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          浅谈乳液型纸塑复合粘合剂的研究制备

          来源:云更新 时间:2020-02-10 09:02:55 浏览次数:

          浅谈乳液型纸塑复合粘合剂的研究制备

          :以丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、醋酸乙烯酯为主要原料,以丙烯酸为功能单体,采用预乳化种子乳液聚合法成功合成了性能优良的醋丙乳液纸塑复合粘合剂。讨论了单体的选择、VAc用量、引发剂、乳化剂以及功能单体的用量等因素对乳液性能的影响。研究结果表明,VAC用量为45~50%,乳化剂用量为单体总量的3%,功能单体用量为6%时,制备的乳液具有较好的纸塑粘接性能。 关键词:丙烯酸酯乳液;醋酸乙烯酯;乳液聚合;纸塑复合;粘合剂

          中图分类号:TQ437.2? 文献标识码:A? 文章编号:1001-5922(2010)11-0053-03

          纸塑复合是利用粘合剂将聚丙烯(简称BOPP)、涤纶(PET)或聚氯乙烯(PVC)薄膜与纸张印刷品复合在一起。复合后的印刷品不仅光亮美观,而且更能耐光、耐热、耐水,广泛应用于装饰建材、包装材料、精装书籍、产品宣传广告等领域。纸塑复合中使用的粘合剂,通常称为复膜胶,其性能的优劣对印刷品覆膜的质量起决定性作用。过去国内使用的溶剂型纸塑复合粘合剂使用甲苯等有毒溶剂,不仅有损操作者的身体健康,危害环境,而且产品稳定性差,放置后易出现起皱、起泡、干固等现象,目前已逐渐被淘汰。市场上所使用的纸塑复合粘合剂除少量的溶剂型外,水基乳液型粘合剂已成为主流。

          本文根据分子设计原理,以VA

            C、B

            A、2-EHA为主要原料,在单体中引入适当的交联单体AA,以提高乳液的内聚强度。然后从粒子设计角度,采用了预乳化种子乳液聚合工艺,优化反应条件,研制出一种新型醋-丙乳液型纸塑复合粘合剂。该复膜胶可以在经过电晕处理后的BOPP薄膜上面涂膜,乳液的铺展性能良好,具有工艺简单、稳定性好、粘接强度高、安全无毒、使用方便等特点。

          1实验部分

          1.1主要原料和仪器

          丙烯酸丁酯(BA),分析纯,天津市福晨化学试剂厂;醋酸乙烯(VAc),分析纯,上海山浦化工有限公司;丙烯酸异辛酯(2-EHA),工业品,市售;丙烯酸(AA),分析纯,成都科龙化工试剂厂;壬基酚聚氧乙烯醚(OP-10),工业品,江苏省海安石化有限公司;十二烷基硫酸钠(SDS),分析纯,天津登丰化学品有限公司;过硫酸铵(APS),分析纯,天津市北辰方正试剂厂;氨水,分析纯,广州化学试剂厂;去离子水,自制。

          有机制备仪,江苏省高邮市长城科教仪器厂;JJ-1型增力电动搅拌器,江苏金坛市科兴仪器厂;DK-98-1型电热恒温水浴锅,天津市泰斯特仪器有限公司;NDJ-4旋转黏度计,上海市精科天平厂;电热鼓风干燥箱,上海市实验仪器总厂;BLD-200S型电子拉力机,济南兰光机电技术有限公司。

          1.2乳液的合成

          向单口烧瓶中按一定比例加入B

            A、VA

            C、2-EH

            A、A

            A、去离子水、OP-10和SDS复合乳化剂,在25℃下搅拌45min,得到乳白色预乳化液,备用。

          向装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的三口烧瓶中加入一定量的去离子水、预乳液及少量APS引发剂,升温至75℃,乳液出现淡蓝色,待单体回流完毕,乳液颜色变为乳白色,然后升温至78℃,开始滴加剩余的预乳化液,控制滴加速度,在2.5~3h内滴加完,同时滴加引发剂,待预乳化液滴加完毕,升温至80℃并恒温,保温搅拌1h,自然降温至50℃,用氨水调节pH值至6~7,过滤,出料。

          1.3性能测试

          (1)外观:目测。

          (2)氢离子浓度指数:用pH广泛试纸测定。

          (3)固含量:称取一定量的乳液,放入温度(temperature)为105℃的烘箱内,恒温2h,再称重,与原乳液质量相比求出乳液的固含量。

          (4)黏度:采用NDJ-4旋转黏度计测量。

          (5)剥离强度:根据GB/T2791—1995,测定T型剥离强度。将所得的复膜胶均匀涂在BOPP膜上,薄膜宽25mm,覆在彩色印刷品上,室温25℃放置24h,在电子拉力机上测试T型剥离强度。

          (6)涂膜吸水性:将乳液涂覆在聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene)板上,并在烘箱中烘干后剥下,称量干膜质量为m,然后将其完全浸入去离子水中,24h后取出,用滤纸吸干表面的水分,称取质量为m,计算乳液涂膜的吸水性η为:

