曹佳乐　姚小鸥　蔡建泉　吴宗华（福建师范大学　材料科学与工程学院，福建　福州　350007）



瓦楞纸用生物质改性淀粉胶黏剂的研制

曹佳乐姚小鸥蔡建泉吴宗华
（福建师范大学材料科学与工程学院，福建福州350007）

摘要：以农林产品加工剩余物（NJS）为原料制备了新型瓦楞纸用淀粉胶黏剂，并研究NJS的预处理方法、粒度、替代量对胶黏剂性能的影响。结果表明，当NJS粒度为149 μm，替代量为50%时，可以达到很好黏结效果。

关键词：农林产品加工剩余物（NJS）淀粉胶黏剂瓦楞纸

0　前　言

瓦楞纸是一种应用极为广泛的重要包装材料。早期瓦楞纸用黏合剂主要是泡花碱胶，但是它本身存在强腐蚀性、涂布量高、耐潮性能差等缺点，现已逐步被淀粉胶黏剂所取代[1]。淀粉分子链上有大量的糖苷键和羟基，能与很多物质发生化学反应,并且其本身又有黏结性能，可作为胶黏剂基材，是可再生的天然高分子材料[2-5]。淀粉胶黏剂具有黏结强度大、无腐蚀、无污染、不易回潮等优异的性能，被广泛应用于单面机的瓦楞纸生产中[6]。但是淀粉本身也存在价格偏高，与人争粮等问题，因此找到一种既环保又价格低廉的生物质原料来替代淀粉制备胶黏剂是一个很好的思路，前景广阔。

本研究通过对农林产品加工剩余物（NJS）进行预处理，来用作替代淀粉制备瓦楞纸用胶黏剂，以期得到性能优良的新型环保瓦楞纸用胶黏剂。

1　试验部分

1.1试验原料及药品

农林产品加工剩余物（NJS）分粗、细两种，由企业提供；玉米淀粉，食品级；α-淀粉酶为市售；氢氧化钠，碳酸氢钠均为化学纯。

1.2仪器及设备

HH-S恒温水浴锅，上海康路仪器设备有限公司；JJ-1精密增力电动搅拌器，郑州长城科技工贸有限公司；电热恒温鼓风干燥箱，上海一恒科技有限公司；100 g多功能粉碎机，永康市帅通工具有限公司；NDJ-1旋转式黏度计，上海精密科学仪器有限公司；湘仪H-2050R冷冻离心机，湖南湘仪试验室仪器开发有限公司；WZL-300纸张拉力仪，杭州轻通仪器开发公司。

1.3试验方法

1.3.1胶黏剂乳液的制备

（1）粉末原料的制备。取一定量NJS样品、酶及氧化剂于烧杯中，加入适量水搅拌均匀，置于鼓风干燥箱内，温度设定55 ℃，反应1 h，取出部分样品装瓶待用。剩余样品继续加入氧化剂、NaHCO3，调节温度至120 ℃反应1 h，取出装瓶待用。按需要可将处理过的NJS样品粉成149 μm、178 μm等不同粒度。

（2）乳液的制备。将处理过的NJS与玉米淀粉按一定质量比混合，加入氧化剂，配成质量分数20%的乳液，于45 ℃水浴锅中反应40 min；加入NaOH，升温至90 ℃，糊化30 min，反应结束。

1.3.2黏度的测定

利用NDJ-1型旋转黏度计测定乳液黏度。

1.3.3溶解度的测定

将待测样品配置成质量分数为5%的溶液，装入离心管大约2/3处，保证质量相当，并记录空管质量M0及空管加液体样品质量M1。调节冷冻离心机转速度到3 000 r/min，离心5 min。取出离心管，快速移去上清液，称量离心管加固体样品总质量M2。最后，计算样品溶解度S。

S=1-（M2-M1）/(M1-M0)

1.3.4剥离强度的测定

以瓦楞纸为介质，利用WZL-300纸张拉力仪测定纸张剥离强度。

2　结果与讨论

2.1NJS的预处理方法对胶黏剂性能的影响

在NJS预处理中，分别采用氧化、酶解、酶解氧化3种方法，考察预处理方法对胶黏剂性能的影响，结果如图1、图2所示。

图1　不同预处理方法对剥离强度的影响

图2　黏度随时间变化曲线

由图1可知，NJS的预处理方法对剥离强度有所影响，其中酶解、酶解氧化预处理方法较其他方法的黏结强度略大，说明酶解法处理NJS更有效果。这是因为α-淀粉酶能够切断NJS及淀粉分子的长链，形成低分子量产物经后续氧化糊化具有更强的粘结强度。

由图2可知，随时间延长，黏度逐渐上升，2 h后基本不变。酶解NJS黏度最大，其他样品黏度均小于20 mPa·s，黏度太小黏结强度一般会更低。所以，本文选用酶解的方法来处理NJS。

