一种水基高性能封口胶的研制

刘 毅，郑 军，杨鹏冲

（1.保定光普化工研究所，河北 保定 071000；2.河北创领粘合剂制造有限公司，河北 保定 071000）

一种水基高性能封口胶的研制

刘 毅1，郑 军1，杨鹏冲2

（1.保定光普化工研究所，河北 保定 071000；2.河北创领粘合剂制造有限公司，河北 保定 071000）

按照“高分子合金”的设计理念，复配成一种符合HJ 2541-2016《环境标志产品技术要求胶粘剂》标准的水基封口胶。工业化应用结果表明，复配而成的水基封口胶对难粘基材的粘接强度较高、耐热性较好且抗冻性较佳。

高分子；合金；水基；高性能；封口胶

胶粘剂是包装工业领域用量相对最大的市场之一，封口胶是包装工业使用较为广泛的一种胶粘剂。常用于纸盒、纸箱和手提袋等接口粘接。封口胶主要有油性封口胶和水性封口胶2种。油性封口胶一般以甲苯等为溶剂，以SBS、萜烯树脂和松香等为主要原料，对环境和生命健康构成较大危害。随着我国印刷包装行业的不断发展，水性封口胶技术经过不断完善，已经能够满足环保无毒、粘接强度较高、耐候性和耐高低温性较好等使用要求。本研究采用“高分子合金”的设计方案、复配出一种纯水性封口胶。这种纯水性封口胶不含甲苯，环保无毒、初粘性较高、持粘力较强、耐热性较好以及抗冻性较佳，可广泛用于BOPP/纸、磨光/纸、PET/纸、纸/纸、油墨/纸和UV上光/纸的封边或搭口。

“高分子合金”是指有2种或2种以上水性高分子聚合物与少量功能助剂，在熔融状态下，经过共混，因机械剪切力作用，使部分高聚物断链，再接枝或嵌段，亦或基团与链段交换，从而形成聚合物∽聚合物之间的复合黏合剂或复合新材料。在“高分子合金”中，不同高分子的特性可以得到优化组合，从而显著改进了材料的性能，或赋予材料原不具有的性能。让热力学不相容的不同高分子聚合物相容复配，可获得兼具各聚合物优点的新型材料[1]。

1 实验部分

1.1 原料

T-906A包装胶乳液、H-723A常温自交联乳液、T-138水性SBS乳液、H-645常温自交联乳液、AMP-95多功能助剂、H-102慢干剂，上海光普化工有限公司；DF-568消泡剂，上海忠诚精细化工有限公司；HF-1防腐剂，科莱恩公司分装；工业氨水，市售；VINNAPAS®920乳液，瓦克化学（中国）有限公司。

1.2 仪器设备

NDJ-1型旋转黏度计，上海上天精密仪器有限公司；PB-10型精密酸度计，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；Hydro2000MU型激光粒度仪，英国Malvern仪器有限公司；剥离强度试验仪，济南格瑞特公司；J2-MC型离心机，美国贝壳曼库尔特有限公司；DSC-1150B型差示扫描量热仪，上海盈诺精密仪器有限公司；STA 409 PC型同步热分析仪，德国Netzsch公司；Instron5567型万能材料试验机，美国Instron公司。

1.3 水性封口胶的制备

1.3.1 水性封口胶配比

纯水性封口胶的配比如表1所示。

1.3.2 水性封口胶制备工艺

（1）将组分1的各个组分分别称量，在低速搅拌下将各组分依次加入搅拌罐。

（2）继续低速搅拌30～60 min至充分均匀。

（3）根据使用要求，适量加入氨水，调整pH值与黏稠度。

表1 水性封口胶原料配比Tab.1 Material ratio of water-based sealing glue

（4）充分搅拌均匀后，抽检、过滤（100目≈48 μm）出料、包装。

1.4 性能测试

（1）外观：目测。

（2）固含量：取2 g乳液，于120 ℃烘箱中烘至恒量，记录烘干前后乳液聚合物质量（g），以固含量=样品干重/样品湿重计算固含量。

（3）黏度：根据GB/T 11175—2002标准，采用旋转式黏度计进行测试（选择合适的转子）。

（4）耐水性：将室温干燥48 h后的胶膜浸入水中48 h，观察胶膜的变化；若胶膜基本不泛白，无皱皮、翘边和脱落等现象，则视为耐水性合格。

（5）冻融稳定性：取50 g乳液放置于100 mL的玻璃杯中，在（-20±1）℃的冰箱中冷冻18 h，再于23 ℃下融化6 h，连续操作5个循环后乳液不破乳，则视为冻融稳定性合格。

