一、對膠黏劑的要求
瓦楞紙板所用的膠黏劑又稱黏合劑，它用於將瓦楞芯紙黏合到麵層和裏層箱紙板上製成瓦楞紙板。目前國外和國內先進的瓦楞紙板製造廠所用瓦楞膠黏劑的原料和配製設備已從簡單的低固形物糊漿（諸如充分蒸煮的小麥麵粉糊）發展到今天以玉米澱粉為基礎的、在全自動混合機中所製得的高固形物膠黏劑。全世界絕大多數瓦楞紙板廠的膠黏劑配方和所用的配製設備雖各不相同，但不管是什麼配方或混合設備，瓦楞膠黏劑都必須滿足下麵的要求：
（1）成本合理，原料來源廣，易於解決；
（2）易於製備並能用泵送到瓦楞紙板機並再回到儲槽；
（3）最好能適應特定用戶的要求（如防水性）；
（4）粘接必須牢固，能抵抗各種應力的作用。在箱紙板與瓦楞芯紙之間的粘接要求比紙板的纖維之間的粘接還要牢固；
（5）使用過程中不產生汙染，尤其是沒有二次汙染。
膠黏劑可以用液體形態購買直接使用，或以幹粉形態購買，在使用現場進行製備。國內小型紙箱廠仍有以矽酸鈉（水玻璃）作為膠黏劑的，雖然其優點是用水很少，但由於幹燥速度慢和粘接強度差，目前已基本從紙箱行業中淘汰。
二、膠黏劑的曆史沿革
瓦楞紙板工業最早使用的膠黏劑是經蒸煮後的澱粉或麵粉糊。配方為12～15份水和1份澱粉或麵粉。盡管這些膠黏劑的黏性很好，但由於其較高的含水量，迫使瓦楞紙板機的速度限製在5～10m/min以下。
大約在1915～1920年，國外許多瓦楞紙板廠開始改用矽酸鈉（水玻璃）代替澱粉或麵粉。這種膠黏劑可以液態形式購買後直接使用，或以幹粉形式在使用現場進行製備。與澱粉和麵粉比較，矽酸鈉的優點是不需要用水和熱能，總的成本較低，且有助於提供良好的印刷表麵。但其缺點是：
——增加了瓦楞紙板的重量
——它的磨蝕性使瓦楞輥過早地磨損
——它的幹燥速度慢，使初黏力較低
——由於矽酸鈉吸收空氣中水分而生成的氫氧化鈉會引起潮解，氫氧化鈉又與空氣中的二氧化碳反應，生成碳酸鈉與水，使瓦楞紙板黏合層脫落
——當外界環境過於幹燥時，水玻璃結膜層過於板結而發脆，易於斷裂
——紙箱的抗壓強度、耐破強度和戳穿強度均較低
矽酸鈉雖然有這些缺點，但它作為膠黏劑仍在國外一直維持到20世紀30年代中期。大約1934年，美國Stein-Hall公司的Jordan C.Bauer等人開發出了一種新型高固形物澱粉膠黏劑。雖然，在瓦楞紙板機上使用這類澱粉膠黏劑的設想可遠溯至1899年Lawrence Duerden的專利，但Bauer的研究工作使這類澱粉膠黏劑得到了商業上的應用與推廣。
Bauer使用一小部分經蒸煮過的澱粉作為懸浮劑或“載體”，以保持其餘的原澱粉處於懸浮狀態。這種作懸浮劑用的澱粉稱為載體澱粉（Carrier starch）。載體澱粉為膠黏劑提供了足夠的黏性，使之施加到芯紙的瓦楞尖上。Bauer的配方還要求使用氫氧化鈉和硼砂以改進膠黏劑的某些性能。
這個方法在原材料和工藝上現在又已作了不少改進，今天，Stein Hall公司所發明的澱粉膠黏劑兩步製備法已成為絕大多數瓦楞紙板廠典型的澱粉膠黏劑製備工藝。
我國在20世紀70年代末才開始新型澱粉膠黏劑的研製，在1984年開始推廣使用澱粉膠黏劑以替代水玻璃。目前大中型紙箱廠都已使用澱粉膠黏劑，隻有極少數小型紙箱廠仍在使用水玻璃作為膠黏劑。
