CN112898925A - 一种胶粘剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种胶粘剂及其制备方法和应用 Download PDF

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刘梦晴
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Abstract

本发明公开了一种胶粘剂及其制备方法和应用。本发明的胶粘剂组分包括聚丙烯酰胺凝胶，其能够在水中形成具有三维网络结构和可流动性的水凝胶体系，该胶粘剂能与纤维之间通过氢键结合，形成稳定的结合力。本发明还提供了上述胶粘剂的制备方法，该制备过程不会产生废渣废水，所使用的有机溶剂几乎可全部回收。本发明还提供了上述胶粘剂在纸材比如牛皮纸、瓦楞纸和标签纸等中的应用。

Description

一种胶粘剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于胶粘剂技术领域，具体涉及一种胶粘剂及其制备方法和应用。
背景技术
目前市场上的纸张胶粘剂主要可以分为三类：第一类是以淀粉和改性为主的胶粘剂，用于制造瓦楞纸，该类胶粘剂的主要特点是原料便宜，易得，缺陷是粘合强度有限，且在湿度较大的季节容易霉变；第二类是以麦芽糖浆和明胶为主要原料的果冻胶，其主要特点是可以用于自动化生产线，初粘剥离力较好，存在的问题是随着气候变化，其性能变化大，长期粘合力稳定性不够好，还存在一定的重金属污染风险；第三类是以白乳胶为代表的各种水性化学胶粘剂，该类胶粘剂的特点是使用方便，一定时间内的粘合力较强，耐候性好，而缺点是存在少量的VOC(挥发性有机化合物)排放，并且有些品种长期粘合力不够好，有些品种价格较高。
在梅雨季节或夏季潮湿的时候，淀粉胶和果冻胶所制作的纸箱都存在明显的发软变形甚至霉变的问题，对所包装产品造成影响甚至伤害，尤其是包装农副产品时由于水果蔬菜本身含有水分，纸箱发软造成果蔬运输途中损伤，每年因此损失巨大。发明一种环境潮湿仍然保持原有坚挺性能的纸材粘合剂是社会的急需。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的第一个方面提出一种胶粘剂，该胶粘剂在使用过程中不受气候影响、不易发生霉变且初粘性和长期粘合力均较好，同时胶粘剂无重金属污染，还能实现VOC零排放。
本发明的另一个方面提出一种上述胶粘剂的制备方法。
本发明的另一个方面提出一种上述胶粘剂的应用。
具体而言，根据本发明的一个方面，提出了一种胶粘剂，所述胶粘剂包含聚丙烯酰胺凝胶，聚丙烯酰胺凝胶为丙烯酸、丙烯酰胺和交联剂的共聚物，其各自物质的量的配比m、n、f为：0.1～0.9：0.1～0.9：0～0.2。
根据本发明的一些实施方式中，所述共聚物如式I所示：
Figure BDA0002914472460000021
式I
式I中，CrL为交联剂残基；m＝0.1～0.9；n＝0.1～0.9；f＝0～0.2。
在本发明的一些实施方式中，式I中m+n+f＝1。
在本发明的一些优选的实施方式中，上述交联剂为无机交联剂，所述无机交联剂选自铝盐、钛盐、铁盐、钴盐、锆盐中的至少一种。
在本发明的一些更优选的实施方式中，上述交联剂为有机交联剂，所述有机交联剂选自亚甲基双丙烯酰胺、乙二醇双丙烯酸酯、丙二醇双丙烯酸酯、对苯二酚双丙烯酸酯、邻苯二酚双丙烯酸酯、丙烯酸缩水甘油酯、羟甲基丙烯酰胺中的至少一种。
在本发明的一些更优选的实施方式中，上述胶粘剂中还包括无机填料。