（6）剥离强度：根据GB/T 2790—1995标准，采用万能材料试验机进行测试。

（7）稳定性：按照GB/T 11175—2002标准，采用离心机进行测试（离心速率为3 000 r/min，离心时间为15 min，若乳液无沉淀现象时，则认为其贮存稳定期超过180 d）。

（8）pH值 ： 按 照GB/T 14518—1993标准，采用精密酸度计进行测试（常温25℃）。

（9）机械稳定性：按照GB/T 9268—2008标准进行测试。

（10）耐热性：采用热失重（TGA）分析法进行表征（N2气氛，升温速率为3 K/mi n）。

（11）碱增稠性：将适量的氨水加入乳液中搅拌均匀，根据乳液的增稠情况，判定乳液的碱敏感性。

（12）干黏性：采用“手感法”进行测试。

（13）湿黏性：取出浸泡在水中的试样，立即测试其粘接强度，并以此作为衡量指标。

（14）对玻璃的粘接性：用划格器在涂层上切出十字格图形（齿间距1 mm和2 mm），切口直至基材（玻璃），取毛刷对胶线方向各刷3次，将胶带贴在切口上再拉开，用放大镜观察格子区域的变化情况。

（15）Tg值 （玻璃化转变温度）：按照GB/T 29611—2013标准，采用差示扫描量热（DSC）法进行表征（N2气氛，升温速率为10 K/min，取样量为5～15 mg）。

2 结果与讨论

2.1 水性封口胶的性能

纯水性封口胶的性能如表2所示。

2.2 影响水性封口胶性能的因素

2.2.1 乳液的选用

保定光普化工研究所利用丙烯酸丁酯（BA）取代乙烯，制成了一系列性能优异的新型VAE共聚物乳液，其综合性能显著优于市售常规VAE乳液，并进行了长期大批量的工业生产，其产品已经广泛应用于诸多领域，得到 了 用 户 的 认 可[2]。

T-906A包装胶乳液是一种复合交联型的醋酸乙烯－丙烯酸酯共聚乳液，具有碱增稠的特性，初始黏度较高并以PVA为保护胶体，具备高湿黏性和相容稳定性。因其含有特殊的交联单体，易与粘接界面形成复合交联，赋予了该产品以更强的附着力、柔韧性和持粘性；由于其Tg较 低，故抗冻性能较好，所以综合性能显著优于市售常规VAE乳液。

H-723A、H-645是一种羧基化的醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚乳液，具有常温自交联的优异特性。其对多种聚合物薄膜表面、套印上光及复膜表面和其他较难粘接表面具有优异的粘接性能；通过独特的聚合工艺将常温自交联和羧基化反应结合起来，赋予其耐高温、耐低温和碱增稠的优异特性；H-723A、H-645是由聚乙烯醇来作保护胶体，有着高湿黏性和机械稳定性。优异的内聚力使其具有比常规乳液更好的透明度和耐水性。较低的Tg， 使其具有更好的柔韧性、初粘性和持粘性；H-723A、H-645具有很好的机械性能，可被用于各种滚筒、挤压和喷涂涂胶应用，也可通过微热和微压的方式来预先固化。

表2 水性封口胶的基本性能Tab.2 Basic properties of water-based sealing glue

2.2.2 水性SBS的选用

T-138水性SBS乳液是SBS和丙烯酸酯的互穿聚合物网络（IPN）乳液；特含潜伏性固化基团，具有常温自交联的优异特性；不含烷基酚聚氧乙烯醚类化合物（APEO），对难粘基材具有优异的粘接性能，湿粘接力和干粘接力俱佳。T-138水性SBS乳液的粘接性能显著优于SBS的甲苯溶液，具有优异的耐高温性、耐低温性和耐候性，压敏性较好，内聚强度较高，混容稳定性较佳。

