胡明進(jìn)

(曲阜師范大學(xué) 工學(xué)院，山東 日照 276800)

隨著環(huán)保呼聲的日益高漲及相關(guān)國家環(huán)保政策的制定執(zhí)行，包裝行業(yè)封口用粘合劑正由有機(jī)溶劑型向水型轉(zhuǎn)變。包裝材料的多樣性，決定了目前包裝行業(yè)封口粘合劑仍以溶劑型或半溶劑型為主，水性封口粘合劑適用材料僅限于紙箱及紙板等紙類基材，因此開發(fā)適應(yīng)以塑料薄膜為基材的環(huán)保型水性粘合劑已迫在眉睫。

1 實(shí)驗(yàn)與過程

1.1 主要儀器

NDJ-1旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，HTS-BLY2500萬能材料試驗(yàn)儀，真空烘箱，分析天平。

1.2 性能測試

(1)初粘力：取乳液或粘合劑1g，均勻涂布在5cm×5cm卡紙上，干燥五分鐘后，用手指輕輕觸動(dòng)，感覺初粘力。

(2)剝離強(qiáng)度：根據(jù)GBT7122-2014標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

(3)耐凍性實(shí)驗(yàn)：取20g乳液，放入50mL燒杯中，放入一定溫度的冰箱中冷凍6h，取出后于室溫放置2h，對比原乳液和乳液融化后外觀狀態(tài)確定耐凍性。

(4)耐水性測試，將乳液涂在透明玻璃上，室溫干燥24h后，放入水中浸泡24h，通過觀測膠膜發(fā)白，發(fā)皺發(fā)粘程度來判斷乳液耐水性。

1.3 丙烯酸乳液的合成[1]

以丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸甲酯為主單體，丙烯酸羥乙酯和丙烯酸為功能單體，以雙丙酮丙烯酰胺和己二酸二酰肼為交聯(lián)劑，采用種子乳液聚合法合成了丙烯酸乳液，具體配方如下：甲基丙烯酸甲酯5%，丙烯酸丁酯38%，丙烯酸1%，丙烯酸羥乙酯1.5%，過硫酸銨4‰，復(fù)合乳化劑0.5%，雙丙酮丙烯酰胺和己二酸二酰肼各0.3%[2]。

1.4 結(jié)果與討論

1.4.1 VAE乳液的選用及與自制丙烯酸乳液的配比設(shè)計(jì)

目前，復(fù)合包裝用塑料多為聚乙烯或聚丙烯，VAE乳液由乙烯和乙酸乙烯酯在高壓狀態(tài)下經(jīng)氣液兩相共聚而成，乙烯在聚合物中起內(nèi)增塑的作用，共聚物中的乙烯成分與聚乙烯或聚丙烯結(jié)構(gòu)相似。依據(jù)相似相溶原則，VAE乳液對塑料表面具有較好的潤濕性，且初粘力好，品種多樣，VAE乳液中的705和707型號(hào)中乙烯含量較高，且粘度大，因此本實(shí)驗(yàn)選用VAE705和VAE707作為封口膠主體材料進(jìn)行試驗(yàn)。

以VAE乳液和自制丙烯酸乳液為粘合物質(zhì)，改變比例，進(jìn)行如下試驗(yàn)(見表1)：

表1 不同乳液配比對性能的影響

實(shí)驗(yàn)表明，隨自制乳液用量的增加，粘合劑的初粘性增加，同時(shí)粘合劑的耐水性和耐凍性增強(qiáng)，繼續(xù)增加自制乳液的用量，粘合劑的剝離強(qiáng)度降低。這主要是因?yàn)?，自制乳液中含有交?lián)劑雙丙酮丙烯酰胺和己二酸二酰肼，該交聯(lián)劑在室溫涂膜后緩慢進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，形成一定程度的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加了膠膜的耐水性，同時(shí)自制乳液中主要單體為丙烯酸丁酯，玻璃化溫度較低，對VAE乳液起增塑作用，進(jìn)一步增加用量，由于塑性太大，降低了產(chǎn)品的內(nèi)聚力，綜合考慮各種因素，選用VAE70g、自制乳液30g做粘合劑配方進(jìn)一步進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)VAE705和VAE707性能無明顯差別，考慮到后續(xù)要應(yīng)用松香乳液，可能會(huì)降低粘合劑整體粘度，因此實(shí)驗(yàn)選用粘度較大的VAE707乳液。

