膠粘劑在包裝工業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)有近百年的歷史。它是一種靠界面作用把各種固體材料牢固地粘接在一起的物質(zhì)，又叫粘合劑或膠合劑，簡稱為“膠”。包裝工業(yè)中，被粘結(jié)材料的種類很多。不同類型的材料，如金屬、木材、塑料、紙、復(fù)合薄膜等，其物理、化學(xué)性質(zhì)各不相同，對粘結(jié)強(qiáng)度有很大影響。因此，要根據(jù)不同的材料，選用不同的膠粘劑及粘結(jié)工藝。隨著包裝行業(yè)的發(fā)展，膠粘劑的消費(fèi)量保持著較高的水平，全球包裝工業(yè)年用膠量約占膠粘劑總用量的35％。據(jù)此推測，包裝行業(yè)可能是膠粘劑最大的消費(fèi)市場。
泡花堿膠粘劑
泡花堿化學(xué)名稱為硅酸鈉，為無色晶體或白色粉末，由石英砂與碳酸鈉熔合而成，溶于水呈堿性。其透明的漿狀溶液叫做“水玻璃”。水玻璃溶液在逐漸失水之后粘度顯著增大，以后則引起硬化，因此可以用作膠粘劑。泡花堿是包裝業(yè)中早期使用的膠粘劑，主要應(yīng)用于紙箱行業(yè)中。
1．泡花堿膠粘劑的優(yōu)缺點(diǎn)
泡花堿膠粘劑由于操作及生產(chǎn)工藝簡單，紙板干燥速度較快(相對于淀粉粘合劑而言)，在業(yè)內(nèi)多年來廣泛使用。但它同時(shí)又具有遇濕潮解、粘合速度慢、加重紙箱等缺點(diǎn)，不適合快速包裝和精品包裝的需要；而且其含堿量高、易泛堿，對紙張的腐蝕性強(qiáng)，污染環(huán)境。
據(jù)一些廠家反映，由于紙張的PH值為7，屬于中性物質(zhì)。而泡花堿呈弱堿性，用它作為高檔酒盒的粘合劑，就會使紙張呈微弱堿性。而堿性物質(zhì)對燙金用的電化鋁箔、油墨以及金粉、銀粉都會產(chǎn)生一定的影響，起一定的化學(xué)反應(yīng)。尤其容易與電化鋁箔中的金屬粉末發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使本來色澤鮮亮的電化鋁箔失去原有的光澤，顏色完全變成古黃色，從而影響包裝紙盒的美觀。時(shí)間一長，它也會使印刷品上的油墨層失去光澤。
所以，在紙盒、紙箱糊盒中最好不選用泡花堿作為粘合劑，因?yàn)闀䦟Πb的美觀造成很大的影響。至于用什么樣的膠粘劑，一定要先分析粘合劑的物理和化學(xué)性能，以及其酸、堿對紙張、油墨、電化鋁箔、金粉、銀粉及覆膜等諸多方面的影響。
2．泡花堿的發(fā)展趨勢
目前，泡花堿已經(jīng)被國際上列為禁止在紙盒、紙箱產(chǎn)品中使用的膠粘劑。但是，泡花堿與其它物質(zhì)合成的膠粘劑卻是新的發(fā)展趨勢。如采用泡花堿與各種有機(jī)膠(淀粉、糊精等)配成高質(zhì)量的混合膠就可增強(qiáng)其粘性，同時(shí)也克服了泡花堿的粘合速度慢等缺點(diǎn)。目前，也有報(bào)道利用泡花堿去改性聚乙烯醇膠粘劑，從而制得性能優(yōu)良的膠粘劑。
淀粉膠粘劑的使用
由于淀粉膠粘劑具有強(qiáng)度高、重量輕、無腐蝕、無污染、成本低等特點(diǎn)，大量應(yīng)用于瓦楞紙板、紙箱生產(chǎn)和自動貼標(biāo)等包裝領(lǐng)域，以代替沿用多年的泡花堿。20世紀(jì)70年代以來，我國相繼研制出糊化淀粉膠、氧化淀粉膠、復(fù)合淀粉膠、酯化淀粉膠、接技淀粉膠等各種類型的包裝用淀粉膠粘劑。其中以氧化淀粉膠粘劑的應(yīng)用最為廣泛。
1．淀粉膠粘劑的優(yōu)缺點(diǎn)及與泡花堿的比較
國家有關(guān)部門早有規(guī)定(GB—5034—85)，加工瓦楞紙板使用淀粉膠粘劑或使用具有同等粘合效果的其他膠粘劑，不得使用硅酸鈉。淀粉膠粘劑與泡花堿相比，具有粘結(jié)強(qiáng)度大、重量輕、無腐蝕、成本低、易制造等優(yōu)點(diǎn)。目前，從包裝工業(yè)對粘合劑的使用情況看，淀粉膠粘劑在紙包裝材料及紙容器的粘合中占有一定比重。到目前為止，在我國紙箱包裝行業(yè)主要還是使用泡花堿，淀粉膠粘劑使用得極少，最主要的原因是淀粉膠粘劑的自然干燥速度太慢。
這是因?yàn)榈矸凼且云咸烟菫榻Y(jié)構(gòu)單元的天然高聚物，它由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成。直鏈淀粉本質(zhì)上是一種線型聚合物，大量的羥基使聚合物具有很強(qiáng)的親水性。
