转移镀铝纸用水性胶黏剂的研究

编辑:zhangyao 作者:杨林1,3 叶先科1,2 皮红1,2 时间:2016年08月16日 访问次数:1748

 转移镀铝纸用水性胶黏剂的研究

杨林1,3   叶先科1,2   皮红1,2

1 宁波阿里山胶粘制品科技有限公司,浙江宁波,315400 2 高分子材料工程国家重点实验室,四川大学高分子研究所,四川成都,610065 3四川大学化工学院,四川成都,610065

 

摘要:采用种子乳液聚合方法制备了一类新型的转移镀铝纸用水性胶黏剂。研究了软硬单体比例、功能单体含量和乳化剂用量对聚合反应及乳液性能的影响,确定了乳液制备工艺的适宜条件。研究结果表明,在软硬单体质量比为0.510.71、功能单体用量为3%5%、复合乳化剂用量为34%的条件下,所制备的乳液外观好、基本无残渣;用该乳液所制备的转移镀铝纸的镀铝层转移性能、粘结性能、抗划性能、耐折性能、对折银纹现象和抗吸潮性能优良。

关键词:转移镀铝纸;乳液;胶黏剂

 

Study on emulsion adhesive for transferable aluminium-plating paper

Yang Lin1,3, Ye Xianke1,2, Pi Hong1,2

(1 Alishan Adhesive Study on emulsion laminating adhesive for transferable aluminium-plating paper

 

A new kind of emulsion adhesive for transferable aluminium-plating paper was prepared by seeded emulsion polymerization. The effects of soft/hard monomer ratio, functional monomer content and emulsifier amount on polymerization and the properties of adhesive were carefully investigated, and the optimal parameters were determined. The results show that the adhesive with excellent performance could be obtained when the soft/hard monomer ratio is between 0.5:1 and 0.7:1, the functional monomer content is between 3% and 5%, and the emulsifier amount is between 3% and 4%. The aluminium-plating paper prepared by the emulsion adhesive has excellent transfer properties of aluminum coating, adhesive property, performance against plan, flex resistance, the phenomenon of folding craze, and anti-moisture absorption properties.

 

Key words: emulsion; adhesive; transferable aluminium-plating paper

 

Technology Co., Ltd., Ningbo Zhejiang 315400, China; 2 State Key Laboratory of Polymer Materials Engineering, Polymer Research Institute of Sichuan University, Chengdu, Sichuan 610065, China; 3 School of Chemical Engineering of Sichuan University, Chengdu, Sichuan 610065, China)

 

A new kind of emulsion adhesive for transferable aluminium-plating paper was prepared by seeded emulsion polymerization. The effects of soft/hard monomer ratio, functional monomer content and emulsifier amount on polymerization and the properties of adhesive were carefully investigated, and the optimal parameters were determined. The results show that the adhesive with excellent performance could be obtained when the soft/hard monomer ratio is between 0.5:1 and 0.7:1, the functional monomer content is between 3% and 5%, and the emulsifier amount is between 3% and 4%. The aluminium-plating paper prepared by the emulsion adhesive has excellent transfer properties of aluminum coating, adhesive property, performance against plan, flex resistance, the phenomenon of folding craze, and anti-moisture absorption properties.

 

Key words: emulsion; adhesive; transferable aluminium-plating paper

 

根据《中华人民共和国清洁生产促进法》第20条规定:产品和包装物的设计,应当考虑其在生命周期中对人类健康和环境的影响,优先选择无毒、无害、易于降解或者便于回收利用的方案。随着我国对外开放的不断扩大和《烟草控制框架公约》的签署,卷烟辅料对环境的影响也日益受到重视。绿色环保已成为烟草包装势不可挡的发展趋势,非环保包装材料被逐渐淘汰已成定局。转移镀铝纸作为一种环保型的包装材料优势明显。转移镀铝纸可广泛用于烟、酒、瓶贴、茶叶、食品、化妆品、日化、百货、礼品、工艺品等产品的精美包装,也可用于建筑装潢材料。我国镀铝纸的市场发展空间巨大[1]

