VAE型水性纸塑复膜胶的应用研究

1、 化学与黏合2005年第27卷第2期CHE MISTRY AND ADHESI ON 81VAE 型水性纸塑复膜胶的应用研究吴仁涛1, 张海霞2(11泰山学院化学系, 山东泰安271021;21泰山学院图书馆, 山东泰安271021摘要:为了探讨当前纸/塑复合工艺中存在问题的解决办法, 指导VAE 型水性复膜胶的生产及应用, 本文以共混改性方法制备了一种VAE 型水性纸塑复膜胶, 考察了DBP 、增黏树脂等对VAE 复合乳液的性能影响, 增黏树脂的用量为6%9%时, 对VAE 复合乳液具有较好的增黏效果,1#增黏树脂的用量为715%时, 。现场应用表明:VAE型水性复膜胶具有良好的涂布性能和较

2、强的盖粉能力, , , 适宜于有烘道多用途覆膜机使用。关键词:纸塑复膜胶;VAE; 包装; 印刷; 胶黏剂中图分类号:TQ 43712-0017(2005 02-0081-04-VAE P aper/P lastic Laminating AdhesiveW U Ren -tao 1and ZHANG Hai -xia 2(1. f , Taishan College , Taian 271021, China ; 2. Library o f Taishan College , Taian 271021, China. Abstract :F or the s olution to the

3、existing problem in process of paper/plastic lam inating at present and guiding the production and application , a water -based VAE paper/plastic lam inating adhesive were prepared by blending m odification. The in fluence of DBP and tackifying resin on the performance of com posite VAE emulsion was

4、 investigated. The viscosity of com posite VAE emulsion was proper when the mass percentage of tackifying resin was between 6%and 9%.The com posite VAE emulsion has high peel strength when am ount of tackifying resin 1#was 7. 5%.By the application research on site , It was show that water -based VAE

5、 lam inating adhesive was suitable for multiduty lam inator with desiccating passage. This product had g ood coating performance and enveloping capability for powder. als o it had many advantages after lam inating such as high transparent , bubble free ,no layer -drop and color protection.K ey w ord

6、s :paper/plastic lam inating adhesive ; VAE; packing ; printing ; adhesive前言纸/塑复合工艺主要有预涂型干式覆膜和即涂型湿式覆膜两种。预涂胶膜主要使用热熔胶和干式覆膜机组, 也可使用油性覆膜机, 应用于金卡纸、银卡纸、铝箔纸时效果较好, 但成本较高; 湿式覆膜用胶黏剂主要有溶剂型和水基型(以水为分散介质的乳液型 两类, 使用油性覆膜机、油性/水性多用途覆膜机(有烘道热覆机 、水性专用覆膜机(无烘道冷覆机 , 主要应用于铜版纸、胶版纸等彩印纸的纸/塑覆膜工艺。当前新购置的覆膜机大多数为水性覆膜机, 以即涂型覆膜工艺为主,

7、因此水性复膜胶是国内市场的主流, 所使用的胶黏剂主要是VAE 型水性复膜胶和丙烯酸型水性复膜胶, 还有少量双组分水性聚氨酯类等产品。对于水性纸塑复膜胶的研究, 国内已有不少报道1,2, 无论是VAE 型还是丙烯酸型复膜胶, 在实际覆膜过程中各有优缺点, 总是存在一些不尽如人意的地方, 如:价格高, 初黏力低, 起泡、脱层、失色、盖粉能力差, 胶液稳定性、透明性差, 低温黏度大影响涂布性能和粘接力等。有关VAE 型水性复膜胶的研究3,4,5主要以共混改性为主, 也有少数以收稿日期:2004-08-12作者简介:吴仁涛(1963- , 男, 山东省莱芜市人, 副教授, 主要从事无机化学教学和精细化

8、工研究。4那兵. 新型环氧树脂增韧剂的合成与研究J.粘接,2002,23(4 :2122.5P S ACHARY. R oom T em perature Curing of CT BN -T oughened E poxyAdhesive with E levated T em perature Service Capability J .J ApplPolym Sci , 2001,41:152162.M old :E ffect of the Curing C onditions on the Phase -Separation Process J.J Appl Polym Sci ,

