功能助劑對(duì)煙用水基膠的性能影響的應(yīng)用研究

董全江，朱國健，關(guān) 明，李英會(huì)

（頤中（青島）實(shí)業(yè)有限公司，山東 青島 266021）

功能助劑對(duì)煙用水基膠的性能影響的應(yīng)用研究

董全江，朱國健*，關(guān) 明，李英會(huì)

（頤中（青島）實(shí)業(yè)有限公司，山東 青島 266021）

隨著卷煙技術(shù)的發(fā)展以及消費(fèi)者需求的提高，新型卷煙材料層出不窮，卷煙要求也越來越嚴(yán)格，因此需要上機(jī)適用性更好的煙用水基膠。功能助劑的加入有助于提高煙用水基膠的上機(jī)適用性。通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)及上機(jī)試驗(yàn)對(duì)不同功能助劑的作用和用量進(jìn)行討論與研究。討論了潤濕劑、交聯(lián)劑和增塑劑等在煙用水基膠中的作用，并確定了其用量應(yīng)分別控制在0.1%～0.2%、0.1%～0.15%、0.1%～0.15%。

煙用水基膠；潤濕劑；交聯(lián)劑；增塑劑

前言

隨著卷煙設(shè)備的快速發(fā)展，為提高生產(chǎn)效率，卷煙機(jī)的設(shè)計(jì)車速已從十幾年前的4000～5000支/min提高到目前的10000～16000支/min。與此同時(shí)，卷煙材料也得到了改進(jìn)，根據(jù)消費(fèi)者的不同需求，各種卷煙材料層出不窮。對(duì)煙用水基膠的質(zhì)量要求也越來越嚴(yán)格，不僅要達(dá)到無色、無毒、無異味、無刺激味[1～4]，還要能在適當(dāng)溫度下快速粘合固化，粘合后的接頭必須牢固，具有一定的防濕、耐濕和防污染特性。因此，需要上機(jī)適用性更好的煙用水基膠。

上機(jī)適用性良好的煙用水基膠能夠在極大程度上解決卷煙過程中出現(xiàn)的泡皺、漏氣以及包裝紙翹邊、裂口等問題。功能助劑的加入有助于提高煙用水基膠的上機(jī)適用性。煙用水基膠中常用的功能助劑有潤濕劑、交聯(lián)劑和增塑劑[5]等。潤濕劑能使固體物料更易被液體浸濕。通過降低其表面張力或界面張力，使液體能展開在固體物料表面上，或透入其表面，而把固體物料潤濕。交聯(lián)劑是一種能在線型分子間起架橋作用，從而使多個(gè)線型分子相互鍵合交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并促進(jìn)或調(diào)節(jié)聚合物分子鏈間共價(jià)鍵或離子鍵形成的物質(zhì)。增塑劑可以很好地增高煙用水基膠的玻璃化溫度，增加煙用水基膠的脆性，改善臟車、臟刀現(xiàn)象，但過高的玻璃化溫度不利于卷煙的粘接，因此增塑劑的選擇顯得尤為重要。

本文針對(duì)煙用水基膠的應(yīng)用展開研究，通過不同功能助劑的對(duì)比，得到其對(duì)煙用水基膠的上機(jī)適用性的影響，從而確定功能助劑在煙膠生產(chǎn)過程中起到的改善作用，并針對(duì)不同功能助劑的作用和用量進(jìn)行討論與研究，為提高卷煙膠的上機(jī)適用性提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

去離子水，自制；不同醋酸乙烯-乙烯共聚乳液（VAE），工業(yè)級(jí)，市售；聚乙烯醇（PVA），化學(xué)純，市售；不同潤濕劑，工業(yè)級(jí)，市售；不同交聯(lián)劑，工業(yè)級(jí)，市售；不同增塑劑，工業(yè)級(jí)，市售。

1.2 儀器

數(shù)顯黏度計(jì)：DV-Ⅱ+型黏度計(jì)（美國BROOKFIELD博力飛）；涂-4杯：NDJ-5型黏度計(jì)（上海衡平儀器儀表廠）；可調(diào)控溫電熱套：KDM型（山東鄄城華魯電熱儀器有限公司）；電動(dòng)攪拌器：JJ-1型（上海梅香儀器有限公司）；接觸角測(cè)量?jī)x：OCA20型（德國Dataphysics公司）；卷煙機(jī)：PROTOS型（常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司）；四口燒瓶：1000mL；5mL注射器；15mL樣品瓶。

