CN114957537B - 一种环保型代替pe淋膜的乳液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及D21H19/20技术领域，更具体地，本发明涉及一种环保型代替PE淋膜的乳液及其制备方法。环保型代替PE淋膜的乳液，包括A部分、B部分、C部分、D部分。按重量份计，A部分包括10‑15份保护胶、1‑9份中和剂、0.03‑0.5份阻聚剂、1.5‑5份丙烯酸酯类单体、0.1‑0.3份丙烯酸单体、35‑50份去离子水B部分包括27‑55份丙烯酸类混合物；按重量份计，C部分包括0.1‑0.3份引发剂、0.03‑0.2份氧化剂、0.02‑0.1份还原剂、3‑10份去离子水；按重量份计，D部分包括0.01‑0.3份中和剂、0.09‑0.3份助剂、1‑5份去离子水。本发明以可降解的丙烯酸酯类聚合物为基础，加以优化，得到一种不含氟硅的特种丙烯酸酯乳液，在纸张再浆时可完全降解，实现了纸张的回收利用；该产品的特点配方兼容性好，可与各种无机粉料以及助剂配伍。

Description

一种环保型代替PE淋膜的乳液及其制备方法
技术领域
本发明涉及D21H19/20技术领域，更具体地，本发明涉及一种环保型代替 PE淋膜的乳液及其制备方法。
背景技术
塑料因其可塑性强、耐腐蚀、密度低、稳定性好、不导电、使用成本低等优势迅速占据包装市场。据科尔尼公司统计，2020年塑料包装约占国内包装市场的37％，市值超700亿美元。
但塑料不易降解，不仅影响环境的美观，还会转化为微塑料通过自然循环最终进入生物体，造成不可逆伤害。堆积如山的塑料垃圾已成为现代社会的一大顽疾。有鉴于此，禁塑在全球范围内成为趋势，目前欧洲、亚洲、北美洲、南美洲、非洲、大洋洲等地的98个国家均出台了全面禁止一次性塑料的时间表。
全球禁塑政策的实施，将在餐饮外卖、食品、医药日化、电子家电、工业品包装、电商快递、商超冷链等多个领域带来代塑产品新需求。目前，不可降解塑料的替代的方案有2种：可降解塑料(聚乳酸)和纸质包装替代2种解决方案。虽然聚乳酸可降解，但是降解时间以年计，堆肥(降解)条件苛刻，潜在的危害依然存在。纸质包装因可降解，可再浆，环保实用，成为代替不可降解塑料制品的重点备选方案。
纸张本身没有防水防油等性能，也不能实现包装中的热封要求。传统工艺通常是在纸张上淋涂一层聚乙烯来达到以上要求。但纸张上的聚乙烯塑料淋膜导致纸制品几乎不可回浆再生利用，最终，它们会流入垃圾填埋场、下水道，从而进一步加剧日益严峻的塑料污染。需要设计和制造出一种可降解可回收的环保纸张涂层来替代聚乙烯淋膜，满足食品包装纸应用对各种液体和水蒸汽、油脂阻隔特性的需求。
发明内容
针对现有技术中存在的一些问题，本发明第一个方面提供了一种环保型代替 PE淋膜的乳液，制备原料包括A部分、B部分、C部分、D部分。
按重量份计，A部分包括10-15份保护胶、1-9份中和剂、0.03-0.5份阻聚剂、 1.5-5份丙烯酸酯类单体、0.1-0.3份丙烯酸单体、35-50份去离子水。
按重量份计，B部分包括27-55份丙烯酸类混合物。
按重量份计，C部分包括0.1-0.3份引发剂、0.03-0.2份氧化剂、0.02-0.1份还原剂、3-10份去离子水。
按重量份计，D部分包括0.01-0.3份中和剂、0.09-0.3份助剂、1-5份去离子水。
在一种实施方式中，所述环保型代替PE淋膜的乳液的玻璃化转变温度为 -15-10℃，优选为-5-5℃。
在一种实施方式中，所述保护胶为丙烯酸共聚物，包括但不限于乙烯丙烯酸共聚物、碱溶性丙烯酸树脂、乙烯甲基丙烯酸共聚物等。
在一种实施方式中，所述保护胶在190℃/2.16kg的熔流率为 300-1300g/10min。
优选的，所述保护胶根据ASTM D1525,ISO 306测得的维卡软化温度为 40-45℃，可以列举的有40℃，42℃，42.2℃，43℃等。
在一种实施方式中，所述保护胶的重均分子量为8000-9000，可以列举的有 8000,8200,8400，8600,8800,9000等。
优选的，所述保护胶的酸值为200-220mgKOH/g，可以列举的有 200mgKOH/g，205mgKOH/g，210mgKOH/g，215mgKOH/g，220mgKOH/g等。
