一种用于粘接白卡纸的胶粘剂及其制备方法与流程

2021-02-02 18:02:40|

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本发明涉及印刷、包装包装用胶水领域，尤其涉及一种用于粘接白卡纸的胶粘剂及其制备方法。

背景技术：

白卡纸是一种较厚实坚挺纯优质木浆制成的白色卡纸，其一般经过压光或压纹处理，主要用于印制名片、请柬、证书、商标、及包装装潢等。白卡纸的承印面一般进行保护处理，具体的，可采用uv处理、过胶等手段进行保护处理。然而，这种保护处理导致白卡纸粘接难度高，常用的包装工业胶粘剂难以满足其粘接需求。此外，随着国际贸易的发展，包装箱等往往需要经过长达10～15天的海上运输，集装箱内温度可高达80℃以上，湿度高达90％以上，这也对白卡纸用胶粘剂的耐候性、耐热性提出了较高的要求。

另一方面，对于现有的包装工业用胶粘剂而言，其主要分为白乳胶、淀粉胶、热熔胶以及裱纸胶四类。其中，白乳胶是可常温固化、粘结强度较高，粘结层具有较好的韧性和耐久性，但白乳胶耐水性及抗湿性差，且在高温下使用会产生蠕变现象，-5℃以下贮存会冻结。淀粉胶是存在初粘性低、干燥速度慢、胶膜硬脆、对基材附着力差、固含量低、耐水性差等缺点。热熔胶具有黏合强度大、黏合速度快的优点，但是热熔胶对温度比较敏感。因此，白乳胶、淀粉胶、热熔胶等难以利用在白卡纸的粘接中。裱纸胶是聚丙烯酸酯乳液型胶粘剂，主要由多种单体高温共聚而成，初粘性好、快干，终粘强度大，胶膜柔软，低温不脆，而且还具有耐曲挠性能好，贮存稳定性好等特点。然而，目前的裱纸胶耐水、耐热、耐候性较差，难以满足跨洋运输的严苛环境需求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于粘接白卡纸的胶粘剂，其粘接性能良好，耐高温高湿环境。

本发明还要解决的技术问题在于，提供一种上述用于粘接白卡纸的胶粘剂的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了

一种用于粘接白卡纸的胶粘剂，其主要由以下重量份的原料制成：

所述功能单体选用n-羟甲基丙烯酰胺和/或甲基丙烯酸缩水甘油酯。

作为上述技术方案的改进，所述功能单体包括：

n-羟甲基丙烯酰胺1～2份；

甲基丙烯酸缩水甘油酯1～2份。

作为上述技术方案的改进，所述常温交联单体选用双丙酮丙烯酰胺、草酸二酰肼、丁二酸二酰肼、己二酸二酰肼中的一种或两种。

作为上述技术方案的改进，所述常温交联单体选用双丙酮丙烯酰胺和己二酸二酰肼的混合物；且双丙酮丙烯酰胺：己二酸二酰肼＝(1.3～3)：1。

作为上述技术方案的改进，所述硅烷偶联剂选用乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种；

所述助剂选用amp-95和/或3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷的混合物。

作为上述技术方案的改进，所述硅烷偶联剂选用乙烯基三甲氧基硅烷；

所述助剂选用3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷的混合物。

作为上述技术方案的改进，所述乳化剂选用阴离子乳化剂和非离子乳化剂的混合物，且阴离子乳化剂：非离子乳化剂＝2：1；

所述阴离子乳化剂选用十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、乙烯基磺酸钠中的一种或多种；

所述非离子乳化剂选用月桂醇聚氧乙烯醚、硫酸铵聚氧乙烯醚、脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚中的一种或多种。

作为上述技术方案的改进，所述阴离子乳化剂选用乙烯基磺酸钠；所述非离子乳化剂选用硫酸铵聚氧乙烯醚。

相应的，本发明还公开了一种上述的用于粘接白卡纸的胶粘剂的制备方法，其包括：

(1)将16～25份的水与0.6～1.8份的乳化剂置于乳化器中，快速搅拌10～15min后加入丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯、丙烯酸和功能单体，高速乳化15～30min，得到第一预乳化液；

