CN108203570A - 一种水基超高速喷涂接嘴胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水基超高速喷涂接嘴胶及其制备方法，其以聚乙烯醇为保护胶体，以异构醇聚氧乙烯醚为乳化剂，制备醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸三元共聚乳液，并通过添加增塑剂和聚乙烯醇水溶液进一步改善流动性和粘结性，并采用较高温度下边搅拌边抽真空的方式有效降低醋酸乙烯酯残存单体，用去离子水调节黏度，制得适用于喷涂上胶卷烟机组的超高速喷涂接嘴胶。本发明没有使用对人体有积累伤害的烷基酚类聚氧乙烯醚类乳化剂，生产的接嘴角在低黏度和低固含量的前提下，具有较高的纸张粘合力，极快的干燥速度，能够实现机速在20000支/分钟的喷涂上胶卷烟机组上的稳定均匀供胶，生产的卷烟无漏气、掉头、泡皱等不良现象，废品率极低。

Description

一种水基超高速喷涂接嘴胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚合物胶黏剂，尤其涉及一种适用于卷烟行业的水基超高速喷涂用接嘴胶。
背景技术
接嘴胶是连接烟支和过滤嘴的重要卷烟材料，其用量是包括卷烟用搭口胶、包装胶和滤棒成型中线胶等所有水基卷烟胶中最大的。在卷烟生产过程中，其对烟支的的卷接质量起着举足轻重的作用。目前接嘴胶的上胶方式主要有滚涂上胶和喷涂上胶两种，不同的上胶方式对接嘴胶的性能要求各不相同。一是在同样的卷接速度下，相对于辊涂上胶方式，喷涂上胶要求胶水的干燥速度更适宜。二是不同的上胶方式对接嘴胶的流变性能要求不同，辊涂用胶为防止胶液飞溅，获得均匀的涂胶效果和粘接效果，一般需要胶液在高速剪切作用下具有较小的剪切变稀现象和维持较高的黏度；而喷涂用胶则需要更好的剪切变稀能力，以满足泵送过程中在较低的压力下能够连续均匀的喷出胶液，不堵塞喷嘴的需求。三是对胶的常规物理指标要求不同，辊涂用胶出于保证高速剪切后依然具有较高的黏度以提高粘结力和利用胶的高固含量获得较快的干燥速度的目的，往往初始黏度和固含量都较高；与之相对的喷涂用胶为保证稳定的供胶一般黏度和固含量较低，并通过增加渗透性和改变原材料与纸张结合力的方式提高粘结力和保证适宜的干燥速度。
随着国内高速卷烟机组的不断引进，烟支的卷接速度由原来的6000支/分钟大幅度的提升至20000支/分钟以上，传统的接嘴胶生产技术已不能满足高速卷烟机的需求。近年来，国内卷烟胶生产企业不断投入开发新的超高速卷烟胶生产技术，并取得了不菲的成绩。但由于前期引进的超高速卷烟机组以辊涂上胶为主，各个企业在技术开发上的重点也就放在了适应辊涂型超高速卷烟机组上，开发的新产品也集中在辊涂用接嘴胶方面，对于适用于喷涂上胶的高速卷烟机组关注度较低，甚至于很难看到一篇国内关于喷涂用接嘴胶的专利信息。可存在于两种不同上胶方式之间的应用区别是客观存在的，针对两种上胶方式开发的接嘴胶的产品要求也是不同的，新开发的适用于辊涂上胶的超高速接嘴胶如直接应用于超高速喷涂卷烟机组会产生各种不良反应，如喷胶不稳定，容易堵塞喷嘴，干燥速度不适宜(或慢、或快)，泡皱、掉头，废品率高等。
专利申请CN201610020398.4公开了一种超高速卷烟接嘴胶及其制备方法，其所述超高速卷烟接嘴胶主要由VAE乳液、聚乙烯醇、增塑剂、矿物油类消泡剂及防腐剂混合制成。其固含量高达48-52％，且其追求的有益效果是适用于辊涂上胶的在高速剪切下不会飞胶，因此这种接嘴胶虽然能够达到20000支/分钟的卷接速度，但并不能适用于超高速喷涂上胶卷烟机组。
