CN107177342A - 食品软包装用复合功能胶粘剂及其制备方法 - Google Patents

食品软包装用复合功能胶粘剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及到食品软包装用复合功能胶粘剂及其制备方法，包括A组份、B组份，质量比A组份:B组份=100:60~100:110；所述A组份为异氰酸酯与多元醇反应生成的以异氰酸根基团封端的组份，所述B组份为异氰酸酯与多元醇反应生成的以羟基基团封端的组份或多种不同种类含OH和/或NH或在开环状态下形成类OH或NH的物质组合而成的组份；A组份、B组份混合反应成聚氨酯粘结剂。本发明提供的食品软包装用复合功能胶粘剂，对塑料复合膜具有优异的粘结性能，而且能满足复合膜在高温杀菌、消毒方面的需要，更为重要的是，该粘结剂能很好地将蒸煮用铝箔与常用的蒸煮塑料膜如常见的尼龙膜、聚酯膜和聚丙烯膜粘结到一起。

Description

食品软包装用复合功能胶粘剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及到食品软包装用复合功能胶粘剂及其制备方法，属于胶粘剂领域。
背景技术
铝箔与市场上常用的塑料包装膜的复合需要用到粘结剂，目前所用到耐蒸煮用粘结剂主要是各种有机溶剂的油性胶水，专利CN105131888A、CN103666344A及CN104650767A提到的用于高温蒸煮功能性胶或多或少都存在溶剂性成分，而且产品本身带有一定的刺鼻性气味，由于挥发性溶剂的存在，带来的不仅是环境污染问题，严重的会影响包装袋内的食品。因此，开发100％固含，不含有任何挥发性有机、无机污染物的粘结剂将是社会发展的最终追求，也是消费者的抉择。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种环保、耐高温(121-135℃)食品软包装用复合功能胶粘剂及其制备方法，使用自交联与接枝改性技术合成的不含任何溶剂的100％固含量环保型无溶剂聚氨酯(PU)胶粘剂。
具体的技术方案为：
食品软包装用复合功能胶粘剂，组成包括A组份、B组份，质量比A组份:B组份＝100:60～100:110；所述A组份为异氰酸酯与多元醇反应生成的以异氰酸根基团封端的组份，所述B组份为异氰酸酯与多元醇反应生成的以羟基基团封端的组份或多种不同种类含OH和/或NH或在开环状态下形成类OH或NH的物质组合而成的组份；A组份、B组份混合反应成聚氨酯粘结剂。
其中，所述的A组份，为按质量比多元醇:异氰酸酯＝30:70～45:55投料反应而成的以NCO官能团封端的预聚物；所述的多元醇为聚醚多元醇、聚酯多元醇，或包含聚酯多元醇和聚醚多元醇的混合多元醇。
进一步的，所述的聚醚多元醇，其结构是以PO为聚合单体、分子量在2000-8000的聚醚多元醇，所用聚醚多元醇是二官能度，或者三官能度、五官能度、六官能度。
进一步的，所述的聚酯多元醇包含由己二酸或癸二酸或苯酐与其他二元醇或三元醇反应合成的聚酯多元醇，前述二元醇如新戊二醇、二乙二醇、3-甲基-1,5-戊二醇和甘油等。合成的聚酯满足如下条件：熔点小于40摄氏度，分子量300-4000。
其中，所述的B组份，其组成是由多元醇与异氰酸酯反应生成的以OH官能团封端的预聚物；所述的多元醇，包括非改性多元醇和大豆植物油或蓖麻油的改性多元醇，所述的改性多元醇与非改性多元醇按质量比25:75～35:65混合。
