一种水性淀粉胶粘剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种水性淀粉胶粘剂的制备方法，采用该制备方法获得的水性淀粉胶粘剂及其在瓦楞纸的粘合方面的应用，属于胶粘剂技术领域。

背景技术

目前随着互联网电商业务的繁荣，快递包装用纸质瓦楞的用量也呈数量级地增长。基于生产成本的考虑，纸质瓦楞箱的对裱复合胶水多以淀粉胶粘剂为主。

关于水性淀粉胶粘剂，按照现有的调胶配方以及合成工艺技术，由于淀粉胶高粘度技术问题没有被技术攻克，所制得的淀粉胶产品固含量都比较低。目前市售的淀粉胶成品的固含量普遍较低(20％～30％)。

为了确保瓦楞面纸与瓦楞芯纸的对裱复合牢度，因现有的淀粉胶的固含量较低，实际应用时需增加涂胶量(湿涂胶量一般为15g/m

另外，目前现有的制备工艺生产出来的淀粉胶成品的耐水性差，制备成型的瓦楞纸箱在高温高湿环境下复合牢度大幅下降，复合层容易脱离分层，从而不能应用于高温高湿环境下；例如，海运采用的瓦楞包装箱不得不采用一些非环保型的树脂类胶粘剂。

因此，本领域技术人员希望能够开发出新的水性淀粉胶粘剂配方及其合成工艺，制备出的胶粘剂产品在保证了高固含量的同时还能实现低粘度，其低粘度的性能使得其能够涂覆于瓦楞纸，其高固含量的化学特征使得其在应用于瓦楞纸的对裱复合时只需要较少的施胶量，同时，其含水量较少的化学特征其在应用于瓦楞纸的对裱复合时减少对裱复合机烘箱长度，降低干燥烘干温度，减少制程时间，最大程度地降低瓦楞对裱复合的能耗消耗；更为重要的是，制备出的胶粘剂产品在干燥成膜后的耐候性更好，对裱复合制造出的瓦楞纸箱能够广泛应用于高温高湿的环境中。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明一方面提供了一种水性淀粉胶粘剂的制备方法，其中，

以所述水性淀粉胶粘剂的重量100份计，其原料配方包含如下重量份的组分：

淀粉 50～70

水 21～42

α-淀粉酶 1.8～3.5

交联剂 5～10

其中，所述的交联剂为碳化二亚胺交联剂；

所述制备方法包括以下步骤：

步骤1)：按所述原料配方称取所述水和α-淀粉酶，加入到反应釜中，搅拌混合均匀；

步骤2)：按所述原料配方称取所述淀粉，在以300～350r/min的速度搅拌的同时，将所述淀粉缓慢加入到所述反应釜中，并且同时所述反应釜开始从室温逐步升温；以所述淀粉胶粘剂的重量100份计，所述淀粉的投料速度为1.7～4.5份/min，所述反应釜的升温速度为1～2℃/min，并且在所述反应釜升温至60℃前完成全部投料；完成所述投料后，再将所述反应釜升温至80～85℃后，保持恒温，维持所述的搅拌速度，反应50～70分钟；

步骤3)：按所述原料配方称取所述交联剂，在以300～350r/min的速度搅拌的同时，将所述交联剂缓慢加入到所述反应釜中，维持在80～85℃的温度，反应50～70分钟；

步骤4)：将步骤3)获得的物料降温至30～40℃。

优选的，以所述淀粉胶粘剂的重量100份计，所述原料配方还包含0.1～0.3重量份的杀菌防腐剂；在所述步骤4)中，待物料降温至30～40℃之后，按所述原料配方称取所述杀菌防腐剂加入到物料中，搅拌混合均匀。

优选的，所述淀粉为玉米淀粉或木薯淀粉。

优选的，所述淀粉胶粘剂的粘度为400～1000cps，固含量为50～70％。

本发明还一方面提供了上述的淀粉胶粘剂在瓦楞纸的粘合方面的应用。

采用本发明的方法制备获得的水性淀粉胶粘剂在保证了高固含量和低含水量的同时，降低了粘度，其在应用于瓦楞纸的对裱复合时只需要较少的施胶量，可以减少干燥烘干的能耗，同时可缩短半成品加工周转周期，可大幅降低生产制造成本；应用本发明的水性淀粉胶粘剂获得的对裱复合瓦楞纸板产品，复合撕裂强度更高，固化成膜后柔韧性好；更重要的是，耐候性能优异，可在高温高湿环境下应用，能够适应高温高湿环境下的储存与运输。

