至规定温度（一般是43℃左右）。
②将一定量的淀粉投入载体反应罐中，边放边搅拌几分钟。
③将预先配制好的NaOH溶液在搅拌下缓慢加入载体罐中，边加边搅拌。
④加热淀粉液使其熟化，温度一般控制在65～70℃，搅拌时间为15min。
⑤加入一定量冷水，使载体淀粉温度下降到54℃左右，并使黏稠的载体稀释，更容易与生淀粉悬浮液混合，充分搅拌即可制得载体淀粉。
第二步：主体淀粉（生淀粉）的制备。
①在主体反应罐中放入一定量的水，加热至30～35℃。
②将一定量的淀粉投入主体反应罐中，边放边搅拌。
③搅拌均匀后，将硼砂用热水溶解后，加入、搅拌至全溶。
④将载体中制得的“熟黏合剂”渐渐加入主体罐中，充分混合搅拌。
将“熟黏合剂”与主体罐中的生黏合剂搅拌均匀后，即制得半透明状的半糊化黏合剂，通往储存罐内保温，便可通往机台使用。
注意事项如下：
①在制作过程中必须充分搅拌，否则易产生胶块，阻塞管道，影响黏合效果。
②在载体罐中必须制成“熟黏合剂”，否则黏合剂的初黏度会受到影响，黏合受影响。
③在具体制备时，对于每一黏合剂的配比应根据纸张的不同条件、淀粉种类、纸速、单面瓦楞还是双面瓦楞等具体情况实验确定。
④用二步法配制的混合胶料没有完全糊化，要在贴合和干燥过程中才能完全糊化。
在具体制备时，载体淀粉所用淀粉量约为总淀粉量的15%～20%，其余均为主体淀粉。因此二步法所制得淀粉黏合剂仍以生淀粉液为主，需要在高温下涂胶并受热糊化、固化成膜。正因为二步法淀粉黏合剂以生淀粉液为主，因此有很好的流动性，适合于高速瓦楞纸板生产线使用。但生淀粉液中淀粉颗粒较易沉淀，易造成淀粉分散不均匀，并使淀粉液过稀，故载体淀粉对于承载生淀粉，使其均匀分散，调节淀粉粉剂黏度，调节淀粉涂胶量具有重要作用。
2．氧化法
氧化法制淀粉黏合剂有两种方法：一是采用普通淀粉，在制备黏合剂的反应釜中加氧化剂氧化；二是购入预先制成的固体氧化淀粉，按其说明进行配制，这里主要讲述第一种方法。
氧化法是用氧化剂先将淀粉氧化，再经糊化而成，有热制法和冷制法两种工艺。氧化法制备的黏合剂多为普通型、快干型，适用于单机和半机械化的瓦楞纸板机，制成的瓦楞纸有的是通过自然干燥，有的通过简单烘干设备干燥，适用于黏箱机、裱胶机、贴面机等。
（1）热制法 热制法是指淀粉的氧化与糊化均在加热条件下进行。淀粉氧化过程温度越高，所用时间就越短，氧化程度就越充分。热制法是在一个带有搅拌器的并有夹层水浴的反应釜内进行。例如，某热制法氧化淀粉黏合剂的制作过程如下：
①在反应釜内放入3倍于淀粉质量的水，加热到60～65℃。
②将淀粉陆续加入水中，边加边搅拌，同时将过氧化氢稀释后陆续加入。
③搅拌均匀后，将液体烧碱一次加入反应釜内搅拌，转速为50～60r/min，持续搅拌2h。
④将加热到60～65℃的水，加到反应釜中稀释，并不断搅拌。
⑤将硼砂加沸水溶解调匀后，加入经稀释后的黏合剂内，继续搅拌约0.5h，至呈半透明状即可。调制完备后，在反应釜内保温待用。
配制时应注意下列问题：
①反应器应设保温装置，否则黏合剂会凝固。
②黏合剂易于凝聚结块，因此储存时间不宜过长；当天工作完毕时，必须将胶水盘中剩余黏合剂抽回密封容器中，并在50℃左右保温，同时要洗净胶水盘，否则会影响次日生产。
③黏合剂在使用过程中易出现泡沫，导致黏合剂涂布不均匀而引起瓦楞纸板脱壳起泡。消泡的办法是降低搅拌转速或使用丁醇消泡剂。
④黏合剂的水比要适当。过稠时易使流动性降低，产生“起丝”现象，使纸幅通过涂布辊时拖带过多的黏合剂上纸，不仅增加了黏合剂的用量，而且使瓦楞纸板含水过多，难于干燥和影响质量。过稀时，瓦楞纸板含水量偏大，易导致纸板变软，降低瓦楞高度，减弱黏合力，降低纸板的挺度和抗压强度。
⑤整个配制过程要连续搅拌，物料按顺序投放，否则易于出现凝胶，降低黏度和堵塞输送管道。
另外还应掌握好氧化剂的用量，气温高时用量应少些，气温低时用量应多些；水比用量大时用量少些，水比用量小时用量多些。
（2）冷制法 冷制法是在不加热的情况下完成淀粉的氧化和糊化过程。一般说来，在30℃以上都可以制成氧化淀粉黏合剂。在30℃以下，虽然淀粉分子活性较低，降解缓慢，但过氧化氢会分解成H+和
，而