专利CN102181243B公开了一种水基型超高速烟用接嘴胶及其制备方法，其所述超高速接嘴胶以乙酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸三元单体，以OP-10为乳化剂，在过硫酸铵-亚硫酸氢钠复合引发剂的作用下，聚合成三元共聚乳液，再通过添加增塑剂和抽真空的方式制得，其黏度在2000-5000mpa·s，固含量在45％-55％，PH值4-6。通过此种方法生产的接嘴胶能够满足12000-17000支/分钟卷烟需求，乙酸乙稀酯单体残留量也得到了相应降低，但相对于喷涂上胶方式所需接嘴胶其黏度和固含量依然偏高，不能满足高达20000支/分钟的生产需要，且其在合成中过程中采用的乳化剂OP-10为烷基酚聚氧乙烯醚类非离子乳化剂，对人体具有积累损伤。
发明内容
本发明目的在于针对国内市场缺少适用于以喷涂为上胶方式的超高速卷烟机用接嘴胶，开发一种超高速水基喷涂用接嘴胶，其应在低黏度和低固含量的前提下，具有较高的纸张粘合力，优异的剪切流变特性，适宜的干燥速度，能够实现机速在20000支/分钟的喷涂上胶卷烟机组上的稳定均匀供胶，无断流、堵嘴，生产的卷烟无漏气、掉头、泡皱等不良现象，废品率低。
为实现本发明的技术目的，本发明一方面提供了一种水基超高速喷涂接嘴胶，其特征在于，其基于醋酸乙烯酯、丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯形成的三元共聚乳液获得，还包括用于改善流动性和粘结性的增塑剂、聚乙烯醇和去离子水，以及接嘴胶基本料。
其中，所述基本料包括增塑剂、消泡剂、防腐剂、PH调节剂。
特别是，所述醋酸乙烯酯、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯的重量份配比为50-70：10-20：5-10。
特别是，所述醋酸乙烯酯、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯与增塑剂、聚乙烯醇和去离子水的重量份配比为：50-70：10-20：5-10：3-6：8-20：100-245。
其中，所述醋酸乙烯酯、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、引发剂、去离子水、增塑剂与消泡剂、乳化剂、防腐剂和PH调节剂的重量份配比为50-70：10-20：5-10：8-20：0.4-1：100-245：3-6：0.5-0.8：1-2：0.5-0.8：1-2。
其中，所述接嘴胶的黏度为500-1500mpa·s。
其中，所述接嘴胶的固含量为30％-40％。
其中，所述接嘴胶的PH值为4-6.5。
其中，所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、叔丁基过氧化氢中的一种。
其中，所述增塑剂为乙酰柠檬酸三丁酯、三乙酸甘油酯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯，柠檬酸三乙酯中的一种或多种。
其中，所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷或白矿油中的一种。
特别是，所述乳化剂为月桂醇聚氧乙烯醚。
其中，所述PH调节剂为碳酸氢钠或醋酸钠中的一种。
其中，所述防腐剂为布罗波尔、异噻唑啉酮中的一种。
为实现本发明的技术目的，本发明另一方面提供一种制备水基超高速喷涂接嘴胶的方法，包括：
在高温条件下，在预留少量聚乙烯醇水溶液的反应器中利用去离子水和乳化剂，形成用于发生聚合反应的胶束；
利用所述胶束、单体混合液和引发剂溶液，使残存单体数量降低，得到聚合产物；