1.3 樣品制備

在裝有攪拌器、滴液漏斗和溫度計(jì)的四口燒瓶里，加入去離子水、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液（VAE）、聚乙烯醇（PVA），升溫至35～40℃，攪拌溶解，通過滴液漏斗分別加入不同的潤濕劑、交聯(lián)劑、塑化劑，勻速分散1h。待分散完全，出料。

1.4 性能測(cè)試

外觀按照GB/T11175-2002標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。

黏度的測(cè)定 在25±0.5℃下按照 GB/T2794-1995[6]標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。

接觸角的測(cè)定，采用接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)量不同水基膠對(duì)卷煙紙的浸潤情況。將水基膠滴于卷煙紙表面，5s后測(cè)定接觸角，數(shù)據(jù)采集方式為量角法。

干燥速度的測(cè)定，將水基膠均勻涂抹在卷煙紙上，開始計(jì)時(shí)，用相同材質(zhì)卷煙紙進(jìn)行粘接，并施加相同壓力，3s后撕開粘接面，能夠破壞卷煙紙材質(zhì)時(shí)停止計(jì)時(shí)。

流動(dòng)性的測(cè)定，在25±0.5℃下，試樣從涂-4杯流出的情況[7,8]。

1.5 上機(jī)實(shí)驗(yàn)

在PROTOS型卷煙機(jī)上對(duì)制得的合格樣品進(jìn)行試驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同潤濕劑對(duì)水基膠浸潤能力的影響

在卷煙生產(chǎn)過程中，為了提高施膠性能，會(huì)在接裝紙中添加表面施膠劑，從而達(dá)到改善上機(jī)適用性的目的[9]。而在相同的接裝紙前提下，含有不同潤濕劑的水基膠的潤濕效果也不一樣。本文在相同接裝紙上對(duì)含有不同潤濕劑的接嘴膠進(jìn)行接觸角測(cè)量，得到表1所示結(jié)果。

表1 不同接嘴膠和接裝紙的接觸角Table 1 The contact angle between different cigarette glues and paper

根據(jù)接觸角測(cè)量?jī)x的原理得出：測(cè)得的接觸角越小表明接嘴膠的潤濕性越好[10～13]，對(duì)接裝紙的滲透越好，從而具有更好的粘接性能，潤濕劑的加入使得煙用接嘴膠能夠更好地適用于不同特質(zhì)的接裝紙。通過在煙廠PROTOS型卷煙機(jī)上試驗(yàn)，對(duì)測(cè)量和推理結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 不同接嘴膠的上機(jī)試驗(yàn)結(jié)果Table 2 The test results of different waterborne adhesive

由表2可知，潤濕劑4#的潤濕效果最好，上機(jī)試驗(yàn)時(shí)，卷煙機(jī)能夠開到正常車速，產(chǎn)出的產(chǎn)品和正常卷煙產(chǎn)品一致。

下面對(duì)潤濕劑的用量進(jìn)行討論，詳見表3。

表3 潤濕劑用量對(duì)比試驗(yàn)Table 3 The contrast test of wetting agent

由表3可以看出隨著潤濕劑用量的增加，產(chǎn)品黏度變化不大，接觸角變化相對(duì)較明顯，在用量0.1%～0.2%之間時(shí)水基膠的接觸角較理想，潤濕性較好，當(dāng)潤濕劑用量加大時(shí)，不僅增大了潤濕劑的投入，也增加了上膠量，從而增加了生產(chǎn)成本，所以潤濕劑用量選擇控制在0.1%～0.2%之間。

2.2 不同交聯(lián)劑對(duì)水基膠適用性的影響

在粘接性方面，為適應(yīng)高速卷煙的粘接需求，利用水基膠帶有的醛基、羧基基團(tuán)，進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，形成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而提升水基膠的初黏性、粘結(jié)力、干燥速度等。下面對(duì)加有不同交聯(lián)劑的包裝膠進(jìn)行對(duì)比。