具体实施方式

在本发明的一个具体实施方案中，提供了一种水性淀粉胶粘剂的制备方法，其中，

以所述水性淀粉胶粘剂的重量100份计，其原料配方包含如下重量份的组分：

其中，所述的交联剂为碳化二亚胺交联剂；

所述制备方法包括以下步骤：

步骤1)：按所述原料配方称取所述水和α-淀粉酶，加入到反应釜中，搅拌混合均匀；

步骤2)：按所述原料配方称取所述淀粉，在以300～350r/min的速度搅拌的同时，将所述淀粉缓慢加入到所述反应釜中，并且同时所述反应釜开始从室温逐步升温；以所述淀粉胶粘剂的重量100份计，所述淀粉的投料速度为1.7～4.5份/min，所述反应釜的升温速度为1～2℃/min，并且在所述反应釜升温至60℃前完成全部投料；完成所述投料后，再将所述反应釜升温至80～85℃后，保持恒温，维持所述的搅拌速度，反应50～70分钟；

步骤3)：按所述原料配方称取所述交联剂，在以300～350r/min的速度搅拌的同时，将所述交联剂缓慢加入到所述反应釜中，维持在80～85℃的温度，反应50～70分钟；

步骤4)：将步骤3)获得的物料降温至30～40℃。

如上述背景技术部分所阐述了，现有技术中关于水性淀粉胶粘剂的制备工艺存在技术瓶颈，无法同时实现“高固含量/低含水量”和“低粘度”。例如，若按照现有的工艺制得的淀粉胶粘接的固含量较高，则粘度也较高，流动性很差，无法满足瓦楞纸的涂胶要求；因此，在实际应用中，为了能够满足瓦楞纸的涂胶，只能将制得的淀粉胶进行稀释，将粘度降低到合适的范围，与此同时，固含量也被降低了，这也就是为什么，市售的淀粉胶成品的固含量普遍偏低的原因。

上述背景技术中也阐述了，因市售的水性淀粉胶粘剂产品的“低固含量/高含水量”，导致需增加涂胶量，以及因烘干导致的能耗消耗和生产周转时间较长。

发明人希望能够开发出新的水性淀粉胶粘剂配方及其合成工艺，制备出的胶粘剂产品在保证了高固含量的同时还能实现低粘度，其低粘度的性能使得其能够涂覆于瓦楞纸，其高固含量的化学特征使得其在应用于瓦楞纸的对裱复合时只需要较少的施胶量，同时，其含水量较少的化学特征其在应用于瓦楞纸的对裱复合时减少对裱复合机烘箱长度，降低干燥烘干温度，减少制程时间，最大程度地降低瓦楞对裱复合的能耗消耗；更为重要的是，制备出的胶粘剂产品在干燥成膜后的耐候性更好，对裱复合制造出的瓦楞纸箱能够广泛应用于高温高湿的环境中。

发明人对水性淀粉胶粘剂的配方与工艺的结合，做了大量的摸索和试验，发现采用“两步酶解”的方式结合特定的配方能够解决上述的技术瓶颈。第一步是缓慢升温、逐步投料、高速搅拌酶解，第二步是高温酶解一段时间。第一步缓慢升温酶解的操作条件非常苛刻，需要以300～350r/min的速度进行搅拌，淀粉的投料速度为1.7～4.5份/min(以所述淀粉胶粘剂的重量100份计)，同时，反应釜的升温速度为1～2℃/min，并且在反应釜升温至60℃前完成全部投料；第二步高温酶解的操作条件是：反应釜升温至80～85℃后，保持恒温，反应50～70分钟。

现有技术中，α-淀粉酶的酶解温度一般较低，例如50℃，常规的酶解方式是将淀粉和淀粉酶一次性加入，直接升温至50℃，并维持在50℃进行酶解。按照本领域技术人员的常识和思维定势，认为淀粉的分子量较大，如果在高温(80℃)酶解，会导致淀粉粘度直线上升，变成浆糊状无法流动。

而本申请的发明人绕开了现有技术的常识和思维定势，想尝试进行“分步酶解”，先中低温酶解，再高温酶解，但在初期大量的尝试都失败了，高温酶解很容易糊化。最后，意外地发现，在苛刻的条件下(以300～350r/min的速度进行搅拌，淀粉的投料速度为1.7～4.5份/min，反应釜的升温速度为1～2℃/min，并且在反应釜升温至60℃前完成全部投料)先缓慢升温、逐步加入淀粉进行“初步酶解”，然后再升至高温进行“充分酶解”，能够将大分子量的淀粉充分酶解成小分子，再在特定的碳化二亚胺交联剂的作用下，形成“高固含量/低含水量”且“低粘度”的淀粉胶粘剂。

