CN111349409B - 一种瓦楞纸板淀粉胶黏剂的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种瓦楞纸板淀粉胶黏剂的制备工艺,包括以下步骤:步骤一,制备熟浆:在水力碎浆机中依次加入水和淀粉均匀搅拌15分钟,再依次加入氢氧化钠、碱木质素和纸浆纤维搅拌1‑2小时,使淀粉与氢氧化钠、碱木质素和纸浆纤维充分作用至完全熟化;步骤二,制备主体浆:搅拌状态下加入水至反应釜中,再加入淀粉搅拌1小时后,依次加入低碳醛和双氧水,在30‑50℃下搅拌反应2小时;步骤三,制备淀粉胶黏剂:持续对制得的主体浆均匀搅拌,将制得的熟浆缓慢加入其中,使二者充分搅拌混合;再加入流变调节剂搅拌均匀,在30‑50℃下搅拌反应30‑60分钟;然后依次加入尿素和钠基膨润土搅拌10‑30分钟。本发明采用主体浆和生浆混合反应工艺,制备的胶黏剂粘合强度良好。

Description

一种瓦楞纸板淀粉胶黏剂的制备工艺
技术领域
本发明涉及胶黏剂技术领域。更具体地说,本发明涉及一种瓦楞纸板淀粉胶的制备工艺。
背景技术
随着包装工业的发展,现代商品包装材料的4大支柱——纸、塑料、金属、玻璃的用量及对其研发都有了长足的增加,其中以纸制品的产量增长最快,所占比例也最大。纸制品中瓦楞纸板以其优良的保护和防震功能,低廉的价格,在商品包装中得到广泛的应用。
瓦楞纸板是一个多层的黏合体,它最少由一层波浪形芯纸夹层(俗称“坑张”、“瓦楞纸”、“瓦楞芯纸”、“瓦楞纸芯”、“瓦楞原纸”) 及一层纸板(又称“箱板纸”、“箱纸板”)构成,瓦楞纸板主要用于制造纸箱、纸箱的夹心以及易碎商品的其他包装材料。瓦楞纸板不仅作为是由可经自然作用分解的木纤维构成的可回收环保型材料,同时还能被重复利用而不影响其性能的发,瓦楞纸板(箱)是全世界公认的绿色环保型包装产品。
随着时代的不断发展,生产技术和设备的不断更新,人们运用设备技术的更加纯熟以及市场需求的更加多样化,瓦楞纸板的需求量正以非常可观的几何倍数日益扩大。发展前景看似一片光明,前途无量。但在市场竞争日趋激烈,科学技术不断更新,新的包装材料不断被研制面世的今天,瓦楞纸板要想保持自己在包装材料中的“一哥”地位,在技术设备的研发、质量性能的提高和产品品类的扩充丰富等方面还要更进一步提高和发展。
淀粉胶黏剂作为瓦楞纸板生产主要辅助材料之一,日益受到人们的重视。淀粉胶黏剂是以淀粉为基料制成的天然胶黏剂。淀粉通过物理,化学方法可加工成可溶淀粉、糊精、羟***淀粉等多种形式,根据不同的用途要求,配合相应的添加剂,可制成黏度、固体含量、外观、机械性能各异的淀粉胶黏剂。淀粉胶黏剂属于植物胶,在纺织、造纸,医药,食品、包装等行业大量应用。
工业用淀粉胶通常以玉米为原料,将玉米淀粉在水中分散,然后加热或添加少量的苛性钠使淀粉糊化,再加水稀释,就制成普通玉米淀粉胶。实际配制淀粉胶时,常加入淀粉质量的0.2%~2%的硼砂,以起防霉、交联、增韧的作用,还可提高耐水性和耐霉菌性,有的加入 0.5%~3%的甲醛或苯酚作防腐剂;有的加入甘油、乙二醇等作增塑剂。为了进一步提高淀粉胶的实用性,也可以用聚乙烯醇、脲醛树脂、间苯二酚-甲醛树脂(见酚醛树脂)或异氰酸酯来改性。