表4 不同交聯(lián)劑的包裝膠性能對(duì)比Table 4 The comparison of packing adhesive containing different kinds of crosslinking agents

不同交聯(lián)劑對(duì)包裝膠的干燥速度和黏度都有影響，最終結(jié)果還需要上機(jī)檢驗(yàn)。在PROTOS型卷煙機(jī)對(duì)應(yīng)的GDX2包裝機(jī)上對(duì)含有不同交聯(lián)劑的水基膠進(jìn)行上機(jī)試驗(yàn)。得到結(jié)果如下：

表5 不同包裝膠上機(jī)對(duì)比Table 5 The comparison of different packaging adhesive in practical production

由上表可知加有3#交聯(lián)劑的包裝膠在上機(jī)試驗(yàn)時(shí)，粘接基本正常，試驗(yàn)產(chǎn)品與正常產(chǎn)品基本一致。

對(duì)交聯(lián)劑用量進(jìn)行討論，結(jié)果如下表：

表6 交聯(lián)劑用量對(duì)比試驗(yàn)Table 6 The comparison of different dosages of crosslinking agent

由表6可以看出隨著交聯(lián)劑用量的增加，產(chǎn)品黏度增加、粘結(jié)強(qiáng)度增大、干燥速度加快，但隨用量的加大出現(xiàn)增稠現(xiàn)象，在用量增大到0.2%時(shí)，放置72h有增稠，最終交聯(lián)劑用量應(yīng)控制在0.1%～0.15%。

2.3 不同增塑劑對(duì)水基膠適用性的影響

針對(duì)卷煙生產(chǎn)過程中存在的臟車、臟刀以及初黏差等問題，本文對(duì)增塑劑的選擇與用量進(jìn)行研究與討論。首先配制不同增塑劑的接嘴膠，如表7所示。

表7 不同增塑劑接嘴膠對(duì)比Table 7 The comparison of cigarette adhesive containing different plasticizers

由表7可知，1#干燥速度較長(zhǎng)，2#和3#干燥速度相近。干燥速度快的接嘴膠初黏性較好，在正常車速下，漏氣現(xiàn)象較少，因此，2#和3#增塑劑的使用會(huì)使煙支漏氣情況得到改善。

對(duì)三種接嘴膠進(jìn)行上機(jī)試驗(yàn)，結(jié)果如下：

表8 不同接嘴膠上機(jī)對(duì)比Table 8 The comparison of different cigarette adhesives in practical production

表7和表8得知，不同增塑劑對(duì)接嘴膠的臟車情況有影響，不同增塑劑對(duì)接嘴膠的玻璃化溫度的影響不同，玻璃化溫度較高的1#和2#要比玻璃化溫度較低的3#的臟車情況好。原因在于玻璃化溫度的增加有利于提高接嘴膠使用時(shí)的脆性，從而可以更好地被毛刷從切刀上刷下來，減少臟車和臟刀的情況。但是過高的玻璃化溫度不利于接裝紙的粘接，因此合適的增塑劑與合適的用量顯得尤為重要。

選擇相對(duì)表現(xiàn)較好的2#增塑劑，對(duì)其用量進(jìn)行如下討論：

表9 增塑劑用量對(duì)比試驗(yàn)Table 9 The comparison of different dosages of plasticizer

由表9可以看出隨著增塑劑用量的增加，產(chǎn)品黏度增加、粘結(jié)強(qiáng)度增大、干燥速度加快，但因隨用量的加大出現(xiàn)增稠現(xiàn)象，在用量增大到0.2%時(shí)，水基膠開始黏稠，最終增塑劑用量應(yīng)控制在0.1%～0.15%。

3 結(jié)論

（1）通過研究不同潤濕劑對(duì)煙用接嘴膠性能的影響得到：用量角法測(cè)得的接觸角越小表明水基膠的潤濕性越好，對(duì)接裝紙的滲透越好，從而具有更好的粘接性能，潤濕劑的加入使得煙用接嘴膠能夠更好地適用于不同特質(zhì)的接裝紙。在生產(chǎn)中潤濕劑用量選擇控制在0.1%～0.2%之間。

