本发明涉及一种制造淀粉粘合剂的深加工制备新工艺、在纸品包装的制造中。目前我国绝大多数生产厂仍然采用泡化碱（水玻璃）作粘合剂，由于泡化碱碱性大、易吸潮、容易引起包装纸箱泛“白霜”，变形破损，剥落等因而使大量商品损坏、变质，造成巨大经济损失。国外早已推广使用植物淀粉胶，淀粉是一种价格低、原料来源丰富、无毒的水溶性化合物，常用玉米淀粉、红薯淀粉、土豆淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉等等作为粘合纸盒、酒盒、文件袋、材料袋等的材料。现在我国大中型出口定点纸箱厂亦都自行生产与应用玉米淀粉胶。由于分散生产工艺控制困难，并且制造该粘合剂是以玉米为原料，氧化剂采用过氧化氢、次氯酸钠、高氯酸等。

　　玉米淀粉剂粘合剂的缺点：①主要质量问题是贮存期短，质量不稳定，容易腐败变质、发霉。②玉米淀粉胶易被鼠咬、虫蛀。③淀粉胶的粘结强度不高，纸箱时有开胶现象发生;含水率高，使纸箱干燥速度慢；黏稠度稳定性差，易产生凝胶现象。④该工艺要消耗大量粮食，并且耗能大，反应程度难以控制。

　　为克服泡化碱和玉米胶的上述问题，本发明的任务是采用植物淀粉木薯一种可再生性天然高分子化合物，具有良好的粘结性和成膜特性，一种新工艺制造一种性能优良的高强度快干型淀粉粘合剂。

　　木薯淀粉粘合剂的优点：①原材料便宜来源广泛，②天然植物制剂环境污染少，③无毒副作用，④制胶加工方便快捷，该工艺简单、操作方便、产品干燥速度快、防潮性能好、性能稳定。并且根据生产需要可随时用冷水调制出性能优良的纸品包装用粘合剂，是一种较理想粘接剂新型材料。

　　随着纸箱工业的发展，纸箱用的粘合剂——泡化碱已逐步退出市场。

一、工艺原理：

　　木薯淀粉是一种多糖类的大分子化合物，其分子式为（C6H10O5）n.一般状况下，由于淀粉中羟基间有极强的氢键作用。所以它不溶于水，在加热或强碱作用下，淀粉链分子间氢键受破坏，淀粉分子得以运动，呈现出一定的亲水性，而变成半透明的胶状物。但由于淀粉分子很大，分子运动受到很大限制。因而流动性很差，为此，对淀粉进行一定程度的氧化降解，使大分子链发生一定程度的断裂，并使羧基的—CH2OH氧化成—CHO和—COOH。从而增加了淀粉的抗腐性和亲水性，在碱性下呈现很好的流动性，易上机裱胶，通常所使用的氧化剂是H2O2、HCLO。但它们的氧化程度较难控制。生产出来的淀粉粘合剂性能不稳定。为此，我们选用较为温和的氧化剂，在酸催化下，紫色高锰酸钾对淀粉进行氧化完毕时便转为白色。

二、工艺流程：

　　本工艺采用两步法，即氧化淀粉的制取和糊化

三、原料配方：

　　（一）、一吨粉剂原料配比：

　　淀粉[（C6H10O5）n] 580

　　氧化剂[KMnO4] 4.6

　　催化剂[H2SO4] 20

　　糊化剂[NaOH] 49

　　填充料 360

　　交联剂[Na2B4O7、10H2O] 17

　　（二）、一吨涂体糊剂原料配比：

　　淀粉[（C6H10O5）n] 160

　　填充剂 110

　　氧化剂[KMnO4] 1.3

　　催化剂[H2SO4] 6.2

　　硼砂交联剂[Na2B4O7、10H2O] 4.2

　　糊化剂[NaOH] 14

　　水[H2O] 712

四、原料配方设计：

1、 木薯淀粉

　　淀粉是主要的胶粘物质，颜色为白色无杂质，细度要求100目，粘度太大，包裹在里面的分子不反应，使胶粘剂变稠，蛋白质含量高低，对胶粘剂质量有较大影响。淀粉是粘合剂的成膜物质。淀粉量越大，成膜越快，即干燥越快。