转移镀铝纸具有几大优势:A环保性:转移镀铝纸是国内公认的环保型包装材料,它不含金属铝箔和难以分解的高分子材料(如PETPP等),具有可降解、可回收的环保性能。B防伪性:目前防伪技术已成为高档香烟普遍采用的手段,而转移纸在生产过程中,可直接使用镭射或全息技术,如将文字信号、全息图案通过模压方式复制到喷铝纸表面而成镭射喷铝转移纸,从而达到了良好的防伪效果。C经济性:转移镀铝纸在成本方面较铝箔复合纸更具有经济优势。因为转移镀铝纸铝层厚度仅为铝箔复合纸的铝箔厚度的1/200,并且转移膜基膜可以重复使用。D美观性:随着镀铝技术的发展,相关配套产业技术不断进步,通过改变转移涂料的配方,采用不同的模压方式可以生产出各种激光全息镭射图案[2]

所谓转移镀铝纸就是采用转移法生产的,其过程是:首先在PETOPP薄膜上预涂转移涂料和结合层(信息层)涂料,再经过真空镀铝制得镀铝转移膜。生产镀铝转移纸时,通过上胶、复合、干燥、模压、剥离等工序将铝层(或含有信息层的铝层)转移至纸上(或其它基材上)[2]。提供铝层与基纸附着的胶黏剂是生产转移镀铝纸重要的原材料之一。现常用的转移镀铝纸用胶黏剂有的存在粘合性欠佳,易导致度铝层与底纸剥离;有的存在转移镀铝纸的铝面易产生银纹,影响产品的美观和亮度等;有的存在转移镀铝纸易产生暴口等现象。为解决上述问题,本文研究开发了一种新的转移镀铝纸用胶黏剂。该胶黏剂的粘合性佳,可使镀铝层完全转移到底纸上,且施胶方便、涂布性能好、不易产生银纹和暴口等不良现象。

1实验部分

1.1实验原料

复合乳化剂、去离子水,自制;氢氧化钠、丙烯腈(AN)、过硫酸铵(APS),化学纯,成都科龙试剂有限公司;丙烯酸(AA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸异辛酯(EHA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA),工业级,北京东方化工厂;消泡剂、润湿剂,工业级,科宁公司。

1.2乳液合成

1)单体预乳液的制备

向装有搅拌器、滴液漏斗的三口烧瓶中加入一定量的乳化剂和水,搅拌溶解,将单体在0.5 h内均匀滴加完毕,搅拌0.5 h,即得单体预乳液。

2)共聚物乳液的制备

向装有搅拌器、回流冷凝管和滴液漏斗的三口烧瓶中加入部分乳化剂和水,升温至60℃加入一部分单体预乳液,搅拌下升温至75℃左右,加入部分引发剂APS,升温至80℃,反应20min。滴加剩余的预乳液,1.5 h内滴加完毕,控温在75~80℃。滴完后保温1.5 h,然后冷却到40℃以下,加入40%wt)的氢氧化钠溶液调节pH值到7左右,加入润湿剂、消泡剂,过滤出料。

1.3性能测试

外观按照GB/T 11 175-2002,将试样混合均匀后薄涂于玻璃板上,目测有无粗颗粒和杂质。

粘度在25℃恒温条件下,用T-4杯粘度计进行测试。

2结果与讨论

2.1 软、硬单体配比的确定

根据其聚合物玻璃化转变温度(Tg),聚合单体可以分为硬单体和软单体。其中硬单体赋予胶膜较高的硬度和内聚力,如MMA;软单体能够增加胶膜的柔韧性和初粘力,如BAEHA(在研究中mBAmEHA=51)。另外,功能单体可以提高胶膜的粘附力和耐水性,如AAAN。单体配比直接影响聚合物胶膜的Tg,从而影响乳液的最低成膜温度(MFT)[3]。功能性单体用量一般很少,过多则易产生凝胶,根据经验通常应在8%以下。在研究中,选定功能单体用量为5%mAAmAN=32),改变软、硬单体比例进行聚合实验,并测定乳液的性能(见表1)