在本发明的一些更优选的实施方式中，上述无机填料的粒度为500目～100000目；优选为800目～40000目。
在本发明的一些更优选的实施方式中，上述无机填料选自钛白粉、膨润土、蒙脱土、碳酸钙、硫酸钡、二氧化硅、气相二氧化硅中的至少一种。
根据本发明的再一个方面，提出了上述胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：
将引发剂溶于有机溶剂中，惰性环境下升温，加入丙烯酸溶液和丙烯酰胺溶液，交联反应后得到胶粘剂。
在本发明的一些实施方式中，上述对于交联剂选自无机交联剂的所述交联反应为：先将丙烯酸溶液和丙烯酰胺溶液反应得到丙烯酸丙烯酰胺共聚物，加入水后再加入无机交联剂进行反应。交联反应所制得的交联的丙烯酸丙烯酰胺共聚物为金属离子交联型共聚物。
在本发明的一些优选的实施方式中，上述无机交联剂的质量为所述丙烯酸丙烯酰胺共聚物质量的1％～20％；优选为5％～15％。
在本发明的一些更优选的实施方式中，上述对于交联剂选自有机交联剂的所述交联反应为：先将有机交联剂直接加入丙烯酸溶液和丙烯酰胺溶液得到交联的丙烯酸丙烯酰胺共聚物，再加入水进行反应。交联反应所制得的交联的丙烯酸丙烯酰胺共聚物为有机交联型共聚物。
在本发明的一些更优选的实施方式中，上述丙烯酸溶液、丙烯酰胺溶液和有机交联剂溶液的总质量浓度为10％～60％；优选为20％～40％。
在本发明的一些更优选的实施方式中，上述交联反应中所述丙烯酸丙烯酰胺共聚物或所述交联的丙烯酰胺丙烯酸共聚物与水的质量体积比为(0.05～0.5)：1g/mL；优选为(0.1～0.4)：1g/mL。
在本发明的一些更优选的实施方式中，上述升温为将温度升高至60℃～80℃。
在本发明的一些更优选的实施方式中，上述胶粘剂的制备方法中，还包括在交联反应后加入无机填料，搅拌后得到胶粘剂。
在本发明的一些更优选的实施方式中，上述无机填料的质量为所述丙烯酸丙烯酰胺共聚物质量或所述交联的丙烯酰胺丙烯酸共聚物质量的30％～300％。
在本发明的一些更优选的实施方式中，上述胶粘剂的制备方法中，还包括将丙烯酸丙烯酰胺共聚物或交联的丙烯酸丙烯酰胺共聚物进行纯化，所述纯化为采用过滤、烘干进行。丙烯酸丙烯酰胺共聚物或交联的丙烯酸丙烯酰胺共聚物纯化后呈现粉末状，且在加水搅拌后，能完全溶胀。
在本发明的一些更优选的实施方式中，上述烘干的温度为50℃～80℃。
在本发明的一些更优选的实施方式中，上述有机溶剂选自乙醇、丙醇、丁醇、异丙醇、丁酮、环戊酮、环己酮、四氢呋喃、环氧六环、乙腈、苯、甲苯、二甲苯中的至少一种。
在本发明的一些更优选的实施方式中，上述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈，偶氮二异丁酸二甲酯中的至少一种。
根据本发明的再一个方面，提出了上述胶粘剂在纸材胶粘中的应用。
在本发明的一些实施方式中，上述纸材选自牛皮纸、瓦楞纸、铜版纸标签纸中的至少一种。
本发明技术方案的有益效果为：
1.本发明的胶粘剂能在水中形成互穿网络交联的聚丙烯酰胺水凝胶体系，具有三维网络结构和可流动性，可以为透明状凝胶，掺杂无机填料后可为白色或灰白色凝胶。
2.本发明的胶粘剂能与纸纤维之间形成氢键结合，具备更强更稳定的结合力。
3.经测试，本发明的胶粘剂粘度可达1000～100000mPa.s@25℃。
4.本发明的胶粘剂使用过程中无VOC排放和重金属污染，不会发生霉变，初粘性和长期粘合力均不受气候变化的影响。
5.本发明的胶粘剂适用于各种手工和自动化纸包装箱、包装盒、包装袋和标签纸的生产、粘合和封口，性能稳定，初粘性好，粘合力强，不会开裂，尤其适合55℃～85℃下自动化纸盒纸袋生产线上使用。
