CN103173163A - 一种水性环保纸铝复合胶及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了提供了一种水性环保纸铝复合胶及其制备方法，该纸铝复合胶包括单体、保护胶体、去离子水、消泡剂、引发剂、填料、缓冲剂、环保增塑剂。本发明选择了合理的聚合工艺、极佳的单体配比，匹配性极高的高纯度完全醇解PVA、专用的有机硅消泡剂、环保增塑剂，初粘结力、白度良好、附着力极佳，柔性良好，与高速机械完美匹配；层压机上以40～200m/min速率进行30～75g/m²纸张与铝箔完美复合，制得的铝箔纸制品粘接牢靠、挺括柔韧、光滑无皱、难以将铝-纸层分离。

Description

一种水性环保纸铝复合胶及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及胶粘剂原材料应用领域，具体为一种水性环保纸铝复合胶及其制备方法和应用。

背景技术

随着国标YC/T333-2010、YC/T334—2010、YC/T267-2008的提出，对烟包装用胶的VOC有了更高的要求，2010年10月8日，国际烟草控制政策评估项目（ITC）的组织在一个控烟会议上公布了一份科研报告，数据显示13个中国国产卷烟品牌检测出含有VOC及重金属，其含量与加拿大产香烟相比，最高超出三倍以上。

胶粘剂是卷烟制造过程中的不可缺少的原辅材料，卷烟生产过程中的每一道生产工序都必须使用胶粘剂。烟盒内包装用水性环保纸铝复合胶做为环保型水性胶粘剂成为行业发展的方向，初期的缩甲醛胶、油性胶、淀粉胶是以甲醛、有机溶剂、淀粉为主要原料而制做的，缩甲醛胶残存甲醛量大难以清除，很难达到环保要求，油性胶性能虽好，但含有不符合要求的有机溶剂；淀粉胶粘结力较差，储存时间短也很难达到高速机械的要求。因此易造卡纸与金层粘接不牢形成脱落，还可能造成纸张收缩、卷边等弊端影响制品质量。这些弊端带来了生产效率低下及次品率上升，难以满足当今市场的需求。因此，必须考虑用环保无毒粘接性能良好的VAC共聚体系加以升华。

随着人们环保要求的日益提高，烟盒内包装用水性环保纸铝复合胶的迫切需求也势在必行。烟盒内包装用水性环保纸铝复合胶主要是以水为溶剂经科学、严谨地反应、良好的单体组合及工艺操作的科学控制而成，该PVAc共聚乳液与其他PVAC相比，初粘力更强、固含量较高、机械加工性能良好、光度高、白度好、储存稳定性好，无刺激性气味儿故在复合过程中对印刷机操作人员的健康无不良影响且不腐蚀胶辊，烟盒内包装用水性环保纸铝复合胶的最大特点是减少了VOC(挥发物)向大气中的排放，从而防止了大气污染，改善了复合作业环境，它可以完全消除缩甲醛胶中某些有毒物质对人体的危害和对包装商品的污染，改善总体环境质量。特别适宜于食品、医疗等卫生条件要求严格的包装复合产品。由于烟盒内包装用水性环保纸铝复合胶具有不易燃的特点，还可复合车间内易燃易爆的隐患，有利于安全生产。还可以避免复合纸表面残留毒性，而且清洗设备设备方便。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种水性环保纸铝复合胶。

本发明的另一目的是提供所述纸铝复合胶的制备方法。

本发明的还一目的是提供所述水性环保纸铝复合胶在烟盒内包装中的应用。

首先，本发明提供了一种水性环保纸铝复合胶，其pH在4.1～6.5范围之内，固含量为20.0%～28.4%；其包括以下重量百分比的组分：

优选的，所述单体包括VAc（醋酸乙烯酯）、AA（丙烯酸）、BA（丙烯酸正丁酯）中的一种或几种；更优选的，所述单体包括以下重量百分比的组分VAc（醋酸乙烯酯）76.7-91.2%，AA（丙烯酸）0.5-1.26%，和BA（丙烯酸正丁酯）7.59-22.8%；其中，所述丙烯酸包括其取代基产物，如甲基丙烯酸；所述丙烯酸脂类包括丙烯酸丁酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯等；所述VAC、BA、AA具有优良的活性及线性分子结构。

优选的，所述保护胶体包括PVA、乙烯改性PVA、在PVA的端部引入疏水基、疏基改性PVA、纤维素醚类物质中的一种或多种。更优选的，所述保护胶体为PVA（聚乙烯醇）。

