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随着包装行业的迅速发展,瓦楞纸板在需求量大幅增加的同时,各行业对其性能要求也越来越高,如何提高其强度和防潮性能是瓦楞纸板应用中急切需要解决的问题。影响瓦楞纸板的强度性能的因素除环境因素外主要有瓦楞原纸和箱板纸的性能、瓦楞纸板生产工艺、瓦楞纸板用淀粉粘合剂性能三个因素。其中通过改进淀粉粘合剂性能来提高瓦楞纸板的性能是一个既方便有效又有利于提高包装企业经济效益的方法。
本论文着重研究加入添加剂来改进瓦楞纸板用淀粉粘合剂的性能,研究了无机填料对淀粉粘合剂性能的影响情况;研究合成脲醛树脂作为淀粉粘合剂的添加剂,改进淀粉粘合剂的性能,以提高瓦楞纸板的粘合强度和边压强度以及其防潮能力,重点研究了脲醛树脂的合成工艺对淀粉粘合剂性能影响;研究了不同纸张纤维结构与改进的淀粉粘合剂的各工艺配方的关系;初步探讨了添加剂改进淀粉粘合剂性能的机理,为进一步提高粘合剂的粘合强度提供理论依据,研究结果如下:
(1)在不同无机添加剂中,膨润土既能较好地提高淀粉粘合剂稳定性,同时对用该淀粉粘合剂制备的瓦楞纸板的强度也有一定的增强作用。当膨润土的用量为9%-12%时,淀粉粘合剂粘度变化小,稳定性高,制备的瓦楞纸板粘合强度和边压强度在自然条件下虽略有下降,但在潮湿条件下却有较大提高。
(2)脲醛树脂的合成工艺对淀粉粘合剂的性能有很大的影响。脲醛树脂合成反应的尿素与甲醛的摩尔比、加成阶段pH、缩聚阶段pH、反应温度、缩聚反应时间过高或过低时,均不利于脲醛树脂对淀粉粘合剂性能的改进。当摩尔比为1.6、加成阶段pH为8.0、缩聚阶段pH为5.0、反应温度为90℃、缩聚反应时间为20min时,合成的脲醛树脂,加入到淀粉粘合剂制备的瓦楞纸板粘合强度和边压强度在自然条件下和潮湿条件下均比不添加脲醛树脂时提高5%以上。同时在脲醛树脂合成过程中,采用三聚氰胺、六次甲基四胺、乙二醇、玉米淀粉、膨润土改性脲醛树脂,能有效提高制备的瓦楞纸板在潮湿条件下强度,提高其初黏性和韧性,降低生产成本。
(3)优化扩大试验得到适合淀粉粘合剂用的脲醛树脂添加剂的配方和工艺为甲醛和尿素的摩尔比为1.6,两次加入尿素,加成阶段pH为7.8,缩聚阶段pH值为5.0,反应温度90℃,反应时间20min,并加入4%的六次甲基四胺、20%的乙二醇、20%的玉米淀粉、10%的膨润土对其进行改性。按此配方生产的脲醛树脂以1%(V/V)的比例加入淀粉粘合剂中,制备的淀粉粘合剂稳定性好,在实验室条件下和工业试验,其瓦楞纸板边压强度在自然条件下和潮湿条件下均能增大15%左右。
(4)纸张表面纤维结构对瓦楞纸板的粘合强度有很大影响,不同纸张纤维的瓦楞纸板所需的淀粉粘合剂工艺参数不尽相同。各因素对三种不同箱板纸制作的瓦楞纸板强度影响顺序相同,为氢氧化钠用量>载体淀粉含量>水比>硼砂用量。对于纤维较较长并疏松的K纸的最佳配方为氢氧化钠4.5g、硼砂3.5g、载体淀粉含量12%、水比为l13.2;L纸纤维结构和K纸基本相同,其最佳配方为氢氧化钠4.5g、硼砂3.5g、载体淀粉含量12%、水比为1:3.4;对于纤维较短但较密实有填料的W纸来说,其最佳配方为氢氧化钠4g、硼砂3.5g、载体淀粉含量12%、水比为1:3.8。
(5)由于脲醛树脂作为交联剂,使纤维与淀粉分子间、淀粉分子间形成网状结构,降低了淀粉中吸水基团羟基的数目,提高了纤维与粘合剂间的结合力和胶层的内聚强度,同时膨润土可以降低胶层的收缩力,减少胶层和胶层与纤维界面的内应力,减少了胶层的空隙,降低了吸水率,从而使添加脲醛树脂和膨润土的淀粉粘合剂制备的瓦楞纸板强度在自然条件下和潮湿条件下均有明显的提高。