CN113683981A - 一种瓦楞纸板复合用淀粉胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种淀粉胶领域，尤其是涉及一种瓦楞纸板复合用淀粉胶及其制备方法。瓦楞纸板复合用淀粉胶由质量比为1:1的载体淀粉与主体淀粉混合制得，所述载体淀粉至少包含如下质量份的组分：淀粉：4～8份；氢氧化钠：1～3份；水：50～80份；所述主体淀粉至少包含如下质量份的组分：淀粉：45～55份；硼砂：1～2份；水：120～150份；PAE树脂：3～8份；氨基硅烷偶联剂：0.5～1.5份；杀菌防腐剂：1～4份。本申请制得的淀粉胶在保持较高粘接强度的前提下，显著提高其防水性能。

Description

一种瓦楞纸板复合用淀粉胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及淀粉胶领域，尤其是涉及一种瓦楞纸板复合用淀粉胶及其制备方法。
背景技术
瓦楞纸板是由至少一层波浪形芯纸夹层与瓦楞纸(箱板纸)交替复合而成，其具有较高的机械强度和缓冲作用，作为包装纸箱的原材料被广泛应用。
波浪形芯纸与瓦楞纸的复合通常采用淀粉胶，淀粉胶的原料主要包含植物淀粉与氢氧化钠，淀粉作为粘合剂使用，其具有产量高、价格低、加工方便等优势。氢氧化钠作为糊化剂，起到降低糊化温度，并促使淀粉膨胀糊化产生粘性。
淀粉胶虽具有众多优点，但其分子中含有较多的羟基等活性基团，导致其吸水性较强，在冷冻库等湿度较高的环境下，容易出现粘性下降，严重时甚至出现开胶现象。
发明内容
为克服淀粉胶防水抗渗性能差，容易出现粘性下降甚至开胶的问题，本申请提供一种瓦楞纸板复合用淀粉胶及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种瓦楞纸板复合用淀粉胶，其由质量比为1:1的载体淀粉与主体淀粉混合制得，所述载体淀粉至少包含如下质量份的组分：
淀粉：4～8份；
氢氧化钠：1～3份；
水：50～80份；
所述主体淀粉至少包含如下质量份的组分：
淀粉：45～55份；
硼砂：1～2份；
水：120～150份；
PAE树脂：3～8份；
氨基硅烷偶联剂：0.5～1.5份；
杀菌防腐剂：1～4份。
本申请采用两步法制得淀粉胶，将部分淀粉与氢氧化钠混合，在加热条件下糊化得到载体淀粉(熟浆)；同时，通过将剩余的淀粉与硼砂等物质混合，得到主体淀粉(生浆)，然后将主体淀粉与载体淀粉混合，使得主体淀粉中未煮熟(糊化)的淀粉颗粒悬浮在糊化的熟浆中，得到淀粉胶。载体淀粉中糊化的淀粉为淀粉胶提供初粘性，且能够负载未糊化的主体淀粉。在淀粉胶涂覆于瓦楞纸楞峰上之后，需要进行高温烘干，此时淀粉胶中未糊化的淀粉与水在受热条件下发生膨胀糊化，从而产生粘性，从而将芯纸与瓦楞纸牢固的粘接。
在糊化过程中，硼砂能够促进淀粉分子交联结合，增加淀粉胶的粘性，加快粘合速度。本申请中通过添加PAE树脂，利用其含有的羟基与氨基等活性基团与淀粉分子中的羟基等活性基团发生交联缔合，有效提高胶料的交联密度，从而抑制水汽向胶粘剂中的渗透，减少糊线乳化导致粘接强度下降甚至开胶的现象。
然而，交联密度的增加会导致淀粉胶粘性的下降，不利于减少开胶现象，本申请通过采用氨基硅烷偶联剂，有效提高淀粉胶与纸页之间的界面连接强度，从而补偿因交联密度增加造成的粘性下降。
优选的，所述杀菌防腐剂采用异噻唑啉酮、壳聚糖与聚六亚甲基盐酸胍盐中的一种或几种。
通过采用上述技术方案，杀菌防腐剂能够抑制细菌的滋生，有效防止因糊化淀粉降解引起粘性的下降。
优选的，所述杀菌防腐剂采用质量比为1:(2～3)的异噻唑啉酮与壳聚糖的组合物。
通过采用上述技术方案，异噻唑啉酮具有抑菌杀菌作用，能够有效防止胶料变质、粘性下降。而壳聚糖不仅能够起到抑菌作用，同时，其能够促进交联密度的提高，进一步改善淀粉胶的疏水性，减少开胶现象。其原因可能在于，PAE树脂与淀粉交联形成的交联结构强度较低，在搬运或振动下容易破坏，不利于保持其疏水性。通过添加壳聚糖，当淀粉胶在高温烘干时，壳聚糖可以接枝在PAE分子上，并形成牢固的网状结构，减少水汽的渗透，从而减少开胶现象。