下麵主要介紹這種目前廣泛使用的澱粉膠黏劑。重點介紹其原材料配方、製備方法、粘接理論和操作要點等。
三、澱粉膠黏劑
（一）名詞解釋
1.糊化點（糊化溫度）
澱粉膠黏劑的糊化點是指膠黏劑中生澱粉（即原澱粉）晶粒開始吸水並逐漸糊化（亦稱膠凝）而顯示其黏合性能的溫度。生澱粉的天然糊化溫度為65～78℃，它跟所用澱粉原料的類別有關。膠黏劑中加入一定量燒堿可降低糊化溫度，從而縮短從施加膠料到發生糊化的時間。因此膠黏劑的實際糊化溫度為60～64℃。
2.載體澱粉和主體澱粉
在Stein Hall兩步法中，將這種所製得的糊化澱粉稱為載體澱粉，未糊化的原澱粉稱為主體澱粉或生澱粉。
3.固形物含量
固形物含量的定義是總澱粉重除以每鍋總重。將更多的糊化澱粉加到生澱粉懸浮液中，將增加膠黏劑的固形物含量。增加固形物含量有利於瓦楞紙板機的生產。在用量一定時，高固形物配方總的加入到瓦楞紙板中的水分比較少。
較高的固形物含量意味著脫水和黏結點固化所需的熱能較少。少加水的最終效果是有可能加快運行速度和減少瓦楞紙板的翹曲。國外許多瓦楞紙板廠一般都使用固形物含量為23%～25％的高固形物膠黏劑。
4.剪切敏感性
澱粉天然具有觸變性。這意味著當施加剪切作用時，在一定剪切速率下，其黏度隨時間而下降。
每當瓦楞膠黏劑泵送或攪拌時，就有剪切作用發生。泵、管道摩擦、管子彎頭、攪拌器、混合器以及膠黏劑係統的計量輥與塗膠輥均對膠黏劑起剪切作用。它對膠黏劑的影響就是降低黏度。據分析，光是通過澱粉係統的循環作用，在一個班的時間內，就可將一個45s黏度的膠黏劑剪切到隻有23s。這就是為什麼許多供貨商建議所有單麵機和雙麵機的膠料係統，應減少每一批的膠黏劑量，盡量使用小儲存槽供料。當這些小儲槽的澱粉液位下降到一定點時，再從大儲槽接受新鮮的澱粉膠液。
5.儲存期（Shelf life）
儲存期是指某個膠黏劑在它開始裂解並失去其有效性之前，可儲存多少時間。防水膠黏劑的儲存期有一定限度，因為在防水劑加入到澱粉膠黏劑後8h，它耦合澱粉的能力就急劇下降。儲存期不相同也跟微生物有關係（微生物包括細菌、黴菌、酵母等）。如果膠黏劑係統有微生物問題，任何長時間儲存的膠黏劑都會使黏度受到破壞。沒有溫度黏度控製器（TVC）的係統，在經周末停產後，儲存的膠黏劑也會產生逆轉（回生）或增稠等現象。
6.黏度
黏度很可能是澱粉膠黏劑最重要的性能。它是測定膠黏劑流動阻力的一種方法。即一定量的膠黏劑通過一個固定規格小孔時所需的時間。用黏度計測定黏度時，先用手指按住漏嘴孔，將試樣倒入黏度計中，鬆開手指，同時立即按動秒表。當試樣流絲中斷再滴一滴時，停止秒表，試樣流出所用秒數即為試樣的黏度。膠黏劑的一般黏度指標範圍應為20～40s。
調節膠黏劑的黏度比較容易。減少水加入量或增加載體澱粉，均可增加膠黏劑的黏度。同樣，要降低膠黏劑的黏度，也可通過增加水量或減少載體澱粉的加入量而達到。
（二）澱粉膠黏劑的製備方法
瓦楞紙板用澱粉膠黏劑的製備方法很多，主要有氧化法和斯坦霍爾（Stein Hall）法兩種。不同的工藝配比可製得不同性能的澱粉膠黏劑，並適用於不同條件的瓦楞紙板機。
