卷煙膠的發(fā)展與展望

杜郢 董艷艷 王海青

（常州大學(xué)石油化工學(xué)院，江蘇 常州 213164）

卷煙膠的發(fā)展與展望

杜郢 董艷艷 王海青

（常州大學(xué)石油化工學(xué)院，江蘇 常州 213164）

綜述了PVAc乳液、VAE乳液在卷煙工業(yè)中的應(yīng)用以及存在的缺陷；概述了改性淀粉作為卷煙用膠粘劑的優(yōu)缺點(diǎn)及改性淀粉膠粘劑作為合成膠粘劑的替代品在卷煙工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的重要性；詳細(xì)闡述了各種改性方法的研究現(xiàn)狀及存在的問題，并指出了卷煙膠的發(fā)展趨勢。

卷煙膠；PVAc乳液；VAE乳液；改性淀粉；膠粘劑

我國是卷煙生產(chǎn)和消費(fèi)大國，卷煙系列膠耗用量也居世界第一。國內(nèi)卷煙膠的研制與開發(fā)始于20世紀(jì)70年代，當(dāng)時國內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備簡陋，卷煙機(jī)速較低，對卷煙膠質(zhì)量要求不高，一般的淀粉及其衍生物即可滿足卷煙生產(chǎn)的工藝需求。隨著卷煙技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的淀粉及其衍生物因?yàn)楣毯康汀⒛退圆頪1～3]已經(jīng)不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。一般的淀粉膠粘劑被PVAc乳液膠、VAE乳液膠所代替。乳液膠直接參與煙支燃燒，在吸食燃燒的溫度下，釋放出有毒氣體，對人們的身體帶來危害，而且還造成口感異味。

卷煙膠要求膠質(zhì)細(xì)、流動性好[4]，同時還應(yīng)無毒、無味、無污染[5]以保證煙的品質(zhì)，因此乳液膠已不能滿足人們對環(huán)保的需求。近年來，隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，淀粉也隨之再次進(jìn)入人們的視線。淀粉為綠色產(chǎn)品，是應(yīng)用廣泛的可再生天然高分子材料[6～9]，對人體無害。研究人員通過對淀粉進(jìn)行物理、化學(xué)、生物等改性方法使淀粉膠粘劑的性能得到很大改善。

1 卷煙工業(yè)中的用膠現(xiàn)狀

卷煙膠包括搭口膠、中縫膠、過濾棒膠、貼稅花膠、小盒封包膠、大盒包裝膠等。搭口膠應(yīng)用于煙支縱向接口處，是卷煙工業(yè)中最重要的膠粘劑。

我國的卷煙搭口膠是在聚醋酸乙烯（PVAc）乳液的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的[10]。目前國內(nèi)已研制出的卷煙用搭口膠主要是乳液膠，除了PVAc乳液，還有醋酸乙烯-乙烯共聚乳液（VAE），這2種乳液膠的價格高，安全性低，燃燒時釋放出的氣體影響到煙支的品質(zhì)和口感。為此，使用天然淀粉制備卷煙膠粘劑已成為研究熱點(diǎn)。

1.1 PVAc乳液卷煙用膠

聚醋酸乙烯（PVAc）乳液（白乳膠）合成工藝簡單，以醋酸乙烯為主單體，以聚乙烯醇（PVA）為保護(hù)膠體，以水為分散介質(zhì)，經(jīng)乳液聚合而成。PVAc乳液具有無味、使用方便、節(jié)省資源等特點(diǎn)。

單組分的PVAc乳液在卷煙工業(yè)應(yīng)用中存在一定的缺陷，如耐水性、耐寒性、穩(wěn)定性差等。同時，由于它玻璃化溫度較高，初粘性低，干后煙支手感不好，而不能適用于高速卷煙機(jī)。為了提高其性能，人們對其進(jìn)行了改性，改性后的乳液膠性能雖然有所提高，但是成本也隨之提高。

1.2 VAE乳液卷煙用膠

醋酸乙烯-乙烯（VAE）共聚乳液是目前最主要的卷煙用搭口膠。與PVAc乳液相比，VAE乳液具有更好的粘接強(qiáng)度，其固化速度更快、耐堿性、耐久性更好。

近年來，隨著卷煙機(jī)速的提升，卷煙工業(yè)對卷煙膠的性能有了更高的要求。雖然VAE乳液的性能良好，但是其膠膜的耐水性低，耐溶劑性和耐酸堿性不太理想。因此現(xiàn)在大多數(shù)的卷煙用搭口膠都是以VAE為基質(zhì)，再做進(jìn)一步的改性處理得到性能優(yōu)異的高速卷煙膠。