但是目前生产的淀粉胶粘剂通常用硼砂作交联剂,硼砂有毒,对人体危害很大。2010年,欧盟REACH法规把三类含硼物质列入高度关注物质(SVHC),这导致我国众多产品由于包装等问题不能进入欧洲市场,给我国的外销市场带来不小的冲击。
发明内容
作为各种广泛且细致的研究和实验的结果,本发明的发明人已经发现,低碳醛可以对主体浆中的淀粉进行初步改性,通过羟醛缩合反应,实现提高淀粉交联效果的目的;并且纸浆纤维是具有很高强度的纤维,同时具有巨大的比表面积和丰富的羟基活泼基团,通过充分反应后,纤维素纤维得以充分分散在胶黏剂中,大幅提高粘结力。基于这种发现,完成了本发明。
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷,并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是通过添加纸浆纤维,由于其尺寸稳定性和热稳定性,起到了更好的保温抗裂作用。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点,提供了一种瓦楞纸板淀粉胶黏剂的制备工艺,包括以下步骤:
步骤一,制备熟浆:在水力碎浆机中依次加入300份的水和30 份的淀粉均匀搅拌15分钟,再依次加入10-20份的氢氧化钠、10-20 份的碱木质素和5-10份的纸浆纤维搅拌1-2小时,使所述淀粉与所述氢氧化钠、所述碱木质素和所述纸浆纤维充分作用至完全熟化;
步骤二,制备主体浆:搅拌状态下加入300-400份水至反应釜中,再加入100份淀粉搅拌1小时后,依次加入2-6份低碳醛和3-8份双氧水,在30-50℃下搅拌反应2小时;
步骤三,制备淀粉胶黏剂:
持续对步骤二制得的所述主体浆均匀搅拌,将步骤一制得的所述熟浆缓慢加入其中,使二者充分搅拌混合;再加入2-4份流变调节剂搅拌均匀,在30-50℃下搅拌反应30-60分钟;然后依次加入1-3份尿素和1-3份钠基膨润土搅拌10-30分钟。
优选的是,其中,所述淀粉为选自玉米淀粉、木薯淀粉和土豆淀粉中的至少一种。
优选的是,其中,所述淀粉为玉米淀粉。
优选的是,其中,所述低碳醛为选自乙二醛、戊二醛和己二醛中的至少一种。
优选的是,其中,所述低碳醛为乙二醛。
优选的是,其中,所述流变调节剂为三聚磷酸钠、氯化铁、硫酸铁、明矾和硫酸铝中的一种。
优选的是,其中,所述主体浆制备工艺中的搅拌温度为40℃。
本发明至少包括以下有益效果:
1、原料安全无毒,符合环保要求,并且工艺简单可控;
2、采用熟浆和主体浆混合反应制备工艺,通过监测粘度以确定搅拌时间,确保了淀粉在低温状态下的初粘合力,使得该瓦楞纸板淀粉胶黏剂具有良好的粘结强度;
3、低碳醛提高了淀粉交联效果,熟浆制备中加入的碱木质素稳定了淀粉胶黏剂的粘度与粘结力;同时由于引入了适量的纸浆纤维,纤维素纤维充分反应后分散在胶黏剂中,大幅提高粘结力,由于纤维结构的毛细管作用使得粘结强度和表面强度明显提高;
4、氯化铁和硫酸铁,明矾和硫酸铝,以及三聚磷酸钠作为流变调节剂的加入可以实现对淀粉分子的进一步络合反应,提高交联效果,同时实现了木质素分子与淀粉分子之间的稳定络合。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解,本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1:
步骤一,制备熟浆:先在水力碎浆机中加入300份的水,再加入 30份的淀粉,均匀搅拌15分钟后,再加入10份的氢氧化钠,再加入10份的碱木质素,再加入5份的纸浆纤维,在水力碎浆机中搅拌 1小时,使淀粉与所述氢氧化钠、所述碱木质素和所述纸浆纤维充分作用完全熟化,形成熟浆;
步骤二,制备主体浆:在另一个反应釜中,搅拌状态下,加入水 300份,再加入玉米淀粉100份,搅拌1小时后,再加入乙二醛2份,加入双氧水3份,在30℃下继续搅拌反应2小时,搅拌待用;
步骤三,制备淀粉胶黏剂:
持续均匀搅拌步骤二制得的所述主体浆,将步骤一制得的所述熟浆缓慢加入到所述主体浆内,使两者得到充分搅拌混合;
再加入三聚磷酸钠2份,搅拌均匀,控制反应温度为30℃,搅拌反应时间60分钟;
加入尿素1份,再加入钠基膨润土1份,搅拌10分钟,完成后将所得淀粉胶黏剂放入储存罐内供生产使用。
所得胶黏剂的糊化温度为55℃,粘度为26s,初粘时间1.6分钟,粘合强度855N/m;胶黏剂耐水性能大于24小时,瓦楞纸板生产线使用的蒸汽压力5公斤,温度140℃度即可正常高速生产。
实施例2:
步骤一,制备熟浆:先在水力碎浆机中加入300份的水,再加入 30份的淀粉,均匀搅拌15分钟后,再加入20份的氢氧化钠,再加入20份的碱木质素,再加入10份的纸浆纤维,在水力碎浆机中搅拌 2小时,使淀粉和所述氢氧化钠、所述碱木质素和所述纸浆纤维充分作用完全熟化,形成熟浆;
步骤二,制备主体浆:在另一个反应釜中,搅拌状态下,加入水 400份,再加入木薯淀粉100份,搅拌1小时后,再加入戊二醛6份,加入双氧水8份,在50℃下继续搅拌反应2小时,搅拌待用;
步骤三,制备淀粉胶黏剂:
持续均匀搅拌步骤二制得的所述主体浆,把步骤一制得的所述熟浆缓慢加入到所述主体浆内,使两者得到充分搅拌混合;
再加入氯化铁4份,搅拌均匀,控制反应温度为50℃,搅拌反应时间30分钟;
加入尿素3份,再加入钠基膨润土3份,搅拌30分钟,完成后将所得淀粉胶黏剂放入储存罐内供生产使用。
所得胶黏剂的糊化温度为49℃,粘度为18s,初粘时间1.0分钟,粘合强度930N/m;胶黏剂耐水性能大于36小时,瓦楞纸板生产线使用的蒸汽压力4公斤,温度130℃度即可正常高速生产。
实施例3:
步骤一,制备熟浆:先在水力碎浆机中加入300份的水,再加入30份的淀粉,均匀搅拌15分钟后,再加入15份的氢氧化钠,再加入15份的碱木质素,再加入7份的纸浆纤维,在水力碎浆机中搅拌 2小时,使淀粉和所述氢氧化钠、所述碱木质素和所述纸浆纤维充分作用完全熟化,形成熟浆;
步骤二,制备主体浆:在另一个反应釜中,搅拌状态下,加入水 350份,再加入土豆淀粉100份,搅拌1小时后,再加入己二醛4份,加入双氧水5份,在40℃下继续搅拌反应2小时,搅拌待用;
步骤三,制备淀粉胶黏剂:
持续均匀搅拌步骤二制得的所述主体浆,把步骤一制得的所述熟浆缓慢加入到所述主体浆内,使两者得到充分搅拌混合;
再加入硫酸铁3份,搅拌均匀,控制反应温度为40℃,搅拌反应时间45分钟;
加入尿素2份,再加入钠基膨润土2份,搅拌20分钟,完成后将所得淀粉胶黏剂放入储存罐内供生产使用。