(2)在反应器中加入剩余的水和乳化剂，升温至70～75℃，加入0.02～0.06份的引发剂，同时加入第一预乳化液总量5～8％的第一预乳化液；

(3)取所述第一预乳化液总量的20～30％的第一预乳化液，加入硅烷偶联剂，搅拌均匀得到第二预乳化液；

(4)升温至84～86℃，反应20～40min；当反应器中乳液呈现微蓝色后开始滴加剩余的第一预乳化液，第一预乳化液滴加完毕后，滴加第二预乳化液，第一预乳化液和第二预乳化液的总滴加时间为3.8～4.1h；在滴加第一预乳化液和第二预乳化液的同时滴加剩余的引发剂，滴加时间为4.1～4.3h；

(5)升温至88～90℃，并保温60～90min；然后降温至40～45℃，加入助剂，调节ph值至7-8，将常温交联单体用水完全溶解而后投入反应器中，搅拌10～15分钟后过滤，即得到用于粘接白卡纸的胶粘剂成品。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明以丙烯酸烷基酯、丙烯酸、甲基丙烯酸烷基酯作为主单体，通过聚合形成纯丙乳液，其粘接性能和耐水性较为优异；并且，通过添加功能单体、常温交联单体、硅烷偶联剂，进一步提升了胶粘剂乳液的粘接性能和耐高温高湿性能；同时，通过调整各个单体的比例，使得胶粘剂乳液的玻璃化转变温度维持在30～50℃，提升了胶粘剂的粘接性、柔韧性和耐水性。基于本发明配方和制备方法的得到的胶粘剂，对白卡纸具有良好的粘接力，可适应于远洋运输的高温高湿环境，可适应高温低温转变和高湿低湿转变。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式对本发明作进一步地详细描述。

本发明提供了一种用于粘接白卡纸的胶粘剂，其主要由以下重量份的原料制成：

本发明以丙烯酸烷基酯、丙烯酸、甲基丙烯酸烷基酯作为主单体，通过聚合形成纯丙乳液，其粘接性能和耐水性较为优异；并且，通过添加功能单体、常温交联单体、硅烷偶联剂，进一步提升了胶粘剂乳液的粘接性能和耐高温高湿性能，使得其可有效地粘接白卡纸，并且适应远洋运输。同时，通过调整各个单体的比例，使得胶粘剂乳液的玻璃化转变温度维持在30～50℃，提升了胶粘剂的粘接性、柔韧性和耐水性。

其中，丙烯酸烷基酯具有疏水性，且其玻璃化转变温度较低，其加入可提升胶粘剂的粘接性、耐水性和柔韧性。具体的，丙烯酸烷基酯选用丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯中的一种或多种；优选的，丙烯酸烷基酯选用丙烯酸丁酯，其耐水性更优。丙烯酸烷基酯的用量为20～25份，优选地为22～24份。

甲基丙烯酸烷基酯的玻璃转化温度较高，其可提升胶粘剂的耐磨性、耐候性，也可有效提升胶粘剂耐高低温差(-20℃～80℃)的性能。具体的，甲基丙烯酸烷基酯选用甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯中的一种或多种；优选的，选用甲基丙烯酸甲酯，其玻璃化转变温度高(105℃)，可有效提升胶粘剂的耐高低温差性能。甲基丙烯酸烷基酯的用量为粘接性能22～28份，优选的为22～26份。

功能单体可提升纯丙乳液的交联程度，增强胶粘剂的粘接性能和耐水性，使得胶粘剂适应于白卡纸的粘接。功能单体选用n-羟甲基丙烯酰胺和/或甲基丙烯酸缩水甘油酯。优选的，功能单体包括1～2份的n-羟甲基丙烯酰胺和1～2份的甲基丙烯酸缩水甘油酯。

常温交联单体可在常温下自行完成交联反应，实现聚合物乳液由线性体向空间网状的转变，可大幅提升胶粘剂的各项性能，尤其是可增强胶粘剂的粘接性能和耐高温高湿性，以及耐高低温差性能、耐高湿低湿转变性能，实现对白卡纸的有效粘接，并使得其适应于远洋运输等较为极端的使用环境。具体的，常温交联单体选用双丙酮丙烯酰胺、草酸二酰肼、丁二酸二酰肼、己二酸二酰肼中的一种或两种。优选的，常温交联单体选用双丙酮丙烯酰胺和己二酸二酰肼的混合物；且双丙酮丙烯酰胺：己二酸二酰肼＝(1.3～3)：1。常温交联单体的用量为2～4份，当其用量过高时，乳化反应过程中容易结渣，且胶粘剂成本高。