进一步的，所述B组份为异氰酸酯与多元醇反应生成在类OH或NH的物质组合而成的组份，所述的多元醇与异氰酸酯预聚合反应并以OH封端时，按质量比计，所述的多元醇与异氰酸酯的质量比例为：95:5～85:15，反应合成时在低温50-70℃下快速将异氰酸酯加入已经脱水并且含水率小于0.05％的多元醇中，搅拌5-30分钟即可出料。如选用环氧基封端的某些有机物，典型的是缩水甘油醚，如辛戊二醇缩水甘油醚、异戊二醇缩水甘油醚和甲基丙烯酸缩水甘油醚及端环氧基多元醇，也可加入硅烷偶联剂以提高粘结力和耐温性能。当以物理共混流程制备时，为了提高交联度和耐化学性能，耐温性能，向配方中加入0.1％～5％的交联剂。
所述A组份或所述B组份中，异氰酸酯并没有特别限定，可以是甲苯二异氰酸酯(TDI)，液化MDI-50、MDI-100LL、氢化MDI、HDI、IPDI、PAPI、NDI中的任意一种或几种。优选MDI-50、MDI-100LL或两者的组合
优选的设计为，所述A组份或所述B组份中，所述的多元醇分子链包括酯基官能团、醚键、含有耐热结构的苯环，分子量在1000—4000之间，在零度下也具有流动性；聚醚多元醇具有如下的结构：
结构式中：R为-H或-CH3,是-O-CH2-CH2-O-或者-O-CH2-CH(CH3)-CH2-O-，m,n＝4-16。
进一步的，所述的A组份制备，包括以下步骤：
所有多元醇在100-120摄氏度下进行加热除水，并测试含水率保证水分小于0.05％且有氮气保护；
多元醇在不同的反应阶段加入，即先加入分子量较小的多元醇，升温至45～50摄氏度，加入部分所述的异氰酸酯；氮气保护下恒温反应2～3小时，然后加入分子量较大的多元醇，氮气保护下反应1～2小时；然后向反应釜中再加入剩余的异氰酸酯，氮气保护下反应0.5～1小时；真空15-30分钟后过滤出料密封存储；所述的异氰酸酯的分段加入，确保R值OH/NCO或NCO/OH大于1，反应温度段为50-70摄氏度。
所述的B组份制备，包括以下步骤：
异氰酸酯与多元醇于40-80℃下进行反应，反应温度控制50-70℃，反应3-4小时合成出以—OH封端的羟基预聚物，加入交联剂、偶联剂，充分搅拌混合均匀并以0.01MPa的压力抽真空，出料封装保存。
本发明提供的食品软包装用复合功能胶粘剂100％固含量，没有任何溶剂，且不添加其他助剂制备的产品，在制备过程中，勿须特别用到如下一些助剂，包括催化剂、消泡剂、增塑剂，阻燃剂、防霉剂，触变剂等，特别是增塑剂。
所述A组份或所述B组份中混合均匀后，存盘时间大于45分钟，其混合反应黏度在40度下在45分钟内小于10000cP(厘泊)或mPa.s(毫帕.秒)，优选小于7000cP，最优选小于5000cP。黏度值均是以Brokfield黏度计测试所得。
本发明提供的食品软包装用复合功能胶粘剂，涂布方式是以常用的无溶剂软包装复合机进行施工——辊涂法，对所用机型没有特别限制，对经由干复设备更改设计的涂布机，需要特别注意的是是否有一体化的混胶***。具体施工方式如下：
分别将一定量的A组份、B组份添加到混胶机***对应的缸中(通常标注有NCO组成桶和OH组成桶)，然后开启加热***进行预热，加热温度在35-45℃之间可控。执照一定比例的组成混合出胶打到复合机胶槽中。此处的混合比例根据涂布机生产商不同可以是质量配比也可是体积配比。本发明所制备的胶粘剂可达到涂布速度在500m/min以内任意操作，且最终效果一致。
本发明提供的食品软包装用复合功能胶粘剂，不仅对塑料复合膜具有优异的粘结性能，而且能满足复合膜在高温杀菌、消毒方面的需要，更为重要的是，该粘结剂能很好地将蒸煮用铝箔与常用的蒸煮塑料膜如常见的尼龙膜(PA)、聚酯膜(PET)和聚丙烯膜(RCPP)粘结到一起。
具体实施方式
下面结合具体案例对本发明作进一步的说明，但实施例并不仅限于以下描述例。
实施例1