2.2α-淀粉酶的加入量对剥离强度的影响

分别加入相对NJS质量0% 、0.125% 、0.25%、0.5% 、0.75%的α-淀粉酶，测定纸张剥离强度，结果如图3所示。

图3　α-淀粉酶的加入量对剥离强度的影响

由图3可知，当α-淀粉酶加入量小于0.5%时，纸张剥离强度随酶加入量的增加变化不大；当酶加入量提高到0.75%时，剥离强度有一定程度下降，可能是因为氧化糊化时氧化剂的作用较淀粉酶更加明显，掩盖了α-淀粉酶的作用效果；当酶加入量达到0.75%，淀粉分解过度，导致分子量过低，反而造成黏结强度下降。酶解后胶黏剂的流动性较非酶解好，但黏结强度相差不大。综合考虑性能、成本因素，选择使用原NJS粉末作为淀粉替代物。

2.3NJS粒度对胶黏剂性能的影响

其他条件不变，取用粗NJS、细NJS、149 μm、178μm等不同粒度NJS，考察NJS粒度对胶黏剂性能的影响，结果见表1。

表1　NJS粒度对胶黏剂性能的影响

由图4可知，随着NJS粒度的减小，纸张的剥离强度有逐渐增大的趋势。这可能是因为随着粒度增大，NJS的比表面积亦随之增大，因此在此后氧化糊化过程中，更容易与氧化剂和水接触，反应更加充分，从而黏结强度随之增大。同时，由表1可知149 μm NJS与178 μm NJS溶解度相差不大。因此，后续试验采用149 μm NJS。

图4　NJS粒度对剥离强度的影响

2.4NJS替代量对胶黏剂性能的影响

由图5可知，当NJS对淀粉替代量为50%时，剥离强度可以达到0.327 kN/m，与纯淀粉相近。当替代量达到或超过70%时，黏结强度会有大幅下降且会出现脱胶现象。这是因为，NJS中含有将近40%的纤维素、木质素、蛋白质等非淀粉物质，这些物质不会被淀粉酶分解，且本身不具有黏结性能，会降低胶黏剂整体的黏结强度。因此，木薯渣替代量50%为最佳。

图5　NJS替代量对剥离强度的影响

3　结束语

（1）NJS经简单粉碎处理即可部分替代淀粉，用作制备瓦楞纸用胶黏剂。

（2）NJS粒度和替代量对胶黏剂性能影响较大，当NJS粒度为149 μm，对淀粉替代量为50%时，胶黏剂体现出良好的黏结效果。

（3）NJS部分替代淀粉制备瓦楞纸用胶黏剂，性能优良，价格低廉，拥有广阔的应用前景。

参考文献：

[1] 韩春阳,王锐,孙炳新. 冷法H2O2氧化制备瓦楞纸板用淀粉黏合剂及改性研究[J]. 包装工程,2008,29(7): 33-35.

[2] SANDI A,VEGA J,ALVARADO P. Natural adhesives from novel sources[J].Technical Papers,2008,1(1):589-591.

[3] ANON. Proper methods of measuring starch adhesive Viscosity[R].Tappi Technical Information Papers,2002:123-125.

[4] KIM S,KIM H. Effect of addition of polyvinylacetate to melamine-formaldehyde resin on the adhesin andformaldehyde emission in engineered flooring[J]. International Journal of Adhesion&Adhesives,2005, 12(25):456-461.

[5] SCOPELITIES E,PIZZIA. Urea-resorcinolformaldehyde adhe-sives of low resorcind content[J]. Journal of Applied Polymer Science,2003,48(12):2135-2146.

[6] 欧国勇,杨辉荣,危恒毅. 冷法快干型氧化淀粉胶黏剂的研制[J]. 广东工业大学学报,2001,18(4):77-80.

曹佳乐（1989—）男硕士研究生，福建师范大学材料科学与工程学院；主要从事生物质胶黏剂的研制工作.

联系电话：18149560212邮箱：1187018186@qq.com

吴宗华（1957—）男教授，主要从事高分子界面科学及森林生物质深加工研究。

邮箱：wuzonhua@fjnu.edu.cn

PreParation of Biomass Modified Starch Adhesive for Corrugated Board

CAO Jiale，YAO Xiaoou，CAI Jianquan ，WU Zonghua
（College of Chemistry and Chemical Engineering Fujian Normal University，Fuzhou 350007 China）

Abstract：The new type starch adhesive for corrugated board was prepared with agricultural and forestry residues （NJS），and the effects of pretreatment method，granularity，substitutiona on adhesive properties were studied in this paper. The results show that when the NJS granularity is 149 μm，the substitutiona is 50% ，bond strength can get satisfied effect.

Keywords：agricultural and forestry residues；starch adhesive；corrugated Board

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