環(huán)保型聚乙烯醇縮乙二醛紙管膠的填料改性研究

徐曉安

(江西省化學(xué)工業(yè)學(xué)校，江西 南昌 330029)

前言

紙管用膠粘劑俗稱紙管膠，是制作各種紙管、紙筒、紙罐及相關(guān)制品的一種專用膠粘劑。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，紙管在日常用品、紡織、輕工、包裝、皮革等等領(lǐng)域的需求量越來越大。如衛(wèi)生卷紙內(nèi)芯紙筒、紡織用紗管、布匹、紙品、皮革、塑料薄膜等卷筒包裝用紙管等，所以在紙管膠的用量上大大的提高了需求量。企業(yè)在要求紙管具有足夠高的壓縮強(qiáng)度、硬度、韌性、耐水性、耐熱性及抗蠕變性等良好的綜合性能時(shí)，其主要取決與所用紙管膠的性能，而各類制品視其用途不同，對紙管膠也有了特殊的要求。

歷來生產(chǎn)紙管用膠國內(nèi)外大多以聚醋酸乙烯乳液、聚乙烯醇縮甲醛乳膠或淀粉膠為膠粘劑。聚醋酸乙烯乳液的穩(wěn)定性較強(qiáng)，但醋酸乙烯是硬性單體，聚醋酸乙烯乳液的玻璃化溫度較高，它形成的膜發(fā)脆。在冬天由于溫度較低，乳液粒子就不能聚集熔融形成完整的膜，而變成開裂狀或粉狀，以至冬天使用時(shí)制作的紙管就會(huì)產(chǎn)生“抱管”現(xiàn)象，另外成本也較高，而且它粘接后的耐壓強(qiáng)度差。因此，聚醋酸乙烯乳液的應(yīng)用始終難以推廣。至于聚乙烯醇縮甲醛乳膠(PVF，俗稱107膠)，雖然在生產(chǎn)成本上可以得到很好的調(diào)配，但是，最大的問題是由于在反應(yīng)過程中，甲醛的毒性不能避免，而且在產(chǎn)品中存在一定的游離甲醛，這不但危害人的身體健康，而且在紙產(chǎn)品用完后對環(huán)境也將造成一定程度的污染。紙管用膠還有一種是生產(chǎn)成本較低的淀粉膠，雖然其成本及生產(chǎn)工藝低，但淀粉膠的初粘力較低、干燥速度慢，不如聚醋酸乙烯乳液穩(wěn)定性強(qiáng)，而且使用后容易發(fā)霉。所以環(huán)保型紙管膠是目前的首項(xiàng)研究，以乙二醛代替毒性的甲醛與聚乙烯醇通過縮聚合成具有環(huán)保功能的紙管膠是新的研究方向。

填料又稱填充劑，泛指被填充于其他物體中的物質(zhì)。通常它有兩種功能：首先是降低產(chǎn)品的成本；其次是改善產(chǎn)品的某些性能，如降低膠粘劑的線膨脹系數(shù)，減少固化時(shí)的收縮率，增加粘度，增加擠壓性能，改變膠的密度，改善膠的加工性能，改變顏色，改變屬性，有些能與膠發(fā)生反應(yīng)，調(diào)整粘接力、改善強(qiáng)度等等.

在紙管膠中加入填料主要是提膠的固體含量和降低成本,從另一方面考慮是為了有效地控制膠粘劑向紙內(nèi)滲透,從而提高初粘接力和干燥速度。不同的填料,其加入量有所不同,但無論使用那種填料,膠液的粘度和產(chǎn)品的性能都會(huì)產(chǎn)生不同的效果。當(dāng)填料加入到紙管膠中后，在一定程度上形成了一種新的共混體系，也就符合了共混的基本規(guī)律，如相容性、相分離機(jī)理等。本文選取了四種填料，分別研究其對紙管膠的一系列影響。

1、陶土改性的用量及影響

通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，從產(chǎn)品的綜合性能觀察，選取相對優(yōu)異的實(shí)驗(yàn)配方，以此為基礎(chǔ)，加入填料研究性能的變化。

在實(shí)驗(yàn)初，先設(shè)定聚乙烯醇縮乙二醛乳液的固含量，改變一些原料的反應(yīng)用量，再研究填料的加入后固含量的變化值。本文選用兩種紙管膠乳液的固含量為比較依據(jù)，分別是12%和15%，再從中選擇綜合性能優(yōu)良者。

實(shí)驗(yàn)使用：PVA(1799)，38g(49.5g)；乙二醛，11g(14.5g)；淀粉，4.5g(6.0g)；脲素，11.6g(15.0g)；水，380mL；陶土，適量。性能結(jié)果如表1所示。

表1 陶土改性聚乙烯醇縮乙二醛紙管膠

*注：以上各組所測的粘度為結(jié)束實(shí)驗(yàn)后當(dāng)場所測量；固含量為在烘箱中放置一天后所測；分散情況是在加入填料混合均勻后靜置一段時(shí)間所觀察。