1 软、硬单体比对乳液性能的影晌

Tab.1 Effect of soft/hard monomer weight ratio on adhesive properties

mm

乳液外观

镀铝层转移性能

粘结性能

抗划性能

耐折性能

对折银纹现象

0.11

乳液发蓝,少量残渣

完全

铝箔不能脱离纸面

不耐折,3次开裂

0.21

乳液发蓝,基本无渣

完全

铝箔不能脱离纸面

不耐折,18次开裂

0.51

乳液发蓝,基本无渣

完全

铝箔不能脱离纸面

耐折20次,不开裂

0.71

乳液发蓝,基本无渣

完全

铝箔不能脱离纸面

耐折20次,不开裂

0.91

乳液发蓝,基本无渣

不完全

少量铝箔脱离纸面

稍差

耐折20次,不开裂

有少量

1.11

乳液发蓝,基本无渣

不完全

少量铝箔脱离纸面

耐折20次,不开裂

严重

从表1可以看出,最佳的软硬单体质量比为0.510.71,乳液外观较好,发蓝光,乳液细腻,乳液过滤无残渣;转移镀铝纸耐正反折20次,不暴裂;抗划性能好;弯曲无银纹现象;PET基材上的镀铝层向纸面转移完全;用不干胶带做快慢拉测试,镀铝层不脱落。若软单体过多,则胶膜偏软,少量铝箔脱离纸面,抗划性能变差,弯曲时银纹现象严重;若硬单体过多,则胶膜发脆,不耐折,开裂。因此,只有在适宜的软、硬单体配比情况下,所制得的转移镀铝纸的综合性能最好。

 

2.2 功能单体用量对胶黏剂性能的影响

功能单体一般具有一些特殊基团,如-COOH-OH-CN等,这些基团在成膜过程中能够促进大分子链交联,与基材粘接时形成较强的氢键或分子间作用力,因此能够提高聚合物的内聚强度和剥离强度。但过多的功能单体不利于乳液聚合的稳定性,无法获得均匀细腻的乳液,对乳液的性能造成不良影响[4]。本研究中选择AAAN作为功能单体,并将两者配合使用(mAAmAN=32),考查不同功能单体用量下乳液的性能变化,见表2

 

 

2 功能单体用量对乳液性能的影晌

Tab.2 Effect of functional monomer amount on adhesive properties

功能单体用量/%

乳液外观

粘度/S

镀铝层转移性能

粘结性能

抗划性能

耐折性能

对折银纹现象

抗吸潮性能

1

乳液发蓝,残渣较多

12

不完全

少量铝箔脱离纸面

耐折20次,不开裂

3

乳液发蓝,残渣较少

13

完全

铝箔不能脱离纸面

耐折20次,不开裂

5

乳液发蓝,基本无渣

16

完全

铝箔不能脱离纸面

耐折20次,不开裂

7

乳液发蓝,基本无渣

25

完全

铝箔不能脱离纸面

耐折20次,不开裂

稍差

9

乳液发蓝,残渣较多

40

完全

铝箔不能脱离纸面

不耐折,开裂

从表2可以看出,最佳的功能单体用量为3%5%,乳液外观较好,发蓝光,乳液细腻,乳液过滤基本无残渣;转移镀铝纸耐正反折20次,不暴裂;抗划性能好;弯曲时无银纹现象;PET基材上的镀铝层向纸面转移完全;用不干胶带做快慢拉测试,镀铝层不脱落;抗吸潮性能好。若功能单体用量过多,乳液的稠度增大;乳液的残渣较多;耐折和抗吸潮性能恶化。若功能单体用量过少,乳液的残渣较多;镀铝层转移不完全;镀铝层的易被不干胶带撕离纸面。

