要使瓦楞紙板形成整體結構,粘合劑是必不可少的。粘合劑(膠水)不僅影響著瓦楞紙板的生產效率,而且對瓦楞紙的質量也有很大影響,它起著非常重要的作用,因此這里想簡單回顧一下,瓦楞紙板粘合劑的發展歷史。
一、瓦楞紙板粘合劑發展史 最早的瓦楞紙板粘合劑是硅酸鈉。硅酸鈉又稱“水玻璃”是一種非常粘稠的液體。其性質一般隨硅石和氧化鈉的總分子量比例而變化。通常,多采用3﹕1到4﹕1的比例。
用硅酸鈉粘合的瓦楞紙板與用淀粉粘合的瓦楞紙板相比,有幾個優點。例如紙箱的抗壓強度高,由膠線形成的凸肩就有較高的耐水性等。

但其致命的缺點是,容易在瓦楞紙表面出現所謂“堿污斑”現象,使印刷面受到污染,從而顯著降低瓦楞紙箱的商品價值。造成堿污斑的原因是硅酸鈉吸濕后遇水分解,堿份分離使紙和油墨變質。特別是在高濕度氣候加劇了該變化。由于硅酸鈉的這一致命缺點,人們一方面開始著手對其進行改進,另一方面,致力于新型粘合劑的研制。當然,新型粘合劑的研制也是為了提高瓦楞紙板的生產效率。
半化學紙漿的開發與牛皮面紙的出現,宣告過去那種以麥秸為主要原料制成的黃芯紙時代已經結束。這種新型的面紙材料使瓦楞紙板朝著高速和大寬度的方向發展。
1956年,淀粉首次作為瓦楞紙粘合劑被引進日本,它為現代瓦楞紙工業的發展奠定了基礎。在這一變革過程中,以攪拌方式制造性能良好的淀粉糊的機械,曾經為世界瓦楞紙工業的發展起了很大的推動作用。
二、淀粉 淀粉是在植物體內由二氧化碳和水和光能綜合產生的高分子物質,通常我們把這種反應叫做“光合作用”。
植物自身也消耗一部分淀粉,但主要是作為形成下一代植物所需的葉綠素和完成光合作用的營養源而被貯藏起來了。淀粉雖然在植物內到處可見,但其大部分是存在于種子和根莖部分。
淀粉可以分類如下:
地上淀粉 從種子采集 如玉米淀粉、小麥淀粉
地下淀粉 從根采集 如木薯淀粉地、地瓜淀粉
另外,淀粉又可分出純淀粉與經過化學處理的淀粉兩類。
生淀粉 未經加工的淀粉
變性淀粉 經過加工的淀粉
1、變性淀粉:變性淀粉也叫“化學淀粉”即對普通淀粉的粘度、溶解性、透明性、凝結性及糊化溫度等根據用途和需要作了改進,它是經過物理或化學處理過的淀粉的總稱。
隨著瓦楞紙板制造機向高速發展,對各種變性淀粉進行研究,高濃度、低粘度(流量)并且拉絲少的變性淀粉已獲得普遍的應用。
2、淀粉的結構
玉米淀粉干燥后,各種成份的重量構成,大體如下:
淀粉及碳水化合物——80%
蛋白質——10、7%
油脂——4、5%
纖維質——2、5%
灰份——1%
雜質——0、5%
其它淀粉的構成也與此大致相同,淀粉原料中一般含有80%左右的淀粉,而淀粉以外的雜質在淀粉制造過程中基本被消除,淀粉干燥后的淀粉純含量應在99%以上。
三、斯太因·霍爾法(S-H法) 斯太因·霍爾法是調制淀粉粘合劑的一種方法。它由美國斯太因·霍爾法所取得的三項專利所組成。
斯太因·霍爾法(以下簡稱S-H法)三項專利的主要內容如下:
溢流裝置 循環裝置 糊版調制攪拌裝置
這種粘合劑配方方式的特點是巧妙地利用了淀粉攪拌的特性。一般的淀粉粘合劑都屬于:等到粘合劑內部的溶劑(水)蒸發后粘合的“溶劑蒸發型”而采用S-H方式的粘合形式,不單單是溶劑蒸發型,而且是在粘合過程中加入了使淀粉膨潤性破壞的物理化學方法,可以說這種粘合方式的特點在于此。
1、斯太因·霍爾法的配方原理
S-H淀粉粘合劑的基本配方是由淀粉、水堿及少量硼砂構成的。可用圖解法表示如下:
載體 淀粉 水 堿
主體 水 淀粉 水
此外,有時還加有硼砂,但因它不屬于根本性的成份。
按上述成份配合而成的糊液,因為原則上是載體與主體分別裝在兩個槽內故稱做“雙槽系統”。
(1)載體
糊液載體的主要作用是將主體中的淀粉粒子運送到準確的粘合位置。
在運載體里,由于堿的作用使淀粉被完全糊化,因此它對主體部分具有相當重要的作用,具體說:
①要使糊液的粘度保持穩定狀態,如果達不到一定粘度,就無法將主體部的淀粉均勻地涂到涂糊輥上。
②要防止糊液中的水分過多地滲透到面紙或瓦紙中去,另外要控制主體部淀粉充分膨潤后被瓦紙吸收。
③為了在載體中要含有主體中的淀粉完全膨潤所需的水分。
④載體中的堿不可以降低主體中的淀粉的糊化溫度。還有由于主體淀粉滲透到被粘合紙材中去。堿的使用量對于糊化溫度的影響,但應考慮到在糊化溫度降低的過程中主體淀粉已溶于開始發生膨潤,所以堿使用量有一個限度,否則就有使糊液粘度開始上升的危險。如圖四所示
(2)主體部
主體部的作用,是最終使瓦楞紙的粘接力達到預定的要求。當主體淀粉借助于載體完全糊化之后,才能發揮它的作用。如果主體部的淀粉是生淀粉的話,它的糊化溫度較高,要達到60℃以上,單靠來自熱板的熱量是很難完全糊化,因此必須通上面所說的在載體中添加堿的方法,使它在低溫條件下糊化,但實際上,增加堿的使用量后主體部淀粉的糊化溫度便要下降,這時在較低 溫度下就會糊化,雖然可以使瓦楞紙板的粘合速度提高,但也容易使糊液本身發生各種各樣的問題。例如,涂糊裝置內的糊液,特別是靠近單面面紙那一側,由于壓輥與瓦楞輥的幅射熱,糊液流動時好時壞,使局部溫度上升而產生糊化,常常會產生糊液結成團塊的現象,從而給作業帶來困難。
圖1 三、瓦楞紙板粘合的原理: 淀粉的糊化過程,如圖五
淀粉是由100-10000個葡萄糖結合而成的高分子化合物構成,如下圖所示的淀粉顆粒,其大小約為2-100u。如果在顯微鏡下觀察,糊化現象就可以發現,一個淀粉粒 (如圖六)