优选的，所述主体淀粉还包括有2～3质量份的增稠剂。
通过采用上述技术方案，加入增稠剂能够有效提高淀粉胶的粘性，减少开胶现象。其原因可能在于，主体淀粉中的淀粉呈颗粒状悬浮于淀粉胶中，然而其在放置过程中容易沉淀，出现分布不均的现象，导致涂覆后的淀粉(未熟化)在糊线上分布不均，且淀粉颗粒缺失的糊线处在高温固化时容易出现粘接不良，并形成缝隙，增加了水分渗透的概率。不利于提高其粘接强度以及防水性能。增稠后，能够提高淀粉颗粒的悬浮稳定性，减少淀粉颗粒的沉淀，从而促进糊线各处粘性的均匀性，提高粘接牢度。其次，在涂胶后，淀粉胶中的水容易向纸页方向的渗透，导致淀粉颗粒难以充分糊化，不利于粘性的产生和增长。更为重要的是，增稠后，可抑制水分向纸页的渗透损耗，促进糊化的充分进行，从而使芯纸与瓦楞纸形成牢固的粘接。
优选的，所述增稠剂采用羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、海藻酸钠与黄原胶中的一种或几种。
通过采用上述技术方案，羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、海藻酸钠与黄原胶均具有较好的增稠作用，保持淀粉颗粒悬浮的稳定，减少沉淀，减少水分的流失。最终，有效提高瓦楞纸板复合的牢固度，减少开胶现象。
优选的，所述主体淀粉还包括有0.5～1质量份的钙基膨润土。
通过采用上述技术方案，钠基、钙基、锂基膨润土均具有较好的分散性和吸水性，加入淀粉胶胶料中均能够起到防沉淀，稳定悬浮淀粉颗粒的作用，进而有利于淀粉颗粒在糊线上均匀且充分地糊化。最终，促进淀粉颗粒的均匀分布，有利于提高芯纸与瓦楞纸的粘接牢度。
本申请中优选采用钙基膨润土，发明人发现增稠剂中的海藻酸钠与钙基膨润土一同使用时，能够使淀粉胶获得更为突出的防沉淀性能,有效促进淀粉粘性的形成。其原因可能在于，海藻酸钠能够与钙基膨润土中的钙离子发生交联，并形成网络状凝胶，显著地提高淀粉颗粒悬浮的稳定性，减少沉淀，并减少水分的流失损耗。
优选的，所述淀粉采用玉米淀粉、小麦淀粉与木薯淀粉中的一种或几种。
通过采用上述技术方案，上述淀粉具有较好的糊化稳定性和较低的糊化温度，糊化后获得较好的粘合效果。
第二方面，本申请提供一种瓦楞纸板复合用淀粉胶的其制备方法，其包括如下步骤：载体淀粉制备：将水加热至40～47℃，加入淀粉搅拌2～5min，再加入氢氧化钠，升温至65～75℃，继续搅拌30～60min，降温至40～50℃，得到载体淀粉；
主体淀粉制备：将水和淀粉、硼砂、PAE树脂、杀菌防腐剂、氨基硅烷偶联剂、增稠剂与钙基膨润土，充分搅拌，得到主体淀粉；
淀粉胶制备：将载体淀粉加入主体淀粉中，混合均匀即得。
通过采用两步法，将少量淀粉在加热条件与氢氧化钠的作用下充分糊化，得到载体淀粉；然后将剩余的大部分淀粉与其它原料混合制得未糊化的主体淀粉，将主体淀粉与载体淀粉混合后，使得主体淀粉悬浮在载体淀粉中，得到淀粉胶。在涂胶后，未糊化的淀粉在高温加热下充分膨胀糊化，从而形成牢固的粘接，减少瓦楞纸板的开胶现象。
综上所述，本申请具有如下有益效果：
1、本申请中通过设置PAE树脂与氨基硅烷偶联剂，能够在保障淀粉胶粘接性能的同时，提高其防水性能，降低淀粉胶在湿度较高环境下开胶的可能。
2、本申请中通过采用异噻唑啉酮与壳聚糖的组合物作为杀菌防腐剂，一方面有效抑制了淀粉胶中细菌的滋生，降低因腐败造成的胶料变质和粘性下降的概率；另一方面，有效的提高了交联密度和强度，增强了防水抗渗性，有利于减少开胶现象的发生。
3、本申请通过设置增稠剂与钙基膨润土，有效的提高降低了淀粉颗粒的沉淀，保障其在淀粉胶中分布的均匀性；同时，减少了水分向纸页方向的渗透损耗，保障了淀粉的充分糊化，最终，有利于提高瓦楞纸板复合后的粘接强度，减少开胶现象。
具体实施方式