6.本发明胶粘剂的制备方法环保，不产生废渣废水，所使用的有机溶剂几乎可全部回收。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为本发明金属离子交联型的式I共聚物网络结构。
图2为本发明有机交联型的式I共聚物网络结构。
附图标记：1为聚丙烯酰胺丙烯酸共聚物；2为金属离子；3为有机交联剂。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
本发明实施例制得的胶粘剂中，使用无机交联剂制得的金属离子交联型的式I共聚物网络结构如图1所示；使用有机交联剂制得的有机交联型的式I共聚物网络结构如图2所示。
实施例1
本实施例制备了一种胶粘剂，具体过程为：
S1：在装有机械搅拌器的三口瓶中加入300mL丁酮，将0.3g偶氮二异庚腈溶于丁酮中，在通高纯氮气下加热至65℃，缓慢滴加200mL含70g丙烯酰胺、10g丙烯酸和10g对苯二酚双丙烯酸酯的溶液，聚合反应得到白色粉末状固体沉淀，待200mL溶液完全滴加后继续加热0.5～1小时，冷却抽滤，滤液即溶剂作回收，滤饼在50～80℃下烘干，得到100g粉末状交联的丙烯酰胺丙烯酸共聚物；
S2：将S1所得的粉末状交联的丙烯酰胺丙烯酸共聚物加入300mL水，60℃下搅拌加热2小时，使交联的丙烯酰胺丙烯酸共聚物完全溶胀，即获得胶粘剂。
实施例2
本实施例制备了一种胶粘剂，具体过程为：
S1：在装有机械搅拌器的三口瓶中加入300mL乙醇，将0.3g偶氮二异丁腈溶于乙醇中，在通高纯氮气下加热至60℃，缓慢滴加200mL含65g丙烯酰胺、20g丙烯酸和15g乙二醇双丙烯酸酯的溶液，聚合反应得到白色粉末状固体沉淀，待200mL溶液完全滴加后继续加热0.5～1小时，冷却抽滤，滤液即溶剂作回收，滤饼在50～80℃下烘干，得到100g粉末状交联的丙烯酰胺丙烯酸共聚物；
S2：将S1所得的粉末状交联的丙烯酰胺丙烯酸共聚物加入300mL水，60℃下搅拌加热2小时，使交联的丙烯酰胺丙烯酸共聚物完全溶胀，再加入100g蒙脱土，继续搅拌2小时，即获得胶粘剂。
实施例3
本实施例制备了一种胶粘剂，具体过程为：
在装有机械搅拌器的三口瓶中加入300mL乙腈，将0.4g偶氮二异丁腈溶于乙腈中，在通高纯氮气下加热至70℃，缓慢滴加200mL含80g丙烯酰胺、15g丙烯酸和15g丙烯酸缩水甘油酯的溶液，聚合反应得到白色粉末状固体沉淀，待200mL溶液完全滴加后继续加热0.5～1小时，冷却抽滤，滤液即溶剂作回收，滤饼在50～80℃下烘干，得到100g粉末状交联的丙烯酰胺丙烯酸共聚物；
S2：将S1所得的粉末状交联的丙烯酰胺丙烯酸共聚物加入300mL水，60℃下搅拌加热2小时，使交联的丙烯酰胺丙烯酸共聚物完全溶胀，再加入100g粒度为1000目的二氧化硅，继续搅拌2小时，即获得胶粘剂。
实施例4
本实施例制备了一种胶粘剂，具体过程为：
在装有机械搅拌器的三口瓶中加入300mL环氧六环，将0.3g偶氮二异丁酸二甲酯溶于环氧六环中，在通高纯氮气下加热至60℃，缓慢滴加200mL含50g丙烯酰胺、46g丙烯酸和4g羟甲基丙烯酰胺的溶液，聚合反应得到白色粉末状固体沉淀，待200mL溶液完全滴加后继续加热0.5～1小时，冷却抽滤，滤液即溶剂作回收，滤饼在50～80℃下烘干，得到100g粉末状交联的丙烯酰胺丙烯酸共聚物；
S2：将S1所得的粉末状交联的丙烯酰胺丙烯酸共聚物加入300mL水，60℃下搅拌加热2小时，使交联的丙烯酰胺丙烯酸共聚物完全溶胀，再加入100g粒度为800目的二氧化钛，继续搅拌2小时，即获得胶粘剂。
实施例5
本实施例制备了一种胶粘剂，具体过程为：
