用遞變進(jìn)料工藝制備水性紙塑復(fù)膜膠的應(yīng)用研究

楊 斌，林漢昭，葉家燦

（廣州化工研究設(shè)計院，廣東 廣州 510430）

用遞變進(jìn)料工藝制備水性紙塑復(fù)膜膠的應(yīng)用研究

楊 斌，林漢昭，葉家燦

（廣州化工研究設(shè)計院，廣東 廣州 510430）

以丙烯酸酯為原材料，通過“粒子設(shè)計”，采用遞變進(jìn)料乳液聚合工藝合成丙烯酸酯乳液膠粘劑，主要用于紙塑復(fù)膜，并研究了這種工藝對乳液性能的影響.實驗結(jié)果表明，遞變進(jìn)料工藝要優(yōu)于常規(guī)的乳液聚合工藝.

粒子設(shè)計；遞變進(jìn)料；紙塑；水性復(fù)膜膠

目前，發(fā)展"低碳經(jīng)濟(jì)"已成為世界各國的共識，也已成為中國的基本國策.對我國所有企業(yè)而言，國家提出了應(yīng)對氣候變化、具有約束力的碳減排指標(biāo)，給企業(yè)增加了環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排的壓力；國外一些國家在其國內(nèi)征收碳排放稅，甚至用低碳名義征收“碳關(guān)稅”，形成新的綠色貿(mào)易壁壘.這些都為企業(yè)帶來了前所未有的挑戰(zhàn)，促使企業(yè)向著低碳的方向發(fā)展.對包裝行業(yè)而言，綠色包裝是碳減排的主要途徑.近幾年，復(fù)膜膠在印刷包裝行業(yè)得到廣泛應(yīng)用和迅速發(fā)展，目前復(fù)膜用的膠粘劑主要是溶劑型膠，其存在成本高、易燃燒、毒性大、污染嚴(yán)重等缺點［1］.在人們環(huán)保意識不斷提高、國內(nèi)外環(huán)保政策趨嚴(yán)的雙重推動下，水性復(fù)膜膠發(fā)展迅速，逐漸替代油性產(chǎn)品市場份額，并呈現(xiàn)加速替代趨勢.水性復(fù)膜膠的出現(xiàn)和快速發(fā)展，與包裝行業(yè)向綠色包裝發(fā)展緊密關(guān)聯(lián)，對其向低碳發(fā)展具有巨大的促進(jìn)作用.

本文主要介紹用“遞變進(jìn)料”工藝制備水性紙塑復(fù)膜膠的應(yīng)用研究.紙塑復(fù)膜即利用膠粘劑在紙質(zhì)印刷品表面復(fù)合一層聚丙烯或聚酯薄膜，從而使印刷品表面光亮平滑，增強(qiáng)美觀，提高耐折耐磨性，同時還起到防水、防污等作用.

1 實驗部分

1.1 原 料

苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、交聯(lián)劑、乳化劑、十二硫醇、過硫酸胺、碳酸氫納、氨水、流平劑、消泡劑，它們均為工業(yè)級.

1.2 主要設(shè)備和儀器

電熱恒溫干燥箱、ES2000電子天平、JB50－D增力電動攪拌機(jī)、ZC－18Q 超級恒溫水（油）槽、NDJ－1旋轉(zhuǎn)式粘度計.

1.3 聚合工藝

在裝有攪拌器的燒瓶中加入定量的去離子水、乳化劑，然后高速攪拌并不斷滴加丙烯酸酯混和單體，制備預(yù)乳液.按配方設(shè)計，共制備得到A和B兩份預(yù)乳液，待用.

在裝有攪拌器、溫度計、回流冷凝管和滴液漏斗的四口燒瓶內(nèi)，按配方量加入乳化劑、緩沖計、引發(fā)劑劑和一定量的去離子水，水浴加熱，通入氮氣保護(hù)，攪拌，慢慢升溫到80℃并保持恒溫，用“遞變進(jìn)料”工藝分別滴加A和B兩份預(yù)乳液及引發(fā)劑，在2 h內(nèi)滴加完畢，滴加完后，在85℃下繼續(xù)反應(yīng)1.5 h，降溫至50℃ 以下，用氨水中和，再加入流平劑、消泡劑，攪拌均勻后，過濾出料.

1.4 乳液性能測試

按GB／T 11175中的5.3規(guī)定測定PH值，按GB／T 11175中的5.4規(guī)定進(jìn)行粘度測定，按GB／T 11175中的5.2規(guī)定進(jìn)行固含量測定.

2 結(jié)果和討論

2.1 遞變進(jìn)料聚合工藝中乳化劑的研究

在乳液聚合中乳化劑是最重要的，乳化劑的種類和用量將直接影響聚合反應(yīng)的穩(wěn)定性和速度，最終影響聚合物性能.乳化劑的種類繁多，不同類型的乳液聚合對所需的乳化劑的要求也有所不同.

乳化劑用量直接影響乳液聚合過程的穩(wěn)定性.乳化劑用量太小，反應(yīng)不夠穩(wěn)定，容易產(chǎn)生凝聚物；乳化劑用量太高，雖然反應(yīng)穩(wěn)定性提高，凝聚物生成量減少，但乳液作為膠粘劑使用的時候，乳化劑分子會發(fā)生遷移，在粘接面形成一層低分子的弱界面，使粘接強(qiáng)度下降.乳液在聚合的各個階段中對乳化劑的用量需求是有所區(qū)別的，一般是反應(yīng)前期和后期需求比較少，反應(yīng)中期需求量最多.一般的聚合工藝無法在乳液聚合的各個階段對乳化劑的使用量進(jìn)行合理的分配，很難充分發(fā)揮乳化劑的效果，“遞變進(jìn)料”工藝能控制乳液聚合各個階段的乳化劑的用量，充分發(fā)揮乳化劑的效果，能大大降低乳化劑的使用量.我們在實驗室利用此工藝可以將乳化劑的用量控制在1%以下（按單體量計），并得到穩(wěn)定性和性能良好的乳液.