9、2001,81:889900.7P M STEF ANI. E poxy -Urethane C opolym er :RelationBetween M orph ologyand PropertiesJ.J Appl Polym Sci , 2001,82:25442522.8饶秋华. 改性聚醚增韧环氧树脂的研究J.高分子材料科学与6P M STEFANI. Curing of E poxy -Urethane C opolymer in a Heated 工程,1997,13(1 :96100. 吴仁涛等,VAE 型水性纸塑复膜胶的应用研究V ol. 27. N o. 2,200582化

10、学方法进行改性的研究6, 但对于它们的应用研究报道不多, 本文利用共混改性方法制备了一种V AE 型水性复膜胶, 探讨了影响水性复膜胶使用性能的一些因素, 并从产品应用方面, 阐述了V AE 型水性复膜胶的应用现状、改进方法及今后发展的方向。pH 值:615710固含量/%:50±210:800±黏度/mPa s (2550:01250±剥离强度/kN/m (180°01050114性能测试黏度测定:使用ND J -7旋转黏度计, 按G B/T -2974-1995方法测定在25±011时的黏度;剥离强度测定:使用FM -1100多用途复膜机,

11、 用VAE BOPP 膜(表面张力>38MN/ , PC 型智能电子G -方法测定180°剥:以VAE 乳液为标准, 目测胶; 将胶液涂布于聚四氟乙烯板上, 自然成膜后观察胶膜透明度, 综合评价。胶液稳定性检查:将胶液封存于具刻度玻璃管中, 放置6个月, 观测分相情况及体积, 综合评价。胶液均一性检查:将胶液涂布于彩印纸板上, 观察均匀性; 检查覆膜机胶辊上及涂于薄膜上通过烘道前后的涂布性能, 综合评价。固含量测定:取110000g 乳液, 摊置于表面皿上, 放在电热鼓风干燥烘箱中, 恒温110干燥2h , 称重并计算。pH 值测定:使用不同范围的精密pH 试纸测试。1实验部分

12、111仪器与试剂ND J -7旋转黏度计(上海天平仪器厂 , PC 型智能电子拉力试验机(济南兰光测试仪器有限公司 ,FM -1100高精度多用途覆膜机(立信印刷机械有限公司 , 高速混合机。B J -705VAE 乳液(工业品, 1#、2#复合乳液( 2402树脂、(19PM1, 江苏中 , 彩印纸(山东虎彩泰山印刷有限公司提供 。112VAE 型复合乳液的性能测定方法在高速混合机中, 向VAE 乳液中加入乳化剂、防冻剂、润湿剂、消泡剂等各种助剂, 并调整pH =710和黏度850mPa s , 取一定量乳液分别加入不同数量的乳化剂水溶液, 观察稀释对黏度的影响, 结果见图1; 取一定量黏度

13、为420mPa s 的乳液分别加入不同数量的DBP 复配物, 考察VAE 复合乳液黏度的变化, 结果见图2。取100g 黏度为650mPa s 的VAE 复合乳液, 分别加入10%的脂松香、2402树脂、2结果与讨论211稀释剂用量对VAE 复合乳液的黏度影响萜烯树脂、138树脂(以上树脂均以50%醇类溶液加入 、1#复合乳液、2#复合乳液等增黏树脂, 考察其对VAE 复合乳液稳定性、胶液透明性、体系均一性等方面的影响, 按10级评价,10为最好,0为最差, 结果见表1。取一定量黏度为650mPa s 的VAE 复合乳液, 分别加入不同数量的1#复合乳液、2#复合乳液和138树脂, 分别测定黏