2、 氧化剂

　　高锰酸钾在酸性条件下有很强的氧化性，有别于直接观察反应的进行程度，使用前必需进行溶解、酸化、通过控制高锰酸钾的量来控制胶粘剂的稀稠度即粘度。KMnO4加入量大则对粘合剂稀稠有很大影响，用量越大越稀，影响粘合力，用量越少，就越稠，上机难裱。为此，控制KMnO4的量很关键。

3、 催化剂

　　硫酸（H2SO4）是KMnO4氧化的催化剂，加入量越大，反应越快，但加入量太大，反应太剧烈，粘合剂变稀，所以，控制一定浓度，使用时，必须把浓硫酸用水稀释到一定浓度，用它来溶解KMnO4。

4、 填充剂

　　填充剂选用钠基型高岭土，经粉碎过筛为200目。它能降低粘合剂水份和干燥时间，又起抗渗作用，同时由于具有多孔结构活性物质，能够吸收氧气和水份，起气干作用，使胶粘剂干燥速度加快，并增加胶粘剂的粘合力，但加的量不要太多，太多会影响粘合力，太少作用不大。

5、 交联剂

　　硼砂 [Na2B4O7°0H2O]溶解在水中，分解为以硼氧为中心的离子，与充分溶解后的氧化淀粉的羟基、醛基结合为配合体，形成网状结构的多核络合物。具有交联增稠，提高粘接力，使淀粉粘合剂粘度和表面张力增加，内聚力和稳定性改进，并使其粘接力和抗水性提高。硼砂用量多少直接影响淀粉粘合剂的粘接力，但用量过多会使粘合剂变为橡皮状失去粘着力，过少则使粘合剂过稀易于渗到纸质内。

6、 糊化剂

　　烧碱能使淀粉分子分离，使粘液增加粘度并使其具有一定流动性，但是含量过高使粘度下降、PH值上升。烧碱量需要控制，太多容易使淀粉糖化，干燥速度慢，则粘合剂碱性过大，变稀且对纸有损坏、变黄，太少，糊化不完全，使粘合力变小，烧碱加入时一般需加水稀释到10%溶液。

五、生产操作过程（生产一吨粘合剂为例）

　　（一）、液剂加工方法：

　　1、在一只1000升的反应缸中加入200kg公斤左右的水，然后，一边搅拌一边往池缸中加入150kg淀粉，搅拌均匀的乳白粉桨，并使淀粉粒很好地散成淀粉乳。

　　2、称取1.3kg的氧化剂KMNO4，用10kg的水溶解冷却后，倒入24kg的27%的硫酸（27%的硫酸配制），待浓硫酸温度控制在35ºC左右再慢慢沿着搅拌倒入。

　　3、把酸化的高锰酸钾溶液倒入淀粉液中，快速搅拌10分钟，然后观察乳液由深咖啡色逐步变淡，最后变为纯白色即为反应终点。时间约1.5小时。

　　4、反应完毕后，加水洗涤待淀粉沉淀后把上层水排去，反复洗涤数次，至溶液PH值约5左右。

　　5、补充足一定量水，然后，边搅拌边加入120kg左右的填充剂，搅拌均匀。

　　6、用100kg水用来稀释13kg糊化剂，完全溶解后边搅拌边倒入淀粉液中，搅拌约10分钟停止搅拌（如果搅拌困难时，补加些水），糊化完毕。

　　7、称取4.5kg硼砂溶解于36kg水中，溶解后，加入反应缸中，并搅拌5分钟。

　　8、视粘合剂的稀稠补加水到合适即可。婆美计在28Be为宜。

　　（二）、粉剂加工方法：

　　1、氧化淀粉经反复两次清洗后，进行脱水的干燥，将氧化淀粉乳送入离心机脱水，脱水后的粉合水份约为35%。然后用真空泵或气流干燥，控制干燥温度在70ºC左右，在干燥过程中可适当加入部分干料，以防止干燥开始时物料水分过大而造成局部糊化，含水份12-14%为宜。

　　2、把经过烘干的氧化淀粉经粉碎机粉碎后，过100目筛。然后把填充剂、交联剂按比例配方通过拌料机混合均匀，包装即得成品。

　　（三）、粉剂使用方法：

　　将一袋粉剂倒入约有25kg的100升缸中或100kg装的塑料桶。按比例称取烧碱进行溶解，然后边搅拌边倒入缸中，均匀后静置10分钟，让它充分糊化，加水到合适搅拌均匀即可。