1.4.2 VAE松香乳液用量的確定

在VAE用量35g、自制乳液用量15g的前提下，改變松香乳液的用量，具體配比見 表2。

表2 VAE松香乳液用量對粘合性能的影響

由表2可以看出你，隨著松香乳液用量的增加，膠合劑粘度逐漸下降，初粘力逐漸增加，剝離強(qiáng)度增大，耐水性增強(qiáng)。這主要是因?yàn)樗上闶切》肿游镔|(zhì)的乳液，本身粘度較低，隨著用量的增加，配方中的水分含量增加，此外松香乳液中還有乳化劑，因此粘度降低，特別是用量達(dá)10g后，粘度急劇降低。耐水性提高的原因是因?yàn)樗上惚旧聿蝗苡谒?，是疏水性物質(zhì)。松香是目前最好的增粘物質(zhì)，分子結(jié)構(gòu)中有極性的羧基，因此隨松香的增加，剝離強(qiáng)度逐漸增加，考慮到松香的加入，引入了表面活性劑及電解質(zhì)，對后續(xù)的增稠不利，本實(shí)驗(yàn)松香的最佳用量為8g。

1.4.3 增稠劑的種類及用量的確定

在VAE用量35g、自制乳液用量15g，松香乳液的用量8g的前提下，對目前常見的商業(yè)增稠劑進(jìn)行了選擇實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，纖維素、聚丙烯酰胺及聚氨酯類增稠劑的增稠效果不明顯，涂料用聚丙烯酸乳液增稠劑對該實(shí)驗(yàn)增稠效果明顯，因此本實(shí)驗(yàn)采用丙烯酸乳液增稠劑，具體用量及對性能影響如表3。

表3 丙烯酸乳液增稠劑用量對粘度的影響

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，隨著增稠劑用量的增加，粘合劑的粘度急劇增加，當(dāng)用量達(dá)0.7g時(shí)，粘度達(dá)到機(jī)器涂布粘度，繼續(xù)增加粘度不利于機(jī)器涂布，由于增稠劑的保水性能，增稠劑用量太多使得粘合劑的干燥速度變慢，不利于快速涂布，綜合考慮，增稠劑的用量為0.7g。

1.4.4 潤濕劑的種類及用量的確定

在VAE用量35g，自制乳液用量15g，松香乳液的用量8g，增稠劑用量0.7g的前提下，對潤濕劑進(jìn)行了選擇，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ABO潤濕劑，快速滲透劑T，有機(jī)硅潤濕劑都能明顯降低粘合劑的表面張力，使粘合劑均勻涂布，但ABO潤濕劑，快速滲透劑T的加入影響粘合劑的剝離強(qiáng)度，因此本實(shí)驗(yàn)采用有機(jī)硅潤濕劑，具體用量如表4。

表4 潤濕劑用量對性能的影響

由表可以看出，潤濕劑的用量對涂布均勻性沒有明顯影響，隨潤濕劑用量增加，剝離強(qiáng)度增大，當(dāng)用量達(dá)0.4g時(shí)，剝離強(qiáng)度不再增加，繼續(xù)增加用量會(huì)增加生產(chǎn)成本，本實(shí)驗(yàn)選用0.4g。

1.4.5 消泡劑及增塑劑用量的確定

為防止使用過程中產(chǎn)生泡沫，對粘合帶來不影響，根據(jù)廠家建議，添加2‰的有機(jī)硅消泡劑。為進(jìn)一步增加初粘性及最低使用溫度并保持環(huán)保，本實(shí)驗(yàn)添加2%的檸檬酸酯增塑劑。

1.4.6 環(huán)保封口膠的最終性能

環(huán)保封口膠的最終性能見表5。

表5 環(huán)保封口膠的最終性能

2 結(jié)論

以VAE乳液復(fù)配自制丙烯酸乳液為高分子材料，加入松香乳液、增塑劑、增稠劑、潤濕劑、消泡劑，通過一系列實(shí)驗(yàn)及性能測試，制備了性能優(yōu)良的水性環(huán)保封口膠，封口膠配方為：VAE35g、自制乳液15g，松香乳液8g，增稠劑0.7g，潤濕劑0.4g，消泡劑2‰。增塑劑2%，和目前市場上銷售的油性或半油性粘合劑相比，該膠的剝離強(qiáng)度和干燥速度還存在不足，但該膠沒有任何污染，符合環(huán)保要求，對出口紙塑產(chǎn)品和食品、醫(yī)藥包裝的封口，具有重要的意義。