A组份制备：制备前先将多元醇加热抽真空除去水分或其他易挥发杂质。接下来向四口烧瓶加入聚酯多元醇CP2056 30份，加入液化MDI 40份，保温55-65摄氏度下反应2小时，然后加入聚醚多元醇PPG4000 15份，保温反应1小时，加入IPDI 15份反应半小时，上述条件是在氮气保护条件下反应。出料后密封包装。
B组份制备：聚酯多元醇40份，聚醚多元醇50份，硅烷偶联剂3份，缩水甘油醚7份加入四口烧瓶中，氮气保护下，加热100-110摄氏度搅拌分散均匀。
实施例2
A组份制备：氮气保护下向四口烧瓶中加入20份的PPG304,加入液化MDI80份，反应3小时，加入聚酯多元醇40份，反应1小时，加入PAPI 50份，加入PPG8000 40份反应1小时，上述恒温反应为55-70摄氏度条件下合成。
B组份制备：氮气保护下加入30份的羟值为550的聚酯多元醇，羟值为110的聚酯多元醇70份，加热搅拌均匀后，投入液化MDI合成当量在0.2-0.4之间且以OH封端的成品。
实施例3
A组份制备：氮气保护下向四口烧瓶中加入15份的PPG304,加入液化MDI 100份，反应2小时，加入聚酯多元醇55份，反应1小时，加入TDI 50份，加入PPG4000 30份反应1小时，上述恒温反应为55-70摄氏度条件下合成。
B组份制备：氮气保护下加入45份的羟值为550的聚酯多元醇，羟值为80的聚酯多元醇55份，加热搅拌均匀后，投入液化MDI合成当量在0.2-0.4之间且以OH封端的成品。
实施例4
A组份制备：氮气保护下向四口烧瓶中加入40份的PPG4000,加入液化MDI 80份，反应3小时，加入聚酯多元醇40份，反应1小时，加入液化MDI 60份，加入蓖麻油改性聚酯多元醇20份反应1小时，上述恒温反应为55-70摄氏度条件下合成。
B组份制备：聚酯多元醇45份，聚醚多元醇50份，缩水甘油醚5份加入四口烧瓶中，氮气保护下，加热100-110摄氏度搅拌分散均匀。
实施例5
A组份制备：氮气保护下向四口烧瓶中加入30份羟值220的聚酯多元醇,加入液化MDI 120份，反应3小时，加入羟值56的聚酯多元醇70份，反应1小时，加入PAPI 50份，反应1小时，上述恒温反应为55-70摄氏度条件下合成。
B组份制备：在四口烧瓶中，聚酯多元醇55份，聚醚多元醇35份，缩水甘油醚10份，加入偶联剂5份。氮气保护下，加热100-110摄氏度搅拌分散均匀。
实施例6
A组份制备：氮气保护下向四口烧瓶中加入20份的PPG304,加入液化MDI 100份，反应3小时，加入聚酯多元醇40份，反应1小时，加入液化MDI 50份，加入PPG8000 40份反应1小时，上述恒温反应为55-70摄氏度条件下合成。
B组份制备：氮气保护下加入30份的羟值为550的聚酯多元醇，羟值为110的聚酯多元醇60份，PPG4000 10份。加热搅拌均匀后，投入液化MDI合成当量在0.2-0.4之间且以OH封端的成品。
实施例7
A组份制备：氮气保护下向四口烧瓶中加入20份的PPG4000,加入液化MDI 80份，反应2小时，加入聚酯多元醇40份，反应3小时，加入IPDI 50份，加入PPG8000 40份反应1小时，上述恒温反应为55-70摄氏度条件下合成。
B组份制备：氮气保护下加入50份的羟值为80的聚酯多元醇，羟值为400的聚醚多元醇40份，大豆油改性聚酯多元醇10份，加热搅拌均匀后，投入液化MDI合成羟基当量在0.2-0.5之间且以OH封端的成品。
实施例8
A组份制备：氮气保护下向四口烧瓶中加入20份的PPG304,加入液化MDI 80份，反应3小时，加入聚酯多元醇40份，反应1小时，加入NDI 50份，加入蓖麻油改性聚酯多元醇40份反应1小时，上述恒温反应为55-70摄氏度条件下合成。