2.3 乳化剂用量对胶黏剂性能的影响

乳液聚合过程中乳化剂虽然不直接参与聚合反应,但它的种类和用量对乳液的性能影响很大。本研究选择阴离子型和非离子型复合乳化剂。单独使用阴离子乳化剂时,所制得的乳液稳定性较差、容易起泡,会影响涂布性能;单独使用非离子型乳化剂时,聚合反应进行不久便开始破乳,使得聚合反应无法继续进行。乳化剂的用量也直接影响聚合反应的稳定性和乳液的性能。当乳化剂的浓度比较低时,乳胶粒表面只有部分被乳化剂分子所覆盖,乳胶粒之间易发生聚集,生成较大的乳胶粒,严重时产生凝聚。当乳化剂用量增加时,得到的乳液粒径小,耐水性变差。因此,在能够得到稳定乳液的情况下,应尽量减少乳化剂的用量[5]。乳化剂用量对乳液性能的影响见表3

3 乳化剂用量对乳液性能的影响

Tab.3 Effect 0f emulsifier amount on emulsion performance

乳化剂用量/%

乳液外观

粘度/S

镀铝层转移性能

粘结性能

抗划性能

耐折性能

对折银纹现象

抗吸潮性能

1

乳液乳白色,残渣多

11

不完全

少量铝箔脱离纸面

耐折20次,不开裂

2

乳液乳白色,残渣较多

13

完全

铝箔不能脱离纸面

耐折20次,不开裂

3

乳液发蓝,基本无渣

16

完全

铝箔不能脱离纸面

耐折20次,不开裂

4

乳液发蓝,无渣

18

完全

铝箔不能脱离纸面

耐折20次,不开裂

5

乳液发蓝,无渣

23

完全

铝箔不能脱离纸面

耐折20次,不开裂

较差

从表3可以看出,随着乳化剂用量的增加,残渣不断减少直至消失,这说明乳化剂用量越大,乳液的稳定性越好。乳液的粘度随乳化剂用量的增加而增大。随着乳化剂用量的增加,乳液的外观从乳白色变为呈现蓝光,说明乳化剂用量越大,乳胶粒的粒径越小。乳化剂用量对镀铝层转移性能、粘结性能、抗划性能、耐正反折性能和弯曲银纹现象的影响不大。但乳化剂用量过大,增大了胶黏剂的吸水性,从而导致转移镀铝纸的抗吸潮性能下降。因此,乳化剂的量应尽量少。本文中最佳的乳化剂用量为34%,得到乳液的残渣很少、黏度、粒径合适,转移镀铝纸的综合性能好。

2.4 转移镀铝纸用水性胶黏剂的质量指标

乳液的主要性能见表2

2转移镀铝纸用水性胶黏剂的质量指标

Tab.2 Main performance of modified emulsion

项目

指标

外观

乳白色均匀乳液,泛蓝光,涂膜性能好,涂层透明

粘度(25℃,T-4杯)

1230S

固含量/%

4550

pH

67

残存

0.6%

粘接性能

镀铝层转移完全;铝箔不脱离纸面;抗划性能好;耐折20次,不开裂;对折无银纹现象

低温稳定性

0以上不冻结,不需另加防冻剂

贮存稳定性

夏季≥5月;冬季≥8

3结论

采用种子乳液聚合方法制备了一类新型的转移镀铝纸用水性胶黏剂。采用本文该水性胶黏剂所制备的转移镀铝纸的镀铝层转移性能、粘结性能、抗划性能、耐折性能、对折银纹现象和抗吸潮性能优良。

确定了最佳的工艺条件为:软硬单体质量比为0.510.71,功能单体用量为3%5%,复合乳化剂用量为34%

 

 

参考文献:

1 张胜真空镀铝纸在烟包及其它包装上的应用印刷世界 2009.9 1-3

2董海普烟包中转移镀铝纸与转移涂料印刷杂志 2005.6NO.23127-29

3 曹同玉,刘庆普,胡金生.聚合物乳液合成原理性能及应用[M].北京:化学工业出版社,1997.

4 袁才登.乳液胶粘剂[M].北京:化学工业出版社,2004.

5 张小伟,雷自强,等.丙烯酸(酯)改性聚醋酸乙烯酯乳液的研制.中国胶粘剂,2008173):32-36.