以下通过实施例对本发明作进一步的说明，但本发明并不限于这些具体实施方式。

附注：具体实施方式中出现的百分比(％)，如无特别表示，均为重量百分比(％wt)。

实施例1

实施例1的水性淀粉胶粘剂的配方如下：

以实施例1的水性淀粉胶粘剂的重量100份计，其原料配方包含如下重量份的组分：

其中，玉米原淀粉，为购自山东华义玉米科技有限公司食用玉米淀粉(一级)产品；α-淀粉酶为购自台州恩特新材料有限公司公司XK-86产品；交联剂为碳化二亚胺交联剂，为购自上海卓涂新材料科技有限公司DX-W140产品；杀菌防腐剂为购自广州中万新材料有限公司公司U-W66产品。

实施例1的水性淀粉胶粘剂的制备过程如下：

步骤1)：按上述原料配方称取水(自来水或纯净水)和α-淀粉酶，加入到反应釜中，搅拌混合均匀；

步骤2)：按上述原料配方称取玉米原淀粉，在以350r/min的速度搅拌的同时，将所述淀粉缓慢加入到反应釜中，并且同时反应釜开始从室温(约22℃)逐步升温；以淀粉胶粘剂的重量100份计，所述淀粉的投料速度约为3份/min，反应釜的升温速度为1.5℃/min，并且在反应釜升温至60℃前完成全部投料；投料结束后，将反应釜升温至80～85℃后，保持恒温，维持350r/min的搅拌速度，反应约60分钟；

步骤3)：按上述原料配方称取交联剂，在以350r/min的速度搅拌的同时，将交联剂缓慢加入到反应釜中，维持在80～85℃的温度，反应约60分钟；

步骤4)：将步骤3)获得的物料降温至30～40℃，按上述原料配方称取杀菌防腐剂加入到物料中，搅拌混合均匀，即获得实施例1的水性淀粉胶粘剂。

实施例2

实施例2的水性淀粉胶粘剂的配方如下：

以实施例2的水性淀粉胶粘剂的重量100份计，其原料配方包含如下重量份的组分：

玉米原淀粉60

水31

α-淀粉酶3

交联剂6

玉米原淀粉、α-淀粉酶和交联剂的来源均与实施例1相同。

实施例2的水性淀粉胶粘剂的制备过程如下：

步骤1)：按上述原料配方称取水(自来水或纯净水)和α-淀粉酶，加入到反应釜中，搅拌混合均匀；

步骤2)：按上述原料配方称取玉米原淀粉，在以350r/min的速度搅拌的同时，将所述淀粉缓慢加入到反应釜中，并且同时反应釜开始从室温(约22℃)逐步升温；以淀粉胶粘剂的重量100份计，所述淀粉的投料速度约为4份/min，反应釜的升温速度为2℃/min，并且在反应釜升温至60℃前完成全部投料；投料结束后，将反应釜升温至80～85℃后，保持恒温，维持350r/min的搅拌速度，反应约60分钟；

步骤3)：按上述原料配方称取交联剂，在以350r/min的速度搅拌的同时，将交联剂缓慢加入到反应釜中，维持在80～85℃的温度，反应约60分钟；

步骤4)：将步骤3)获得的物料降温至30～40℃，即获得实施例2的水性淀粉胶粘剂。

实施例3

实施例3的水性淀粉胶粘剂的配方如下：

以实施例3的水性淀粉胶粘剂的重量100份计，其原料配方包含如下重量份的组分：

中，木薯原淀粉，为购自泰华股份有限公司LSP-111产品；其他组分的来源均与实施例1相同。

实施例3的水性淀粉胶粘剂的制备过程如下：

步骤1)：按上述原料配方称取水(自来水或纯净水)和α-淀粉酶，加入到反应釜中，搅拌混合均匀；

步骤2)：按上述原料配方称取木薯原淀粉，在以350r/min的速度搅拌的同时，将所述淀粉缓慢加入到反应釜中，并且同时反应釜开始从室温(约22℃)逐步升温；以淀粉胶粘剂的重量100份计，所述淀粉的投料速度约为2份/min，反应釜的升温速度为1.1℃/min，并且在反应釜升温至60℃前完成全部投料；投料结束后，将反应釜升温至80～85℃后，保持恒温，维持350r/min的搅拌速度，反应约60分钟；

