环保型封口粘合剂的制备

胡明进

(曲阜师范大学 工学院，山东 日照 276800)

随着环保呼声的日益高涨及相关国家环保政策的制定执行，包装行业封口用粘合剂正由有机溶剂型向水型转变。包装材料的多样性，决定了目前包装行业封口粘合剂仍以溶剂型或半溶剂型为主，水性封口粘合剂适用材料仅限于纸箱及纸板等纸类基材，因此开发适应以塑料薄膜为基材的环保型水性粘合剂已迫在眉睫。

1 实验与过程

1.1 主要仪器

NDJ-1旋转粘度计，HTS-BLY2500万能材料试验仪，真空烘箱，分析天平。

1.2 性能测试

(1)初粘力：取乳液或粘合剂1g，均匀涂布在5cm×5cm卡纸上，干燥五分钟后，用手指轻轻触动，感觉初粘力。

(2)剥离强度：根据GBT7122-2014标准进行测试。

(3)耐冻性实验：取20g乳液，放入50mL烧杯中，放入一定温度的冰箱中冷冻6h，取出后于室温放置2h，对比原乳液和乳液融化后外观状态确定耐冻性。

(4)耐水性测试，将乳液涂在透明玻璃上，室温干燥24h后，放入水中浸泡24h，通过观测胶膜发白，发皱发粘程度来判断乳液耐水性。

1.3 丙烯酸乳液的合成[1]

以丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸甲酯为主单体，丙烯酸羟乙酯和丙烯酸为功能单体，以双丙酮丙烯酰胺和己二酸二酰肼为交联剂，采用种子乳液聚合法合成了丙烯酸乳液，具体配方如下：甲基丙烯酸甲酯5%，丙烯酸丁酯38%，丙烯酸1%，丙烯酸羟乙酯1.5%，过硫酸铵4‰，复合乳化剂0.5%，双丙酮丙烯酰胺和己二酸二酰肼各0.3%[2]。

1.4 结果与讨论

1.4.1 VAE乳液的选用及与自制丙烯酸乳液的配比设计

目前，复合包装用塑料多为聚乙烯或聚丙烯，VAE乳液由乙烯和乙酸乙烯酯在高压状态下经气液两相共聚而成，乙烯在聚合物中起内增塑的作用，共聚物中的乙烯成分与聚乙烯或聚丙烯结构相似。依据相似相溶原则，VAE乳液对塑料表面具有较好的润湿性，且初粘力好，品种多样，VAE乳液中的705和707型号中乙烯含量较高，且粘度大，因此本实验选用VAE705和VAE707作为封口胶主体材料进行试验。

以VAE乳液和自制丙烯酸乳液为粘合物质，改变比例，进行如下试验(见表1)：

表1 不同乳液配比对性能的影响

实验表明，随自制乳液用量的增加，粘合剂的初粘性增加，同时粘合剂的耐水性和耐冻性增强，继续增加自制乳液的用量，粘合剂的剥离强度降低。这主要是因为，自制乳液中含有交联剂双丙酮丙烯酰胺和己二酸二酰肼，该交联剂在室温涂膜后缓慢进行交联反应，形成一定程度的网状结构，增加了胶膜的耐水性，同时自制乳液中主要单体为丙烯酸丁酯，玻璃化温度较低，对VAE乳液起增塑作用，进一步增加用量，由于塑性太大，降低了产品的内聚力，综合考虑各种因素，选用VAE70g、自制乳液30g做粘合剂配方进一步进行试验，试验中发现VAE705和VAE707性能无明显差别，考虑到后续要应用松香乳液，可能会降低粘合剂整体粘度，因此实验选用粘度较大的VAE707乳液。

1.4.2 VAE松香乳液用量的确定

在VAE用量35g、自制乳液用量15g的前提下，改变松香乳液的用量，具体配比见 表2。

表2 VAE松香乳液用量对粘合性能的影响

由表2可以看出你，随着松香乳液用量的增加，胶合剂粘度逐渐下降，初粘力逐渐增加，剥离强度增大，耐水性增强。这主要是因为松香是小分子物质的乳液，本身粘度较低，随着用量的增加，配方中的水分含量增加，此外松香乳液中还有乳化剂，因此粘度降低，特别是用量达10g后，粘度急剧降低。耐水性提高的原因是因为松香本身不溶于水，是疏水性物质。松香是目前最好的增粘物质，分子结构中有极性的羧基，因此随松香的增加，剥离强度逐渐增加，考虑到松香的加入，引入了表面活性剂及电解质，对后续的增稠不利，本实验松香的最佳用量为8g。

1.4.3 增稠剂的种类及用量的确定

在VAE用量35g、自制乳液用量15g，松香乳液的用量8g的前提下，对目前常见的商业增稠剂进行了选择实验，结果发现，纤维素、聚丙烯酰胺及聚氨酯类增稠剂的增稠效果不明显，涂料用聚丙烯酸乳液增稠剂对该实验增稠效果明显，因此本实验采用丙烯酸乳液增稠剂，具体用量及对性能影响如表3。

表3 丙烯酸乳液增稠剂用量对粘度的影响

由实验数据可以看出，随着增稠剂用量的增加，粘合剂的粘度急剧增加，当用量达0.7g时，粘度达到机器涂布粘度，继续增加粘度不利于机器涂布，由于增稠剂的保水性能，增稠剂用量太多使得粘合剂的干燥速度变慢，不利于快速涂布，综合考虑，增稠剂的用量为0.7g。

1.4.4 润湿剂的种类及用量的确定

在VAE用量35g，自制乳液用量15g，松香乳液的用量8g，增稠剂用量0.7g的前提下，对润湿剂进行了选择，结果发现，ABO润湿剂，快速渗透剂T，有机硅润湿剂都能明显降低粘合剂的表面张力，使粘合剂均匀涂布，但ABO润湿剂，快速渗透剂T的加入影响粘合剂的剥离强度，因此本实验采用有机硅润湿剂，具体用量如表4。

表4 润湿剂用量对性能的影响

由表可以看出，润湿剂的用量对涂布均匀性没有明显影响，随润湿剂用量增加，剥离强度增大，当用量达0.4g时，剥离强度不再增加，继续增加用量会增加生产成本，本实验选用0.4g。

1.4.5 消泡剂及增塑剂用量的确定

为防止使用过程中产生泡沫，对粘合带来不影响，根据厂家建议，添加2‰的有机硅消泡剂。为进一步增加初粘性及最低使用温度并保持环保，本实验添加2%的柠檬酸酯增塑剂。

1.4.6 环保封口胶的最终性能

环保封口胶的最终性能见表5。

表5 环保封口胶的最终性能

2 结论

以VAE乳液复配自制丙烯酸乳液为高分子材料，加入松香乳液、增塑剂、增稠剂、润湿剂、消泡剂，通过一系列实验及性能测试，制备了性能优良的水性环保封口胶，封口胶配方为：VAE35g、自制乳液15g，松香乳液8g，增稠剂0.7g，润湿剂0.4g，消泡剂2‰。增塑剂2%，和目前市场上销售的油性或半油性粘合剂相比，该胶的剥离强度和干燥速度还存在不足，但该胶没有任何污染，符合环保要求，对出口纸塑产品和食品、医药包装的封口，具有重要的意义。