卷烟胶的发展与展望

杜郢 董艳艳 王海青

（常州大学石油化工学院，江苏 常州 213164）

卷烟胶的发展与展望

杜郢 董艳艳 王海青

（常州大学石油化工学院，江苏 常州 213164）

综述了PVAc乳液、VAE乳液在卷烟工业中的应用以及存在的缺陷；概述了改性淀粉作为卷烟用胶粘剂的优缺点及改性淀粉胶粘剂作为合成胶粘剂的替代品在卷烟工业领域应用的重要性；详细阐述了各种改性方法的研究现状及存在的问题，并指出了卷烟胶的发展趋势。

卷烟胶；PVAc乳液；VAE乳液；改性淀粉；胶粘剂

我国是卷烟生产和消费大国，卷烟系列胶耗用量也居世界第一。国内卷烟胶的研制与开发始于20世纪70年代，当时国内生产设备简陋，卷烟机速较低，对卷烟胶质量要求不高，一般的淀粉及其衍生物即可满足卷烟生产的工艺需求。随着卷烟技术的发展，传统的淀粉及其衍生物因为固含量低、耐水性差[1～3]已经不能满足工业生产的需求。一般的淀粉胶粘剂被PVAc乳液胶、VAE乳液胶所代替。乳液胶直接参与烟支燃烧，在吸食燃烧的温度下，释放出有毒气体，对人们的身体带来危害，而且还造成口感异味。

卷烟胶要求胶质细、流动性好[4]，同时还应无毒、无味、无污染[5]以保证烟的品质，因此乳液胶已不能满足人们对环保的需求。近年来，随着人们环保意识的增强，淀粉也随之再次进入人们的视线。淀粉为绿色产品，是应用广泛的可再生天然高分子材料[6～9]，对人体无害。研究人员通过对淀粉进行物理、化学、生物等改性方法使淀粉胶粘剂的性能得到很大改善。

1 卷烟工业中的用胶现状

卷烟胶包括搭口胶、中缝胶、过滤棒胶、贴税花胶、小盒封包胶、大盒包装胶等。搭口胶应用于烟支纵向接口处，是卷烟工业中最重要的胶粘剂。

我国的卷烟搭口胶是在聚醋酸乙烯（PVAc）乳液的基础上发展起来的[10]。目前国内已研制出的卷烟用搭口胶主要是乳液胶，除了PVAc乳液，还有醋酸乙烯-乙烯共聚乳液（VAE），这2种乳液胶的价格高，安全性低，燃烧时释放出的气体影响到烟支的品质和口感。为此，使用天然淀粉制备卷烟胶粘剂已成为研究热点。

1.1 PVAc乳液卷烟用胶

聚醋酸乙烯（PVAc）乳液（白乳胶）合成工艺简单，以醋酸乙烯为主单体，以聚乙烯醇（PVA）为保护胶体，以水为分散介质，经乳液聚合而成。PVAc乳液具有无味、使用方便、节省资源等特点。

单组分的PVAc乳液在卷烟工业应用中存在一定的缺陷，如耐水性、耐寒性、稳定性差等。同时，由于它玻璃化温度较高，初粘性低，干后烟支手感不好，而不能适用于高速卷烟机。为了提高其性能，人们对其进行了改性，改性后的乳液胶性能虽然有所提高，但是成本也随之提高。

1.2 VAE乳液卷烟用胶

醋酸乙烯-乙烯（VAE）共聚乳液是目前最主要的卷烟用搭口胶。与PVAc乳液相比，VAE乳液具有更好的粘接强度，其固化速度更快、耐碱性、耐久性更好。

近年来，随着卷烟机速的提升，卷烟工业对卷烟胶的性能有了更高的要求。虽然VAE乳液的性能良好，但是其胶膜的耐水性低，耐溶剂性和耐酸碱性不太理想。因此现在大多数的卷烟用搭口胶都是以VAE为基质，再做进一步的改性处理得到性能优异的高速卷烟胶。

而搭口胶直接参与燃烧，当达到一定温度时，挥发物与主流烟气会一同吸入人体，对健康造成危害。随着经济技术和社会的进步，人们对健康问题日益关注，对香烟燃烧时释放的成分进行分析和检测，对于香烟成分的规定也越来越严格。因此烟草企业不得不寻找一种天然的粘合剂来代替人工合成的粘合剂，淀粉正是一种合适的替代品。

1.3 改性淀粉卷烟用胶

淀粉由于其纯天然的特性，燃烧气味与纸张相似，对卷烟吸味的影响极小。淀粉胶粘剂因其来源丰富，价格低廉，天然环保，越来越受到卷烟行业的关注[11] 。

随着高速卷烟机的大批量引进，利用原淀粉制备的胶粘剂已经不能满足卷烟工业的需要，必须克服其初粘性低、干燥速度慢、贮存稳定性差等缺陷，方能适应高速生产线，被卷烟行业重新接受。人们通过氧化、醚化、交联、接枝等手段对原淀粉进行改性，制得了改性淀粉胶粘剂，使其性能有了很大改进。

2 改性淀粉卷烟胶的研究发展状况

改性淀粉胶的历史最早起源于西欧1804年出现的英国胶，1811年Kirchhoff创立了淀粉的酸糖化法[12]。20世纪90年代国际上已出现了高速卷烟机用改性淀粉胶粘剂[13～18]。近年来，改性淀粉发展迅速，各种改性淀粉胶大量涌现[19～21]。目前，国内的改性淀粉胶粘剂在卷烟工业上的应用尚处于起步阶段，报道的主要有氧化改性淀粉胶、酯化改性淀粉胶、交联改性淀粉胶和PVA接枝改性淀粉胶等。