圖2 在糊化過程中,由于從周圍吸收水分而 膨潤,
由數倍膨脹到數十倍其狀況相當于上圖所示的A點到B點,到B點時達到最大限度,一般稱這時的溫度為“糊化終結溫度”,不同淀粉的糊化溫度可能會有一定的差別。

圖3
這個特點是淀粉糊的粘度急劇增加到幾萬倍以上。
隨著溫度的繼續上升,淀粉開始出現崩潰,并逐漸分散成小塊,當浸透到面紙和瓦紙的內側后,使開始粘合。隨著溫度的升高,淀粉粒所含的水分也隨之蒸發,并有一部分被面紙和瓦紙所吸收,因而使初期粘合速度進行下去。
在瓦楞紙板粘合過程中,這一現象是在非常短的時間內發生的,單面與雙面的粘合條件有著顯著的不同。
就單面瓦楞紙板來說,由于涂在瓦紙波峰上的淀粉粘合劑是在溫度為160℃左右,線壓約為40Kpa的條件下粘合的,所以粘合劑會壓出面紙和瓦紙內部,但波峰剩余的粘合劑往往會殘留在已成型的瓦紙波峰兩側的狀態下,被糊化,這種現象通常叫“臺肩”。
四、瓦楞紙板粘合劑的最基本條件
瓦楞紙板粘合劑的最基本條件是要有粘合性,這是不言而喻的,下面我們著重說一下使淀粉糊充分發揮其粘合性的幾個必要條件。
1、倍水率(濃度)
所謂倍水率,就是指糊液內的淀粉濃度,也就是淀粉重量與所用水的重量比。例如3倍水或5倍水等。
一般說來,為了提高瓦楞紙板的粘合速度,就要降低倍水率,以減少糊化過程中水的蒸發量。
另外,為了減輕翹曲現象,也要盡量減少轉移給面紙和瓦紙的水分,由此可見,制造瓦楞紙板時,所用糊液的倍水率對其產量和質量都有影響,必須慎重地選定。
2、粘度(我們一般叫流量以秒計量)
糊液的粘度,是粘合瓦楞紙板的最重要的因素之一。這是應注意的一點是有時往往錯誤地認為粘度越高濃度越大,反之粘度越低濃度越小。
如上所述,濃度是由倍水率決定的,而粘度則應根據各種瓦楞紙板機的最適條件來決定。當最值粘度確定后,如何保持其規定粘度,也是很重要的。糊液粘度保持穩定,才能不斷地向成形的瓦紙波峰穩定地供給糊液,以使瓦楞紙板生產在穩定的粘合狀態下進行,因此高速瓦楞紙板制造機一般多采用穩定的低粘度糊液。
3、拉絲性
拉絲性是糊液粘性的一種表現形式,是糊液由糊輥向瓦紙峰轉移過程中的一種狀態。糊液的拉絲性強,糊液就不容易由糊輥轉移到瓦紙的楞峰,甚至完全滯留在糊輥上,拉絲性越強,糊液的使用量就越不易控制,而且也越不穩定。
五、瓦楞紙板的粘合質量的檢驗
1、凝膠化(糊化溫度)
通常凝膠化與淀粉的糊化溫度有關。因為當加熱到一定溫度的淀粉冷卻以后,就全變為凝膠狀物質。在粘合瓦楞紙板時,所用的淀粉要完全凝膠化。如果,沒有完全凝膠化,理所當然其粘合溫度顯著下降,有里涂上粘合劑的地方,用肉眼也可看到白色的淀粉。如果使用偏光顯微鏡觀察,可以很容易地看到未糊化的淀粉結晶。造成這一現象的原因很多,如瓦楞紙板制造機熱量不夠,淀粉糊的配合與制造工藝有問題等,須予以充分注意。
2、瓦楞紙板溫度檢驗
為了保證瓦楞紙板具有良好的結構形態,必須保證它的粘合質量。而瓦楞紙板粘合質量的好壞,最終要通過粘合強度測定來確定,這一檢驗項目在工藝管理上也是很重要的。
常用的粘合質量檢驗方法是在瓦楞紙板切斷后立即進行剝離,根據面紙和瓦紙的破壞程度如何來作判斷。
其實淀粉糊的粘合過程,在瓦楞紙板被切斷機切斷時,并未完全結束。此時瓦楞紙板的溫度保持在60°左右,在這種狀態下瓦楞紙板的粘合過程還在持續,直到瓦楞紙全部到常溫狀態,才算作粘合完全終結。