本申请中所述保护胶的牌号不作特别限定，本领域技术人员可作常规选择，优选为巴斯夫678，巴斯夫/>611，巴斯夫/>586，陶氏化学EAA5990，陶氏化学EAA1321，陶氏化学EAA1410，陶氏化学 EAA3002，陶氏化学EAA 5980，陶氏化学EAA 4608中一种或多种。
在一种优选的实施方式中，所述保护胶为陶氏化学EAA 5990和巴斯夫678，进一步重量比为1：(0.1-2)，更优选重量比为1:1。
申请人意外的发现，使用本申请中特定的保护胶得到的乳液显著提高了本申请中涂层的耐水性、耐油性以及热封性能，申请人认为可能的原因是该特定重均分子量和熔流率的保护胶分子使得发生聚合反应时分子保持较好的流动性，避免了局部反应聚合强烈影响乳液的均一性，从而影响后续反应的正常进行，避免使得涂膜后涂层缺陷，光滑性差和光泽性差的问题。本申请中各个原料之间相互配合，得到的乳液具有较好的粒径均一性，说明聚合反应稳定进行。
本申请中所述中和剂不作特别限定，本领域技术人员可作常规选择，例如胺类物质、碱性物质等，优选为氨水，本申请中氨水的浓度不作特别限定，本领域技术人员可根据实际需要来进行选择，例如20wt％，28wt％，30wt％等。
在一种实施方式中，所述丙烯酸酯类单体选自丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯中一种或多种，优选为丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯。
优选的，A部分中包括1-3重量份丙烯酸丁酯、0.5-2份甲基丙烯酸甲酯。
本申请中所述丙烯酸单体包括但不限于丙烯酸、甲基丙烯酸等。
本申请中阻聚剂不作特别限定，可供选择的有对苯二酚、对苯醌、2-叔丁基对苯二酚、阻聚剂-701、对叔丁基邻苯二酚、TEMPO等。
本申请中阻聚剂无特别说明，则为含阻聚剂的1wt％的水溶液。
本申请中丙烯酸类混合物选自丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯等。优选的，按重量份计，所述丙烯酸类混合物包括15-30份丙烯酸丁酯、10-20份甲基丙烯酸甲酯、2-5份甲基丙烯酸。
在一种实施方式中，所述引发剂选自过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾、过氧化氢、硫酸钠、叔丁基过氧化氢、异丙苯过氧化氢中一种或多种。
在一种实施方式中，所述氧化剂和引发剂相同。
在一种实施方式中，所述还原剂选自亚硫酸氢钠、吊白块、异抗坏血酸钠中一种或多种。
本申请所述助剂不作特别限定，可以列举的有防腐剂，消泡剂、流平剂、润湿剂、抗刮擦剂等。
本申请中防腐剂你和消泡剂不作特别限定，本领域技术人员可作常规选择，其对耐水性、耐油性、热封性没有影响。
在一种实施方式中，按重量份计，助剂包括0.08-0.2份消泡剂、0.01-0.1份防腐剂。
本发明第二个方面提供了一种所述环保型代替PE淋膜的乳液的制备方法，包括下面步骤：
(1)将B部分的各个成分混合，得到B部分；将C部分中引发剂、氧化剂和还原剂分别添加在C部分的去离子水中；将D部分的各个成分分别用去离子水稀释；
(2)将A部分中的去离子水、中和剂和保护胶在反应釜中混合，通氮气进行空气置换后，于75-85℃搅拌，然后加入阻聚剂、丙烯酸单体和丙烯酸酯类单体混合，得到A部分；
(3)于80-85℃，同时向反应釜中滴加B部分和C部分中的引发剂溶液，滴加结束后冲洗保温并关闭氮气；
(4)降温至72-78℃，向反应釜中滴加C部分中的氧化剂溶液和还原剂溶液；
(5)降温至50℃，加入D部分的助剂后出料。
在上述步骤(1)中C部分和D部分中各个成分添加的去离子水的量，本领域技术人员可做常规选择。
在一种实施方式中，所述环保型代替PE淋膜的乳液的制备方法，包括下面步骤：
(1)将B部分的各个成分混合，得到B部分；将C部分中引发剂、氧化剂和还原剂分别添加在C部分的去离子水中；将D部分的各个成分分别用去离子水稀释；
(2)将A部分中的去离子水、中和剂和保护胶在反应釜中混合，反应釜的搅拌有上下翻滚的效果，通氮气进行空气置换后，于75-85℃搅拌30min，然后加入阻聚剂、丙烯酸单体和丙烯酸酯类单体混合，得到A部分；