而搭口膠直接參與燃燒，當(dāng)達(dá)到一定溫度時，揮發(fā)物與主流煙氣會一同吸入人體，對健康造成危害。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)和社會的進(jìn)步，人們對健康問題日益關(guān)注，對香煙燃燒時釋放的成分進(jìn)行分析和檢測，對于香煙成分的規(guī)定也越來越嚴(yán)格。因此煙草企業(yè)不得不尋找一種天然的粘合劑來代替人工合成的粘合劑，淀粉正是一種合適的替代品。

1.3 改性淀粉卷煙用膠

淀粉由于其純天然的特性，燃燒氣味與紙張相似，對卷煙吸味的影響極小。淀粉膠粘劑因其來源豐富，價格低廉，天然環(huán)保，越來越受到卷煙行業(yè)的關(guān)注[11] 。

隨著高速卷煙機(jī)的大批量引進(jìn)，利用原淀粉制備的膠粘劑已經(jīng)不能滿足卷煙工業(yè)的需要，必須克服其初粘性低、干燥速度慢、貯存穩(wěn)定性差等缺陷，方能適應(yīng)高速生產(chǎn)線，被卷煙行業(yè)重新接受。人們通過氧化、醚化、交聯(lián)、接枝等手段對原淀粉進(jìn)行改性，制得了改性淀粉膠粘劑，使其性能有了很大改進(jìn)。

2 改性淀粉卷煙膠的研究發(fā)展?fàn)顩r

改性淀粉膠的歷史最早起源于西歐1804年出現(xiàn)的英國膠，1811年Kirchhoff創(chuàng)立了淀粉的酸糖化法[12]。20世紀(jì)90年代國際上已出現(xiàn)了高速卷煙機(jī)用改性淀粉膠粘劑[13～18]。近年來，改性淀粉發(fā)展迅速，各種改性淀粉膠大量涌現(xiàn)[19～21]。目前，國內(nèi)的改性淀粉膠粘劑在卷煙工業(yè)上的應(yīng)用尚處于起步階段，報道的主要有氧化改性淀粉膠、酯化改性淀粉膠、交聯(lián)改性淀粉膠和PVA接枝改性淀粉膠等。

2.1 氧化改性淀粉膠粘劑

氧化改性淀粉膠[22]主要是通過氧化作用，使淀粉葡萄糖的苷鍵部分?jǐn)嗔眩沟矸鄞蠓肿咏Y(jié)構(gòu)官能團(tuán)發(fā)生變化，聚合度降低。在反應(yīng)過程中，淀粉的羥基被氧化成羧基、醛基和羰基，提高了膠液與卷煙紙的粘接性；同時，隨著分子鏈的斷裂，分子質(zhì)量減小，親合力和水溶性增加，從而制備出高固含量的膠粘劑，使干燥速度得以提高。

林險峰[23]以玉米淀粉為主要原料，經(jīng)過預(yù)糊化、電化學(xué)氧化、加堿糊化等手段進(jìn)行化學(xué)改性，制備出具有透明性和一定初粘性的改性玉米淀粉粘合劑。探討了氧化方法對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響及氧化劑H2O2、KMnO4、NaClO在工業(yè)生產(chǎn)中存在的缺陷，如藥品殘留量大，污染嚴(yán)重，尤其是在用NaClO做氧化劑時，會釋放出有毒的Cl2，指出電化學(xué)氧化法才是未來生產(chǎn)的努力方向。

黃向紅[24]以不同的氧化劑高錳酸鉀、次氯酸鈉和雙氧水分別制備了玉米淀粉膠粘劑，考查了不同氧化劑對淀粉膠黏度的影響。結(jié)果表明，氧化反應(yīng)對產(chǎn)品的黏度、初粘性及穩(wěn)定性有很大的影響。高錳酸鉀氧化能力強(qiáng)，用量相對少些，次氯酸鈉用量較大。

2.2 酯化改性淀粉膠粘劑

酯化改性淀粉膠[25～27]是把淀粉中的羥基與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成新的官能團(tuán)，從而提高淀粉膠的貯存穩(wěn)定性、粘接強(qiáng)度，進(jìn)而擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。工業(yè)上常用的酯化劑有二元酸、脲醛樹脂、醋酸酐等。

孫建平[28]等以淀粉為原料，醋酸酐為改性劑，合成了酯化改性淀粉膠。由于酯化反應(yīng)使淀粉發(fā)生了部分交聯(lián)，所以改性后的淀粉黏度增大，防霉和防潮性能得到了提高，貯存穩(wěn)定性也變得更好。

2.3 接枝改性淀粉膠粘劑

淀粉通過化學(xué)助劑進(jìn)行引發(fā)，可以和丁二烯、丙烯酸、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等發(fā)生接枝反應(yīng)，連接上高分子單體的支鏈，生成接枝共聚物。由于引入了高分子的特性，改性后的淀粉膠粘劑的初粘性顯著增強(qiáng)。

