CN104946163B - 高速卷烟机用改性淀粉基胶粘剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高速卷烟机用粉末状改性淀粉基胶粘剂，以重量百分比计其包含：尿素改性的蜡质玉米淀粉和/或其衍生物，10％‑80％；降解的蜡质玉米淀粉和/或其衍生物，10％‑80％；改性的罗望子粉，2％‑20％；和防腐剂。

Description

高速卷烟机用改性淀粉基胶粘剂

技术领域

本发明涉及烟草行业中的卷烟用胶粘剂(也称为卷烟胶)，具体涉及一种粉末状改性淀粉基胶粘剂，该胶粘剂适用于在各种类型的高速卷烟机中生产卷烟。

背景技术

胶粘剂/卷烟胶是卷烟生产中不可缺少的辅助材料，几乎每一道卷烟生产工序都必须使用胶粘剂/卷烟胶，其主要包括：搭口胶、接嘴胶、滤棒中线胶、包装胶和铝箔复合胶等。在高速卷烟机问世之前，原有的卷烟机的卷烟速度只能达到每分钟一、两千支，所用的卷烟胶都是一些天然材料，如淀粉、糊精及泡花碱等。进入二十世纪七十年代后，出现了卷烟速度达到每分钟四、五千支的高速卷烟机，传统的卷烟胶已经不符合该高速卷烟机的要求。因此开发出化学合成胶粘剂例如聚醋酸乙烯酯(PVAc)类乳液以用作卷烟胶。然而，由于在消费卷烟时，搭口胶参与燃烧，因此化学合成胶粘剂的生物安全性一直受到质疑，从而导致对淀粉基高速卷烟胶的制备研究一直很活跃。从二十世纪八十年代开始至今已出现许多在此方面的欧美专利，近年来国内也出现了不少有关淀粉卷烟胶的专利。但是至今为止，市场上仍然不存在能够满足高速卷烟机正常使用而不导致所生产的卷烟质量下降的淀粉基卷烟胶。

淀粉基卷烟胶必须满足快干性和粘度稳定性这两个性能要求才能正常应用。

随着现代卷烟机的不断改进和发展，卷烟速度现已提高至每分钟七、八千支甚至上万支。因此对卷烟胶干燥速度的要求越来越高。因此，一方面，高速卷烟机用搭口胶必须具有快干性，这就要求胶内含水量应尽可能少，即高速卷烟机用搭口胶要达到高固含量或高浓度；另一方面，高速卷烟机用搭口胶的施胶是由喷枪来实现的，由于喷嘴的口径极小，为了保证预定的施胶量并确保胶液在卷烟纸上面的均匀铺展和润湿，要求搭口胶的粘度必须很低。综上所述，高速卷烟机用搭口胶在具备高固含量和低粘度的基础上，并且还应该具有良好的粘度稳定性。聚醋酸乙烯酯类乳液胶粘剂可以满足上述要求，因而一直被用于卷烟生产。相反，淀粉基胶粘剂由于其自身的胶凝现象，造成粘度稳定性较差，且该胶凝现象在高浓度时表现得更为强烈，从而导致随着放置时间的延长粘度逐渐增大，甚至形成凝胶而失去流动性。因此胶凝现象严重影响淀粉胶的粘度稳定性和使用性能。另外，淀粉胶液储存期间还容易受到微生物的攻击而导致酸败变质而失去粘结作用。这些都是影响淀粉胶的粘度稳定性的因素，也是影响淀粉胶能否正常应用的重要因素，同时也是至今市场上没有见到淀粉基卷烟胶得到应用的重要原因，尽管以往已有不少国内外淀粉基卷烟胶的专利。