1.氧化法
氧化法製備澱粉膠黏劑又有兩種方法：一是采用普通澱粉，在製備膠黏劑的反應鍋中加入氧化劑進行氧化而製得；另一種是購入已預先製好的固體氧化澱粉，按規定要求加水進行配製而成。
氧化法所用的氧化劑有過氧化氫、次氯酸鈉和高錳酸鉀，首先將澱粉氧化至一定程度，再加堿糊化。氧化法又可分為熱製法和冷製法。熱製法生產的膠黏劑，其粘接力和防腐能力均較好，但需要現製現用，不便於儲存運輸；冷製法生產的膠黏劑便於儲存運輸，但製備技術要求較高。
用氧化法製成的澱粉膠黏劑多為普通型和快幹型，適用於單機和半機械化的瓦楞紙板機，製成的瓦楞紙板有的是進行自然幹燥，有的則通過簡單的烘幹設備加以幹燥。氧化法澱粉膠黏劑一般隻適用於小型紙箱廠。
2.斯坦霍爾（Stein-Hall）法
斯坦霍爾法即Stein-Hall公司所發明的膠黏劑製備法。澱粉膠黏劑製備普遍采用二步法，即分別配製載體澱粉和主體澱粉（生澱粉），然後加以混合。依靠上膠後的高溫使混合澱粉液中的生澱粉糊化。這種方法配製的澱粉膠黏劑適用於高速瓦楞紙板機的連續式流水作業生產線，目前國內外現代化的瓦楞紙板機基本都采用這種斯坦霍爾法製備澱粉膠黏劑。
斯坦霍爾兩步法的具體製備程序如下：
（1）第一步：製備載體澱粉（或稱糊化澱粉或熟化澱粉）。
——在載體澱粉反應鍋中放入預先計量好的水，加熱至43℃左右
——將一定量的澱粉投入載體反應鍋中，攪拌幾分鍾
——攪拌均勻後將一定濃度的燒堿溶液緩慢加入載體鍋中，邊加邊攪拌約15min
——將反應物加熱到一定溫度（一般約65～70℃），攪拌約15min，即成載體澱粉
——加入一定量冷水，使載體澱粉溫度下降到54℃左右，並使黏稠的載體澱粉稀釋，以便更容易與生澱粉液混合。
（2）第二步：製備主體澱粉（或稱生澱粉）。
——在主體反應鍋中放入一定量的水，加熱至30～35℃；
——將一定量的生澱粉加入主體反應鍋中，邊加邊攪拌，直至完全分散；
——攪拌均勻後，加入已用熱水溶解好的硼砂溶液，繼續攪拌均勻。
——最後將第一步製得的載體澱粉，在攪拌下緩慢加入到主體澱粉中，充分混合均勻，成為半透明狀的半糊化澱粉膠黏劑，送去儲存槽保溫儲存待用。為了防止成品澱粉膠中澱粉顆粒發生沉澱，必須對儲存槽中的膠黏劑不停地進行攪拌。
（三）澱粉膠黏劑的配比
典型的澱粉膠黏劑有4個配料：水、澱粉、燒堿和硼砂。有時也使用防水樹脂、防腐劑等其他配料。
1.水
水是協助澱粉膠黏劑滲入紙體的媒介。沒有水，澱粉就不可能作為膠黏劑使用。水是蒸煮載體澱粉過程中的一個組成部分。它也用作載體的冷卻和稀釋。生澱粉在室溫下不吸水，當它在黏結過程中加熱時，澱粉顆粒可吸水達到它自身重量的20倍，並膨脹到它自身容積的100倍。
2.澱粉
澱粉是瓦楞膠黏劑的重要配料。澱粉顆粒的糊化提供了黏合芯紙與箱紙板的手段。澱粉具有天然的膠黏性能。利用熱能、化學能（例如燒堿）可將澱粉溶於水中。它對紙有明顯的親和力，可起到黏結作用。