從表中可看出，陶土與該紙管膠的共混不是很理想，膠體與陶土顆粒的相容性差，容易分層。所得的改性乳膠粘度小，粘接強(qiáng)度低，故此填料不適宜。

2、高嶺土改性的用量及影響

高嶺土，白色或淺黃色粉末或碎塊，有特殊的黏土味，不溶于水、酸和堿溶液。一般含二氧化硅46%，三氧化鋁39%，在330℃以上失水。

實(shí)驗(yàn)使用：PVA(1799)，38g(49.5g)；乙二醛，11g(14.5g)；淀粉，4.5g(6.0g)；脲素，11.6g(15.0g)；水，380mL；高嶺土，適量。性能結(jié)果如表2所示。

表2 高嶺土改性聚乙烯醇縮乙二醛紙管膠

*注：以上各組所測的粘度為結(jié)束實(shí)驗(yàn)后當(dāng)場所測量；固含量為在烘箱中放置一天后所測；分散情況是在加入填料混合均勻后靜置一段時(shí)間所觀察。

從表2中得到，高嶺土在改性聚乙烯醇縮乙二醛紙管膠時(shí)，所得到改性乳膠的綜合性能良好，其固含量和粘度都適中，利于乳膠的保存，使得儲(chǔ)存穩(wěn)定期長，而且該膠體的粘接強(qiáng)度高，能在短時(shí)間內(nèi)干燥并使紙管粘合牢固。該改性乳膠的耐水性能比較優(yōu)異，簡化了生產(chǎn)工藝。

3、氧化鋅改性的用量及影響

氧化鋅，白色或淺黃色粉末，在空氣中吸收二氧化碳，為兩性氧化物，溶于稀酸、濃氫氧化堿溶液、氨水和銨鹽溶液，不溶于水和醇。

實(shí)驗(yàn)使用：PVA(1799)，38g(49.5g)；乙二醛，11g(14.5g)；淀粉，4.5g(6.0g)；脲素，11.6g(15.0g)；水，380mL；氧化鋅，適量。性能結(jié)果如表3所示：

表3 氧化鋅改性聚乙烯醇縮乙二醛紙管膠

*注：以上各組所測的粘度為結(jié)束實(shí)驗(yàn)后當(dāng)場所測量；固含量為在烘箱中放置一天后所測；分散情況是在加入填料混合均勻后靜置一段時(shí)間所觀察。

從表3中可看出，聚乙烯醇縮乙二醛紙管膠，在加入氧化鋅為改性填料后，其固含量明顯增大，加快了其固化凝膠程度，使得乳膠的保存期縮短，一般在10天之內(nèi)均已固化為膏狀物，失去了流動(dòng)性能。由于氧化鋅自身在空氣中吸收二氧化碳的性能，乳膠在儲(chǔ)存和使用過程中若不能防護(hù)則會(huì)使膠體酸化，這將大大的降低該紙管膠的粘接強(qiáng)度。

4、滑石粉改性的用量及影響

滑石粉，白色或灰白色微細(xì)結(jié)晶形粉末，無味，有油性，易黏附在皮膚上，有滑膩感，不溶于水、冷酸或堿。

實(shí)驗(yàn)使用：PVA(1799)，38g(49.5g)；乙二醛，11g(14.5g)；淀粉，4.5g(6.0g)；脲素，11.6g(15.0g)；水，380mL；滑石粉，適量。性能結(jié)果如表4所示。

表4 滑石粉改性聚乙烯醇縮乙二醛紙管膠

*注：以上各組所測的粘度為結(jié)束實(shí)驗(yàn)后當(dāng)場所測量；固含量為在烘箱中放置一天后所測；分散情況是在加入填料混合均勻后靜置一段時(shí)間所觀察。

由于滑石粉本身有油性，與聚乙烯醇縮乙二醛紙管膠的共混效果并不理想，膠體與填料顆粒之間的黏附力小，相容性差，靜置短時(shí)間內(nèi)分層，使得改性紙管膠只有很短的保存期。而且相對的粘接強(qiáng)度低，實(shí)用價(jià)值不高。

結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)以乙二醛代替毒性的甲醛與聚乙烯醇通過縮聚合成具有環(huán)保功能的紙管膠，選取了四種填料，分別研究其對紙管膠的一系列影響。

結(jié)果表明：

(1)在以聚乙烯醇(PVA)為26.2g為基準(zhǔn)的同時(shí)，乙二醛用量為(7.6±0.2)g、脲素為(8.0±0.2)g、縮合反應(yīng)溫度為(82±1)℃、縮合時(shí)間為2h、PH值為3～5，可以得到綜合性能比較好的環(huán)保型紙管膠乳液。

(2)通過數(shù)種填料的改性比較，得到以高嶺土為最佳改性填料，高嶺土的用量比例在8%～12%之間為宜，得到的紙管膠固含量為(20±1)%，且具有較長的存穩(wěn)定期。

(3)以此法制作的紙管膠可以代替乳白膠等多種以往通用膠粘劑作為新型紙管膠使用。它制作工藝簡單，性能優(yōu)異，造價(jià)低廉，并且有較好的耐水性、抗凍性，用其制得的紙管膠硬度高，抗蠕變能力強(qiáng)。而且，該膠粘劑綜合性能良好，無環(huán)境污染，是環(huán)保型膠粘劑，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。