硅烷偶联剂可与丙烯酸系列单体共聚，提升胶粘剂的粘接性能、耐水性、耐热性和耐候性，也可提升涂膜的柔韧性。硅烷偶联剂可选用乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。优选的，硅烷偶联剂可选用乙烯基三甲氧基硅烷和/或甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。硅烷偶联剂的用量为0.5～1.5份，当其用量＞1.5份后，会缩短胶粘剂的贮存期。优选的，硅烷偶联剂的用量为0.8～1.2份。

乳化剂选用阴离子反应型乳化剂和非离子乳化剂进行复配，且阴离子乳化剂：非离子乳化剂＝2：1；阴离子型乳化剂可提升胶粘剂的机械稳定性和抗性，降低缩孔等现象发生的概率；非离子型乳化剂具有优良的乳化、扩散性能。其中，阴离子乳化剂选用十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、乙烯基磺酸钠中的一种或多种；非离子乳化剂选用月桂醇聚氧乙烯醚、硫酸铵聚氧乙烯醚、脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚中的一种或多种。优选的，阴离子乳化剂选用乙烯基磺酸，非离子乳化剂选用硫酸铵聚氧乙烯醚。

引发剂选用过硫酸盐，例如过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾等，但不限于此。

助剂可提升胶粘剂对于白卡纸表面的润湿性和分散性，增强胶粘剂的粘接性能，也可起到调节胶粘剂ph的作用。具体的，助剂可选用amp-95和/或3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷。优选的，助剂选用3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷。助剂的用量为0.1～0.4份，优选的为0.2～0.4份。

需要说明的是，引入硅烷偶联剂(乙烯基三甲氧基硅烷和/或甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)虽然可提升胶粘剂的各项性能，但其也容易造成乳液在混合过程中产生凝胶，为此，本发明引入了3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷作为助剂，其可有效地解决此问题。

相应的，本发明还公开了上述用于粘接白卡纸的胶粘剂的制备方法，其包括以下步骤：

优选的，在此步骤中，在加入丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯、丙烯酸、功能单体后，再加入双丙酮丙烯酰胺，然后乳化。

(2)在反应器中加入剩余的水和乳化剂，升温至70～75℃，加入0.02～0.06份的引发剂，同时加入第一预乳化液总量5～8％的第一预乳化液；

(3)取第一预乳化液总量的20～30％的第一预乳化液，加入硅烷偶联剂，搅拌均匀得到第二预乳化液；

需要说明的是，步骤(3)和步骤(4)无特定的前后顺序之分；可在滴加第一预乳化液的同时制备第二预乳化液，也可在第一预乳化液滴加完毕后，再制备第二预乳化液。优选的，先在反应器中滴加第一预乳化液，当第一预乳化液剩余总量的20～25％之后，在其中加入硅烷偶联剂，搅拌均匀得到第二预乳化液，然后在反应器中滴加第二预乳化液。

具体的，在此步骤中，在调节ph之后，将己二酸二酰肼用1:1的水完全溶解后投入反应器中，搅拌15分钟后过滤，即得到胶粘剂成品。

基于上述配方和制备方法得到的用于粘接白卡纸的胶粘剂，其性能参数如下：

下面以具体实施例来说明本发明：

实施例1

本实施例提供一种用于粘接白卡纸的胶粘剂，其配方如下：

其中，丙烯酸烷基酯选用丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸烷基酯选用甲基丙烯酸甲酯，功能单体选用n-羟甲基丙烯酰胺，常温交联单体选用双丙酮丙烯酰胺和丁二酸二酰肼的混合物，且双丙酮丙烯酰胺：丁二酸二酰肼＝1：1；硅烷偶联剂选用γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷；乳化剂为十二烷基苯磺酸钠和硫酸铵聚氧乙烯醚按照2：1比例混合的混合物；引发剂选用过硫酸钾；助剂选用amp-95；

其制备方法如下：

(1)将20份的水与1.4份的乳化剂置于乳化器中，快速搅拌15min后加入丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯、丙烯酸和功能单体，高速乳化20min，得到第一预乳化液；