针对适用于高速卷烟机的高性能并且安全的卷烟胶的需求，市场上存在对新型存储稳定的淀粉基卷烟胶的需求。

研究表明，淀粉胶的胶凝现象主要是由淀粉中所含的直链淀粉大分子链在水中相互接近形成氢键造成的，而支链淀粉由于大分子链呈三维网状空间分布结构，妨碍了其大分子间氢键的形成，所以支链淀粉几乎不发生胶凝现象。因此淀粉中直链淀粉含量越多，形成凝胶的倾向越严重。普通淀粉是由直链淀粉和支链淀粉所组成的，一般含有72-78％的直链淀粉和28-22％的支链淀粉。蜡质玉米淀粉几乎是全支链淀粉(支链淀粉含量大于95％)，因此，蜡质玉米淀粉糊的胶凝现象比普通淀粉要小的多。对蜡质玉米淀粉进行改性可进一步改善其胶凝现象，从而可以制得粘度稳定性优良的淀粉胶。在此基础上，本发明开发了新型的淀粉基卷烟胶，其具有优异的粘结性能、快干性和储存稳定性。

发明内容

针对适用于高速卷烟机的高性能并且安全的卷烟胶的需求，本发明提供了一种卷烟用粉末状改性淀粉基胶粘剂及其制备方法，所述胶粘剂适用于高速卷烟机。

在一方面，本发明提供了一种卷烟用粉末状改性淀粉基胶粘剂，以胶粘剂的总重量计，其包含：

尿素改性的蜡质玉米淀粉，10％-80％；

降解的蜡质玉米淀粉和/或其衍生物，10％-80％；

改性的罗望子粉，2％-20％；和

防腐剂。

所述尿素改性的蜡质玉米淀粉是指尿素与蜡质玉米淀粉的反应产物。本发明的尿素改性的蜡质玉米淀粉例如通过包括如下步骤的方法方便地制备：将15-70质量份浓度为30-40wt％的尿素水溶液，4-40质量份浓度为5-10wt％的盐酸水溶液和100质量份蜡质玉米淀粉混合搅拌均匀，在100-150℃下进行反应1-5小时，优选在110-140℃下进行反应2-4小时，将所得反应产物粉碎，得到尿素改性的蜡质玉米淀粉。

本发明的胶粘剂按重量计包含10-80％，优选20-70％，更优选30-60％的上述尿素改性的蜡质玉米淀粉。

所述降解的蜡质玉米淀粉是以蜡质玉米淀粉为原料经过热解、酸解、氧化、酶解和/或辐射降解等制备的产物，该组分可采用市售食品级产品，例如广东佛山市顺德区微科淀粉生产技术服务有限公司生产的惠康牌改性玉米淀粉；或以蜡质玉米淀粉为原料，采用本领域技术人员公知的热解、酸解、氧化、酶解和/或辐射技术进行降解，即得降解的蜡质玉米淀粉。

其衍生物优选包括醚化的降解的蜡质玉米淀粉和酯化的降解的蜡质玉米淀粉，其制备方法是已知的，例如参见闵伟红、刘舟、姜宏字等的“酶法制备玉米缓慢消化淀粉的工艺条件优化”，农业工程学报，2009(6)：196-299。

所述醚化的降解的蜡质玉米淀粉指的是以降解的蜡质玉米淀粉为原料制备的羟乙基淀粉、羟丙基淀粉、羧甲基淀粉和阳离子化淀粉。该组分可采用市售食品级产品，例如德国EMSLAND生产的EMCOL淀粉醚；或以降解的蜡质玉米淀粉为原料，采用本领域技术人员公知的羟乙基醚化、羟丙基醚化、羧甲基醚化进行醚化、阳离子化技术进行改性，即得醚化的降解的蜡质玉米淀粉。例如参见朱品等的“蜡质玉米及其淀粉和变性淀粉”，山东食品发酵，1999(3)：39-41。

所述酯化的降解的蜡质玉米淀粉指的是以降解的蜡质玉米淀粉为原料制备的醋酸酯化的降解的蜡质玉米淀粉和磷酸酯化的降解的蜡质玉米淀粉。该组分可采用市售食品级产品，例如河北百味生物科技有限公司生产的百灵牌醋酸酯化淀粉；或以降解的蜡质玉米淀粉为原料，采用本领域技术人员公知的醋酸酯化、磷酸酯化技术进行改性，即得酯化降解的蜡质玉米淀粉，例如，参见“玉米淀粉醋酸酯的制备及成膜性能”，高分子材料科学与工程，2006，22(4):223-226。