通常澱粉由兩個長鏈分子所組成。一種是像鉛筆一樣呈直線狀，稱之為直鏈澱粉。另一種是像樹木一樣呈枝椏狀，稱之為支鏈澱粉。直鏈澱粉比支鏈澱粉更易滲入紙中。直鏈的含量較高，初結合或“濕結合”的速度就較快。濕結合快，瓦楞紙板機的運行速度也可加快。因此澱粉的直鏈含量是個很重要的屬性。典型的瓦楞紙板用澱粉平均含25％直鏈和75％支鏈。
用於膠黏劑的澱粉，全世界都不相同。歐洲常用小麥和土豆作為澱粉原料，亞洲則多用大米和木薯澱粉。在美國，一般都使用玉米澱粉，因其產量大、價格便宜。
膠黏劑的質量與澱粉的質量和用量有很大關係。澱粉的細度、蛋白質和脂肪含量均影響膠黏劑的性能。澱粉易吸潮，水分不能太高，一般為12％～15％，最高可達35％。濕澱粉極易黴變，故應妥善保管，不使受潮。澱粉中的蛋白質對膠黏劑是有害的，過高的蛋白質含量易使膠黏劑起泡沫，且在堿的作用下迅速凝固，縮短儲存期，以致完全失去黏性，所以蛋白質含量一般不宜超過1％。
如上所述，在典型的Stein-Hall兩步法膠黏劑中，澱粉有兩種形式，即載體澱粉和生澱粉。載體澱粉與生澱粉懸浮液緩慢地混合成成品膠黏劑。載體澱粉在混合後的成品膠黏劑中完成其功能。
載體澱粉實際起到了生澱粉的懸浮劑作用。因為生澱粉不吸附水，如果沒有懸浮劑，它會很快地沉澱下來。冷卻了的載體澱粉可保持生澱粉顆粒的懸浮狀態，並可包含以後進行粘接時所需的水分。
載體澱粉可協助控製吸入瓦楞芯紙的水量，所以被稱之為“水的保持者（Water holdout）”。實際情況是載體澱粉使膠黏劑上膠後在瓦楞尖上“保持”住若幹水分，不這樣，這些水分很可能滲入芯紙而損失掉。而大量水分的損失則可導致懸浮液或生澱粉的不完全糊化。不完全糊化將產生白色膠料線，這是造成粘接不好的主要原因。
載體澱粉還使膠黏劑具有“濕黏性”。在粘接進行過程中，包含在載體澱粉中的若幹水分會轉移到生澱粉。此時，載體澱粉的固形物含量和黏度隨之增加，粘接強度也增加了。載體澱粉的這種濕黏性形成了在膠黏劑完全固化前將紙板連接在一起的初黏力（Green bond）。
用作載體的澱粉原料可以是生玉米澱粉或特製改性澱粉。特製改性澱粉是指經化學或遺傳改性的澱粉，目的是改進澱粉某些特性（諸如提高載體澱粉固形物含量、提高膠黏劑流變性、形成更好的薄膜或提高載體澱粉的初黏性）。當載體澱粉與生澱粉懸浮液混合時，它使膠黏劑具有了黏性。膠黏劑中載體澱粉的份額為總澱粉重的12.5%～25%和總配料的4%～6％。
在粘接過程中，生澱粉被加熱。生澱粉由於吸收膠黏劑中的水分而潤脹，最後糊化而形成最終的黏結點。這種帶初黏性（由載體澱粉所給予）的生澱粉的糊化將紙板連接起來，直到黏結點完全脫水並固化。生澱粉懸浮液是成品膠黏劑中的第二個最大組分，常占總澱粉質量的75%～87.5%和總配料的25%左右。
3.燒堿
燒堿也有許多功能，它與澱粉的反應在某種程度上可以稱之為澱粉的化學蒸煮。澱粉微粒在存在燒堿的情況下，即使在室溫下也會膨脹。當澱粉與燒堿一起蒸煮時，澱粉變得比傳統的煮後澱粉更為黏稠。這種膠黏劑施加到瓦楞紙板機上的瓦楞尖時，燒堿提供膠黏劑對紙頁的“固緊”或增濕作用。
在成品膠黏劑中，燒堿控製每批膠黏劑的糊化溫度。燒堿改變混合物的pH而糊化點（糊化溫度）又隨著混合物pH的改變而變化。澱粉膠黏劑的pH一般為10.5～12.5。