步骤3)：按上述原料配方称取交联剂，在以350r/min的速度搅拌的同时，将交联剂缓慢加入到反应釜中，维持在80～85℃的温度，反应约60分钟；

步骤4)：将步骤3)获得的物料降温至30～40℃，按上述原料配方称取杀菌防腐剂加入到物料中，搅拌混合均匀，即获得实施例3的水性淀粉胶粘剂。

应用例1-3

将上述实施例1-3获得的水性淀粉胶粘剂来制作对裱瓦楞纸板。

制作方法主要包括以下步骤：

首先，利用网纹辊为150-200线的单头瓦楞涂布复合机分别将实施例1-3的水性淀粉胶粘剂直接涂布在90g/m

其次，对裱复合后的纸质瓦楞纸板通过热温烘箱进行干燥，烘箱温度110-130℃，对裱烘干速度150m/min.，瓦楞纸板收卷从而制成对裱复合瓦楞纸板；实施例1-3的水性淀粉胶粘剂各自对应地制得应用例1-3的对裱复合瓦楞纸板。

效果数据

测试一

对于实施例1-3的水性淀粉胶粘剂，进行以下粘度和固含量两方面的性能检测。

对比例：市售的购自上海世壮新能源科技有限公司的S300水性淀粉胶粘剂产品。

胶粘剂粘度：在室温25℃环境中，分别将实施例1-3以及对比例的试样慢慢地注入旋转式粘度测试仪液池内，打开仪器开关，使旋转系统运转。经过保温运转后，待仪器上读数指针保持在一个固定位置时，即为所测试样的胶粘剂的粘度；

胶粘剂固含量：将称量瓶放置于105℃的烘干箱加热，半小时后取出放入干燥器内冷却，冷却后，在电子天平上称量其重量W1，电子天平归零，分别称取试样重量W2(样品一般称取1～2g)，将该称量瓶子放入105℃的烘干箱烘干直至绝干，一般2小时以上，取出放入干燥器内冷却，冷却后称量其重量W3，按照以下公式可计算出固含量G：G＝(W3-W1)×100％/W2。

检测结果参见下表1：

表1

从表1的检测结果可以看出，本发明实施例1-3的水性淀粉胶粘剂与现有技术的产品相比，一方面胶粘剂的粘度更低，使得其能够更容易地涂覆于瓦楞纸，另一方面，胶粘剂固含量远高于现有产品的(大约为现有产品的3倍)，使得其在应用于瓦楞纸的对裱复合时只需要较少的施胶量，同时，高固含量同时也意味着含水量较少，其在应用于瓦楞纸的对裱复合时可以减少干燥烘干的能耗，例如减少对裱复合机烘箱长度，降低干燥烘干温度，减少制程时间，同时可缩短半成品加工周转周期，可大幅降低生产制造成本。

测试二

对于上述制得的应用例1-3的对裱复合瓦楞纸板产品进行下述瓦楞对裱纸的含水率、复合撕裂强度和耐候性的性能检测；

对比应用例：将上述对比例的水性淀粉胶粘剂产品按照上述应用例的制作方法制作获得的对裱复合瓦楞纸板产品为对比应用例的产品。

应用例1-3的对裱复合瓦楞纸板产品和对比应用例的产品，下面简称“试样”。

瓦楞对裱纸含水率：将湿度检测仪的指针用力戳入试样的表面至深处的同时，按下测试键，待显示灯稳定后，显示灯旁的指数即试样的含水率，单位为％；

瓦楞对裱纸的复合撕裂强度：分别裁取试样的瓦楞方向为短边的矩形试样，尺寸为25*80mm；尺寸误差为±1mm，试样数量为10个；将试样装入针式附件，放入ZYD-2型电子式压缩仪的下压板的中心位置；开动压缩仪，施加压力，直至楞峰和面纸(或芯纸)分离为止；直接读取压力值数据，精确至1N，并按P＝F×10

瓦楞对裱纸的耐候性：分别将试样裁切成100mm×100mm的片材5张；将片材放置于温度60℃，湿度80％RH恒温恒湿仪中8小时；在恒温恒湿箱中取样手动剥离瓦楞面纸和瓦楞芯纸，查看是否能剥离开来。

检测结果参见下表2：

表2

从表2的检测结果可以看出，应用本发明实施例1-3的水性淀粉胶粘剂获得的应用例1-3的产品与对比应用例产品相比，其纸张含水率远低于现有产品的(大约为对比应用例产品的三分之一)，并且，复合撕裂强度更高，固化成膜后柔韧性好；更重要的是，耐候性能优异，利用本发明实施例1-3的水性淀粉胶粘剂制备的纸质瓦楞箱可在高温高湿环境下应用，能够适应高温高湿环境下的储存与运输。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。