在國外，瓦楞紙箱用淀粉膠粘劑主要是在成形機(jī)上使用，都配有自動烘干裝置，所以不存在干燥速度慢的問題。由于我國包裝工業(yè)還比較落后，在紙箱生產(chǎn)中使用成形機(jī)烘干自動生產(chǎn)線的廠家寥寥無幾。況且我國紙箱廠多是鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)小廠，建立烘干自動線還有一定的困難，嚴(yán)重影響了淀粉粘合劑的普遍推廣。因此，目前多數(shù)瓦楞紙箱生產(chǎn)廠，尤其是一些單機(jī)生產(chǎn)、手工小型紙箱廠仍在繼續(xù)沿用傳統(tǒng)的泡花堿作膠粘劑。淀粉膠的制備一般采用熱制，生產(chǎn)成本高，保存期短。另外，比較有代表性的是冷制淀粉膠。先由粘合劑廠制成粉狀包裝產(chǎn)品，再由紙箱廠現(xiàn)配現(xiàn)用。其原理是將淀粉氧化，經(jīng)離心、烘干，再配以填料。這種工藝生產(chǎn)成本低，但使用不方便，配成的淀粉膠需當(dāng)天用完，不能保存，膠的質(zhì)量也不穩(wěn)定。
2．淀粉粘合劑的發(fā)展趨勢
淀粉膠粘劑的主要發(fā)展趨勢是通過加人高分子材料對其進(jìn)行改姓，使其耐水性、干燥速度、初粘速度、儲存時(shí)間等參數(shù)明顯提高。近年來，國內(nèi)淀粉膠粘劑的研究多采用加入一些增粘劑形成復(fù)合淀粉膠的方法，來提高耐水性、粘接強(qiáng)度和干燥速度。為了克服液體淀粉膠粘劑的粘度穩(wěn)定性差、不易久存、運(yùn)輸不便等不足，固體淀粉膠粘劑的研究也廣泛開展起來。
PVA膠粘劑
聚乙烯醇(PVA)是常見的水溶性高分子，是一種白色粉末狀樹脂，由聚醋酸乙烯水解而得。PVA對于多孔、親水的產(chǎn)品如紙張、紡織品、木材及皮革具有良好的粘結(jié)力。通常利用聚乙烯醇的濕粘性，經(jīng)改性后廣泛用作膠粘劑。
1．PVA膠粘劑與淀粉膠粘劑的比較
雖然國家在1984年規(guī)定出口商品包裝箱一律改用玉米淀粉膠，但淀粉膠粘劑存在著以下不容忽視的問題：(1)產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。玉米淀粉一般都由各單位自行氧化處理，工藝控制困難，天氣變化容易形成凍膠和霉變，使一些企業(yè)紙箱產(chǎn)品很不穩(wěn)定。(2)自然風(fēng)干速度慢，耐水性差。
相對于淀粉膠粘劑的諸多缺點(diǎn)，PVA膠粘劑具有推廣的優(yōu)勢。首先，PVA膠粘劑的粘合強(qiáng)度比淀粉膠粘劑好，這主要取決于它們的結(jié)構(gòu)。聚乙烯醇的分子式是簡單的直鏈形，這使分子鏈柔軟，利于旋轉(zhuǎn)，故粘合劑的流動性就要好。而且，羥基在外側(cè)，容易與紙中的纖維素結(jié)合成氫鍵，使得粘合牢固，所以它的粘合強(qiáng)度高。而淀粉分子式的分子中有一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這使得分子鏈不便于旋轉(zhuǎn)，故它的剛性增大，膠粘劑的流動性差。而且它的羥基在環(huán)內(nèi)，故不利于膠粘劑中羥基與紙纖維形成氫鍵，使得粘合不緊密，造成粘合強(qiáng)度相對要低。其次，生產(chǎn)工藝簡單。因?yàn)镻VA膠粘劑影響質(zhì)量因素不多，氣候變化影響不大。再次，PVA膠粘接強(qiáng)度高，特別是初粘明顯好于其它膠，不跑楞，儲存期長。與普通淀粉膠粘劑相比，PVA膠粘劑的干燥速度快、粘結(jié)力強(qiáng)、流動性好、抗凝凍性強(qiáng)，液態(tài)可保存兩個(gè)月以上，是一種綜合性能優(yōu)良的復(fù)合紙箱膠粘劑。
2．PVA膠粘劑的發(fā)展趨勢
聚乙烯醇(PVA)是一種多羥基的高分子化合物，它的突出優(yōu)點(diǎn)是水溶性、無毒無害、原料易得，因而得到廣泛應(yīng)用。但PVA耐水性差，在要求較高時(shí)粘結(jié)強(qiáng)度不夠。故如何對PVA改性保證其具有耐水性，是PVA膠粘劑的發(fā)展趨勢。通常的改進(jìn)方法是利用與PVA鏈上—OH基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，比如：與醛縮合，與熱固性樹脂脫水交聯(lián)，與雙官能團(tuán)化合物二羥基甲基脲、乙二醛、乙二酸等進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，加入交聯(lián)劑硼砂、硼酸、硫酸鹽等。近年來，用二異氰酸酯交聯(lián)，較大程度地提高了PVA膠粘劑的粘結(jié)性能和耐水性能，成功地用于木材加工行業(yè)。
目前，PVA膠粘劑在紙箱行業(yè)的應(yīng)用主要有：(1)用于瓦楞紙板之間的粘合；(2)用于瓦楞紙面板的涂布等。
包裝用膠粘劑大致可分為兩種類型：一種用于生產(chǎn)包裝材料如紙板、瓦楞紙板、復(fù)合紙，另——種適用于標(biāo)簽和封口。隨著包裝行業(yè)的發(fā)展，對膠粘劑的需求必將增大，因此膠粘劑的類型會不斷變化，性能會不斷提高，而且會朝著經(jīng)濟(jì)性的環(huán)保膠粘劑發(fā)展。
