CN1009204B - 芭蕉芋淀粉粘合剂及其制备 - Google Patents

Abstract

本发明为一种改性淀粉粘合剂及其制备方法。采用一种高产淀粉植物——芭蕉芋(学名：Cannaedulis，美人蕉料；别名：姜芋)的淀粉为原料制备粘合剂，其粘合性能优于用玉米等食用淀粉制备的粘合剂和硅酸钠粘合剂，适用于各种纸制品的粘合，特别是瓦楞纸箱的粘合。用于纸制品的粘合制作，代替玉米等食用淀粉粘合剂和腐蚀性强的硅酸钠粘合剂可提高纸制品的粘合质量降低粘合成本，节省大量耗用于粘合剂生产的食用淀粉，有很好的社会经济效益。

Description

本发明属于改性淀粉粘合剂及其制备。

已知的改性淀粉粘合剂多采用玉米、马铃薯、木薯、小麦、大麦等淀粉为原料制得，通常的氧化淀粉粘合剂经催化氧化-糊化-交联络合等工艺处理制备，制得的粘合剂用于纸制品的粘合制作。上述淀粉原料多为食用淀粉，大量耗用于粘合剂的制备，生产成本高，使用性能还不够理想，目前应用较为广泛，性能比较优良的只有玉米淀粉粘合剂。虽然在国外改性淀粉粘合剂已普遍地应用于纸制品的粘合，而国内多数包装用纸制品的加工仍在使用腐蚀性强的硅酸钠作为粘合剂，用其粘合的纸制品易返潮变形，破损。

本发明旨在研制一种新型的改性淀粉粘合剂：采用新的植物淀粉为原料，经适合于这种原料特性和成份的先进合理的工艺方法和原料配比处理，使制得的粘合剂具有优良的性能和使用效果，使其适用于各种纸制品的粘合，特别是瓦楞纸箱生产中的粘合。用于纸制品的粘合制作，代替玉米等食用淀粉粘合剂和腐蚀性强的硅酸钠粘合剂可提高纸制品粘合质量降低粘合成本，节省大量耗用于粘合剂生产用的食用淀粉。

本发明以一种名为芭蕉芋（学名：Canna    edulis，美人蕉科别名：姜芋）的高产淀粉植物的淀粉作为原料制备粘合剂。芭蕉芋为多年生草本植物，株高可达3米，根茎块状，茎直粗壮，对气候土壤适应性强，耐旱。我国广东、云南、浙江、安徽、福建等省均有栽培。芭蕉芋根茎含淀粉40-45%;芭蕉芋淀粉的生产方法与公知的薯类淀粉的生产方法基本相同。主要工序有：原料处理，磨碎，筛分，分离清洗，脱水干燥。粗制淀粉中：淀粉含量约60%。蛋白质7.7%，脂肪6.4%;精制淀粉（淀粉乳经反复多次地分离清洗精制）中：经不同程度的精制后淀粉含量可达到75%以上，蛋白质含量可降到2.5%以下，脂肪含量可降到1.0%以下，（一般食用淀粉的蛋白质含量不超过1.0%，脂肪含量不超过0.2%）。芭蕉芋淀粉分子量大，聚合度高，淀粉颗粒大结构紧密其颗粒直径（平均值64微米）大于所有别的淀粉，糊化后凝胶表现出过高的内聚力，糊化温度在65℃左右;芭蕉芋淀粉中直链淀粉含量特别高（一般在25%以上）可溶性差，凝沉性强，制成的胶液难以稳定。因上述芭蕉芋淀粉的物化性质和成分特征，故对芭蕉芋淀粉粘合剂的制备工艺和原料配比有相应的要求。