(3)于80-85℃，同时向反应釜中滴加B部分和C部分中的引发剂溶液，滴加时间为150min，滴加结束后，冲洗保温20min后关闭氮气；
(4)降温至72-78℃，向反应釜中滴加C部分中的氧化剂溶液和还原剂溶液，滴加时间为30min；
(5)降温至50℃，加入D部分混合后出料。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明以可降解的丙烯酸酯类聚合物为基础，加以优化，得到一种不含氟硅的特种丙烯酸酯乳液(产品见图1)，在纸张再浆时可完全降解，实现了纸张的回收利用；该产品的特点配方兼容性好，可与各种无机粉料以及助剂配伍；适应如柔板印刷、凹版印刷、刮刀涂布等多种方式，涂布后所得的涂层可实现高效阻隔与热封，防水防油，可以完全替代纸张PE淋膜。同时涂层柔韧性好，涂布后不影响后续工艺的进行；涂层表面光滑，不影响原有印刷图案。
附图说明
图1为本申请中环保型代替PE淋膜的乳液图；
图2为本申请中环保型代替PE淋膜的乳液的防油性测试效果图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式说明本发明，但不局限于以下给出的具体实施例。
实施例
实施例1
一种环保型代替PE淋膜的乳液，按重量份计，具体制备原料成分如下：
A部分
B部分
丙烯酸丁酯 17.63份
甲基丙烯酸甲酯 10.97份
甲基丙烯酸 2.56份
C部分
D部分
该环保型代替PE淋膜的乳液的Tg为-5℃。
该环保型代替PE淋膜的乳液的制备方法如下：
(1)将B部分的各个成分混合，得到B部分；将C部分中过硫酸铵、叔丁基过氧化氢、亚硫酸氢钠分别添加在C部分的去离子水中；将D部分中助剂分别加水稀释备用；
(2)将A部分中的去离子水、氨水和陶氏化学EAA 5990、巴斯夫678在反应釜中混合，反应釜的搅拌有上下翻滚的效果，通氮气进行空气置换后，于80℃搅拌30min，然后加入1％的TEMPO水溶液、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸混合，得到A部分；
(3)于82℃，同时向反应釜中滴加B部分和C部分中过硫酸铵溶液，滴加时间为150min，滴加结束后，冲洗保温20min后关闭氮气；
(4)降温至75℃，向反应釜中滴加C部分中的叔丁基过氧化氢溶液和亚硫酸氢钠溶液，滴加时间为30min；
(5)降温至50℃，加入D部分混合后出料。
实施例2
一种环保型代替PE淋膜的乳液，按重量份计，具体制备原料成分如下：
A部分
B部分
丙烯酸丁酯 15.83份
甲基丙烯酸甲酯 11.75份
甲基丙烯酸 3.58份
C部分
D部分
该环保型代替PE淋膜的乳液的Tg为3℃，制备方法同实施例1。
实施例3
一种乳液，购买自巴斯夫JONCRYL HPB 1702。
性能评估
1.耐水性测试：取1张试样，将试样4边折叠，4个角黏合牢固后做成底面边长为100mm、高为50mm的试样盒，然后放在一块衬有滤纸的干玻璃板或平板上。将温度为(23±1)℃的温水或(95±5)℃的热水倒入试样盒内，加液至离盒上边缘10mm，静置30min后，观察玻璃板或平板上是否有渗出的水印。若有水印则视为渗漏，否则视为无渗漏，每个样品测定3个试样，若3个试样均未出现阴渗、渗漏、变形的现象，则判该样品无阴渗、无渗漏、无变形。测试结果见表1。
表1
从表1可以看出，实施例1和实施例2可以耐热水和常温水1h，保证无阴渗、无渗漏、无变形，耐水性能优异。
2.防油性测试：取1张试样，将试样4边折叠，4个角黏合牢固后做成底面边长为100mm、高为50mm的试样盒，然后放在一块衬有滤纸的干玻璃板或平板上。将热油倒入试样盒内，加液至离盒上边缘10mm，静置30min后，观察玻璃板或平板上是否有渗出的油印。测试过程中，油可能沿试样往上渗，应确保试样盒上端口没有油，否则油可能从上端口渗出，影响测试结果。测试结果见表 2。
表2
从表2可以看出，实施例1和实施例2可以耐热油和常温油30min，保证无油印，耐油性能优异。
3.防油等级测试：参考标准GB/T22805.2-2008纸和纸板耐脂度的测定第 2部分：表面排拆法和T/ZZB 1448-2019食品包装用白色防油纸中所描述-进行防油等级测试液。方法如下：
①将实施例1和实施例2乳液涂布于纸张上，涂布克重10g/m2，120℃烘干 2min得到涂胶样品。