本发明的胶粘剂按重量计包含10-80％，优选20-60％，更优选30-50％的上述降解的蜡质玉米淀粉及其衍生物中的任意一种或多种。

所述改性的罗望子粉是指罗望子粉经过氧化制备的罗望子粉，其在20％重量水溶液浓度下的粘度为2000-3000mPa·s(25℃)。

本发明所述改性的罗望子粉是由罗望子粉以乙醇为反应介质在碱性条件下与氯乙酸反应后再由过氧化氢氧化而制备的，其制备工艺例如为：在反应瓶中加入体积比浓度为95％，密度为0.80g/ml(20℃)的化学纯乙醇-65-95质量份，罗望子粉50质量份，搅拌均匀后加入预定浓度(例如约20-35wt％，优选约30wt％)的烧碱溶液15-25质量份，在30-40℃搅拌碱化20-40min后，加入氯乙酸5-10质量份，在30-40℃下反应30-60min后升至65-75℃反应1-2h，然后加入3-7质量份过氧化氢反应5-20min，待反应结束后用盐酸中和、抽滤、烘干后即得成品。

本发明的胶粘剂按重量计包含2-20％，优选5-15％，更优选6-10％的改性的罗望子粉。

所述防腐剂是本领域中已知常用的那些，包括但不限于山梨酸钾，脱氢乙酸钠和双乙酸钠等。所述防腐剂在本发明的胶粘剂中的用量也是本领域中已知的，例如，本发明的胶粘剂按重量计可包含0.05％-0.5％的防腐剂。

本发明的胶粘剂也可以进一步包含本领域常用的其它常规组分，例如pH调节剂、粘度稳定剂等，例如柠檬酸钠，硅氧烷等。

在另一个方面，本发明提供了一种制备上述胶粘剂的方法，包括将10％-80％的尿素改性的蜡质玉米淀粉、10％-80％的降解的蜡质玉米淀粉和/或其衍生物、2％-20％的改性的罗望子粉和防腐剂以及任选的其它常规组分在室温下充分搅拌混合均匀，即得到粉末状胶粘剂。该粉末状胶粘剂在环境条件下可以长期稳定密闭储存，例如可以稳定密闭储存1-2年。在保质期内，本发明的粉末状胶粘剂的外观不发生变化，没有变黄、结块、和/或霉变等现象。

在又一方面，本发明涉及一种高速卷烟机用改性淀粉基胶粘剂液体，其包括上述粉末状改性淀粉基胶粘剂和水。在一个实施方案中，所述粉末状改性淀粉基胶粘剂与水的重量比为1:1.5-1:0.8，优选1:1.2-1:0.9。其中，所述水可以是去离子水或者纯净水。

在使用前，将上述粉末状胶粘剂与去离子水或者纯净水按1:1.2-1:0.9的重量比混合，在常温下搅拌1小时左右以达到所需粘度值，例如达到500-600mPa·s(25℃)用于搭口胶，或达到3000-3500mPa·s(25℃)用于接嘴胶，之后进行过滤，即可获得卷烟用胶粘剂液体。该胶粘剂液体可用作搭口胶、接嘴胶、滤棒中线胶和包装胶等，且可以在任意类型的高速卷烟机中使用。所述胶粘剂液体的保质期通常为1-3个月。在密闭储存期间，所述胶粘剂液体的粘度基本保持稳定，粘度变化率低于10％。

所述胶粘剂液体在高速卷烟胶中使用时具有快干性，使得卷烟速度可达7000-10000支/分。而且，本发明的胶粘剂液体用作搭口胶、接嘴胶、滤棒中线胶和包装胶等初粘率达到99％以上，粘结牢固，无开裂。