已知用蛋白质和脂肪含量较高的淀粉质原料精制玉米面粉（淀粉约占72%，蛋白质9.0%，脂肪4.3%）制备粘合剂时，在配方和工艺上采取了强氧化措施（见《粘接》杂志1986年第5期“新型纸制品粘合剂的制备”）：精制玉米面占粘合剂总重量的17%（水比1∶4.8）;以次氯酸钠（Naocl）为氧化剂其用量为淀粉量的8%（重量百分比）;以摩尔盐〔FeSO₄（NH₄）₂SO₄·6H₂O〕为催化剂;以氢氧化钠（NaOH）作糊化剂;以硼砂 （Na₂B₄O₇·10H₂O）和六偏磷酸钠（NaPO₃）₆作交联络合剂。在70℃的水温下投料反应，强氧化反应过程中产生大量泡沫，需加入适量聚环氧甘油酯消泡剂，消除过量泡沫。以此制得的粘合剂稳定性差，初粘性不好，干燥速度慢，粘合力不强，难以适应大批量纸制品生产的要求。

本发明区别于上述方法：

1.采用植物芭蕉芋的淀粉为原料制备粘合剂，其淀粉用量较低，在粘合剂中淀粉用量占粘合剂总重量的10-18%（水比1∶4.5-9.0）。

2.以氯化钙（CaCl₂·2H₂O）为助氧化剂，双氧水（H₂O）为氧化剂，双氧水用量（以含量为30%的双氧水计）为淀粉用量的0.2～3.0%（重量），在较强的碱性条件下进行弱氧化降解反应，使其能达到催化强氧化的同等效果却又能避免因氧化反应过程中产生过多的泡沫给工艺实施带来的麻烦，也无需添加任何消泡剂。加入适量的氯化钙作助氧化剂可使反应速度明显地提高，整个反应时间可缩短1～3倍。

3.氢氧化钠的用量增高，为淀粉用量的6-12%（重量）氢氧化钠用量加大除促进结构紧密的淀粉颗粒深度糊化外，还在于造成较强的碱性环境，促进蛋白质的转化。在较强的碱性环境中，变性蛋白质分子中的二硫键（S-S）更充分地暴露，以便用少量的双氧水在弱氧化条件下即能使之断裂，发生R-S-S-R 2RSO₃H的反应，形成粘合剂的有用组分。氢氧化钠用量的提高也更有利于粘合剂的稳定性提高和贮存期加长，同时还有加速粘合剂的干燥，缩短粘合制品干燥时间的作用。

4.硼砂的用量增高，为淀粉用量的3-11%（重量）。硼砂起交联剂的作用，其用量与淀粉的用量相适应可调节粘合剂产品的粘度。硼砂用量的加大有效地加快了粘合剂的干燥速度，缩短了粘合制品的干燥时间，同时也提高了粘合强度，初粘性能和防潮性能。

本发明在粘合剂制备工艺和原料配比上的特点是：以在较强的碱性条件下进行弱氧化的方法达到与强氧化措施同等的氧化效果。与一般的氧化淀粉粘合剂制备相比较，糊化和交联剂量加大，相对地强化了糊化和交联过程;氯化钙助氧化剂的加入明显地缩短了整个工艺过程所需的时间。所采用的原料配比为：