（2）通過研究不同交聯(lián)劑對(duì)煙用包裝膠性能的影響得到：交聯(lián)劑的加入有利于增加產(chǎn)品黏度、增大粘結(jié)強(qiáng)度、加快干燥速度。但隨交聯(lián)劑用量的加大，煙用包裝膠出現(xiàn)增稠現(xiàn)象，在用量增大到0.2%時(shí)，放置72h有增稠，因此最終交聯(lián)劑用量控制在0.1%～0.15%。

（3）通過研究不同增塑劑對(duì)煙用接嘴膠性能的影響得到：不同增塑劑對(duì)煙用接嘴膠的玻璃化溫度及初黏性的影響不同，所以選擇合適的增塑劑是關(guān)鍵。此外，隨著增塑劑用量的增大，產(chǎn)品黏度變大，干燥速度變快，初黏性變好，在用量增大到0.2%時(shí)，煙用接嘴膠開始黏稠，最終增塑劑用量控制在0.1%～0.15%。

［1］ 楊寶武．國內(nèi)卷煙膠生產(chǎn)概況［J］．中國膠粘劑,1993（6）：20～21．

［2］ 劉呈焰,李箐,符明泉．高速卷煙膠的研制［J］．中國膠粘劑, 2001,10（2）:20～21．

［3］ 王海榮．高速卷煙膠的研制［J］．貴州化工,2002,27（6）:21～23．

［4］ 陳元武．FHX-2高速卷煙膠粘劑的制備［J］．中國膠粘劑, 2001,10（2）:22～24．

［5］ 譚正德,譚波．水性高速卷煙膠的制備［J］．化學(xué)與黏合,2005, 27（4）:206～209．

［6］ 全國膠粘劑標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)GB/T2794-1995膠粘劑黏度的測(cè)定［S］．北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1995．

［7］ 趙海英．高速卷煙機(jī)用膠粘劑的研制［J］．內(nèi)蒙古石油化工, 2001,27（1）:5～6．

［8］ 游激,顏邦民,胡倫明．卷煙膠生產(chǎn)中黏度的控制［J］．化學(xué)與黏合,2009,31（4）:54～56．

［9］ 成培芳,王秋利,王立軍．接觸角法測(cè)評(píng)紙張表面施膠聚合物的性能［J］．國際造紙,2006,25（2）:27～31．

［10］ 杜文琴,巫瑩柱．接觸角測(cè)量的量高法和量角法的比較［J］．紡織學(xué)報(bào),2007,28（7）:29～32．

［11］ 丁曉峰,管蓉,陳沛智．接觸角測(cè)量技術(shù)的最新進(jìn)展［J］．理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè),2008,44（2）:84～89．

［12］ 熊艷,賈志海,蔡小舒．圖像分析法測(cè)量液滴接觸角［J］．計(jì)測(cè)技術(shù),2010,30（2）:9～11．

［13］ 高明奇,紀(jì)朋,顧亮,等．濕潤性能對(duì)水基膠與煙用紙張適用性影響的應(yīng)用研究［J］．中國膠粘劑,2016（5）：56～58．

The Application of the Effects of Additives on the Performance of Waterborne Adhesive for Cigarette

DONG Quan-jiang,ZHU Guo-jian,GUAN Ming and LI Ying-hui
（Etsong Qingdao Industiral Co.,Ltd.,Qingdao 266021,China）

With the development of the technologies of cigarette and the rising of consumers’demands,the new cigarette materials are becoming more and more,and the requirement for the cigarettes is becoming stricter．Therefore,waterborne adhesives for cigarette with better applicability are required．The applicability of waterborne adhesive for cigarette is improved by adding additives．The effect and dosage of different additives are studied and discussed through the laboratory experiment and practical test．The effects of wetting agent,crosslinking agent and plasticizer on waterborne adhesives for cigarette are discussed．The dosages of these additives are confirmed respectively as follows:0．1%～0．2%,0．1%～0．15%and 0．1%～0．15%．

Waterborne adhesives for cigarette;wetting agent;crosslinking agent;plasticizer

TQ436.5

A

1001-0017（2017）02-0115-04

2016-11-21

董全江（1975-），男，山東即墨人，工程師，研究方向：煙用水基膠乳液聚合。

*通訊聯(lián)系人：朱國健，E-mail：zhuxiansheng1717@163.com。