2.2 遞變進(jìn)料聚合工藝中功能性單體的研究

在制備乳液聚合物時，加入功能性單體能改善聚合物的粘附性、內(nèi)聚強(qiáng)度和機(jī)械性能，提高乳液的儲存穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性等.同乳化劑一樣，常規(guī)的乳液聚合工藝并不能很好地在聚合過程中對功能性單體進(jìn)行合理的分配.功能性單體分別在聚合過程的前期、中期、后期加入，對乳液性能造成的影響是有差異的.因此，應(yīng)根據(jù)實際的需要，在乳液聚合過程的各個階段，合理控制功能性單體的種類和用量，以得到性能更好的乳液聚合物.“遞變進(jìn)料”乳液聚合工藝可以很好的實現(xiàn)這個目的.

2.3 遞變進(jìn)料聚合工藝對乳液膠粘劑性能的影響

要想得到預(yù)期的、性能優(yōu)異的水性膠粘劑，除了從原材料入手外，還可以從合成工藝、反應(yīng)條件等方面入手，用不同于常規(guī)乳液聚合的聚合工藝和反應(yīng)條件等，有意識有目的地制備出具有某種特定結(jié)果形態(tài)的乳膠粒，來賦予乳液聚合物以優(yōu)異的性能和特殊的功能，以得到比常規(guī)乳液性能更好的乳液.

“遞變進(jìn)料”工藝是指在乳液聚合過程中，通過技術(shù)手段，使加入反應(yīng)器中的原料成分不斷發(fā)生有規(guī)律的遞增或遞減的變化，使得聚合物乳膠粒子的組成，從內(nèi)部到外部也在發(fā)生有規(guī)律的遞增或遞減的變化［2－3］.以丙烯酸酯為原材料，采用“遞變進(jìn)料”乳液聚合工藝，通過對乳液的乳膠粒子進(jìn)行設(shè)計，可以實現(xiàn)控制乳膠粒結(jié)構(gòu)形態(tài)、功能基團(tuán)在乳膠粒內(nèi)部和表面上的分布、助劑在聚合各個階段的使用量，從而影響乳液的乳膠粒的直徑及粒度分布、分子量大小和分布等，進(jìn)而改變制備乳液的性能.在配方不變的條件下，僅改變聚合工藝，合成的乳液從外觀到內(nèi)在的差別明顯，見表1.

紙塑復(fù)膜粘合涉及到非極性與極性的兩種不同的表面，要將非極性的聚丙烯或聚酯薄膜牢固地粘貼在極性紙張印刷品表面是比較困難的，對所用膠粘劑性能有較高要求，而且隨著包裝行業(yè)的發(fā)展，其要求也越來越高.對于非極性的薄膜，其表面能低，比較難粘接，極性低的共聚物對其粘結(jié)性較好；而印刷品表面則有較強(qiáng)的極性，極性高的共聚物對其粘結(jié)性好，通過“粒子設(shè)計”，利用“遞變進(jìn)料”乳液聚合工藝，可以很好的實現(xiàn)極性單體和非極性單體的嵌段共聚，實現(xiàn)極性基團(tuán)和非極性基團(tuán)在乳液乳膠粒中的合理分布，從而大大改善膠粘劑對非極性薄膜和極性印刷品的粘結(jié)強(qiáng)度.在配方不變的條件下，僅改變聚合工藝，合成的乳液膠粘劑經(jīng)水性復(fù)膜機(jī)測試的結(jié)果如表2.

表1 不同聚合工藝對乳液性能的影響

表2 不同聚合工藝對乳液作為復(fù)膜膠性能的影響

2.4 制備的水性復(fù)膜膠的主要性能指標(biāo)

利用“遞變進(jìn)料”乳液聚合工藝，所制備的水性復(fù)膜膠的主要性能指標(biāo)列于表3.

表3 所制備的水性復(fù)膜膠的主要性能指標(biāo)

3 結(jié) 論

通過“粒子設(shè)計”，利用“遞變進(jìn)料”乳液聚合工藝制備的水性紙塑復(fù)膜膠經(jīng)多家印刷廠試用，效果良好.應(yīng)用實驗表明，該水性復(fù)膜膠粘接力強(qiáng)、光澤高、脫墨效果好，符合其各項生產(chǎn)指標(biāo)要求.

［1］曹同玉，劉慶普，胡金生.聚合物乳液合成原理性能及應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［2］張洪濤，黃錦霞.乳液聚合新技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［3］龔輩凡.國內(nèi)水性復(fù)膜膠生產(chǎn)狀況及未來市場分析［J］.中國膠粘劑信息，2008（2）：22－24.

Study on power feed method and its application in paper－plastic emulsion adhesive

YANG Bin，LIN Han－zhao，YE Jia－can
（Guangzhou Research ＆ Design Institute of Chemical Industry，Guangzhou 510430，China）

Acrylic emulsion adhesive for paper－plastic lamination was research used acrylates as raw material，through power feed method and colloidal particle design.And the effect of using power feed method and colloidal particle design on latex properties was studied.The results show that power feed method is better than common emulsion polymerization.

colloidal particle design；power feed；paper－plastic；water－borne laminating adhesive

TQ433

A

1673－9981（2010）04－0470－03

2010－10－21

楊斌（1980—），男，廣東揭陽人，工程師，碩士研究生.