原料    重量%    较佳范围（重量%）

水    76-91    81-90

无水氯化钙    0-0.8    0.04-0.40

芭蕉芋淀粉    8-18    9-15

双氧水    0.01-0.71    0.02-0.45

（浓度30%）

氢氧化钠    0.30-2.30    0.54-1.80

硼砂    0.10-2.10    0.27-1.65

六偏磷酸钠    0-0.6    0.03-0.30

本发明可以这样实现：

热制法（60℃投料保温反应）：于带搅拌机的专门容器中加入600升热水（65～70℃），如果加入冷水（常温），应在反应器中予热至60℃，并于其中溶入1千克无水氯化钙。在水温为60℃时开动搅拌机缓慢加入芭蕉芋淀粉（粗粉或精粉均可）130千克和含量为30%的双氧水3升，搅拌5分钟，使淀粉均匀地悬浮于水中，接着加入预先用冷水溶解的氢氧化钠9千克，在搅拌下反应20分钟。此后间歇搅拌，使之反应直到反应物呈红黄色半透明状，泡沫基本消溶，反应物粘度基本稳定时即为反应终点。从氢氧化钠的加入至反应终点这段碱性氧化糊化降解反应，全过程约需2小时左右。最后在搅拌下加入250升冷水（常温）稀释降温。再加入预先用热水溶化了的硼砂6千克和六偏磷酸钠0.5千克交联络合定型终止反应。补足余量水至总量为1000千克，充分搅拌混合均匀即得粘合剂产品。从冷水预热开始至最后的粘合剂产品制成出料整个过程约需3小时左右。一般情况下待粘合剂冷却后于室温使用，也可就热使用。

在上述粘合剂制备过程中，若不加入助氧化剂氯化钙，则相应的碱性氧化糊化降解反应过程约需3-4小时。

在以上物料配比和反应温度条件下制得的芭蕉芋淀粉粘合剂产品的观测结果如下：

外观：琥珀色透明（由精粉制得）至半透明（由粗粉制得）的粘稠胶液。热反应所得产品的色泽较深，淀粉中杂质含量少则透明度高，多则透明度低;不加入氯化钙助剂时胶液的色泽较浅，透明度较高。

粘度：胶液粘度为65±5秒（20℃，涂料-4号粘度计测）比重1.07千克/升，pH＝11;固体 含量13.1%，粘度稳定，放置一周不会变稠、凝固和分解。粘合剂的初粘力高，粘着力强、干燥速度快。防潮性能好，用于各种纸张，纸板均无腐蚀性，不会使之变色，可用于食品和外贸包装纸制品的粘合。

芭蕉芋淀粉粘合剂粘合性能测定结果见表1：

粘合瓦楞纸板的性能测定结果见表2：

芭蕉芋淀粉粘合剂用于瓦楞纸箱的粘合性能测定结果及与玉米淀粉粘合剂和硅酸钠粘合剂的比较见表3：

由此可见，芭蕉芋淀粉粘合剂具有粘着力强，干燥速度快，初粘性能好，易于贮存，使用方便等特点，其粘合性能优于玉米等食用淀粉粘合剂和硅酸钠粘合剂。

采用芭蕉芋淀粉制备粘合剂，为改性淀粉粘合剂的制备开辟了一种新的更为经济的植物淀粉原料。芭蕉芋淀粉粘合剂适用于各种纸制品的粘合，特别是瓦楞纸箱生产中的粘合，具有良好的粘合性能和使用效果。

补充提交的实施例

按照说明书第4页中原料配比，除已列出的“热制法”外，还可在升温和室温下进行反应，其具体作法是：

升温法（室温投料升温反应）：投料顺序和物料配比同热制法。在常温的水中投入氯化钙、淀粉、双氧水、氢氧化钠后开始加热升温反应，从常温缓慢加热升温至65℃这段升温反应过程约为1小时，在65℃下再反应1小时左右即可达到反应终点，这两段反应时间相加即为总的碱性氧化糊化降解反应过程所需时间约2小时。最后加入冷水（常温），硼砂和六偏磷酸钠。

若不加助氧化剂氯化钙则相应的反应时间约为3-4小时。

冷制法（室温投料室温反应）：投料顺序和物料配比同热制法。反应温度为10-30℃，相应的反应时间为5-10小时，反应温度和反应时间均受气温的制约，制得的粘合剂于室温使用。

由以上所述三种不同反应温度条件下的粘合剂制备过程可知：反应温度的提高有利于反应速度的加快，但反应温度和投料温度不宜超过芭蕉芋淀粉的糊化温度65℃;助氧化剂氯化钙的加入能明显地提高反应速度。热制法和升温法效果相同，均为热温条件下的反应，反应时间较短;冷制法为室温条件下的反应，反应时间较长，加入适量助氧化剂氯化钙在气温较高时反应同样能够较顺利地进行。