实施例
实施例1，一种瓦楞纸板复合用淀粉胶，各原料组分的选择及其相应用量如表1所示，且按照如下方法制备得到：
载体淀粉制备：取30％的水与氢氧化钠混合，溶解后得到氢氧化钠溶液，将剩余的水加热至46℃，然后加入淀粉搅拌5min，再加入氢氧化钠溶液，升温至73℃，继续搅拌40min，降温至45℃，得到载体淀粉；
主体淀粉制备：于常温下，将水和淀粉、硼砂、PAE树脂、杀菌防腐剂、氨基硅烷偶联剂、增稠剂与钙基膨润土，搅拌20min，得到主体淀粉；
淀粉胶制备：将载体淀粉加入主体淀粉中，混合搅拌30min，得到淀粉胶。
实施例2，一种瓦楞纸板复合用淀粉胶，各原料组分的选择及其相应用量如表1所示，且按照如下方法制备得到：
载体淀粉制备：取30％的水与氢氧化钠混合，溶解后得到氢氧化钠溶液，将剩余的水加热至42℃，然后加入淀粉搅拌5min，再加入氢氧化钠溶液，升温至68℃，继续搅拌60min，降温至50℃，得到载体淀粉；
主体淀粉制备：于常温下，将水和淀粉、硼砂、PAE树脂、杀菌防腐剂、氨基硅烷偶联剂、增稠剂与钙基膨润土，搅拌30min，得到主体淀粉；
淀粉胶制备：将载体淀粉加入主体淀粉中，混合搅拌20min，得到淀粉胶。
实施例3～8，一种瓦楞纸板复合用淀粉胶，与实施例1的区别在于，各原料组分的选择及其相应用量如表1所示。
表1、实施例1～8中瓦楞纸板复合用淀粉胶的原料及用量(㎏)
Figure BDA0003257968600000041
Figure BDA0003257968600000051
表1中，淀粉采用玉米淀粉；PAE树脂为获自峰态环保的ft-688；氨基硅烷偶联剂采用γ―氨丙基三乙氧基硅烷；壳聚糖获自南通英瑞达，货号为9012-76-4；增稠剂采用海藻酸钠。
需要说明的是，上述原料对厂家无特殊要求。其中，氨基硅烷偶联剂采用γ―氨丙基三甲氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷等均能获得较好的粘接效果。
实施例9，一种瓦楞纸板复合用淀粉胶，与实施例2的区别在于，增稠剂分别采用等量的羧甲基纤维素钠。
实施例10，一种瓦楞纸板复合用淀粉胶，与实施例2的区别在于，增稠剂分别采用等量的羧甲基纤维素与黄原胶的组合物，且羧甲基纤维素与黄原胶的质量比为1:1。
实施例11，一种瓦楞纸板复合用淀粉胶，与实施例2的区别在于，采用等量的钠基膨润土替代钙基膨润土。
实施例12，一种瓦楞纸板复合用淀粉胶，与实施例2的区别在于，采用等量的木薯淀粉替代玉米淀粉。
对比例
对比例1，一种瓦楞纸板复合用淀粉胶，与实施例1的区别在于，主体淀粉中采用等量的淀粉替代PAE树脂。
对比例2，一种瓦楞纸板复合用淀粉胶，与实施例1的区别在于，主体淀粉中采用等量的淀粉替代氨基硅烷偶联剂。
对比例3，一种瓦楞纸板复合用淀粉胶，与实施例1的区别在于，主体淀粉中采用等量的淀粉替代PAE树脂和氨基硅烷偶联剂。
性能检测试验
试验1：淀粉胶粘性测试
试验方法：(1)取上述实施例与对比例制得的淀粉胶按照如下工艺进行瓦楞纸板的复合：采用克重为160g/㎡的原纸，经单面瓦楞机压制瓦楞、上胶、烘干、冷却定型分切后得到瓦楞纸板。其中烘干采用三段蒸汽加热，温度分别为170±3℃、190±3℃与170±3℃、175±3℃。
(2)取上述制得的瓦楞纸板，按照GB/T 6548-2011《瓦楞纸板粘合强度的测定》中的标准和规定进行粘合强度(N/m)测试，每组实施例或对比例均测量5次，取其平均值，测试结果如表2所示。
试验2：淀粉胶防水性能测试
试验方法：取上述步骤(1)制得的同批次瓦楞纸板，将其置于温度为5±2℃，相对湿度为75±5％的冷冻库中静置7d，取出后按照试验1中的方法测量其粘合强度。每组实施例或对比例均测量5次，取其平均值，测试结果如表2所示。
表2、试验1与试验2测试结果(N/m)
Figure BDA0003257968600000061
试验结果分析：