降低温度使所述聚合产物与增塑剂混合，并在混合过程中抽真空，得到有害物质降低、残存单体脱除的安全聚合乳液；
向所述安全聚合乳液中加入剩余聚乙烯醇水溶液、接嘴胶基本料和去离子水，充分搅拌后得到粒径均匀、色泽乳白的超高速喷涂接嘴胶。
其中，所述少量聚乙烯醇水溶液的量为所有聚乙烯醇水溶液重量的5-55％。
优选地，所述少量聚乙烯醇水溶液的量为所有聚乙烯醇水溶液重量的10-40％。
进一步优选地，所述少量聚乙烯醇水溶液的量为所有聚乙烯醇水溶液重量的10-30％。
其中，所述高温条件是70-80℃。
其中，所述聚乙烯醇水溶液是由聚乙烯醇与去离子水配制得到。
其中，所述聚乙烯醇与去离子水的重量份配比为0.8-1.2:4-8。
优选地，所述聚乙烯醇与去离子水的重量份配比为1:6。
特别是，所述聚乙烯醇水溶液是由聚乙烯醇与去离子水配制得到包括：
向搅拌状态下的去离子水中缓慢加入聚乙烯醇，升高温度后进行保温，使聚乙烯醇在高温下在去离子水中完全溶解，降温后，得到聚乙烯醇水溶液。
其中，所述升高的温度为85-95℃。
其中，所述保温时长为2h。
其中，所述降温采用常规的降温方法。
优选地，所述降温的方法采用通冷却水进行冷却。
其中，所述利用部分聚乙烯醇水溶液、去离子水和乳化剂，形成用于发生聚合反应的胶束是将部分聚乙烯醇水溶液、去离子水和乳化剂进行搅拌。
其中，所述搅拌时长为10-20min。
优选地，所述搅拌时长为15min。
其中，所述单体混合液是包含醋酸乙烯酯、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯的混合溶液。
其中，所述利用胶束、单体混合液和引发剂溶液，使残存单体数量降低，得到聚合产物包括：
向所述胶束中加入第一用量的单体混合液和引发剂水溶液，进行反应；
当回流结束时，滴加第二用量的单体混合液和引发剂溶液，进行阶段保温反应，得到聚合产物。
其中，所述阶段保温反应包括：
当所述第二用量的单体混合液和引发剂溶液滴加完成后，进行第一保温；
升温后，进行第二保温。
其中，所述第一保温时长为1-2h。
其中，所述第二保温时长为0.5-1h。
其中，所述升温的温度为90℃。
其中，所述降低温度为60-70℃。也就是抽真空的温度为60-70℃。
优选地，所述降低温度为65℃。也就是抽真空的温度为65℃。
其中，所述抽真空时长为20-60min。
优选地，所述抽真空的时长为40min。
其中，所述向安全聚合乳液中加入剩余聚乙烯醇水溶液、接嘴胶基本料和去离子水是在室温条件下进行的。
其中，所述充分搅拌时间为15-50min，优选地，搅拌时间为30min
本发明的有益效果：
1.本发明在聚合过程中没有使用已被卷烟行业禁止使用的邻苯酯类增塑剂和烷基酚类聚氧乙烯醚类乳化剂，避免了其对人体的积累损害。
2.本发明通过采用在较高温度下抽真空的方式有效降低了醋酸乙烯酯残存单体的含量。
3.本发明提供了一种黏度500mpa·s-1500mpa·s，固含量30％-40％，PH值4-6.5的水基超高速喷涂接嘴胶，其在低黏度和低固含量的前提下具有较高的纸张粘合力，适用于喷涂的优异的流变特性，适宜的干燥速度，能够实现机速在20000支/分钟的喷涂上胶卷烟机组上的稳定均匀供胶，无断流、堵嘴，生产的卷烟无漏气、掉头、泡皱等不良现象，废品率极低。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。但这些实施例仅限于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体实验条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照厂商所建议的条件。本发明在使用“％”表示浓度或含量时，未特别说明出均为质量百分比。