芭蕉芋淀粉粘合剂粘合性能测定结果见表1：

粘合物    拉伸剪切    撕离

纸装纸    试条拉断，接头良好。    试条撕破、粘合良好。

80g/m²试条长度7mm，宽度 试条长度150mm，宽

20mm，搭接长度15mm    度25mm、粘接长度100

mm180°撕离。

白纸板    试片拉断，接头良好。    试片自身剥离，粘合良好

435g/m²试片长度70mm，宽度20 试片长度150mm，宽度

mm，搭接长度15mm。    25mm，粘接长度100mm

180°撕离。

表2：粘合瓦楞纸板的性能测定结果：

指标    国家标准    实测结果

粘合强度 不小于6kgf/10cm²≥26kgf/8cm×5cm

kgf/10cm²GB5034-85 ＝6.5

（纸板切成8cm×5cm大

小，将面纸与楞纸拉开之力）

撕离残留率%    不小于60%    ≥70%

参见GB6544    （纸板切成20cm×5cm大

-86    小，90°撕离面纸，面纸残留

在楞纸上的面积占总撕离面积

的百分率）

干燥时间    2小时

合剂和硅酸钠粘合剂的比较见表3：

种类    芭蕉芋淀粉粘合剂    玉米淀粉粘合剂    硅酸钠粘合剂

性能

粘合强度 ≥6.5kgf/楞10cm²≥6.0kgf/楞10cm²≥5.5kgf/楞10cm²

干燥时间    趁热施胶1～2小时;趁热施胶2～3    施胶后6～10小

小时;

（自然干燥）    室温施胶2～4小时。室温施胶3～6    时。

小时。

初粘性能    无瓦楞滑楞延伸现象，无瓦楞滑楞延伸现    无瓦楞滑楞延伸

施胶后2～4分钟达初    象，施胶后3～6    现象。

粘。    分钟达初粘。

贮存期    敞开放置15天;    敞开放置3天;    可长期贮存。

密封贮存60天。    密封贮存7天。

其他    腐蚀性小，无吸潮发    腐蚀性小，无吸潮    腐蚀性大，易吸

脆现象，胶液退化慢。    发脆现象，胶液退化    潮变形和发脆

耗胶量小。    快。耗胶量小。    破损。耗胶量

大。

备注    性能数据为三种粘合剂在同等条件下进行对比试验的测定结果。芭蕉芋淀粉粘合剂由实施例Ⅰ制备，玉米淀粉粘合剂由某外贸包装厂提供，硅酸钠粘合剂为41Bé浓度的纸箱通用型。

Claims (3)

1、一种改性淀粉粘合剂，其特征是用芭蕉芋(学名Canna edulis，美人蕉科；别名：姜芋)淀粉为原料制成，制备方法的特征是在碱性条件下，以氯化钙作助氧化剂(也可以不加)，用双氧水作氧化剂经催化氧化-糊化-交联络合等步骤制得，其中的糊化剂为氢氧化钠，交联络合剂为硼砂和六偏磷酸钠。

2、根据权利要求1所述制备芭蕉芋淀粉粘合剂的方法，其特征是原料用量范围为：（重量%）

原料  重量%

水  76-91

无水氯化钙  0-0.8

芭蕉芋淀粉  8-18

双氧水（含量30%）  0.01-0.71

氢氧化钠  0.30-2.30

硼砂  0.10-2.10

六偏磷酸钠  0-0.6

3、按照权利要求1和2，制备芭蕉芋淀粉粘合剂原料用量的最佳范围是：（重量%）

原料  重量%

水  81-90

无水氯化钙  0.04-0.40

芭蕉芋淀粉  9-15

双氧水（含量30%）  0.02-0.45

氢氧化钠  0.54-1.80

硼砂  0.27-1.65

六偏磷酸钠  0.03-0.30