优选的，所述消泡剂包括天然油脂、高碳醇、聚醚类、硅类、聚醚改性硅中的一种或多种；其中，所述天然油脂包括豆油、玉米油等；更优选的，所述消泡剂为有机硅类物质，如，聚二甲基硅氧烷。

优选的，所述缓冲剂为碱性物质，如碳酸氢盐、碳酸盐、醋酸盐或强碱中的一种或多种。

优选的，所述环保增塑剂为脂肪酸酯类、磷酸酯类、聚酯类或柠檬酸酯类中的一种或多种。

优选的，所述引发剂为过硫酸盐、氢过氧化物类或氧化一还原引发剂。更优选的，所述引发剂为过硫酸铵，其密度为1.98，其为白色单晶体，其使用方法为融成9%和4.7的水溶液分批加入反应釜中。

优选的，所述填料为碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、高岭土、白炭黑或云母粉中的一种或多种；更优选为碳酸钙，其为高细度，无杂质、无黑色固体。

进一步地，本发明提供了上述水性环保纸铝复合胶在烟盒内包装中的应用。

更进一步地，本发明提供了上述水性环保纸铝复合胶生产方法，其包括如下步骤：

a、按比例称取所用单体、保护胶体、消泡剂、缓冲剂、环保增塑剂、引发剂、去离子水和填料；

b、将称取的保护胶体缓慢投入去离子水中，加入消泡剂搅拌，升温到一定温度后保持在该温度；

c、随后，将步骤b的整个体系降温至60-75℃，加入部分引发剂，调整转数，一段时间后将部分单体滴入反应体系中；

d、待无明显回流时，加入部分引发剂后，滴加剩余单体，随后，定期补加引发剂；

e、滴完单体后，调整转速，将剩余引发剂加入反应体系中保温，随后冷却，并加入缓冲剂、环保增塑剂和填料，混合，出料。

优选的，步骤b中，所述搅拌的转数为60～140r/min；所述升温到一定温度是指从常温升温到91～98℃；所述保温的时间为1～3h。

优选的，步骤c所述部分引发剂占总体系的质量百分比为0.05～0.21%；所述转数为30～70r/min；所述部分单体占总体系的质量百分比为0.5～1.26%。

优选的，步骤d所述部分引发剂占总体系的质量百分比为10～23.99%；所述定期补加剩余引发剂具体为每5～40min加占总体系的质量百分比2～14%的引发剂，滴加的时间为1～4h。

优选的，步骤e所述转速为40～70r/min；所述保温的温度是80-95℃；冷却的温度是50-80℃。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的水性环保纸铝复合胶由水做溶剂、全部采用环保型且性能较好的原材料，不含任何有机溶剂，不含醛类物质、重金属等有害物质具有低VOC初粘力强的特性；有着先进而且扎实工艺给予保证产品的优良与稳定，要求该胶实现纸张与铝箔的完美粘合，极难被剥离开来。

本发明选择了合理的聚合工艺、极佳的单体配比，匹配性极高的高纯度完全醇解PVA、专用的有机硅消泡剂、环保增塑剂，收率高、初粘结力强、白度好、附着力极佳，柔性良好，与高速机械完美匹配；层压机上以40～200m/min速率进行30～75g/m²卡纸与金-塑薄膜层合，制纸纸张与铝箔粘接牢靠、挺括柔韧、光滑无皱、难以被剥离开来。

具体实施方式

下面结合具体实施方式详细介绍本发明。但本发明的保护方位并不局限于以下实例，应包含权利要求书中的全部内容。

本发明所用保护胶体为重庆川维PVA，其醇解度为99%，其具有极优的品质（杂质量小）、分子量分布较窄且较高的醇解与部分醇解度单独或混合使用发挥各自特点。

所用消泡剂为上海立奇的有机硅类物质，其为聚二甲基硅氧烷，色泽鲜艳，消泡性能卓越。

所用缓冲剂为济南博美化工的碳酸氢钠，其具有极高的纯度，溶液清澈透明。

所用环保增塑剂为万图化工的脂肪酸酯类环保增塑剂壬二酸二辛酯，其为安全无毒不含苯类等有害物质。

所用引发剂为临沂天科工贸的过硫酸铵；该过硫酸铵为白色单晶体，密度为1.98；使用时需将其融成9%和4.7%的水溶液分批加入反应器中。

所用填料为唐山天盈碳酸钙，其为高细度，无杂质、无黑色固体析出且容易分散到体系800目重质碳酸钙。

所用设备反应釜为河南天都1000L-8000L，冷凝器为长春鼎力生产

本发明制备的纸铝复合胶的各项性能及其效果如下：

1、烟用水基胶与国家标准的相关问题

《烟用水基胶挥发性与半挥发性成分限量》指标已规定了国家行业标准如表1所示。

表1烟用水基胶挥发性与半挥发性成分限量国家行业标准

以上标准要求烟用接装纸铝箔与纸张粘接用胶，水基胶自身的VOC含量必须小于此标准，本发明未选用任何有机溶剂与夹杂有机溶剂的树脂，助剂。水基胶VOC远远低于国家标准，具体数据如表2所示。