离子具有极强的氧化作用，而且淀粉氧化是放热反应，所以在常温下若加入适量的H2O2可以将淀粉氧化。冷制法所用时间较长，一般为16～24h，其水用量比一般热制法低一些，以提高H2O2与NaOH的效能。下面以过氧化氢氧化剂为例，介绍冷制法制淀粉黏合剂的配制过程。
冷制法的用料配比：玉米淀粉100kg，30%H2O2 2.5kg，NaOH 8kg，硼砂2.5kg，水500kg。
制作过程如下：
①将过氧化氢加入总水量40%的水里，搅拌均匀，随即将玉米淀粉一次投入并搅拌均匀。静置16～24h，使其充分氧化。
②将NaOH稀释到浓度为10%，加入并搅拌，加完后仍搅拌30min，此时再添加总水量的30%的水。
③加入预先稀释浓度为10%的硼砂溶液。
④将余水加入，稀释至所需黏度。
配制时应注意以下事项：
①搅拌要充分，一直到黏合剂变成糊状为止。
②水比要控制适当，一般为1:5左右，以提高氧化剂与烧碱的作用。
在配制氧化淀粉黏合剂时，要依淀粉的种类及质量、生产需要和制备条件来确定配方和工艺，且要随着温度等条件的变化适时调整配方，这样才能生产出适合实际需要的淀粉黏合剂。为加快反应速度，可以加入适当的催化剂，如二氧化锰等，催化剂一般在氧化剂加入之前加入。
三、制备淀粉黏合剂的要求
1．淀粉黏合剂的配方
黏合剂的配方应该根据原辅材料的变化因素做适当调整，如不同的纸张，其亲水性和透水性不同，纤维交织程度也不同，因此黏合剂的固含量应随之改变。通过对瓦楞纸板黏合强度的检测，黏合剂的固含量基本为16%～19%，黏度为16～20s（涂-4黏度杯）。
另外，车间温湿度的变化也会影响黏合剂的配方。如夏季潮湿、气温高，淀粉分子活跃，黏结效果好，但是夏季潮湿的环境也会造成瓦楞纸箱中的水分散失困难，导致胶膜柔软，“挺劲”不足。这种情况下，可以将黏合剂的固含量提高到19%（三层瓦楞纸板所用黏合剂的固含量控制在20%～23%），这样做一方面可以增加胶膜的硬度，阻止黏合剂中的水分过多地渗入到瓦楞中，避免发生塌楞、模切不顺等现象；另一方面可以适当提高黏合剂主体罐中硼砂的添加量，并减少载体罐中烧碱的添加量。而在冬季干燥、气温低的环境下，黏合剂的固含量应控制在17%左右。如果黏合剂的固含量过低，过多的淀粉分子就会随水分扩散到瓦楞纸板内部，致使楞峰处的黏合剂变稠、黏性降低，进而发生凝沉现象，影响瓦楞芯纸与箱板纸的黏合牢度。此外，还应适当减少黏合剂主体罐中硼砂的添加量，并提高载体罐中烧碱的添加量。
2．黏合剂的搅拌
黏合剂制备过程中，除了必须按照一定的配方和顺序进行制作外，还要特别注意黏合剂的搅拌时间，如主体罐和载体罐中的溶剂均须达到合理的搅拌时间后，才能将载体溶剂倒入主体罐中。因为不同的车间温湿度对主体罐和载体罐溶剂的搅拌时间要求不同，在温湿度较高的夏季，主体罐和载体罐溶剂的搅拌时间分别为35min和30min，之后将载体罐溶剂倒入主体罐后继续搅拌40min；在温湿度较低的冬季，主体罐和载体罐溶剂的搅拌时间分别为45min和40min，载体罐溶剂倒入主体罐后须继续搅拌50min。待淀粉、烧碱、硼砂等溶剂反应充分后，才可以正式输送和使用黏合剂。
除此之外，黏合剂在制备时还应注意提高黏合剂的固含量，降低水的配比。涂胶量不宜过大，这样不仅可以节约成本，而且对瓦楞纸板弯曲变形的影响程度也可以降到最低。
3．黏合剂的存放
黏合剂制备完成后，如果放置时间过长，不仅会发生凝沉现象，严重时还会失去黏性，导致霉变，使瓦楞纸板性能下降。在车间温度低于15℃时，测试制备好并放置到第二天的黏合剂，其固含量为24%～25%，但由于黏合剂过稠、流动缓慢，用涂-4黏度杯无法测出其黏度值。而且，瓦楞机使用该黏合剂涂胶时，涂胶辊难以上胶，致使屡次停机，瓦楞芯纸与箱板纸的黏结效果极差。此外，使用过稠的黏合剂涂胶后，黏合剂不易向瓦楞方向渗透，致使大部分黏合剂在楞峰表面凝胶干燥，形成“假黏”现象。
实际生产中，为避免上述情况的发生，可采用适当降低瓦楞机生产速度的方法，或者为了节约成本，可以使用放置时间更长的黏合剂，但前提是瓦楞机操作人员须提前30min启动黏合剂的循环系统和预热系统，以使淀粉分子更加活跃。另外，黏合剂的黏度应控制在16s左右。