聚乙二醇400对水性复膜胶合成及性能的影响

中肤粘剂2009年12月第18卷第12期26 CHINA ADHESIVESol.18no.12dc.200聚乙二醇400对水性复膜胶合成及性能的影响张士军,郑军,梁文波,李晓飞(保定光普化工研究所,河北保定071000)摘要:将聚乙二醇(PEG)作为空间位阻型乳化剂润湿剂和增塑剂引入到原水性干法复膜胶的反应体系中,讨论了PEG的相对分子质量(M)和用量对乳液的合成及使用性能的影响。结果表明:当w(pG400)=1.15%(相对于总单体而言)时,聚合反应的稳定性最佳,乳液的粘接性能和机械适应性明显提高。关键词:聚乙二醇;空间位阻型;乳化剂;水性;复膜胶;润湿剂;增塑剂中图分类号:TQ437.2:TQ436.5文献标识码:A文章编号:1004-2849(2009)12-0026-030前言烯酸(AA),工业级,北京东方化工厂;苯乙烯(St),印刷品的复膜是利用胶粘剂将纸张与双向拉伸工业级,吉化有机合成厂;交联剂、过硫酸铵、聚乙二聚丙烯(BOPP)薄膜复合在一起,使印刷品更加美醇400(PEG-400)、碳酸氢钠、吊白块(SFS)、叔丁基观、光亮,并具有防水、防污等功效。从专业角度而过氧化氢(TBTP)、乳化剂(阴/非复合型)氨水工业言,欲将非极性的BOPP薄膜(储存时间过长的级,市售;软化水,自制。BOPP,其电晕处理效果退化,表面张力可能低于0.39m)牢固粘接在强极性的纸张表面(表面张力1.2试验仪器高于0.60mN)是比较困难的;同时,为了达到不同NDJ-1旋转黏度计,上海上天精密仪器有限公的装饰效果,对复膜后的印刷品还需要进行各种印司PB-10精密酸度计,赛多利斯科学仪器(北京)有后加工(如起鼓、压痕和压纹等)。这就要求复膜胶不限公司 Hydro2000mu激光粒度仪,英国 Malvern仪仅具有较高的机械适应性和粘接强度,而且还应具器有限公司;XGP镜像光泽度仪(60°IS02813),天有较好的光亮度和透光性。津市信通光达科技有限公司。原水性干法复膜胶(2005年底面向市场)是以丙烯酸丁酯(BA)为软单体、苯乙烯(St)为硬单体、酚醚1.3半连续种子乳液聚合法制备水性复膜胶硫酸和烷基酚醚为阴/非复合乳化剂,同时引入了含①单体的预乳化:将BA、St、AA、HPA、交联剂、有羧基氨基和羟基等基团的多种功能单体,采用半部分乳化剂、PEG和软化水等加入到预乳化装置中,连续种子乳液聚合法聚合而成的随着印刷品市场搅拌均匀;当体系呈均匀乳白色、黏度≥150mPas的快速发展,对复膜胶的性能要求也越来越高。为了时,说明已充分乳化。②加入底料和制备种子:将部适应多样化的市场需求,本课题组经过大量试验,将分乳化剂、引发剂、碳酸氢钠和软化水等加入到反应聚乙二醇400(PEG-400)作为空间位阻型乳化剂和釜中,升温至50~70℃;然后加入预乳化液总量的润湿剂引入到原水性干法复膜胶的反应体系中,并3%作为种子,在30~45min之间升温至80~85℃。对原有技术进行改进,以期提高复膜胶的综合性能。③滴加过程:将温度控制在80~90℃之间,同步滴加1试验部分剩余的预乳化液和引发剂(3~4h滴毕)。④保温过程:将温度控制在80~90℃之间,保温1.5h。⑤后消1.1试验原料除过程:降温至75℃,加入TBTP溶液,5~10min后丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸-2-羟丙酯(HPA)丙加入SFS溶液;然后持续降温至40℃以下,用氨水收稿日期2009-09-10;修日期:2009-10-21作者简介:张士(1971-),河北香河人,本科,工程师,主要从事特种胶粘剂丙烯酸酯乳液等方面的研究与开发e-m163.第18卷第12期张士军等聚乙二醇400对水性复膜胶合成及性能的影响27-调节pH值至6.5~7.5,300目(尼龙滤布)过滤后出中,从而使体系内的自由水含量明显减少,故体系的料。黏度增大,乳胶粒之间相互撞合时的阻力也相应增加。因此,在聚合反应中引入PEG,可以从多方面增1.4性能测试加乳液的稳定性。(1)乳液粒径及其分布:将0.5mL乳液稀释至PEG的相对分子质量(Mn)在200-8000之间,50倍,采用激光粒度仪进行测定。随着Mn的不同,其外观形态也各不相同(从无色、无(2)固含量:将2g左右的乳液置于120℃烘箱臭的黏稠状液体到蜡状固体);另外,PEG的乳化性中烘干至恒重,则固含量=样品干重/样品湿重。