表2本发明纸铝复合胶挥发性与半挥发性成分测定结果

2、本发明水性环保铝纸复合胶配比及粘接力问题

良好的综合性能使人相信本烟盒内包装用水性环保纸铝复合胶以跻身我国烟胶工业较为先进水平。一直以来，PVAc是水性胶中粘结力较强的品种之一，但由于其结构中含有醋酸根使其位阻较大，使胶粘剂表现出了一定的刚度，耐水性，耐热性，抗蠕变性，耐寒性及耐机械稳定性等均较差，因此集合粘接材质及特点引进共聚体系，并加入少量填料其保实作用，合理配制单体比例及后加入增韧助剂保证胶粘剂性能达到最佳。本发明选择了匹配性极高的高纯度完全醇解型PVA、专用的有机硅消泡剂、环保增塑剂，初粘结力、白度良好、附着力极佳，柔性良好，与高速机械完美匹配；层压机上以40～200m/min速率进行30～75g/m²卡纸与铝箔复合，制得的纸卡纸张与铝箔粘接牢靠、挺括柔韧、光滑无皱、难以被剥离开来。

3、本发明水性环保纸铝复合胶水稀释问题

根据机械设备的运转速度及胶辊参数的不同，根据要求可以对该胶进行水稀释；具体步骤是缓慢将水加入本发明所制得的胶中充分混匀使用。满足高速要求的同时也大大降低了原料成本。

4、本发明水性环保纸铝复合胶pH值和存储问题

本发明烟盒内包装用水性环保纸铝复合胶的pH值在4.1～6.5之间，水基胶的pH值主要依靠反应后加入的弱碱物质来调整，pH过高或过低都会给水基胶的使用和存储带来麻烦，pH值过高过低都可能会腐蚀胶辊，降低生产效率及影响设备使用。同时pH值的过高或过低也会对胶粘剂的存储带来高要求，一旦存储条件满足不了要求胶的性能就会倾向于变差。

实施例1

用下述各成份重量比制成水性环保纸铝复合胶

制作方法(全部为占重量的质量百分数)：

a、将称取的保护胶体缓慢投入占72.84%常温的去离子水中，加入总投料量0.03%消泡剂搅拌（转数为110r/min，）升温到一定温度（95℃），并保温1.5个小时。

b、降温至66℃加入0.01%引发剂，调整转数为45转/min，3min后将2.74%单体滴入反应釜中。

c、带无明显回流时，加入0.0025%引发剂后，滴加剩余单体，定期补加引发剂（每25min加0.003%），1.3h滴完。

d、滴完单体后，调整转数为50转/min将剩余引发剂加入反应釜中保温，冷却，加入缓冲剂0.02%及2.33%环保增塑剂，出料。

所得纸铝复合胶的技术参数和检测数据如表3、4所示。

表3技术参数

项目	执行标准
		外观：乳白色，无颗粒及异物	GB/T1175-2002
固含量：27.1%	GB/T11175标准规定烘干法
		粘度：1455mpa.s（25℃）	GB/T2794-1995使用旋转粘度计
pH值：5.5	GB/T14518-1993胶粘剂pH的测定

表4检测数据

实施例2

用下述各成份制成水性环保纸铝复合胶

制作方法(全部为占重量的质量百分数)：

a、将4.1%保护胶体部分醇解PVA缓慢投入占64.39%常温的去离子水中，加入总投料量0.05%消泡剂搅拌（转数为120r/min，）升温到一定温度（93℃），并保温1个小时。

b、降温至65℃加入0.05%引发剂，调整转数为40转/min，一段时间后将4%单体滴入反应釜中。

c、带无明显回流时，加入0.01%引发剂后，滴加剩余单体，定期补加引发剂（每25min加0.01%），1.5h滴完。

d、滴完单体后，调整转数为45转/min将剩余引发剂加入反应釜中保温，冷却，加入缓冲剂0.06%及2%环保增塑剂、2%填料混合，出料。

所得纸铝复合胶的技术参数和检测数据如表5、6所示。

表5技术参数

项目	执行标准
		外观：乳白色，无颗粒及异物	GB/T1175-2002
固含量：24.68%	GB/T11175标准规定烘干法
		粘度：833mpa.s（25℃）	GB/T2794-1995使用旋转粘度计
pH值：5.4	GB/T14518-1993胶粘剂pH的测定

