水性紙塑復膜膠研究進展及發展動向

  1 序言
  近年來,美術印刷品、包裝紙、廣告字畫、書籍封皮和包裝用紙袋紙盒大都貼上一層聚丙烯薄膜以改善紙張或印刷品的外觀和提高其使用壽命。經貼膜后的彩印紙稱為貼塑紙,又稱復膜紙,其色彩鮮艷奪目,并具有防潮、防污性能,深受消費者喜愛。能將ＰＰ薄膜粘貼到紙品上的膠粘劑稱為紙塑復合膠粘劑,簡稱復膜膠。市售復膜膠有以下幾個主要品種:聚氨酯雙組分膠、ＥＶＡ膠、ＳＢＳ膠和聚丙烯酸酯膠等。
  目前紙塑復合膠粘劑主要有3類:溶劑型、水性(或乳液型)和固體型。水性復膜膠具有無毒、低味、無污染、易涂布、成本低等特點,是紙塑復膜膠的發展方向。這種復膜膠的品種較多,而且初粘性、干燥速度和耐水性獲得改善的新膠種不斷面世。水性復膜膠主要包括聚乙烯醇(ＰＶＡ)縮醛、聚醋酸乙烯、水性雙組分聚氨酯、氯丁膠乳、復合乳液和丙烯酸酯水性膠等。其中丙烯酸酯水性復膜膠研究和應用為廣泛。
  2 聚乙烯醇(ＰＶＡ)及其縮醛水性復膜膠
  ＰＶＡｃ經皂化水解即成ＰＶＡ,用于水性復膜膠的ＰＶＡ是皂化度較低的水解產物,如在聚乙烯醇中加入一定比例的醛類(如甲醛),在一定條件下,與醛類縮合可得到具有耐水性、抗凍性、粘接性好、工藝簡單、造價較低的復膜膠。如以聚乙烯醇縮甲醛為基材制備的一種水性復膜膠,在不加入防凍劑的情況下,0℃以下也不凝膠。
  3 聚醋酸乙烯系水性復膜膠
  聚醋酸乙烯乳液使用歷史較長,價格便宜、穩定性好,并有良好的初粘強度,可通過添加填料、增塑劑來自由調節黏度,混合性良好,無環境污染,應用方便,是一種應用較為廣泛的紙塑復膜膠。王金良等研制的ＢＳＴ-7水性復膜膠,以醋酸乙烯酯-乙烯共聚乳液(ＶＡＥ)為主體,加入適量的幾種增粘樹脂,以磷酸酯為軟化劑而制成的。測試表明:ＢＳＴ-7型復膜膠各項指標與進口ＡＲＯ ＣＯＡＴ復膜膠相當,剝離強度明顯高于后者,且價格較低。趙國發[12]將質量分數為46%的ＶＡＥ乳液、5.8%的丙烯酯丁酯、2%的醋酸乙烯、6%的松香、12%的聚乙烯醇、19%的純水、0.05%的共聚催化劑等在特定的溫度下配制成以ＶＡＥ為主的復膜膠,具有耐折、強度高等特點。盡管聚醋酸乙烯系水性復膜膠具有很明顯的優點,但同時也存在耐水性差、膠層易蠕變等缺影響了其使用和發展。
  從上世紀50年代開始,國內外科學工作者為改善聚醋酸乙烯系水性復膜膠的性能做了大量的工作,也取得了一些成果]。比如通過對乳化穩定劑聚乙烯醇縮醛化,用醋酸乙烯酯與甲基丙烯酸甲酯乳液共聚,以及在聚合單體中加入疏水性松香改性樹脂相結合的方法,研制出了一種新型的耐水性聚醋酸乙烯水性復膜膠]。張求慧等通過添加2種互補改性劑[18],得到的水性復膜膠具有良好的耐水性,超過日本二類產品標準,且生產工藝簡單,原料易得,成本與普通乙酸乙烯酯均聚乳液相近。
  4 水性雙組分聚氨酯復膜膠
  水性乙烯基聚氨酯膠粘劑]為雙組分,以水性乙烯基樹脂、填料或表面活性劑的混合物為主劑,以多異氰酸酯(及其預聚物)和穩定劑的混合物為交聯劑。使用前將2組分混合后進行加熱快速固化或冷壓快速固化。將多亞甲基多苯基多異氰酸酯溶液按一定比例加入改性過的聚醋酸乙烯乳液中,得到一種雙組分水性乙烯基聚氨酯膠粘劑]。該膠粘劑可替代普通的聚醋酸乙烯復膜膠,在紙塑復合方面得到了較為普遍的應用,同時也可用于印刷、木材加工等方面,具有良好的耐水、耐溶劑性能。
  5 氯丁膠乳水性復膜膠氯丁膠乳
  ＣＲＬ-403或ＣＲＬ-503配合不同的增粘劑、硫化劑、填料、穩定劑、抗氧化劑等后可以制成多種膠粘劑,既可用于紙塑復合,也可用來粘接紙張、纖維、聚氯乙烯及皮革等。6　復合乳液水性復膜膠以ＳＢＳ和環氧樹脂的混合物[2者質量比為(1～3.5)∶1]作為基料,ＭＭＡ作改性稀釋劑,聚醋酸乙烯乳液作為水溶性載體,松香及二聚松香為增粘劑可以配制成一種水性紙塑復合膠粘劑。其中聚醋酸乙烯乳液占膠粘劑總質量的60%左右。有專]報道,一種由丁苯膠乳、乙烯-醋酸乙烯與丙烯酸酯或氯乙烯三元復合乳液、丙烯酸酯乳液按一定比例混合并配以改性劑制成的膠粘劑,可用于聚丙烯膜與紙印刷品的復合。葉先科等把丙烯酸酯乳液、ＶＡＥ乳液共混使用,并利用合成的雙酰胺系固化劑ＮＬ-1進行交聯,所得到的復膜膠固含量為50%,黏度為3Ｐａ•ｓ,紙塑復合時不需要熱壓,成本低、無污染。這種新型的復合乳液型復膜膠,在紙塑復合方面得了廣泛的應用。