(2)在反应器中加入剩余的水和乳化剂，升温至75℃，加入0.04份的引发剂，同时加入第一预乳化液总量6％的第一预乳化液；

(3)取所述第一预乳化液总量的30％的第一预乳化液，加入硅烷偶联剂，搅拌均匀得到第二预乳化液；

(4)升温至86℃，反应30min；当反应器中乳液呈现微蓝色后开始滴加剩余的第一预乳化液，第一预乳化液滴加完毕后，滴加第二预乳化液，第一预乳化液和第二预乳化液的总滴加时间为4h；在滴加第一预乳化液和第二预乳化液的同时滴加剩余的引发剂，滴加时间为4.25h；

(5)升温至88℃，并保温90min；然后降温至45℃，加入助剂，调节ph值至7～7.5，将常温交联单体用水完全溶解而后投入反应器中，搅拌15分钟后过滤，即得到用于粘接白卡纸的胶粘剂成品。

实施例2

本实施例提供一种用于粘接白卡纸的胶粘剂，其配方如下：

其制备方法如下：

(1)将22份的水与1.2份的乳化剂置于乳化器中，快速搅拌15min后加入丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯、丙烯酸、功能单体和双丙酮丙烯酰胺，高速乳化25min，得到第一预乳化液；

(2)在反应器中加入剩余的水和乳化剂，升温至72℃，加入0.05份的引发剂，同时加入第一预乳化液总量8％的第一预乳化液；

(3)取所述第一预乳化液总量的20％的第一预乳化液，加入硅烷偶联剂，搅拌均匀得到第二预乳化液；

(4)升温至88℃，反应30min；当反应器中乳液呈现微蓝色后开始滴加剩余的第一预乳化液，第一预乳化液滴加完毕后，滴加第二预乳化液，第一预乳化液和第二预乳化液的总滴加时间为4h；在滴加第一预乳化液和第二预乳化液的同时滴加剩余的引发剂，滴加时间为4.25h；

(5)升温至90℃，并保温80min；然后降温至45℃，加入助剂，调节ph值至7～7.5，将己二酸二酰肼用水完全溶解而后投入反应器中，搅拌15分钟后过滤，即得到用于粘接白卡纸的胶粘剂成品。

实施例3

本实施例提供一种用于粘接白卡纸的胶粘剂，其与实施例2的区别在于，采用丙烯酸丁酯代替丙烯酸乙酯，其余均与实施例2相同。

实施例4

本实施例提供一种用于粘接白卡纸的胶粘剂，其与实施例3的区别在于，助剂采用amp-95，其余均与实施例3相同。

实施例5

本实施例提供一种用于粘接白卡纸的胶粘剂，其与实施例2的区别在于，配方中含有双丙酮丙烯酰胺1份；己二酸二酰肼2份；其余均与实施例2相同。

对比例1

本对比例提供一种胶粘剂，其与实施例2的区别在于，其配方之中不含有常温交联单体，其余均与实施例2相同。

对比例2

本对比例提供一种胶粘剂，其与实施例2的区别在于，其配方之中不含有硅烷偶联剂，其制备方法中仅将预乳化液持续滴加，无需制备第二预乳化液；其余均与实施例2相同。

对比例3

本对比例提供一种胶粘剂，其配方如下：

本实施例提供一种用于粘接白卡纸的胶粘剂，其配方如下：

其制备方法与实施例2相同。

将实施例1～5、对比例1～3中的胶粘剂做检测：

其中，环境测试的方法如下：

取专用的白卡纸(正面设有uv保护面)测试片(16.5×5cm²)，分别在距离测试片两头5cm处划线(用作测试区)，将两张测试片并排齐放(一张正面朝上、一张反面朝上)，用美纹纸固定，同时用100um线棒在各自测试区上胶(上胶面积5×7.5cm²)，随后迅速将两张测试片粘合起来(正面粘反面)，用约200g重物压置24h；将测试片沿中线对折打开，使未粘结部位呈平行四边形，两中线处打孔，固定在定制的弹簧框架中(长约17cm、宽约11.5cm，两长边中间固定弹簧，要求弹簧拉到目标位置所受力刚好为1磅)，然后将上好弹簧框架的测试片分别放入四种环境中测试10天(每种环境不少于3个测试片)，10天之内不开胶保持原本粘结形态的测试片即为通过测试。

具体测定结果如下表：

由表中可以看出，本发明实施例1～5的胶粘剂对白卡纸具有良好的粘接性能，且在高温高湿、低温低湿、常温常湿情况下均具有良好的粘接性能。

以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

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