杜拴麗[29]等以聚乙烯醇和淀粉為主要原料，次氯酸鈉為氧化劑，過硫酸鉀為引發(fā)劑，制備了一種不含甲醛、環(huán)保的改性淀粉膠粘劑，并探討了改性機(jī)理，考查了聚乙烯醇與淀粉的配比對膠粘劑性能的影響。

楊利敏[30]將玉米淀粉用次氯酸鈉、硼砂氧化，再與PVA接枝反應(yīng)，然后加入VAE707和乳化劑進(jìn)行乳化反應(yīng)，并補(bǔ)加單體和引發(fā)劑，保溫反應(yīng)，最后過濾得到卷煙搭口膠。此方法制得的卷煙膠在經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、吸味等方面有很大的改進(jìn)。但該方法仍以聚醋酸乙烯酯為主，并沒有真正解決高聚物的殘毒和吸味問題。

2.4 交聯(lián)改性淀粉膠

交聯(lián)改性淀粉膠是利用淀粉與具有2個或2個以上官能團(tuán)的化合物反應(yīng)，使不同淀粉分子羥基間連接在一起，得到目標(biāo)產(chǎn)物。經(jīng)過交聯(lián)改性后的淀粉膠粘劑耐水性和膜強(qiáng)度均有所改善。

謝啟明[32]等通過控制氧化條件、pH值和溫度，制得了羧基含量高、淀粉分子解聚度低、氧化度適中的性能優(yōu)良的氧化玉米淀粉。經(jīng)氫氧化鈉冷糊化，再加入三偏磷酸鈉進(jìn)行交聯(lián)，用量為淀粉的3%為宜。聚乙烯醇與交聯(lián)后的淀粉磷酸酯有良好的共容性，改善了膠的初粘性、干燥速度和粘接強(qiáng)度，聚乙烯醇的量占淀粉的15%，各項(xiàng)性能符合卷煙膠的生產(chǎn)指標(biāo)。

查正根[33]等通過糊化、氧化、交聯(lián)的方法對玉米淀粉進(jìn)行改性，制得變性淀粉膠，極大地改善了淀粉膠的流動性和快干性。實(shí)驗(yàn)用到的氧化劑是次氯酸鈉，其用量占淀粉的70%，由于次氯酸鈉不穩(wěn)定，在反應(yīng)過程中會釋放出氯氣，對環(huán)境造成了污染。

3 發(fā)展與展望

隨著人們對綠色環(huán)保的要求及卷煙膠質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，卷煙生產(chǎn)用膠正向低毒、環(huán)保、高性能的方向發(fā)展，改性淀粉無疑是最佳選擇。

盡管近些年有很多學(xué)者致力于改性淀粉的研究，但真正能滿足高速卷煙機(jī)生產(chǎn)的改性淀粉膠還很少。能滿足生產(chǎn)線要求的還是以合成膠為主。

因此，今后的研究重點(diǎn)應(yīng)放在以淀粉為主要原料，開發(fā)更有效的天然、無毒改性劑，提高原淀粉膠的乳液固含量，改善初粘性，使其能夠快速固化以適應(yīng)高速卷煙機(jī)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)真正意義的綠色環(huán)保。

[1]Wadym Jarowenko.Starch based adhesives[M]. New York: National Starch and Chemical, 1994:28-32.

[2]Pizzi A,et al.Theory and practice of the preparation of law formal dehydee mission[J].U F Adhesive,Holzforschung,1994,48(3):254-261.

[3]吳鳴建,沈國鵬,劉家永,等.高速卷煙膠的研究[J].鄭州工學(xué)院學(xué)報,1996,17(3):21-24.

[4] 李和平,李夢琴,葛鴻,等.VAc-BA多元共聚乳液型高速卷煙接裝膠粘劑的研制[J].中國膠粘劑,1996,6(2):38-39.

[5]Anthony H Conner.Carbohydrates in adhesives introduction and history perspectives[J].Forest Service,1995(4):35-37.

[6]Milwaukee W I．Natural adhesives from novel sources[J]．Technical Papers,2008(1):589-591．

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

[8]Sumin Kim,Hyun-Joong Kim．Effect of addition of polyvinyl acetate to melamine- formaldehyde resin on the adhesin and formaldehyde emission in engineered flooring[J]．International Journal of Adhesion & Adhesives,2005,12(25):456-461．

[9]Scopelities E,Pizzi A.Urea-resorcinol-formaldehyde adhesives of low resorcind content[J]．Journal of Applied Polymer Science,2003,48(12):2135-2146．

[10]王海榮.高速卷煙膠的研制[J].貴州化工,2002,27(6):21-23.