          η/%=(m-m)/m×100

          2结果与讨论

          2.1单体的选择(xuanze)与配方设计

          乳液共聚物的玻璃化温度T是决定粘合剂性能的重要因素,T可以根据FOX公式进行计算。实验证明,T高的硬单体对薄膜亲合力较差,T低的软单体对薄膜亲合力较好。但是,若在配方中只用软单体,则聚合物内聚强度很低,胶层软,复膜后产品(Product)耐蠕变性很差,薄膜易脱层起皱。而加入适量的硬单体,软硬单体可以优势互补,聚合物的内聚强度会得到大大增强,胶层的耐蠕变性大为改善。当然,硬单体加入量太大,粘合剂对薄膜亲合力也会大幅度下降。乳液本身所具有的粘附性能与内聚力的平衡,可以通过不同比例的单体共聚来实现。

          因此,配方设计中应该以软单体为主,再配合适量的硬单体。另外,纸塑复合的2个界面极性相差很大,一面是非极性的聚丙烯薄膜(薄而软的透明薄片),一面是极性较强的纸张表层。还应加入适量丙烯酸、羟甲基丙烯酰胺等功能单体,以提高乳液的稳定性,赋予胶膜自交联特性,调节聚合物极性及提高胶膜的内聚力和耐溶剂性、耐水性等性能。

          除上述原因外,选择单体还应兼顾价廉、易得的特性。因此本实验选用丙烯酸丁酯(BA)和丙烯酸异辛酯(2-EHA)为软单体,醋酸乙烯酯(VAc)为硬单体,丙烯酸(AA)为功能单体。

          2.2VAc用量对乳液性能的影响

          当功能单体用量为5%,改变软硬单体配比,对粘接性能的影响见表1。表1表明,随着硬单体VAc用量的增加,剥离强度增大,当VAc用量为单体用量的45%时,乳液剥离强度达到,为4.5N/25mm。随着VAc含量的继续增加,聚合物内聚力下降,致使剥离强度下降。另外,VAc用量的增加,也使聚合反应过程中的凝聚物减少,白度减弱,蓝光增强,乳液变得更为细腻。表2数据表明,VAc用量为45%~50%时,粘合剂的粘接性能较好。

          表1

          2.3乳化剂种类及其用量对乳液性能的影响

          在乳液聚合中,乳化剂虽不直接参与反应,但其种类和浓度直接影响(influence)到引发速率和链增长速率,对聚合反应的速度、乳胶粒子的大小和聚合产物的相对分子质量都有影响。丙烯酸酯共聚物乳液所用乳化剂多为阴离子型和非离子型的复合体系。阴离子型乳化剂含有亲水基团,非离子型乳化剂则以氢键来获得水溶性,且其CMC值较低。当把2种乳化剂按一定比例混合使用时,可以得到粒径小且稳定的聚合物乳液,同时可改善胶膜的透明性。一般阴离子乳化剂用量较少,非离子型乳化剂用量较大,这样制得的乳液稳定性好。因此,实验选用十二烷基硫酸钠和OP-10的复合体系作乳化剂,2者比例为1∶2。

          复合乳化剂的用量对乳液型纸塑复合胶的黏度、稳定性以及粘接强度均有影响。随着复合乳化剂用量的增加,稳定性提高,但用量过高或过低均会降低粘接强度。实验发现,当乳化剂用量为3%左右(占单体总量质量分数)时,乳液无结块,呈乳白色,并有蓝光,稳定性很好。

          表2

          2.4功能单体对乳液性能的影响(influence)

          纸塑复膜胶乳液中,醋酸乙烯酯和丙烯酸酯的共聚物是线性聚合物,为了提高内聚强度,可以采用内交联和外交联的方式。由于外交联不稳定(解释:稳固安定;没有变动)容易迁移,所以一般采用内交联的方法,即通过加入功能单体共聚。本实验采用强极性的丙烯酸(AA)为功能单体,在成膜过程中发生交联反应,实现聚合物分子的自身交联,可提高乳液的内交联强度和抗蠕变能力,从而提高粘接强度、胶膜的耐溶剂性和耐水性能。采用相同反应条件,改变功能单体用量,实验结果见图1。从图1可知,随着AA用量的增加,乳液的剥离强度随之增加;但当AA用量超过6%时,乳液的流动性变差,黏度变大。随着AA含量的继续增大,乳液的剥离强度有所下降。从图1还可知,胶膜的吸水性也是随着丙烯酸含量的增加而变大,从侧面说明了胶膜的极性增加,耐水性变差。综合来看,功能单体AA的用量为6%时,乳液的综合性能。

          图1

          3结论

          (1)选用丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯作为软单体,醋酸乙烯酯作为硬单体,丙烯酸为功能单体,软硬单体比例为45∶50~50∶45时,聚合反应过程中的凝聚物较少,具有明显的蓝光,乳液细腻,且剥离强度,达4.4~4.5N/25mm。

          (2)当乳化剂用量为单体用量的3%时,乳液呈乳白色,有蓝光,性能较好。

          (3)引入具有双官能团的丙烯酸(AA)作为功能单体,使线性共聚物进行交联。经过电晕处理的BOPP膜,表面含有大量的极性基团,丙烯酸中的-COOH能与这些基团形成化学键,提高粘接强度。同时,随着丙烯酸用量的增加,胶膜的吸水性也随之升高。丙烯酸用量为单体用量的6%时,乳液的综合性能。

          参考文献

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