卷煙膠的發展與展望

杜郢 董艷艷 王海青

（常州大學石油化工學院，江蘇 常州 213164）

卷煙膠的發展與展望

杜郢 董艷艷 王海青

（常州大學石油化工學院，江蘇 常州 213164）

綜述了PVAc乳液、VAE乳液在卷煙工業中的應用以及存在的缺陷；概述了改性淀粉作為卷煙用膠粘劑的優缺點及改性淀粉膠粘劑作為合成膠粘劑的替代品在卷煙工業領域應用的重要性；詳細闡述了各種改性方法的研究現狀及存在的問題，并指出了卷煙膠的發展趨勢。

卷煙膠；PVAc乳液；VAE乳液；改性淀粉；膠粘劑

我國是卷煙生產和消費大國，卷煙系列膠耗用量也居世界第一。國內卷煙膠的研制與開發始于20世紀70年代，當時國內生產設備簡陋，卷煙機速較低，對卷煙膠質量要求不高，一般的淀粉及其衍生物即可滿足卷煙生產的工藝需求。隨著卷煙技術的發展，傳統的淀粉及其衍生物因為固含量低、耐水性差[1～3]已經不能滿足工業生產的需求。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。

卷煙膠要求膠質細、流動性好[4]，同時還應無毒、無味、無污染[5]以保證煙的品質，因此乳液膠已不能滿足人們對環保的需求。近年來，隨著人們環保意識的增強，淀粉也隨之再次進入人們的視線。淀粉為綠色產品，是應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行物理、化學、生物等改性方法使淀粉膠粘劑的性能得到很大改善。

1 卷煙工業中的用膠現狀

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。搭口膠應用于煙支縱向接口處，是卷煙工業中最重要的膠粘劑。

我國的卷煙搭口膠是在聚醋酸乙烯（PVAc）乳液的基礎上發展起來的[10]。目前國內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。

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）為保護膠體，以水為分散介質，經乳液聚合而成。PVAc乳液具有無味、使用方便、節省資源等特點。

單組分的PVAc乳液在卷煙工業應用中存在一定的缺陷，如耐水性、耐寒性、穩定性差等。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。為了提高其性能，人們對其進行了改性，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度，其固化速度更快、耐堿性、耐久性更好。

近年來，隨著卷煙機速的提升，卷煙工業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。因此現在大多數的卷煙用搭口膠都是以VAE為基質，再做進一步的改性處理得到性能優異的高速卷煙膠。

而搭口膠直接參與燃燒，當達到一定溫度時，揮發物與主流煙氣會一同吸入人體，對健康造成危害。隨著經濟技術和社會的進步，人們對健康問題日益關注，對香煙燃燒時釋放的成分進行分析和檢測，對于香煙成分的規定也越來越嚴格。因此煙草企業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，天然環保，越來越受到卷煙行業的關注[11] 。

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

2 改性淀粉卷煙膠的研究發展狀況

改性淀粉膠的歷史最早起源于西歐1804年出現的英國膠，1811年Kirchhoff創立了淀粉的酸糖化法[12]。20世紀90年代國際上已出現了高速卷煙機用改性淀粉膠粘劑[13～18]。近年來，改性淀粉發展迅速，各種改性淀粉膠大量涌現[19～21]。目前，國內的改性淀粉膠粘劑在卷煙工業上的應用尚處于起步階段，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斷裂，使淀粉大分子結構官能團發生變化，聚合度降低。在反應過程中，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，經過預糊化、電化學氧化、加堿糊化等手段進行化學改性，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驗結果的影響及氧化劑H2O2、KMnO4、NaClO在工業生產中存在的缺陷，如藥品殘留量大，污染嚴重，尤其是在用NaClO做氧化劑時，會釋放出有毒的Cl2，指出電化學氧化法才是未來生產的努力方向。

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。結果表明，氧化反應對產品的黏度、初粘性及穩定性有很大的影響。高錳酸鉀氧化能力強，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發生化學反應而生成新的官能團，從而提高淀粉膠的貯存穩定性、粘接強度，進而擴大其應用范圍。工業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。由于酯化反應使淀粉發生了部分交聯，所以改性后的淀粉黏度增大，防霉和防潮性能得到了提高，貯存穩定性也變得更好。

2.3 接枝改性淀粉膠粘劑

淀粉通過化學助劑進行引發，可以和丁二烯、丙烯酸、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等發生接枝反應，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。

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，過硫酸鉀為引發劑，制備了一種不含甲醛、環保的改性淀粉膠粘劑，并探討了改性機理，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，然后加入VAE707和乳化劑進行乳化反應，并補加單體和引發劑，保溫反應，最后過濾得到卷煙搭口膠。此方法制得的卷煙膠在經濟、環保、吸味等方面有很大的改進。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 交聯改性淀粉膠

交聯改性淀粉膠是利用淀粉與具有2個或2個以上官能團的化合物反應，使不同淀粉分子羥基間連接在一起，得到目標產物。經過交聯改性后的淀粉膠粘劑耐水性和膜強度均有所改善。

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良的氧化玉米淀粉。經氫氧化鈉冷糊化，再加入三偏磷酸鈉進行交聯，用量為淀粉的3%為宜。聚乙烯醇與交聯后的淀粉磷酸酯有良好的共容性，改善了膠的初粘性、干燥速度和粘接強度，聚乙烯醇的量占淀粉的15%，各項性能符合卷煙膠的生產指標。

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

3 發展與展望

隨著人們對綠色環保的要求及卷煙膠質量標準越來越嚴格，卷煙生產用膠正向低毒、環保、高性能的方向發展，改性淀粉無疑是最佳選擇。

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

因此，今后的研究重點應放在以淀粉為主要原料，開發更有效的天然、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高速卷煙機生產，實現真正意義的綠色環保。

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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。