B组份制备：氮气保护下加入30份的羟值为500-600的聚酯多元醇，羟值为50-90的聚酯多元醇60份，环氧基团封端的聚合物5份，偶联剂2份，扩链剂3份。加热搅拌均匀后，制得成品。

Claims (9)

1.食品软包装用复合功能胶粘剂，其特征在于，组成包括A组份、B组份，质量比A组份:B组份＝100:60～100:110；所述A组份为异氰酸酯与多元醇反应生成的以异氰酸根基团封端的组份，所述B组份为异氰酸酯与多元醇反应生成的以羟基基团封端的组份或多种不同种类含OH和/或NH或在开环状态下形成类OH或NH的物质组合而成的组份；A组份、B组份混合反应成聚氨酯粘结剂。
2.根据权利要求1所述的食品软包装用复合功能胶粘剂，其特征在于，所述的A组份，为按质量比多元醇:异氰酸酯＝30:70～45:55投料反应而成的以NCO官能团封端的预聚物；所述的多元醇为聚醚多元醇、聚酯多元醇，或包含聚酯多元醇和聚醚多元醇的混合多元醇。
3.根据权利要求2所述的食品软包装用复合功能胶粘剂，其特征在于，所述的聚醚多元醇，其结构是以PO为聚合单体、分子量在2000-8000的聚醚多元醇，所用聚醚多元醇是二官能度，或者三官能度、五官能度、六官能度。
4.根据权利要求2所述的食品软包装用复合功能胶粘剂，其特征在于，所述的聚酯多元醇包含由己二酸或苯酐与其他二元醇或三元醇反应合成的聚酯多元醇，合成的聚酯满足如下条件：熔点小于40摄氏度，分子量300-4000。
5.根据权利要求1所述的食品软包装用复合功能胶粘剂，其特征在于，所述的B组份，其组成是由多元醇与异氰酸酯反应生成的以OH官能团封端的预聚物；所述的多元醇，包括非改性多元醇和大豆植物油或蓖麻油的改性多元醇，所述的改性多元醇与非改性多元醇按质量比25:75～35:65混合。
6.根据权利要求5所述的食品软包装用复合功能胶粘剂，其特征在于，所述B组份为异氰酸酯与多元醇反应生成在类OH或NH的物质组合而成的组份，所述的多元醇与异氰酸酯预聚合反应并以OH封端时，按质量比计，所述的多元醇与异氰酸酯的质量比例为：95:5～85:15，反应合成时在低温50-70℃下快速将异氰酸酯加入已经脱水并且含水率小于0.05％的多元醇中，搅拌5-30分钟即可出料。
7.根据权利要求1所述的食品软包装用复合功能胶粘剂，其特征在于，所述A组份或所述B组份中，所述的多元醇分子链包括酯基官能团、醚键、含有耐热结构的苯环，分子量在1000—4000之间，在零度下也具有流动性；聚醚多元醇具有如下的结构：
结构式中：R为-H或-CH3,是-O-CH2-CH2-O-或者-O-CH2-CH(CH3)-CH2-O-，m,n＝4-16。
8.根据权利要求1所述的食品软包装用复合功能胶粘剂，其特征在于，所述的A组份制备，包括以下步骤：
所有多元醇在100-120摄氏度下进行加热除水，并测试含水率保证水分小于0.05％且有氮气保护；
多元醇在不同的反应阶段加入，即先加入分子量较小的多元醇，升温至45～50摄氏度，加入部分所述的异氰酸酯；氮气保护下恒温反应2～3小时，然后加入分子量较大的多元醇，氮气保护下反应1～2小时；然后向反应釜中再加入剩余的异氰酸酯，氮气保护下反应0.5～1小时；真空15-30分钟后过滤出料密封存储；所述的异氰酸酯的分段加入，确保R值OH/NCO或NCO/OH大于1，反应温度段为50-70摄氏度。
9.根据权利要求1所述的食品软包装用复合功能胶粘剂，其特征在于，所述的B组份制备，包括以下步骤：
异氰酸酯与多元醇于40-80℃下进行反应，反应温度控制50-70℃，反应3-4小时合成出以—OH封端的羟基预聚物，加入交联剂、偶联剂，充分搅拌混合均匀并以0.01MPa的压力抽真空，出料封装保存。
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