14、度变化及覆膜后剥离强度的变化情况, 结果见图3、图4。1139801水性复膜胶的制备如图1, 随着乳化剂水溶液的加入,VAE 复合乳液的黏度不断下降, 在稀释剂用量为5%12%时, 黏度降低较快, 实际生产中可以选择这一范围, 对复膜胶的黏度进行有效调节, 以适应各种机型的涂布要求。但乳化剂水溶液的浓度和用量都不能过高, 否则使胶液泡沫过多, 剥离强度降低, 影响使用 。将VAE 乳液加入高速混合机中, 在高速搅拌下加入各种助剂与一定量乳化剂水溶液将黏度调整到650mPa s , 继续搅拌并加热到7085, 保温搅拌反应2h , 冷却降温到40左右, 在搅拌下缓慢加入增粘树脂、消泡剂等共混1h

15、 , 调整粘度及pH 后, 继续搅拌1h 后出料, 放置一周得成品。产品技术指标:外观:白色乳液图1稀释剂用量对VAE 复合乳液黏度的影响Fig 11E ffect of am ount of the diluent on the viscosity of composite VAE emulsion 化学与黏合2005年第27卷第2期CHE MISTRY AND ADHESI ON 83212DBP 复配物对VAE 复合乳液黏度的影响乳液的表观黏度逐渐增大, 当达到一定值后表观黏度增加缓慢, 在用量为6%9%时具有较好的增黏效果。这是由于增黏树脂用量过大,VAE 乳液粒子与树脂乳液粒子之间相

16、互黏连粒径变大8, 共混性能变差,138树脂是假塑性流体, 随着剪切速率的增大, 表观黏度下降所引起的 。图2DBP 复配物用量对VAE 复合乳液黏度的影响Fig 12E ffect of am ount of DBP mixture on the viscosity of composite VAE 适当的使用DBP 度7, , 能, 将DBP 乳液的柔韧性和涂布均匀性能, BOPP 膜的湿润和提高剥离强度。如图2所示, 当DBP 复配物用量为215g 315g 时, 黏度变化出现平缓段, 说明在这一范围内可实现稳定的黏度和良好的相容性。产品应用表明,DBP 复配物使用这一用量范围时, 表现

17、出良好的涂布性能和覆膜效果, 并产生较大的剥离强度。213增黏树脂对VAE 复合乳液性能的影响21311增黏树脂的种类对VAE 复合乳液性能的图3增黏树脂的用量对VAE 复合乳液黏度的影响Fig 13E ffect of am ount of the tackifying resin on the viscosityof com posite VAE emulsion21313增黏树脂的种类和用量对VAE 复合乳液剥离强度的影响由图4观察随着增黏树脂用量的增加,VAE 复合乳液的剥离强度逐渐增大, 当达到一最大值后开始下降,1#复合乳液用量为715%时具有最大剥离强度。这是由于增黏树脂本身具有

18、较好的黏接力, 有调节极性和黏度的双重作用, 当用量较多时使体系的极性增大相容性变差, 影响涂布效果; 随着增黏树脂用量的增大, 胶液中VAE 乳液含量减少, 导致胶黏剂的极性与BOPP 之间的极性差距拉大9, 影响了VAE 复合乳液的剥离强度 。影响使用100g 黏度为650mPa s 的VAE 复合乳液, 分别加入10%的不同类型的增黏树脂, 考察对VAE 复合乳液稳定性、胶液透明性、体系均一性等方面的影响。结果如表1所示, 松香树脂价格低廉, 在稳定性和透明性方面不及其它树脂;2402树脂和萜烯树脂在水基乳液体系中容易析出颗粒状沉淀, 均一性较差, 给生产和使用带来不便, 但进一步实验表

19、明, 使用2402树脂时可产生较大的剥离强度;138树脂、1#和2#自制复合乳液具有较好的性能。表1不同增粘树脂对VAE 复合乳液性能的影响性能/树脂种类稳定性透明性均一性松香6582402785138989萜烯8761#109102#9910图4增黏树脂的用量对VAE 复合乳液剥离强度的影响Fig 14E ffect of am ount of the tackifying resin on the peelingstrength of com posite VAE emulsion21312增黏树脂的种类和用量对VAE 复合乳液黏度的影响将具有较好共混性能的1#复合乳液、2#复合乳液和13