[11]吳勇.環(huán)保型特種淀粉膠粘劑的開發(fā)與應(yīng)用[J].木薯精細(xì)化工,2001,3(2):77-80.

[12]沈建平.內(nèi)墻涂料用淀粉粘合劑生產(chǎn)工藝研究[J].涂料工業(yè),1993(4):19-21.

[13]賴克霍德化學(xué)公司.淀粉質(zhì)粘合劑：CN,1135231A[P].1996-11-6.

[14]American Maize Technology,Inc. Dimmitt,Tex.Adheseive composition for cigarette seams: US,5490875[P].1996-02-13.

[15]Warmerdam,Theo W Nolten,et al.Starchbasedadhesive:US,5529619[P].1996-06-25.

[16]Rsuddi. Factors improving the steeping of corngrains[J].Starch,1981,33(1):7-9.

[17]Mooney Neil T, Liddle,Judith M,et al.Starch based natural adhesive susedincigarette manufacture:US,5085228[P].1992-02-04.

[18]Foran,Michael,Schoenberg,et al.Water resistant f o r m a l d e h y d e-f r e e c o r r u g a t i n g a d h e s i v e compositions:US,5190996[P].1993-03-02.

[19]Pan Zhong-Li,Cathcart A,Wang Dong-Hai．Thermai and chemical treatments to improve adhesive property of r i c e b r a n[J]．I n d u s t r i a l C r o p s a n d Products,2005,22(3):233-240．

[20]Aryee F N A,Oduro I,Ellis W O,et al．The physicochemical properties of flour samples from the roots o f 3 l v a r i e t i e s o f c a s s a v a[J]．F o o d Control,2006,17(11):9l6-922．

[21]Barikani M,Mohammadi M．Synthesis and characterization of starch-modified polyurethane [J]．Carbohydrate Polymers,2007,68(4):773-780．

[22]徐州益,徐英,章愛華.氧化玉米淀粉膠的化學(xué)改性及穩(wěn)定性研究[J].湘潭大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),1994,16(4):29-31.

[23]林險峰,龐振祥.不同氧化方法生產(chǎn)改性玉米淀粉粘合劑的比較研究[J].吉林師范大學(xué)學(xué)報,2004(4):8-10.

[24]黃向紅.不同氧化劑制備玉米淀粉膠粘劑的比較研究[J].實(shí)驗(yàn)與研究, 2002,2(3): 60-61.

[25]朱立華.三醋酸淀粉酯的制備研究[J].食品工業(yè)科技,2003(1):53-61.

[26]龍劍英,龍翔云,葉國楨.pH值對淀粉酯化反應(yīng)的影響[J].廣西大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2001,26(4)：48-51.

[27]丁宏坤,許曉秋,李景慶,等.高取代度淀粉醋酸酯的制備研究[J].化學(xué)工業(yè)與工程,2002,19(6):426-429.

[28]孫建平,吳洪才,胡友慧.酯化變性淀粉的制備與應(yīng)用性能[J].高分子材料與工程,2003,19(3):102-105.

[29]杜拴麗,張春燕.改性聚乙烯醇/淀粉無醛膠粘劑的研究[J].中國膠粘劑,2004(1):11-13.

[30]楊麗敏.玉米淀粉改性高速卷煙搭口膠的研究與開發(fā)[D].昆明:昆明理工大學(xué), 2007.

[31]俞麗珍.抗氧化鋁箔襯紙復(fù)合用淀粉膠的研制[J].化工時刊,2005,19(6):8-11.

[32]謝啟明,李璐,羅琴.氧化改性玉米淀粉卷煙膠的研制[J].楚雄師范學(xué)院學(xué)報,2002,17(3):57-60．

[33]陶寧,查正根,夏鶯鶯.速粘快干改性淀粉膠的研究[J].新技術(shù)新工藝,2000(3):38-40.

Development and prospect of cigarette adhesives

DU Ying,DONG Yan-yan,WANG Hai-qing
(Institute of Petrochemical Technology,Changzhou,Jiangsu 213164,China)

As an important material in cigarette production, the cigarette adhesive has a direct impact on the quality of cigarette. The application and defects of PVAc and VAE emulsions in the cigarette industry were reviewed in this paper. The advantages and disadvantages of modified starch as the cigarette adhesives and the importance of modified starch adhesives as a substitute for the synthetic adhesives in cigarette industry were summarized. The research status and existing problems of various modification methods of the modified starch adhesives were introduced in detail, and the developing trend of cigarette adhesives was pointed out.

TQ432.2

A

1001-5922（2015）03-0088-04

2014-04-02

杜郢（1957-），女，碩士，教授，從事水性聚氨酯等膠粘劑的研究。E-mail：duying622@163.com。

董艷艷（1990～），女，碩士，主要從事淀粉、聚酯等膠粘劑的研究。E-mail：gudong718@126.com。