在装有机械搅拌器的三口瓶中加入300mL甲苯，将0.3g偶氮二异丁酸二甲酯溶于甲苯中，在通高纯氮气下加热至60℃，缓慢滴加200mL含70g丙烯酰胺、25g丙烯酸和4g亚甲基双丙烯酰胺的溶液，聚合反应得到白色粉末状固体沉淀，待200mL溶液完全滴加后继续加热0.5～1小时，冷却抽滤，滤液即溶剂作回收，滤饼在50～80℃下烘干，得到100g粉末状交联的丙烯酰胺丙烯酸共聚物；
S2：将S1所得的粉末状交联的丙烯酰胺丙烯酸共聚物加入300mL水，60℃下搅拌加热2小时，使交联的丙烯酰胺丙烯酸共聚物完全溶胀，再加入20g气相二氧化硅，继续搅拌2小时，即获得胶粘剂。
实施例6
本实施例制备了一种胶粘剂，具体过程为：
在装有机械搅拌器的三口瓶中加入300mL甲苯，将0.4g偶氮二异丁酸二甲酯溶于甲苯中，在通高纯氮气下加热至60℃，缓慢滴加200mL含65g丙烯酰胺、45g丙烯酸的溶液，聚合反应得到白色粉末状固体沉淀，待200mL溶液完全滴加后继续加热0.5～1小时，冷却抽滤，滤液即溶剂作回收，滤饼在50～80℃下烘干，得到100g粉末状丙烯酰胺丙烯酸共聚物；
S2：将S1所得的粉末状丙烯酰胺丙烯酸共聚物加入300mL水，60℃下搅拌加热2小时，使丙烯酰胺丙烯酸共聚物完全溶胀，再加入3g四氯化钛，继续搅拌1小时，即获得胶粘剂。
实施例7
本实施例制备了一种胶粘剂，具体过程为：
在装有机械搅拌器的三口瓶中加入300mL二甲苯，将0.4g偶氮二异丁腈溶于甲苯中，在通高纯氮气下加热至65℃，缓慢滴加200mL含83g丙烯酰胺、17g丙烯酸的溶液，聚合反应得到白色粉末状固体沉淀，待200mL溶液完全滴加后继续加热0.5～1小时，冷却抽滤，滤液即溶剂作回收，滤饼在50～80℃下烘干，得到100g粉末状丙烯酰胺丙烯酸共聚物；
S2：将S1所得的粉末状丙烯酰胺丙烯酸共聚物加入300mL水，60℃下搅拌加热2小时，使丙烯酰胺丙烯酸共聚物完全溶胀，加入3g四氯化锆，搅拌1小时，再加入100g粒度为1000目的石英砂，继续搅拌1小时，即获得胶粘剂。
实施例8
本实施例制备了一种胶粘剂，具体过程为：
在装有机械搅拌器的三口瓶中加入300mL异丙醇，将0.35g偶氮二异丁腈溶于异丙醇中，在通高纯氮气下加热至65℃，缓慢滴加200mL含50g丙烯酰胺、50g丙烯酸的溶液，聚合反应得到白色粉末状固体沉淀，待200mL溶液完全滴加后继续加热0.5～1小时，冷却抽滤，滤液即溶剂作回收，滤饼在50～80℃下烘干，得到100g粉末状丙烯酰胺丙烯酸共聚物；
S2：将S1所得的粉末状丙烯酰胺丙烯酸共聚物加入300mL水，60℃下搅拌加热2小时，使丙烯酰胺丙烯酸共聚物完全溶胀，加入5g质量浓度为10％的柠檬酸铝，搅拌1小时，再加入30g粒度为1000目的蒙脱土，继续搅拌1小时，即获得胶粘剂。
试验例1
本试验例测试了实施例1～8的胶粘剂的T剥离力性能。测试标准为GBT2791-1995，采用牛皮纸作为被粘试样，胶粘剂涂层厚度为100nm，测试结果如表1所示：
表1实施例1～8胶粘剂的剥离力测试结果
Figure BDA0002914472460000071
从表1可看出，实施例1～8制得的胶粘剂初始剥离力在90～125gf之间，但在10分钟后剥离力均为200gf左右，胶粘剂的粘接力均达到了一个较为稳定的状态，表明实施例1～8制得的胶粘剂具备稳定长期粘合力的潜力。
试验例2
本试验例测试了市售淀粉胶与实施例1制得的胶粘剂在制作瓦楞纸的剥离性能。具体为：分别按照施胶量为每平米200g的量用市售淀粉胶制作瓦楞纸，按照施胶量为每平米80g的量用实施例1的胶粘剂制作同样的瓦楞纸，在湿度为90％、温度为30℃下测试市售淀粉胶和实施例1胶粘剂的剥离强度。