本发明的有益效果在于：第一，本发明选用支链淀粉含量高和因此胶凝小的蜡质玉米淀粉为原料，有利地提高了淀粉基胶粘剂的粘度稳定性。第二，本发明采用尿素改性的蜡质玉米淀粉，其进一步消除了淀粉基胶粘剂的胶凝现象，稳定了胶粘剂的粘度；而且，尿素对淀粉膜具有增塑作用，从而提高了淀粉基胶粘剂的韧性和粘附力。第三，本发明的淀粉基胶粘剂可以粉末状的固体的形式，其可以在环境条件下长期稳定储存，只需要在使用前按比例加水搅拌制成即用型淀粉胶液，从而避免了液态淀粉胶液在生产、包装、运输、储存、销售或使用期间的粘度变化和酸败变质问题。

实施例

下面将结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的范围不限于这些具体的实施例。

实施例1：用于高速卷烟机的搭口胶或接嘴胶

原料：蜡质玉米淀粉100g，尿素10g，盐酸0.8g。将尿素配成30wt％的水溶液，将盐酸配成5wt％的水溶液，与蜡质玉米淀粉混合搅拌均匀后，在120℃反应4小时，将所得反应产物干燥粉碎，得到尿素改性的蜡质玉米淀粉。

将上述制备的尿素改性的蜡质玉米淀粉70g、醚化的降解的蜡质玉米淀粉20g、改性的罗望子粉10g和适量的山梨酸钾防腐剂在室温下充分混合均匀，即制成卷烟胶粉。

将该胶粉与水分别按1:1.15和1:0.90的比例混合搅拌1小时，得到粘度分别为约600mPa·s和约3500mPa·s(25℃)的胶液，其粘度在常温下存放1个月变化率低于10％。

将所制得的胶液分别用作高速卷烟机中的搭口胶(粘度为600mPa·s的胶液)和接嘴胶(粘度为3500mPa·s的胶液)。该搭口胶和接嘴胶表现了快干性，使得卷烟速度可达7000-10000支/分，且粘结牢固，没有开裂现象。

实施例2:用于高速卷烟机的搭口胶或接嘴胶

原料：蜡质玉米淀粉100g，尿素12g，盐酸0.6g。将尿素配成30％的水溶液，将盐酸配成5％的水溶液，与蜡质玉米淀粉混合搅拌均匀后，在140℃反应2小时，将所得反应产物干燥粉碎，得到尿素改性的蜡质玉米淀粉。

将上述制备的尿素改性的蜡质玉米淀粉10g、酯化降解的蜡质玉米淀粉70g、改性的罗望子粉20g和适量的山梨酸钾防腐剂在室温下充分混合均匀，即制成卷烟胶粉。

将该胶粉与水分别按1:1.2和1:0.95的比例混合搅拌1小时，得到粘度为约550mPa·s和约3300mPa·s(25℃)的胶液，其粘度在常温下存放1个月变化率低于10％。

将所制得的胶液分别用作高速卷烟机中的搭口胶(粘度为550mPa·s的胶液)和接嘴胶(粘度为3300mPa·s的胶液)。该搭口胶和接嘴胶表现了快干性，使得卷烟速度可达7000-10000支/分，且粘结牢固，没有开裂现象。

实施例3:用于高速卷烟机的搭口胶或接嘴胶

原料：蜡质玉米淀粉100g，尿素10g，盐酸1g。将尿素配成30％的水溶液，将盐酸配成5％的水溶液，与蜡质玉米淀粉混合搅拌均匀后，在110℃反应4小时，将所得反应产物干燥粉碎，得到尿素改性的蜡质玉米淀粉。

将上述制备的尿素改性的蜡质玉米淀粉80g、降解的蜡质玉米淀粉15g、改性的罗望子粉5g和适量的山梨酸钾防腐剂在室温下充分混合均匀，即制成淀粉卷烟胶粉。

将该胶粉与水(纯净水或去离子水)分别按1:1.1和1:0.9的比例混合搅拌1小时，得到粘度为约500mPa·s和约3100mPa·s(25℃)的胶液，其粘度在常温下存放1个月变化率低于10％。

将所制得的胶液分别用作高速卷烟机中的搭口胶(粘度约为500mPa·s的胶液)和接嘴胶(粘度约为3100mPa·s的胶液)。该搭口胶和接嘴胶表现了快干性，使得卷烟速度可达7000-10000支/分，且粘结牢固，没有开裂现象。

Claims (17)