表6检测数据

实施例3

用下述各成份制成水性环保纸铝复合胶

制作方法：制作方法(全部为占重量的质量百分数)：

a、将7.07%保护胶体缓慢投入占61.3%常温的去离子水中，加入总投料量0.07%消泡剂搅拌（转数为110r/min，）升温到一定温度（97℃），并保温1个小时。

b、降温至70℃加入0.6%引发剂，调整转数为40转/min，一段时间后将3%单体滴入反应釜中。

c、带无明显回流时，加入0.1%引发剂后，滴加剩余单体，定期补加引发剂（每20min加0.1%），1.3h滴完。

d、滴完单体后，调整转数为50转/min将剩余引发剂加入反应釜中保温，冷却，加入缓冲剂0.09%及1.2%环保增塑剂、0.5%填料混合，出料。

所得纸铝复合胶的技术参数和检测数据如表7、8所示。

表7技术参数

项目	执行标准
		外观：乳白色，无颗粒及异物	GB/T1175-2002
固含量：22.6%	GB/T11175标准规定烘干法
		粘度：1001mpa.s（25℃）	GB/T2794-1995使用旋转粘度计
pH值：4.7	GB/T14518-1993胶粘剂pH的测定

表8检测数据

实施例4

用下述各成份制成水性环保纸铝复合胶

制作方法：制作方法(全部为占重量的质量百分数)：

a、将6.0%保护胶体缓慢投入占68.26%常温的去离子水中，加入总投料量0.1%消泡剂搅拌（转数为100r/min，）升温到一定温度（94℃），并保温1.6个小时。

b、降温至66℃加入0.01%引发剂，调整转数为45转/min，一段时间后将2.2%单体滴入反应釜中。

c、带无明显回流时，加入0.0025%引发剂后，滴加剩余单体，定期补加引发剂（每25min加0.0015%），2h滴完。

d、滴完单体后，调整转数为50转/min将剩余引发剂加入反应釜中保温，冷却，加入缓冲剂0.1%及2%环保增塑剂、1.5%填料混合，出料。

所得纸铝复合胶的技术参数和检测数据如表9、10所示。

表9技术参数

项目	执行标准
		外观：乳白色，无颗粒及异物	GB/T1175-2002
固含量：25.81%	GB/T11175标准规定烘干法
		粘度：1109mpa.s（25℃）	GB/T2794-1995使用旋转粘度计
pH值：4.77	GB/T14518-1993胶粘剂pH的测定

表10检测数据

以上对本发明的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种水性环保纸铝复合胶，其特征在于，其pH在4.1～6.5范围之内，固含量为20.0%～28.4%；其包括以下重量百分比的组分：

2.根据权利要求1的所述纸铝复合胶，其特征在于，所述单体为醋酸乙烯酯、丙烯酸、丙烯酸脂类中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述纸铝复合胶，其特征在于，所述保护胶体包括PVA、乙烯改性PVA、在PVA的端部引入疏水基、疏基改性PVA、纤维素醚类物质中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述纸铝复合胶，其特征在于，所述消泡剂包括天然油脂、高碳醇、聚醚类、硅类或聚醚改性硅中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述纸铝复合胶，其特征在于，所述缓冲剂为碱性物质的饱和或不饱和水溶液。

6.根据权利要求1所述纸铝复合胶，其特征在于，所述环保增塑剂为脂肪酸酯类、磷酸酯类、聚酯类或柠檬酸酯类中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述纸铝复合胶，其特征在于，所述引发剂为过硫酸盐、氢过氧化物类、氧化一还原引发剂。

8.根据权利要求1所述纸铝复合胶，其特征在于，所述填料为碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、高岭土、白炭黑或云母粉中的一种或多种。

9.根据权利要求1～8任意一项纸铝复合胶在烟盒包装中的应用。

10.一种制备权利要求1～8任意一项所述纸铝复合胶的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、按比例称取所用单体、保护胶体、消泡剂、缓冲剂、环保增塑剂、引发剂、去离子水和填料；

b、将称取的保护胶体缓慢投入去离子水中，加入消泡剂搅拌，升温到一定温度后保持在该温度；

c、随后，将步骤b的整个体系降温至60-75℃，加入部分引发剂，调整转数，一段时间后将部分单体滴入反应体系中；

d、待无明显回流时，加入部分引发剂后，滴加剩余单体，随后，定期补加引发剂；

e、滴完单体后，调整转速，将剩余引发剂加入反应体系中保温，随后冷却，并加入缓冲剂、环保增塑剂和填料，混合，出料。