结果为：市售淀粉胶的剥离强度为120gf，实施例1胶粘剂的剥离力为200gf。可见，实施例1胶粘剂的粘结力远大于传统淀粉胶。
试验例3
本试验例测试了市售果冻胶与实施例1制得的胶粘剂在制作纸盒铜版纸贴面的剥离性能。具体为：分别按照施胶量为每平米40g的量用市售果冻胶制作纸盒铜版纸贴面，按照施胶量为每平米40g的量用实施例1的胶粘剂制作同样的纸盒铜版纸贴面，在湿度为90％、温度为30℃下测试市售果冻胶和实施例1胶粘剂的剥离强度。
结果为：市售果冻胶的剥离强度为130gf，实施例1胶粘剂的剥离力为200gf。可见，实施例1胶粘剂的粘结力远大于传统果冻胶。
试验例4
本试验例测试了采用市售淀粉胶、市售果冻胶和实施例1胶粘剂制得同款纸盒的长期粘合力和稳定性。具体为：分别采用市售淀粉胶、市售果冻胶和实施例1胶粘剂制得同款纸盒各10个，在温度为30℃、湿度为90％的环境下保存上述纸盒6个月，观察纸盒外观情况并测试纸盒剥离力。
结果为：采用市售淀粉胶制作的纸盒出现发霉及自然脱落现象；采用市售果冻胶制作的纸盒剥离力下降到60～100gf。而采用实施例1胶粘剂制得的纸盒，未出现变形脱落或霉变，剥离力依然保持在200gf左右，即对纸盒进行剥离时，破坏的是纸张而不是胶粘剂的粘合。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.一种胶粘剂，其特征在于，所述胶粘剂包括聚丙烯酰胺凝胶，所述聚丙烯酰胺凝胶为丙烯酸、丙烯酰胺和交联剂的共聚物，其各自物质的量的配比m、n、f为：0.1～0.9：0.1～0.9：0～0.2。
2.根据权利要求1所述的胶粘剂，其特征在于，m+n+f＝1。
3.根据权利要求1所述的胶粘剂，其特征在于，所述交联剂为无机交联剂，所述无机交联剂选自铝盐、钛盐、铁盐、钴盐、锆盐中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的胶粘剂，其特征在于，所述交联剂为有机交联剂，所述有机交联剂选自亚甲基双丙烯酰胺、乙二醇双丙烯酸酯、丙二醇双丙烯酸酯、对苯二酚双丙烯酸酯、邻苯二酚双丙烯酸酯、丙烯酸缩水甘油酯、羟甲基丙烯酰胺中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的胶粘剂，其特征在于，所述胶粘剂中还包括无机填料。
6.根据权利要求5所述的胶粘剂，其特征在于，所述无机填料选自钛白粉、膨润土、蒙脱土、碳酸钙、硫酸钡、二氧化硅、气相二氧化硅中的至少一种。
7.一种如权利要求1～6任一项所述的胶粘剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将引发剂溶于有机溶剂中，惰性环境下升温，加入丙烯酸溶液和丙烯酰胺溶液，交联反应后得到胶粘剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，对于交联剂选自无机交联剂的所述交联反应为：先将丙烯酸溶液和丙烯酰胺溶液反应，得到丙烯酸丙烯酰胺共聚物，加入水后再加入无机交联剂进行反应。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，对于交联剂选自有机交联剂的所述交联反应为：先将有机交联剂直接加入丙烯酸溶液和丙烯酰胺溶液，得到交联的丙烯酸丙烯酰胺共聚物，再加入水进行反应。
10.如权利要求1～6任一项所述的胶粘剂在纸材胶粘中的应用。
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