所得胶黏剂的糊化温度为48℃,粘度为19s,初粘时间1.1分钟,粘合强度980N/m;胶黏剂耐水性能大于48小时,瓦楞纸板生产线使用的蒸汽压力4公斤,温度130℃度即可正常高速生产。
实施例4:
步骤一,制备熟浆:先在水力碎浆机中加入300份的水,再加入 30份的淀粉,均匀搅拌15分钟后,再加入12份的氢氧化钠,再加入10份的碱木质素,再加入6份的纸浆纤维,在水力碎浆机中搅拌 2小时,使淀粉和所述氢氧化钠、所述碱木质素和所述纸浆纤维充分作用完全熟化,形成熟浆;
步骤二,制备主体浆:在另一个反应釜中,搅拌状态下,加入水 300份,再加入玉米淀粉100份,搅拌1小时后,再加入乙二醛3份,加入双氧水5份,在40℃下继续搅拌反应2小时,搅拌待用;
步骤三,制备淀粉胶黏剂:
持续均匀搅拌步骤二制得的所述主体浆,把步骤一制得的所述熟浆缓慢加入到所述主体浆内,使两者得到充分搅拌混合;
再加入明矾3份,搅拌均匀,控制反应温度为40℃,搅拌反应时间45分钟;
加入尿素1份,再加入钠基膨润土1份,搅拌20分钟,完成后将所得淀粉胶黏剂放入储存罐内供生产使用。
所得胶黏剂的糊化温度为51℃,粘度为22s,初粘时间1.2分钟,粘合强度890N/m;胶黏剂耐水性能大于48小时,瓦楞纸板生产线使用的蒸汽压力5公斤,温度140℃度即可正常高速生产。
实施例5:
步骤一,制备熟浆:先在水力碎浆机中加入300份的水,再加入 30份的淀粉,均匀搅拌15分钟后,再加入12份的氢氧化钠,再加入10份的碱木质素,再加入6份的纸浆纤维,在水力碎浆机中搅拌 2小时,使淀粉和所述氢氧化钠、所述碱木质素和所述纸浆纤维充分作用完全熟化,形成熟浆;
步骤二,制备主体浆:在另一个反应釜中,搅拌状态下,加入水 300份,再加入玉米淀粉100份,搅拌1小时后,再加入乙二醛3份,加入双氧水5份,在40℃下继续搅拌反应2小时,搅拌待用;
步骤三,制备淀粉胶黏剂:
持续均匀搅拌步骤二制得的所述主体浆,把步骤一制得的所述熟浆缓慢加入到所述主体浆内,使两者得到充分搅拌混合;
再加入硫酸铝2份,搅拌均匀,控制反应温度为40℃,搅拌反应时间45分钟;
加入尿素1份,再加入钠基膨润土1份,搅拌20分钟,完成后将所得淀粉胶黏剂放入储存罐内供生产使用。
所得胶黏剂的糊化温度为47℃,粘度为18s,初粘时间0.9分钟,粘合强度960N/m,胶黏剂耐水性能大于48小时,瓦楞纸板生产线使用的蒸汽压力4公斤,温度130℃度即可正常高速生产。
本发明的多个实施例制得的瓦楞纸板淀粉胶黏剂,其耐水性能均大于24小时,糊化温度低于55℃,瓦楞纸板生产线使用的蒸汽压力仅需4-5公斤,温度130-140℃度即可实现正常高速生产,所述的瓦楞纸板淀粉胶黏剂用于瓦楞纸板生产,制得的瓦楞纸板粘结强度超过 850N/m。
本发明的瓦楞纸板胶水的生产工艺简单可控,原料安全无毒,工艺中避免了有毒有害的硼砂的使用,符合最先进的环保要求;并且采用主体浆和熟浆混合反应的制备工艺,通过监测粘度以确定搅拌时间,确保了淀粉在低温状态下的初粘合力,使得该瓦楞纸板胶水具有良好的粘结强度。