1.一种高速卷烟机用粉末状改性淀粉基胶粘剂，以胶粘剂的总重量计，其包含：

尿素改性的蜡质玉米淀粉，10％-80％；

降解的蜡质玉米淀粉和/或其衍生物，10％-80％；

改性的罗望子粉，2％-20％；和

防腐剂。

2.根据权利要求1所述的胶粘剂，其中，所述尿素改性的蜡质玉米淀粉是指尿素与蜡质玉米淀粉的反应产物，其制备方法为：将15-70质量份浓度为30-40wt％的尿素水溶液，4-40质量份浓度为5-10wt％的盐酸水溶液和100质量份蜡质玉米淀粉混合搅拌均匀，在110-140℃进行反应2-4小时，将所得反应产物粉碎，即得尿素改性的蜡质玉米淀粉。

3.根据权利要求1所述的胶粘剂，其包含20-70％的尿素改性的蜡质玉米淀粉。

4.根据权利要求3所述的胶粘剂，其包含30-60％的尿素改性的蜡质玉米淀粉。

5.根据权利要求1-4任一项所述的胶粘剂，其中，所述降解的蜡质玉米淀粉是以蜡质玉米淀粉为原料经过热解、酸解、氧化、酶解和/或辐射降解制备的产物；和其衍生物包括醚化的降解的蜡质玉米淀粉和酯化的降解的蜡质玉米淀粉。

6.根据权利要求5所述的胶粘剂，其中，所述醚化的降解的蜡质玉米淀粉是以降解的蜡质玉米淀粉为原料制备的羟乙基淀粉、羟丙基淀粉、羧甲基淀粉和阳离子化淀粉。

7.根据权利要求5所述的胶粘剂，其中，所述酯化的降解的蜡质玉米淀粉是以降解的蜡质玉米淀粉为原料制备的醋酸酯化淀粉和磷酸酯化淀粉。

8.根据权利要求1-4任一项所述的胶粘剂，其包含20-60％的降解的蜡质玉米淀粉及其衍生物中的任意一种或多种。

9.根据权利要求8所述的胶粘剂，其包含30-50％的降解的蜡质玉米淀粉及其衍生物中的任意一种或多种。

10.根据权利要求1-4任一项所述的胶粘剂，其中，所述改性的罗望子粉由罗望子粉经过氧化制备，在25℃下其20重量％水溶液浓度下的粘度为2000-3000mPa·s。

11.根据权利要求10所述的胶粘剂，其中所述改性的罗望子粉是由罗望子粉以乙醇为反应介质在碱性条件下与氯乙酸反应后再由过氧化氢氧化而制备的，其制备工艺为：在反应瓶中加入体积比浓度为95％，在20℃的密度为0.80g/ml的化学纯乙醇65-95质量份，罗望子粉50质量份，搅拌均匀后加入浓度为20-35wt％的烧碱溶液15-25质量份，在30-40℃搅拌碱化20-40min后，加入氯乙酸5-10质量份，在30-40℃下反应30-60min后升至65-75℃反应1-2h，然后加入3-7质量份过氧化氢反应5-20min，待反应结束后用盐酸中和、抽滤、烘干后即得成品。

12.根据权利要求1-4任一项所述的胶粘剂，其包含5-15％的改性的罗望子粉。

13.根据权利要求12所述的胶粘剂，其包含6-10％的改性的罗望子粉。

14.根据权利要求1-4任一项所述的胶粘剂，其中，所述防腐剂选自山梨酸钾、脱氢乙酸钠和双乙酸钠。

15.一种高速卷烟机用改性淀粉基胶粘剂液体，包括权利要求1-14任何一项所述的粉末状改性淀粉基胶粘剂和水。

16.根据权利要求15所述的高速卷烟机用改性淀粉基胶粘剂液体，其中所述粉末状改性淀粉基胶粘剂与水的重量比为1:1.5-1:0.8。

17.根据权利要求16所述的高速卷烟机用改性淀粉基胶粘剂液体，其中所述粉末状改性淀粉基胶粘剂与水的重量比为1:1.2-1:0.9。