T-138乳液调pH值后，对初粘力无影响，T-138与LD909（氯丁-丙烯酸乳液互穿网络聚合物）的综合性能无明显差异。

2.2.3 Tg值对性能的影响

表3 Tg值 对剥离强度的影响Tab.3 Effect of Tgvalue on peeling strength

若水性封口胶的最低成膜温度高于使用温度或室温，则水性封口胶不能形成连续的粘接层，粘接强度较低，干燥后易开口或脱离。而决定水性封口胶的最低成膜温度就是Tg值 。最低成膜温度与Tg值 一般都很接近。经过试验表明：Tg值 保持较低时，水性封口胶胶膜性能较好、粘接强度较大，但不能太低，Tg值 为-9 ℃时，其剥离强度达到相对最高（如表3所示）。

2.2.4 pH值与黏度对性能的影响

水性封口胶的黏度对实际上机适应性和涂胶量有很大影响。黏度过低时，涂胶量太少，影响粘接效果，易导致上机飞溅；黏度过高时，涂胶量太多，影响干燥成膜，导致形成初粘慢。在制备水性封口胶时，通过加入适量的氨水调节pH值，控制黏度。试验结果表明：水性封口胶pH值调至6.7～7.0，黏度控制在8 000～12 000 mPa·s时，实际上机使用综合效果相对最佳。

2.3 水性封口胶实际上机使用效果

将试验筛选后的乳液与相关功能助剂等进行复配制成高性能水基封口胶，该胶具有环保、综合性能优越等特点。该产品经河北华夏印刷有限公司进行上机使用、性能检测，结果表明，这种高性能水基封口胶具有良好的实际上机使用效果，综合性能优异，能够满足产品的使用要求。

表4 pH值对黏度与性能的影响Tab.4 Effects of pH value on viscosity and performance

3 结语

（1）采用“高分子合金”的设计理念制备出了高性能水基封口胶，该胶粘接强度较高、耐热性较好、抗冻性较佳。

（2）高性能水基封口胶符合HJ 2541-2016《环境标志产品技术要求胶粘剂》标准的要求。

（3）T-906A乳 液 、H-723A乳 液 、H-645乳液和T-138水性SBS乳液综合性能优异，与进口乳液无明显差异。

[1]赵士贵,陈国文.高分子合金[J].科技信息,1998,15(10):14-15.

[2]曹同玉.保定光普化工研究所新型VAE共聚物乳液-推荐书[M].保定光普化工研究所,2015-11-15.

Abstract：According to the design concept of “polymer alloy”, a water-based sealing glue with the performance meeting the standard of HJ 2541-2016《Technical requirement for environmental labling products-adhesives》was compounded. The results of industrial application show that the compounded water-based sealing glue has higher adhesion to the hard bonding substrates, good heat resistance and good frost-resistance.

Key words：polymer alloy; water-based; high performance; sealing glue

Development of a water-based high performance sealing glue

LIU Yi1, ZHENG Jun1, YANG Peng-chong2
(1.Baoding Guangpu Chemical Research Institute, Baoding, Hebei 071000, China; 2.Hebei Chuangling Adhesive Manufacture Co., Ltd., Baoding, Hebei 071000, China)

TQ437+.2 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2017）08-0022-04

来稿日期：2017-03-01

刘毅（1983-），男，工程师，主要从事水性丙烯酸树脂乳液聚合、特种胶粘剂的研究开发工作。E-mail：baodingguangpu@163.com。

郑军（1970-），男，保定光普化工研究所所长，主要从事水性丙烯酸树脂乳液聚合、特种胶粘剂及涂料的研究。E-mail：shanghaiguangpu@163.com。

2017-01-05

作者简介：刘海峰（1985-），男，副研究员，博士，主要从事有机硅高分子材料制备、金属防腐研究。E-mail：liuhaifeng@gziit.ac.cn。

贵州省联合基金，黔科合LH字[2014]7368号；贵州省教育厅优秀人才奖励计划，黔教合KY字[2014]245；2015年度南沙区科技计划项目2015KF026。