　　例：生产一吨液剂，称取270kg干粉（其中150kg氧化淀粉120kg填充剂和4.5kg硼砂）用570kg的水溶解，搅拌均匀。然后，用13kg的烧碱溶于120kg水中，完全溶解后边搅拌边加入淀粉液中，搅拌10分钟，静置10分钟即可。

六、工艺特点：

　　1、稀硫酸的配制：按H2SO4:H2O=1：2.7来配。例如：生产壹吨粘合剂需6kg硫酸，则需用水为6*2.7=16.2kg来稀释。配制时，注意必须把浓硫酸引搅拌棒倒入水中，并不断搅拌，硫酸溶于水时，放出大量热量，因此要等溶液冷却后再加入氧化剂。

　　注意：工业用硫酸浓度为98%（对人有腐蚀作用，注意安全）

2、 10%烧碱溶液配制：

　　如果烧碱是固何，则按碱：水=1：9来配。如：生产壹吨粘合剂需13kg固碱，则需水为13*9=117kg.

3、 反应速度的控制：

　　（1）、硫酸的量：所用硫酸的量越大，反应速度越快。

　　（2）、搅拌：搅拌越多，反应速度越快。

4、影响粘合剂稀稠的因素：

　　（1）淀粉的量：淀粉量越大，粘合剂越稠，干燥速度越快。

　　（2）氧化剂的量越大，粘合剂越稀，反之，粘合剂越稠。

　　例：制取壹吨粘合剂，出现稀的现象，有三种方法可弥补：

　　①增加淀粉10-15kg

　　②养活氧化剂的量。

　　③在烧碱糊前加5kg左右的生淀粉。

　　如果出现稠的现象：不增加水，只能在下一次反应时多加点氧化剂。

　　5、 加填充剂时，填充剂的细度最好在100目以上，加入填充剂后，一定要搅拌成均匀的乳桨，如存在凝块，糊化后会影响粘合剂的质量。

　　6、 氧化结束后，用水清洗一至二次（最好是二、三次）是必要的，主要是降低它的PH值，以保证质量的稳定性。

　　7、 粘合剂过稀时，成膜慢，干燥也慢，粘合剂过稠时，流动性差，不利使用。因此控制好稀稠度很重要。

　　8、 送样时，最好找天气好些，要求纸箱厂上胶时施胶薄些（比泡化碱少30%左右）

　　9、 加烧碱和硼砂时，搅拌久些。

　　10、 关于先用原料要求：

　　① 选购一级淀粉，其灰份0.1%以下。②淀粉含蛋白质严格控制在0.5%以下。③含水份12-14%。④细度为100目。⑤酸度为20CC/100克⑥颜色应洁白。⑦灰链淀粉含量在17-22%左右。

七、制成产品的质量指标为：

　　1、 产品外观：呈乳白，浅棕或米黄色乳胶液体。

　　2、 比重: 1.0-1.20左右。

　　3、 不挥物含量： 25-28%

　　4、 碱含量： 7.5-11%

　　5、 粘度： 100-150厚薄

　　6、 婆美度： 24-28Be左右

　　7、 粘着力： 1分钟初粘，5-10分钟全粘。

　　8、 干燥时间： 在瓦楞纸板裱胶后在自然所温下2-4小时即可送入下道式序加工为准。

　　9、 施胶量: 80-100g/m2

　　可见，使用淀粉粘合材料代替聚乙烯醇或聚醋酸乙烯（白乳胶）等有机胶粘剂，由于粘合剂的费用大幅度下降可降低包装盒的生产成本，提高了企业的市场竞争能力。

结 语

　　淀粉在包装业的使用，大大减少了不可降解材料在包装业的应用，在一定的程度上缓解了生态环境的压力，节约了资源，减少了环境的污染，在包装业上具有重大意义。但我国目前淀粉在包装业上还存在问题，如产品不太稳定，应用范围不广泛。淀粉在特种包装上的技术与国外还存在一定差距，因而加强淀粉的研究特别是多功能淀粉粘合材料的研究尤为重要。随着包装行业的发展，对胶粘剂的需求必将增大，因此粘合剂的类型会不断变化，性能会不断提高，而且会朝着经济性的环保粘合剂发展，淀粉在包装业上具有广阔的发展前景。

作者/中国管理科学研究院综合所化工研究室主任、客座研究员：龚经强