2.1 氧化改性淀粉胶粘剂

氧化改性淀粉胶[22]主要是通过氧化作用，使淀粉葡萄糖的苷键部分断裂，使淀粉大分子结构官能团发生变化，聚合度降低。在反应过程中，淀粉的羟基被氧化成羧基、醛基和羰基，提高了胶液与卷烟纸的粘接性；同时，随着分子链的断裂，分子质量减小，亲合力和水溶性增加，从而制备出高固含量的胶粘剂，使干燥速度得以提高。

林险峰[23]以玉米淀粉为主要原料，经过预糊化、电化学氧化、加碱糊化等手段进行化学改性，制备出具有透明性和一定初粘性的改性玉米淀粉粘合剂。探讨了氧化方法对实验结果的影响及氧化剂H2O2、KMnO4、NaClO在工业生产中存在的缺陷，如药品残留量大，污染严重，尤其是在用NaClO做氧化剂时，会释放出有毒的Cl2，指出电化学氧化法才是未来生产的努力方向。

黄向红[24]以不同的氧化剂高锰酸钾、次氯酸钠和双氧水分别制备了玉米淀粉胶粘剂，考查了不同氧化剂对淀粉胶黏度的影响。结果表明，氧化反应对产品的黏度、初粘性及稳定性有很大的影响。高锰酸钾氧化能力强，用量相对少些，次氯酸钠用量较大。

2.2 酯化改性淀粉胶粘剂

酯化改性淀粉胶[25～27]是把淀粉中的羟基与其他物质发生化学反应而生成新的官能团，从而提高淀粉胶的贮存稳定性、粘接强度，进而扩大其应用范围。工业上常用的酯化剂有二元酸、脲醛树脂、醋酸酐等。

孙建平[28]等以淀粉为原料，醋酸酐为改性剂，合成了酯化改性淀粉胶。由于酯化反应使淀粉发生了部分交联，所以改性后的淀粉黏度增大，防霉和防潮性能得到了提高，贮存稳定性也变得更好。

2.3 接枝改性淀粉胶粘剂

淀粉通过化学助剂进行引发，可以和丁二烯、丙烯酸、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等发生接枝反应，连接上高分子单体的支链，生成接枝共聚物。由于引入了高分子的特性，改性后的淀粉胶粘剂的初粘性显著增强。

杜拴丽[29]等以聚乙烯醇和淀粉为主要原料，次氯酸钠为氧化剂，过硫酸钾为引发剂，制备了一种不含甲醛、环保的改性淀粉胶粘剂，并探讨了改性机理，考查了聚乙烯醇与淀粉的配比对胶粘剂性能的影响。

杨利敏[30]将玉米淀粉用次氯酸钠、硼砂氧化，再与PVA接枝反应，然后加入VAE707和乳化剂进行乳化反应，并补加单体和引发剂，保温反应，最后过滤得到卷烟搭口胶。此方法制得的卷烟胶在经济、环保、吸味等方面有很大的改进。但该方法仍以聚醋酸乙烯酯为主，并没有真正解决高聚物的残毒和吸味问题。

2.4 交联改性淀粉胶

交联改性淀粉胶是利用淀粉与具有2个或2个以上官能团的化合物反应，使不同淀粉分子羟基间连接在一起，得到目标产物。经过交联改性后的淀粉胶粘剂耐水性和膜强度均有所改善。

谢启明[32]等通过控制氧化条件、pH值和温度，制得了羧基含量高、淀粉分子解聚度低、氧化度适中的性能优良的氧化玉米淀粉。经氢氧化钠冷糊化，再加入三偏磷酸钠进行交联，用量为淀粉的3%为宜。聚乙烯醇与交联后的淀粉磷酸酯有良好的共容性，改善了胶的初粘性、干燥速度和粘接强度，聚乙烯醇的量占淀粉的15%，各项性能符合卷烟胶的生产指标。

查正根[33]等通过糊化、氧化、交联的方法对玉米淀粉进行改性，制得变性淀粉胶，极大地改善了淀粉胶的流动性和快干性。实验用到的氧化剂是次氯酸钠，其用量占淀粉的70%，由于次氯酸钠不稳定，在反应过程中会释放出氯气，对环境造成了污染。

3 发展与展望

随着人们对绿色环保的要求及卷烟胶质量标准越来越严格，卷烟生产用胶正向低毒、环保、高性能的方向发展，改性淀粉无疑是最佳选择。

尽管近些年有很多学者致力于改性淀粉的研究，但真正能满足高速卷烟机生产的改性淀粉胶还很少。能满足生产线要求的还是以合成胶为主。

因此，今后的研究重点应放在以淀粉为主要原料，开发更有效的天然、无毒改性剂，提高原淀粉胶的乳液固含量，改善初粘性，使其能够快速固化以适应高速卷烟机生产，实现真正意义的绿色环保。

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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，硕士，教授，从事水性聚氨酯等胶粘剂的研究。E-mail：duying622@163.com。

董艳艳（1990～），女，硕士，主要从事淀粉、聚酯等胶粘剂的研究。E-mail：gudong718@126.com。