②配制如表3所述测试液
表3测试溶液的制备
测试溶液编号 蓖麻油/g 甲苯/mL 正庚烷/mL
1 960 0 0
2 864 50 50
3 768 100 100
4 672 150 150
5 576 200 200
6 480 250 250
7 384 300 300
8 288 350 350
9 192 400 400
10 96 450 450
11 0 500 500
12 0 450 550
③取一个试样和表3中6号测试液，将该测试溶液装在测试瓶中，在离试样测试面大约10mm处，滴一滴测试溶液至试样表面，15s后迅速用吸收滤纸或棉织品擦除多余的测试溶液，同时，立即检查测试溶液滴到的区域。如果测试溶液滴到的区域变暗即到达测试终点。测试结果如图2所示。T/ZZB 1448-2019食品包装用白色防油纸，要求防油度等级≥6级，最高12级，实施例1和实施例2 所得样品的防油等级均高于6级。
4.热封性能测试：将实施例1和实施例2乳液涂布于克重为300g/m2的口杯原纸上，涂布克重10g/m2，120℃烘干2min得到涂胶样品。
将样品裁剪成宽度大于15mm的长条，调整热封仪上热封温度180℃，下热封温度150℃，热封压力250Kpa，热封时间0.8s。热封结束后将试样裁剪成宽度为15mm的试样备用。
所得试样常温稳定4h后采用拉力试验机测试热封强度，测试结果见表4。
表4
从表4可以看出，实施例1的对封和背封强度大于3N/15mm，比较适合做热封阻隔涂层。

Claims (5)

1.一种环保型代替PE淋膜的乳液，其特征在于，制备原料包括A部分、B部分、C部分、D部分；按重量份计，A部分包括10-15份保护胶、1-9份中和剂、0.03-0.5份阻聚剂、1.5-5份丙烯酸酯类单体、0.1-0.3份丙烯酸单体、35-50份去离子水；按重量份计，B部分包括27-55份丙烯酸类混合物；按重量份计，C部分包括0.1-0.3份引发剂、0.03-0.2份氧化剂、0.02-0.1份还原剂、3-10份去离子水；按重量份计，D部分包括0.01-0.3份中和剂、0.09-0.3份助剂、1-5份去离子水；所述保护胶为丙烯酸共聚物；所述保护胶在190℃/2.16kg的熔流率为300-1300g/10min；所述保护胶根据ASTMD1525,ISO306测得的维卡软化温度为40-45℃；所述保护胶的重均分子量为8000-9000；所述环保型代替PE淋膜的乳液的玻璃化转变温度为-15-10℃。
2.根据权利要求1所述环保型代替PE淋膜的乳液，其特征在于，所述环保型代替PE淋膜的乳液的玻璃化转变温度为-5-5℃。
3.根据权利要求1所述环保型代替PE淋膜的乳液，其特征在于，所述丙烯酸酯类单体选自丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯中一种或多种。
4.根据权利要求3所述环保型代替PE淋膜的乳液，其特征在于，所述助剂选自防腐剂，消泡剂、流平剂、润湿剂、抗刮擦剂中一种或多种。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述环保型代替PE淋膜的乳液的制备方法，其特征在于，包括下面步骤：
（1）将B部分的各个成分混合，得到B部分；将C部分中引发剂、氧化剂和还原剂分别添加在C部分的去离子水中；将D部分中各个成分分别加水稀释，得到D部分；
（2）将A部分中的去离子水、中和剂和保护胶在反应釜中混合，通氮气进行空气置换后，于75-85℃搅拌，然后加入阻聚剂、丙烯酸单体和丙烯酸酯类单体混合，得到A部分；
（3）于80-85℃，同时向反应釜中滴加B部分和C部分中的引发剂溶液，滴加结束后保温后关闭氮气；
（4）降温至72-78℃，向反应釜中滴加C部分中的氧化剂溶液和还原剂溶液；
（5）降温至50℃，加入D部分混合后出料。
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CN1810844A (zh) * 2006-02-20 2006-08-02 林泽荪 制备热封胶用乳液及其制造方法和用途
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