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丙烯酸酯高速贴标胶粘剂的研制
叶楚平, 黄光佛, 王念贵, 程珍贤
(湖北大学化学与材料科学学院,湖北省武汉市430062)
目前,我国啤酒生产工业所应用的淀粉[1 ] 、改性淀粉[2 – 3 ] 、聚乙烯醇缩甲醛[3 ]和改性聚乙烯醇缩甲醛[4 – 6 ]等贴标胶粘剂价格低廉,性能稳定,生产工艺简单,广泛应用在贴标车速为20 ,000 瓶/ 小时左右的啤酒流水生产线上。随着我国人民生活水平的提高,啤酒需求量越来越多,啤酒生产量也越来越大,啤酒生产车速提高到30 ,000 瓶/ 小时以上,且还有提高的趋势。上述贴标胶粘剂干燥速度慢,不能适应高速贴标机的要求。虽然干酪素高速贴标胶粘剂能适用于高速贴标机的要求[6 ] ,但是,其价格高,增大了生产成本。为此,开发适应高车速啤酒生产线需要的贴标胶粘剂迫在眉睫。应有关啤酒厂家的要求,经过反复试验,研制出了粘度大小适中,性能稳定,干燥速度快,价格合理,能适应于30 ,000 瓶/ 小时以上的车速的丙烯酸酯类高速贴标胶粘剂。
1 实验部分
1. 1 主要原料名称、规格及配比
丙烯酸酯类高速贴标胶粘剂的主要原料名称、规格及配比如表1 所示。
1. 2 制备方法
将MA、BA、AN、AA 单体混合后分为A、B 两组分。其中,A 组分占混合单体量的1/ 7 ,剩下的为B组分。在带有搅拌器、温度计、冷凝管、滴液漏斗的四口烧瓶中加入去离子水,95 %工业酒精及A 组原料,适量的引发剂,边搅拌边升温,当温度升高到72 ℃出现回流及微蓝光时,继续反应15 分钟后,开始滴加B 组分原料及剩余的引发剂,3～4 小时滴完,此时得到微黄色透明胶粘剂。降温至50 ℃以
下,加入氨水调节pH 值,加入适量的复合增稠剂调节粘度,出料。
1. 3 性能测试
外观: 目测。不挥发物含量: 按GB/ T2793 -1995 测定。粘度:NDJ – 1 型旋转粘度计,按GB2794测定。pH 值:用PHS – 3 型酸度计测定。冷藏稳定性:按文献[1 ]方法测定。贮藏稳定性:按文献[1 ]方法测定。初粘强度与干燥速度均在高速贴标机上通过实际应用检测。
2 结果与分析
2. 1 高速贴标胶粘剂性能指标
按经反复实验和生产实际检验确定的胶粘剂配比生产的高速贴标胶粘剂性能指标如表2 所示。
2. 2 AA 用量对初粘性能和干燥速度的影响
贴标胶粘剂能否适应高速贴标机高速度的要求主要取决于两个因素:一是初粘性能。初粘性能好,贴标速度可以上去。否则,就不能适应高速贴标机的要求。二是干燥速度。贴标后胶粘剂应在10 秒钟内干燥,不发生移标,掉标现象。AA 具有增加初粘的功能和一定的调节干燥速度的作用。本实验采用AA 调节初粘性能,发现AA 用量与初粘强度之间的关系如表3 所示。
AA 用量增加,初粘强度增大。同样,用AA 调节干燥速度发现AA 用量与干燥速度的关系如图1所示。从图1 可以看出,AA 用量增加,干燥速度加快。但是,并非AA 用量增加都对干燥速度有好处。当AA 用量继续增大时,返粘现象也产生了,影响干燥速度。要有好的初粘性能和干燥速度,必须调节好AA 的用量。经过试验和正交法筛选证明,AA 用量控制在(6～8) %是比较适宜的。
图1 AA 用量与干燥速度的关系
2. 3 AA 用量对粘度的影响
AA 用量对粘度的影响如图2 所示。从图2 可以看出,AA 用量增加,粘度上升。用量越大,粘度越大。但是,粘度太大,胶粘剂的流动性差,不利于涂胶。另外,AA 的用量太大,也不利于干燥速度。
图2 AA 用量与粘度的关系
2. 4 BA 对冷藏性能的影响
如果贴标胶粘剂耐冷藏性能不好,在冷藏啤酒时,啤酒瓶上的标签就会起趋,掉标,影响啤酒瓶的外观质量。因此,啤酒瓶贴标胶粘剂必须具有耐冷藏的性能。BA 参与聚合的共聚物具有较低的玻璃化温度,具有增加耐冷藏性的功能。用BA 调节耐冷藏性能,其结果是BA 用量增加耐冷藏性能增强,如表4 所示。
并非BA 用量越多越好。BA 用量太大,胶粘剂产生压敏性,促使干燥速度下降,用量太小时,耐低温性能不好。实验证明,BA 用量控制在(6～8) %比较好。
2. 5 氨水用量对性能的影响
贴标胶粘剂是否容易清冼,也是衡量胶粘剂质量优劣的标准之一。当MA、BA、AA、AN 共聚合反应完成以后,加入适量的氨水中和胶液,使丙烯酸酯共聚物中的羧酸官能团( – COOH) 转变为羧酸铵盐( – COO – NH4+ ) ,增加共聚物的分散性能以及胶液的稳定性。另外,使贴标胶粘剂容易清冼。氨水用量小,对羧基官能团中和不够,胶液稳定性增加不明显,清冼也比较困难。氨水用量太大,虽然较好地解决了胶液的稳定性和胶的清冼问题,但是,胶液急剧增稠,氨的气味也太重,不利于工人操作。因此,适宜的用量是必需要的。实验证明,氨水中和使胶液的pH 值为7～8 就可以了。
2. 6 复合增稠剂对性能的影响
本实验使用自制的带有羧基、酰胺基团的复合增稠剂的目的有两个:一是调节贴标胶粘剂的粘度,二是增加贴标胶粘剂的稳定性。由于MA、BA ,AA、AN 四元共聚合反应完成以后,用氨水中和,使胶液增稠,有时胶液的粘度还达不到高速贴标机的要求,往往还要提高粘度。复合增稠剂与四元共聚物有较好的互溶性,使共聚物链较好的扩散在水溶液体系中。因此,复合增稠剂起到了稳定胶液的作用。复合增稠剂也有一个最佳用量,其用量在(2～4) %比较合适。另外,用AN、MA 等水溶性大的单体调节贴标胶粘剂的内聚力,进一步提高贴标胶粘剂的初粘性能,粘贴强度,干燥速度,稳定性能,获得比较满意的效果。
3 结 论
经实验和生产实践的检验证明,丙烯酸酯高速贴标胶粘剂性能受AA、BA、MA ,AN 以及氨水、复合增稠剂的影响。AA 用量增加,贴标胶粘剂的初粘强度和干燥速度上升。AA 氨水复合增稠剂用量增加,胶液的粘度增大,稳定性能增强。BA 用量增加,耐冷藏性能也增大。调节各组分适宜的用量,制得的贴标胶初粘强度大,干燥速度快,耐冷藏性能好,不起皱,不掉标,容易清洗,有利于啤酒瓶的回收,适应我国啤酒工业的发展。