实施例1
1、配比备料
按照以下重量份配比备料：醋酸乙烯酯60份，丙烯酸14份、甲基丙烯酸甲酯7份、聚乙烯醇12份、过硫酸铵0.6份、去离子水156份、柠檬酸三乙酯3-6份、聚二甲基硅氧烷0.5-0.8份、月桂醇聚氧乙烯醚1.5份、布罗波尔0.5-0.8份、碳酸氢钠1.4份。
在本发明的实施例中，过硫酸铵还可以使用其它热分解类的引发剂，例如过硫酸钾、叔丁基过氧化氢，还可以使用氧化还原体系引发剂，例如硫酸铵-亚硫酸氢钠等；柠檬酸三乙酯还可以使用乙酰柠檬酸三丁酯、三乙酸甘油酯或2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯替代；聚二甲基硅氧烷还可以使用白矿油替代，但优选为聚二甲基硅氧烷；本发明使用的布罗波尔还可以使用异噻唑啉酮替代，或使用季铵盐类替代，例如二癸基二甲基氯化铵；本发明使用的碳酸氢钠还可以使用任意一种调节产品pH值的产品，例如醋酸盐或碳酸钠、柠檬酸钠等弱酸强碱盐。
2、配制溶液
称取以上比例的醋酸乙烯酯、份丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯混合均匀，制成单体混合液，备用；称取以上比例的过硫酸铵，并加入以上比例中的部分去离子水配置成质量分数为5％的过硫酸铵水溶液，备用；称取以上比例的碳酸氢钠，并加入以上比例的中的部分去离子水配置成质量分数为10％的碳酸氢钠水溶液，备用。
本发明预先将醋酸乙烯酯、份丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯进行混合，可以形成均匀的三元共聚产物，而且方便后期的滴加使用。预先将引发剂、pH调节剂配置成水溶液后，在后续反应中分散更加均匀，尤其是使用引发剂溶液可以避免后续操作过程中发生局部剧烈反应。
3、聚乙烯醇水溶液的制备
向反应器中加入72份去离子水，开动搅拌，再加入12份聚乙烯醇，缓慢升温至90℃，保温溶解2h，至完全溶解，得到84份聚乙烯醇水溶液，然后降低温度至75℃，取出68份聚乙烯醇水溶液备用，剩余16份聚乙烯醇水溶液保留在反应器中。
聚乙烯醇为固态物质，直接将其加入水中会出现团聚、不溶解现象，因而本发明将聚乙烯醇先进行溶解，避免其在水中发生团聚、不溶解的现象而影响技术效果；此外，本发明在反应中预留部分的聚乙烯醇水溶液可以在后期的聚合反应中作为保护胶体存在，使聚合产物更加稳定。
4、胶束的形成
向预留有16份聚乙烯醇水溶液的反应器中加入60份去离子水、1.5份月桂醇聚氧乙烯醚，搅拌15min。
在搅拌的作用下，乳化剂和聚乙烯醇水溶液在去离子水中均匀分散，形成胶束，为后续的聚合反应提供了稳定的反应场所。
5、聚合反应
继续向反应器中加入1/3的单体混合液和1/3的过硫酸铵水溶液，在反应回流结束时，同时缓慢滴加剩余2/3的单体混合液和引发剂溶液，控制滴加速度，保证混合液和引发剂溶液2.5h±5min滴加完成，保温反应2h，升温至90℃，继续保温反应1h。
本发明通过后期两次滴加的方式，不但可以很好的控制聚合速率，使反应平稳，还能防止聚合过程中升温过快导致的爆聚，同时通过这样的方式还能有效降低残存单体数量，从而提高后期乳液的稳定性。
6、抽真空处理
采用常规的降温方式使反应器降温至65℃，然后加入5份柠檬酸三乙酯，搅拌状态下抽真空40min。
本发明通过在65℃的较高温度条件下进行抽真空处理，不仅能有效脱除聚合乳液中残存单体，而且能有效降低增塑剂中混有的卷烟行业中认定的有害成分。
7、超高速喷涂接嘴胶的获得