所述低碳醛如乙二醛、戊二醛、己二醛等可以对所述主体浆中的淀粉进行初步改性,通过羟醛缩合反应,实现了提高淀粉交联效果的目的;在熟浆制备中,加入了碱木质素,该物质在本发明工艺条件下,熟化后成为木质素胶,所述木质素胶与淀粉分子实现充分混合与接触,通过大量的极性基团相互作用,稳定了淀粉胶的粘度与粘结力;同时由于引入了适量的纸浆纤维,纤维素本身是具有很高强度的纤维,同时具有巨大的比表面积和丰富的羟基活泼基团,通过充分反应后,纤维素纤维得以充分分散在胶黏剂中,从而大幅提高粘结力,并且纤维能够增加淀粉胶与纸张及纸张表面各种矿物质的粘附性,提高混合料之间的粘结力;由于纤维结构的毛细管作用,将***内部的水分迅速地传输到浆料表面和界面,使得浆料内部的水分均匀分布,明显减少结皮现象,并使得粘结强度和表面强度明显提高,这个机理使得干燥过程中张力减少而明显起到抗裂的作用,木质纤维的尺寸稳定性和热稳定性还起到了很好的保温抗裂作用。
本发明加入氯化铁、硫酸铁、明矾、硫酸铝以及三聚磷酸钠中的一种作为流变调节剂可以实现对淀粉分子的进一步络合反应,提高交联效果,同时实现了木质素分子与淀粉分子之间的稳定络合,这主要是因为上述几个物质都有强烈的络合能力,并在本胶黏剂体系中得以稳定维持。
尿素的加入,进一步实现淀粉、木质素、金属原子和尿素的四元络合物,实现了淀粉胶黏剂的粘度稳定可控,提高了胶黏剂的存储应用稳定性,同时还可以提高产品的耐水性能。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节。

Claims (6)

1.一种瓦楞纸板淀粉胶黏剂的制备工艺,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一,制备熟浆:在水力碎浆机中依次加入300份的水和30份的淀粉均匀搅拌15分钟,再依次加入10-20份的氢氧化钠、10-20份的碱木质素和5-10份的纸浆纤维搅拌1-2小时,使所述淀粉与所述氢氧化钠、所述碱木质素和所述纸浆纤维充分作用至完全熟化;
步骤二,制备主体浆:搅拌状态下加入300-400份水至反应釜中,再加入100份淀粉搅拌1小时后,依次加入2-6份低碳醛和3-8份双氧水,在30-50℃下搅拌反应2小时;
步骤三,制备淀粉胶黏剂:
持续对步骤二制得的所述主体浆均匀搅拌,将步骤一制得的所述熟浆缓慢加入其中,使二者充分搅拌混合;再加入2-4份流变调节剂搅拌均匀,在30-50℃下搅拌反应30-60分钟;所述流变调节剂为三聚磷酸钠、氯化铁、硫酸铁、明矾和硫酸铝中的一种;然后依次加入1-3份尿素和1-3份钠基膨润土搅拌10-30分钟。
2.如权利要求l所述的瓦楞纸板淀粉胶黏剂的制备工艺,其特征在于,所述淀粉为选自玉米淀粉、木薯淀粉和土豆淀粉中的至少一种。
3.如权利要求2所述的瓦楞纸板淀粉胶黏剂的制备工艺,其特征在于,所述淀粉为玉米淀粉。
4.如权利要求l所述的瓦楞纸板淀粉胶黏剂的制备I艺,其特征在于,所述低碳醛为选自乙二醛、戊二醛和己二醛中的至少一种。
5.如权利要求l所述的瓦楞纸板淀粉胶黏剂的制备工艺,其特征在于,所述低碳醛为乙二醛。
6.如权利要求l所述的瓦楞纸板淀粉胶黏剂的制备工艺,其特征在于,所述主体浆制备工艺中的搅拌温度为40℃。
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