能、润湿性能也随其M的不同而异。表2列出了(3)黏度:按照GB/T2794-1995标准,采用旋PEG的Mn对乳液聚合的影响。转黏度计进行测定(测试温度为25℃)。表2PEG的M对乳液聚合的影响(4)pH值:采用精密酸度计进行测定(测试温度tah.2 Effect of PEG's' on polymerization of emulsion为25℃)。PEG的M聚合情况乳液外观(5)光泽度:将复膜胶均匀涂敷在(15cm5cm)200反应平稳乳白(淡蓝色荧光)400反应平稳乳白(淡蓝色荧光)红色实底印刷白板纸上,放入120℃烘箱中烘干3~600反应平稳乳白(淡蓝色荧光)5min;然后去除边缘不均匀部分,在每张纸上均匀1000少量大颗粒乳白(无蓝光)选择三点,采用镜像光泽度仪测定各点的光泽度,以2000部分凝胶白色平均值示之。4000部分凝胶白色(略彩光)(6)电解质稳定性(用Ca2+稳定性表示):按照由表2可知:PEG的M越大,聚合反应的稳定m(乳液)m(5%caCl2溶液)=41配制混合体系,搅拌性越差;当PEG的M在200~600之间时,聚合反应均匀后静置48h;然后观察体系中有无絮凝及沉淀稳定、乳液外观良好。考虑到PEG的相对毒性随着现象。Mn的增加而降低,同时考虑到PEG的吸湿性及成(7)稀释稳定性:用去离子水将乳液稀释至固含本因素,选择PEG的Mn为400时较适宜。量为3%,静置24h;然后目测乳液的分层情况,以上层清液量及下层沉淀量表示稀释稳定性。2.3PEG-400对乳液粘接性能的影响PEG-400可以作为空间位阻型乳化剂、润湿剂2结果与讨论和增塑剂等被引入到原水性干法复膜胶的反应体系2.1改性复膜胶乳液的实测性能中,其润湿剂和增塑剂的功能均有利于提高胶粘剂将PEG加入到原水性干法复膜胶的反应体系对聚合物基材表面的润湿能力。润湿剂既可以溶解中,所得改性复膜胶乳液的物化性能如表1所示。胶粘剂的基体树脂,又对聚合物基材表面有一定的表1乳液的物化性能溶胀作用;在胶粘剂干燥成膜过程中,润湿剂携带胶Tab.1 Physical and chemical performances of emulsion粘剂向聚合物基材的表层渗透,从而使聚合物基材外观粒径/mw(固含量)/%黏度/(mPas)表面与胶粘剂之间的界限模糊,达到理想的粘接状乳白(淡蓝)荧光稀液≤0.248-5050-500态因此在水性干法复膜胶使用过程中,经高温烘电解质稳定性稀释稳定性pH值光泽度干后,乳胶膜已经与BOPP薄膜充分润湿渗透;再经合格合格6.5-7.565-75热压辊压合后,BOPP薄膜与纸张之间已粘接牢固。2.3.1PEG-400用量对复膜胶粘接性能的影响2.2PEG对乳液聚合的响在其它条件保持不变的前提下,仅改变PEG-PEG分子同时具有亲介质端和亲颗粒端,其亲400的用量,则产品复膜后的粘接性能如表3所介质端具有很强的溶剂化作用和空间位阻效应,其示(复膜表面泛白是BOPP薄膜与纸质基材分离所亲颗粒端与聚合物的结合较好;同时,PEG作为致。这是由于复膜胶的粘接力随复膜后放置时间的护胶体加入到乳液聚合体系中,其分子被吸附在乳延长而略有降低,初次泛白时间越短表明粘接力下胶粒的表面,形成具有一定厚度的水化层,阻碍了乳降速率越快,泛白面积越大表明粘接力下降幅度越胶粒之间(因碰撞所产生)的聚并现象,从而起到提大)。高乳液聚合稳定性的作用;另外,PEG可溶于水相由表3可知:当w(PEG-400)=1.1%~1.2%时(相28中国粘剂第18卷第12期表3PEG-400用量对产品粘接性能的影响2.4PEG-400对乳液机械适应性的影响 Tab. Effect of PEG-400 content on bonding performance of produce水性干法复膜胶在上机复膜过程中,由于水分w(PE-400)初次泛白(PE-400)初次泛白%时间(复膜后)d%时间(复膜后)d的挥发、表层与空气的接触均会导致表层发生聚合0451.261作用形成凝胶。早期的软质凝胶经搅拌后可以恢复0.4351355至原来的流体状态,但是随着时间的延长,凝胶体会0.9481.454逐步硬化,在胶槽中形成一层薄膜或在刮胶板上结1.0531.928成小胶粒,致使上胶涂布过程中BOPP薄膜上出现1.1622.417竖纹,从而影响了涂布效果。