20、8树脂分别加入一定量的VAE 复合乳液中, 由图3观察随着增黏树脂用量的增加,VAE 复合3VAE 型水性纸塑复膜胶的应用商品水性复膜胶在使用过程中都有其局限性, 吴仁涛等,VAE 型水性纸塑复膜胶的应用研究V ol. 27. N o. 2,200584要研制一种适用于所有机型、所有彩印纸且价格低廉的水性复膜胶将是十分困难的。VAE 型水性复膜胶也不例处, 其普遍存在的问题是制造成本高, 利润低, 冬季气温低时胶液黏度增大影响涂布性能和黏接力, 搞冻性能差受冻后严重影响黏接性能等。与其它水性复膜胶相比也有其优点:产品质量稳定, 初黏力高, 用于较重的纸板覆膜时不易产生纸板搭口处拉空现象; 胶液

21、pH 近中性, 不会腐蚀上胶辊; 具有较好的盖粉能力, 对彩印纸与印刷油墨适应能力强等。当前市场上的水性覆膜机主要可分为热覆机和冷覆机两类, 丙烯酸型水性复膜胶主要是丙烯酸酯-乙烯醋酸乙烯酯-丙烯酸(丙烯腈 改性产品, , , 初黏力不高, 色。VAE VAE 乳液为基料, 通过各种改性方法而制得, 应用于有烘道热覆机。对于9801水性复膜胶(本实验的一个实例 的现场应用表明, 它具有良好的涂布性能和较强的盖粉能力, 覆膜后光泽鲜艳, 不起泡、不脱层、对彩印油墨色泽无影响; 其使用的最佳环境温度为1540, 北方地区夏季使用一般不需加热, 只开烘道即可, 因此夏季也可用于冷覆机型。一般情况使用

22、热覆机可控制加热辊温度在5565, 压力辊1215MPa , 速度3040m/min , 涂胶量812g/m 2, 该胶不适于金银卡纸的复膜。参考文献:1陈国伟, 杜慧玲. 国内纸塑复合胶现状及进展J.辽宁工学院学报,2003,23(3 :4547.2周文华, 杨辉荣. J.黏接,2003,24(4 :2527.3, 苗荣正, . (BST -7 的研J(29., , 等. 乳液型纸塑复合胶黏剂的研制,2002, (6 :2325.5, 凌爱莲, 桑鸿勋. PU 乳液对VAE 乳液共混改性的研究J.化学与黏合,2002, (2 :4952,55.6陈艳军, 陈沛智, 宋小霞. 丙烯酸丁酯/VA

23、E 互穿聚合物乳液的研究J.黏接,2004,25(2 :69.7谢云林. 增塑剂DBP 对VAE 乳液黏度的影响J.中国胶黏剂,2000,9(2 :3031.8陈沛智, 赵奇志, 李小琴, 等. VAE -松香乳液共混体系研究J.黏接,1999, (5 :58.9何秀珍, 宋志英. VAE/增黏剂共混胶对PP -纸的黏接及黏合机理的探讨J.河北工业大学学报,2001,30(2 :8588.国内外近期有关胶黏剂文献的增注题录05-028对载体有卓越黏合性能可再定位的压敏胶组合物此组合物可用于标签、遮蔽胶黏带、表面保护膜等方面, 主要由含0. 1%8%带羧基不饱和单体的水分散性(甲基 丙烯酸c 412烷基酯类共聚物、碳化二亚胺交联剂和环氧交联剂构成。实例:一种固含量为50%的水性丙烯酸-丙烯酸2-乙基己酯共聚物分散液与Car -bodilite V 02(碳化二亚胺 和Denacol EX 6148(环氧化合物 共混并增黏, 得到可再定位的胶黏剂; 将其转移至纸上并干燥, 便得到一黏合片。此片对涂层纸具有优秀的初始与陈化后的黏合性及良好的层间剥离强度T akizawa T akuya ,et al (日本崎淀化学工业株式会社 . J P (K 2004217838A2,2004-08-05.05-029对聚酯载体具有良好黏合性的丙烯酸类压敏以混有C oronate L (多异氰酸酯