采用常规的降温方式使反应器降温至室温，然后依次加入待用的68份聚乙烯醇水溶液、0.6份聚二甲基硅氧烷、0.6份布罗波尔和14份碳酸氢钠水溶液，充分搅拌30min，并加20份去离子水调整黏度，即得乳白色，粒径均匀的超高速喷涂接嘴胶。
本发明所用的降温方式可以是通冷却水进行降温，也可以是用油浴降温。优选采用同冷却水降温。
实施例2
除按照以下重量份配比备料：使用醋酸乙烯酯64份，丙烯酸12份，甲基丙烯酸甲酯7份，过硫酸铵0.6份，碳酸氢钠为pH调节剂，聚乙烯醇，异构醇聚氧乙烯醚1.4份，柠檬酸三乙酯5份，聚二甲基硅氧烷0.6份，布罗波尔0.6份，水193份；以及反应器中剩余18份聚乙烯醇水溶液之外，其它步骤和操作方式均与实施例1相同。
实施例3
除按照以下重量份配比备料：使用醋酸乙烯酯62份，丙烯酸16份，甲基丙烯酸甲酯8份，过硫酸钾0.8份，碳酸氢钠1.5份，聚乙烯醇10份，月桂醇聚氧乙烯醚1.5份，柠檬酸三乙酯4份，白矿油0.6份，异噻唑啉酮0.6份，总水量180份；以及反应器中剩余20份聚乙烯醇水溶液，其它步骤和操作方式均与实施例1相同。
实施例4
除按照以下重量份配比备料：使用醋酸乙烯酯70份，丙烯酸12份，甲基丙烯酸甲酯9份，叔丁基过氧化氢0.8份，醋酸钠1.6份，聚乙烯醇18份，月桂醇聚氧乙烯醚1.6份，三醋酸甘油酯5份，聚二甲基硅氧烷0.6份，布罗波尔0.6份，总加水量205份；以及在反应器中剩余23份聚乙烯醇水溶液，其它步骤和操作方式均与实施例1相同。
实施例5
除按照以下重量份配比备料：使用醋酸乙烯酯50份，丙烯酸10份，甲基丙烯酸甲酯5份，过硫酸铵0.4份，碳酸氢钠1份，聚乙烯醇19份，月桂醇聚氧乙烯醚1份，柠檬酸三乙酯3份，聚二甲基硅氧烷0.6份，异噻唑啉酮0.6份，总加水量210份；以及在反应器中剩余12份聚乙烯醇水溶液，其它步骤和操作方式均与实施例1相同。
实施例6
除按照以下重量份配比备料：使用醋酸乙烯酯70份，丙烯酸20份，甲基丙烯酸甲酯10份，过硫酸铵1份，碳酸氢钠2份，聚乙烯醇8份，月桂醇聚氧乙烯醚2份，乙酰柠檬酸三丁酯6份，聚二甲基硅氧烷0.6份，布罗波尔0.6份，总加水量184份；以及在反应器中剩余30份聚乙烯醇水溶液，其它步骤和操作方式均与实施例1相同。
实施例7
除按照以下重量份配比备料：使用醋酸乙烯酯60份，丙烯酸15份，甲基丙烯酸甲酯8份，过硫酸钾0.7份，碳酸氢钠1.5份，聚乙烯醇18份，月桂醇聚氧乙烯醚1.6份，三乙酸甘油酯4份，聚二甲基硅氧烷0.6份，布罗波尔0.6份，总加水量199份；以及在反应器中剩余17份聚乙烯醇水溶液，其它步骤和操作方式均与实施例1相同。
实施例8
除按照以下重量份配比备料：使用醋酸乙烯酯60份，丙烯酸15份，甲基丙烯酸甲酯8份，过硫酸钾0.7份，碳酸氢钠1.5份，聚乙烯醇10份，月桂醇聚氧乙烯醚1.6份，三乙酸甘油酯4份，聚二甲基硅氧烷0.6份，布罗波尔0.6份，总加水量187份；以及在反应器中剩余17份聚乙烯醇水溶液，其它步骤和操作方式均与实施例1相同。
试验例
将实施例1-8制备的超高速喷涂接嘴胶按照YC/T188-2004《高速卷烟胶》标准对制备好的接嘴胶进行检测，结果见表1。
表1实施例常规物理指标检测结果
实施例 粘度mpa·s，25℃ 固含量％ PH值
实施例1 1200 35.8 4.7
实施例2 960 35.7 4.9
实施例3 980 36.8 4.8
实施例4 1120 36.6 4.9
实施例5 1050 30.1 4.8
实施例6 1080 39.5 4.9
实施例7 530 35.6 4.9
实施例8 1450 35.4 4.8