  6 丙烯酸酯系水性復膜膠
  關于丙烯酸酯類水性復膜膠的研究較多。文獻報道了一種乳液紙塑復膜膠,通過丙烯酸酯類單體與苯乙烯、丙烯腈進行共聚得到固含量為50%的乳液,是理想的溶劑型復膜膠換代產品。文獻也報道了一種乳液復膜膠,內含聚丙烯酸酯和改性劑,具有粘接力強、韌性好的特點。徐祖順等以丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯、丙烯腈為主要單體,并以丙烯酸、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯為功能單體,通過半連續種子乳液聚合法合成了一種丙烯酸酯系復膜膠,它適用于各種油墨印刷品與聚丙烯或聚酯薄膜的復合,粘接強度高且耐有機溶劑。丙烯酸酯系統一般均采用共聚物。用丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯等混合調節軟化點、韌性或與丙烯腈、苯乙烯、ＶＡｃ、ＭＭＡ等共聚以適應不同用途的需要。丙烯酸酯系共聚物的熱穩定性、光學穩定性好、抗氧化能力強、膠膜透明性好,對許多材料有較高的粘接力,現已廣泛用于紙塑復膜膠領域。
  7.1 聚丙烯酸酯系水性復膜膠
  均聚丙烯酸酯水性復膜膠可以很方便地采用標準的復合設備制備,對多種薄膜的粘接性能良好,膠膜的光潔性和對光的穩定性都很好。在單組分體系中各反應物存在于同一乳液中,但并沒有發生反應。在成膜后,聚合物粒子中的活性基團才與水相中的活性基團發生化學反應產生交聯而固化,因而具有較長的貯存期。唐宏科等用多元共聚丙烯酸酯乳液,加入乳化松香作增粘劑制成的水性復膜膠,粘接力強,穩定性好,耐水、耐濕性優良。
  7.2 快速復合聚丙烯酸酯類水性復膜膠
  在復膜膠技術中,既要使紙塑粘合牢固,又要求粘合速度快。有關這方面的研究也不少,比如焦劍等研制的復塑紙盒高速封口膠,是以丙烯酸酯乳液為主體材料,加入一定量的乙-丙乳液、松香、復合乳化劑、抗氧化劑和填料等復配而成,在各種氣候條件下均有優異的粘接性能,具有較高的推廣應用價值。
  7.3 改性丙烯酸酯類水性復膜膠
  具有核/殼結構的聚合物乳液是性質各異的2種以上的單體在一定條件下分階段聚合而成的高分子乳液。它的乳液顆粒內外兩側分別含有不同的成分,賦予膠粘劑不同的性能。聚硅氧烷和丙烯酸酯類這2種化學結構不同、極性相差較大、反應性與相容性不同的物質,通過乳液聚合制得兼有2者優點的乳液]。如,以八甲基環四硅氧烷(Ｄ4)與丙烯酸丁酯為主要單體,以ＯＰ-10、十二烷基硫酸鈉為乳化劑,過硫酸鉀為引發劑進行乳液聚合反應,能制備一種改性的水性紙塑復膜膠。通過改變有機硅和丙烯酸酯的用量可以調整產品的性能。
  7.4 無乳丙烯酸酯類水性復膜膠
  水乳型復膜膠中含有小分子乳化劑,在制品和膠中乳化劑向表面遷移而使產物的耐水性、粘附性等物理性能下降。為了消除由于乳化劑所造成的不利影響,開發出了無乳聚合紙塑復膜膠的新工藝]。利用含有―ＳＯ4Ｎａ的烯烴作為乳化性單體, 用無乳聚合工藝制備的水性丙烯酸酯共聚紙塑復膜膠貯存穩定、粘接力強。無乳聚合制備水性丙烯酸酯共聚物紙塑復膜膠是一種發展前景看好的新型產品。
  8 結束語
  “綠色工程”是21世紀化工技術的發展方向。安全、無毒、無污染、固化速度快的水性復膜膠受到廣泛的關注。用該膠復合的制品不會變黃,且平直不卷。此外,使用水性復膜膠及相應設備進行紙塑復合,投資少、能耗小、成本低,具有重要的環保價值和可觀的經濟效益。