这种现象在北方春秋的对于总单体而言)产品复膜后粘接性能最好。这是干燥季节尤其严重。为了解决这一难题,本课题组试由于对水性干法复膜胶而言,要求其在使用过程中用了多种防水保湿产品(如甘油、丙二醇和乳酸等),初粘力和持粘力保持协调统一(当胶膜较软时,初粘均不理想(有些产品虽可以起到防止结皮等作力较好持粘力略差;当胶膜较硬时,持粘力较好、初用,但同时也会降低复膜胶的粘接性能);最后将粘力略差)加入PEG-400后,随着PEG400用量的PEG引入复膜胶体系中,凝胶现象得以明显缓增加,复膜胶的初期润湿效果较好、增塑效果不明解。显,表现为复膜胶的粘接性能随着PEG-400用量的增加而增强;当PEG-400用量超过某一值时,增塑3结论效果逐渐明显、胶膜偏软,而持粘力降低;随着PEG-(1)将PEG-400引入原水性干法复膜胶的反应400用量的继续增加,复膜胶的粘接性能呈下降趋体系中,乳液聚合反应平稳。PEG-400在体系中不势。综合考虑,选择w(PEG-400)=1.15%时较适宜。仅起到乳化剂的作用,而且还起到润湿剂增塑剂和2.3.2含PEG-400复膜胶与同类产品的性能比较保湿剂等作用。在其它条件保持不变的前提下,仅改变复膜胶(2)当(PEG-400)=1.15%时(相对于总单体而的种类,则复膜后制品的性能如表4所示。言)聚合反应的稳定性最佳,并且乳液的粘接性能表4胶粘剂种类对(复膜后)制品性能的影响和机械适应性明显提高。参考文献复膜后制品的发白面积%时间(复膜后)d市售复膜胶原复膜胶改性复膜胶(含1]李俊,王瑞明,邓仕英,等水乳性纸塑复膜胶的研究1.15%peg-400武汉化工学院学报,2005,27(5):26-29.0015稍发白(可用)002]郑军复合交联型水性纸塑复膜胶的研制J化学与黏3010(尚可用)0合,2008,30(3):57-5945>40(不能用)稍发白(可用)00000【3]曹同玉,刘庆普,胡金生聚合物乳液合成原理性能及应60不能用10(尚可用)用[M]2版北京:化学工业出版社,2007:12814]叶先科,邹明国,代模栏,等水基冷贴纸塑复合胶(WP)由表4可知:在原水性干法复膜胶体系中引入的研制中国胶粘剂,2000,9(2):16-18.PEG-400后,产品的粘接性能明显提高。(责任编辑:刘芳) Influence of PEG-400 on preparation and performance of aqueous laminating adhesive ZHANG Shi-jun, ZHENG Jun, LIANG Wen-bo, LI Xiao-fei (Baoding Guangpu Chemical Industry Research Institute, Baoding 071000,China) Abstract: The polyethyleneglycol (PEG) as steric hindrance emulsifier, wetting agent and plasticizer was introduced in former aqueous laminating adhesive reaction systems based on dry method, and the influences of molecular weight and contents of PEG were discussed on synthesis and application performances of emulsion. The results showed that the stability of polymerization was optimal and bonding performance and mechanics adaptability of emulsion were obviously improved when mass fraction of PEG 400 was 1.15% in total monomers. Keywords: PEG; steric hindrance emulsifier aqueous; laminating adhesive; wetting agent;plasticizer