经上机试验检测获得的检测结果可知，该胶具有粘结力大、流变性能优异、干燥速度适宜等特点，能够实现机速在20000支/分钟的喷涂上胶卷烟机组上的稳定均匀涂胶，生产的卷烟无漏气、掉头、泡皱等不良现象。
本发明通过选取环保型原料，合理设计配方配比和制备工艺，有效的降低了有害成分在此超高速喷涂接嘴胶中的含量。
本发明通过合成性能优良的三元共聚乳液，在添加聚乙烯醇、增塑剂等助剂的情况下生产的接嘴胶能够在较低的黏度和固含量的前提下，具有适宜的干燥速度、极强的粘结力和适用于喷涂的优异的流变性能，能够很好的满足速度达到20000支/分钟的喷涂上胶卷烟机组的生产需求。
以上所述仅为帮助理解本发明的优选实例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水基超高速喷涂接嘴胶，其特征在于，其基于醋酸乙烯酯、丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯形成的三元共聚乳液获得，还包括用于改善流动性和粘结性的增塑剂、聚乙烯醇和去离子水，以及接嘴胶基本料。
2.如权利要求1所的喷涂接嘴胶，其特征在于，所述接嘴胶的黏度为500-1500mpa·s，固含量30％-40％，PH值4-6.5。
3.如权利要求1所述的喷涂接嘴胶，其特征在于，所述基本料包括增塑剂、消泡剂、防腐剂、PH调节剂。
4.如权利要求1或3任一所述的喷涂接嘴胶，其特征在于，所述醋酸乙烯酯、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯的重量份配比为50-70：10-20：5-10。
5.如权利要求1或3任一所述的喷涂接嘴胶，其特征在于，所述醋酸乙烯酯、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯与增塑剂、聚乙烯醇和去离子水的重量份配比为：50-70：10-20：5-10：3-6：8-20：100-245。
6.一种制备权利要求1所述的一种水基超高速喷涂接嘴胶的方法，其特征在于，包括：
在高温条件下，在预留少量聚乙烯醇水溶液的反应器中利用去离子水和乳化剂，形成用于发生聚合反应的胶束；
利用所述胶束、单体混合液和引发剂溶液，使残存单体数量降低，得到聚合产物；
降低温度使所述聚合产物与增塑剂混合，并在混合过程中抽真空，得到有害物质降低、残存单体脱除的安全聚合乳液；
向所述安全聚合乳液中加入剩余聚乙烯醇水溶液、接嘴胶基本料和去离子水，充分搅拌后得到粒径均匀、色泽乳白的超高速喷涂接嘴胶。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述高温条件是70-80℃。
8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述单体混合液是包含醋酸乙烯酯、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯的混合溶液。
9.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用胶束、单体混合液和引发剂溶液，使残存单体数量降低，得到聚合产物包括：
向所述胶束中加入第一用量的单体混合液和引发剂水溶液，进行反应；
当回流结束时，滴加第二用量的单体混合液和引发剂溶液，进行阶段保温反应，得到聚合产物。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述抽真空时间为20-60min。
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