(1)结合实施例1～12和对比例1～3并结合表2可以看出，采用PAE树脂与氨基硅烷偶联剂一同配合，能够在保障淀粉胶粘接强度的前提下，显著改善其防水性能。其原因可能在于，PAE树脂分子中含有较多的羟基与氨基等活性基团，其能够与淀粉分子中的羟基等活性基团发生交联缔合，从而提高胶层的交联密度，有效抑制水汽向胶粘剂中的渗透，减少糊线乳化导致粘接强度下降甚至开胶的现象。而氨基硅烷偶联剂，其分子链一端的氨基能够与淀粉胶中的活性基团键合，另一端的硅氧烷基水解后与纸页纤维的活性基团键合，从而显著提高淀粉胶与纸页的粘接强度，弥补因交联密度增加导致的粘接强度的下降。
(2)结合实施例2和实施例5～6并结合表2可以看出，采用异噻唑啉酮与壳聚糖复配制得的杀菌防腐剂有利于提高淀粉胶的防水性能。其原因可能在于，异噻唑啉酮的杀菌抑菌性能突出，能够抑制细菌的滋生，有效防止淀粉因变质分解而粘性下降；壳聚糖不仅具有抑菌作用，其能够与PAE树脂中的环氧氯丙烷链反应，从而接枝于PAE树脂的分子链上，并形成一定的网状结构，增加交联密度与强度，有利于提高胶层的疏水性。
(3)结合实施例2和实施例7～11并结合表2可以看出，采用增稠剂与膨润土复配制得的杀菌防腐剂有利于提高淀粉胶的粘接强度和防水性能，且膨润土采用钙基膨润土，增稠剂采用海藻酸钠获得的效果更为优异。其原因可能在于，增稠剂和膨润土均具有增稠作用，从而减少主体淀粉中未熟化淀粉颗粒的沉淀，促进其均匀分布，并减少水分向纸页的渗透和损耗，促进淀粉的充分糊化，以形成牢固致密的粘接，进而减少糊线中的缝隙结构和粘接不良现象，提高防水抗渗性。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种瓦楞纸板复合用淀粉胶，由质量比为1:1的载体淀粉与主体淀粉混合制得，其特征在于，所述载体淀粉至少包含如下质量份的组分：
淀粉：4～8份；
氢氧化钠：1～3份；
水：50～80份；
所述主体淀粉至少包含如下质量份的组分：
淀粉：45～55份；
硼砂：1～2份；
水：120～150份；
PAE树脂：3～8份；
氨基硅烷偶联剂：0.5～1.5份；
杀菌防腐剂：1～4份。
2.根据权利要求1所述的一种瓦楞纸板复合用淀粉胶，其特征在于，所述杀菌防腐剂采用异噻唑啉酮、壳聚糖与聚六亚甲基盐酸胍盐中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的一种瓦楞纸板复合用淀粉胶，其特征在于，所述杀菌防腐剂采用质量比为1:(2～3)的异噻唑啉酮与壳聚糖的组合物。
4.根据权利要求1所述的一种瓦楞纸板复合用淀粉胶，其特征在于，所述主体淀粉还包括有2～3质量份的增稠剂。
5.根据权利要求1所述的一种瓦楞纸板复合用淀粉胶，其特征在于，所述增稠剂采用羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、海藻酸钠与黄原胶中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种瓦楞纸板复合用淀粉胶，其特征在于，所述主体淀粉还包括有0.5～1质量份的钙基膨润土。
7.根据权利要求1所述的一种瓦楞纸板复合用淀粉胶，其特征在于，所述淀粉采用玉米淀粉、小麦淀粉与木薯淀粉中的一种或几种。
8.权利要求1～7中任一项所述的一种瓦楞纸板复合用淀粉胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
载体淀粉制备：将水加热至40～47℃，加入淀粉搅拌2～5min，再加入氢氧化钠，升温至65～75℃，继续搅拌30～60min，降温至40～50℃，得到载体淀粉；
主体淀粉制备：将水和淀粉、硼砂、PAE树脂、杀菌防腐剂、氨基硅烷偶联剂、增稠剂与钙基膨润土，充分搅拌，得到主体淀粉；
淀粉胶制备：将载体淀粉加入主体淀粉中，混合均匀即得。
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