煙用水基膠用VAE乳液流變性能影響研究

＊呂繼學(xué) 王志偉

（1.連云港昌瑞科技有限公司 江蘇 222042 2.大連化工（江蘇）有限公司 江蘇 211999）

我國是卷煙大國，卷煙產(chǎn)量位居世界第一，卷煙系列膠用量也居世界首位。卷煙生產(chǎn)過程中的每一道生產(chǎn)工序都使用膠粘劑，因此膠粘劑是卷煙制造過程中必不可少的原輔材料。其中，醋酸乙烯酯-乙烯共聚乳液（即VAE乳液）是目前最主要的卷煙膠原料之一。近年來，隨著國內(nèi)許多卷煙廠的技術(shù)改進(jìn)和高速卷煙機(jī)設(shè)備的引進(jìn)，卷煙車速從原來 1000支/min提高至單機(jī)車速10000支/min：這使得卷煙膠的需求量越來越大，對其質(zhì)量和性能要求也越來越高，由于在高速卷煙機(jī)運行過程中.卷煙紙的運行速度極高（約600～ 700m/min）,因此在卷煙膠性能方面要求很高。除了嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)之外，還要求乳液的流變穩(wěn)定、初粘速度快以及對卷煙紙的滲透性好等[1]。本文針對應(yīng)用在煙用水機(jī)膠的VAE乳液進(jìn)行流變性能比較，追蹤煙用水基膠用VAE乳液儲存過程中的流變性能穩(wěn)定性，通過在VAE乳液中添加聚乙烯醇及羥乙基纖維素，比較流變性能，追蹤流變性能的影響因素，可為高速煙用水基膠配方設(shè)計提供借鑒。

1.實驗材料和方法

實驗室通過TA公司的DHR-2流變性能測試儀（圖1）檢測乳液的流變性能，檢測模式包括往復(fù)掃描、恒定剪切、3ITT、Wet tack等，綜合分析比較乳液流變性及濕粘性能。

圖1 流變性能測定儀

(1)實驗條件

往復(fù)掃描：

勻加速剪切，達(dá)到峰值后再勻減速剪切恢復(fù)到初始，監(jiān)視樣品剪切黏度變化和恢復(fù)情況。條件：恒加/減速剪切，剪切速度1～8000 1/s；8000～1 1/s，恒定溫度25℃。

恒定剪切：

在不同的剪切速率下持續(xù)剪切一段時間，監(jiān)視黏度穩(wěn)定性。條件：勻速剪切，剪切速度3000 1/s、4000 1/s、5000 1/s、6000 1/s、7000 1/s、8000 1/s下分別持續(xù)1min，恒定溫度25℃。3ITT：

從零剪切瞬間到高速剪切再瞬間恢復(fù)零剪切，監(jiān)視黏度變化情況和穩(wěn)定性。條件：勻速剪切，Step1：0.1 1/s，Step2：8000 1/s，Step3：0.1 1/s，恒定溫度25℃。

Wet tack：

模擬表面粘黏，監(jiān)視濕黏力大小和穩(wěn)定性。條件：GAP：500μm，拉伸距離：6000μm，拉伸速度：800μm/s，恒定溫度25℃。

(2)不同玻璃轉(zhuǎn)移溫度水基膠基礎(chǔ)乳液流變性比較

選取不同玻璃轉(zhuǎn)變溫度的水基膠乳液由于基礎(chǔ)物性以及制程工藝參數(shù)有差異，基本物性數(shù)據(jù)如表1。

表1 基本數(shù)據(jù)表

幾種不同規(guī)格的乳液其流變對比，見圖2。

圖2 不同規(guī)格乳液流變圖疊圖比較

比較幾個規(guī)格的流變圖：

①樣品2往復(fù)掃描斜率明顯小于其他規(guī)格，說明其更靠近牛頓流體性。

②恒定剪切在低剪切速率下都能維持黏度穩(wěn)定，不同規(guī)格能維持黏度穩(wěn)定的剪切速率不一樣，樣品2、樣品3剪切速率達(dá)到7000 1/s黏度出現(xiàn)較大波動，樣品4達(dá)到8000 1/s剪切速率黏度依然保持穩(wěn)定。

③樣品2濕黏力是四個規(guī)格乳液中最好。

(3)乳液流變儲存穩(wěn)定性

研究卷煙膠乳液的儲存穩(wěn)定性，檢測在6個月保質(zhì)期內(nèi)其流變性能。

儲存溫度：常溫25℃，以樣品1常溫儲存為例。

樣品1常溫儲存實驗結(jié)果，乳液保質(zhì)期6個月內(nèi)，實驗室條件的常溫儲存流變性能表現(xiàn)穩(wěn)定，后期由于儲存黏度的上升影響圖譜重合。其他規(guī)格以及溫度的儲存結(jié)果規(guī)律基本一致。乳液對外保存期6個月內(nèi)，實驗室條件常溫儲存各規(guī)格乳液流變性能表現(xiàn)穩(wěn)定，常規(guī)的溫度變化不會對乳液的流變性能造成影響。

圖3 常溫保存不同時間流變圖譜

(4)添加聚乙烯醇對流變性能的影響

圖4 添加不同比例PVA1788流變圖譜比較

聚乙烯醇（簡稱PVA）作為乳液的保護(hù)膠體，有很多優(yōu)異的性能。在乳化聚合過程當(dāng)中，會添加PVA當(dāng)作膠體的保護(hù)高分子；PVA在自由基聚合的過程當(dāng)中也會被自由基攻擊，形成非游離PVA而接枝在VAE乳液顆粒上，此部分量較少，大部分以游離態(tài)形式存在[4]。配制成品卷煙膠時會再添加一定量的PVA，添加適量的PVA可以改善乳液的流變性能。

兼顧后續(xù)產(chǎn)品的黏度及固含量，分別測試添加不同比例之PVA BP-17，測試乳液性能和流變性，乳液添加固含量20% PVA BP-17?；A(chǔ)物性和應(yīng)用性能比較，見表2。

表2 流變圖譜比較

續(xù)表

圖5 添加不同比例HEC流變圖譜比較

不同比例PVA BP-17（20%水溶液）對流變性能的改善，結(jié)果顯示：添加PVA可以提高乳液流變性能。添加不同比例PVA BP-17，乳液黏度上升，固含量下降，干燥速率和初黏力都得到了改善。流變性能方面，添加到10% PVA BP-17（20%水溶液）時有效改善流變性能，添加到15%時，流變改善變化率已不大。

(5)乳液外添加其他添加劑改善流變性能

乳液中通過添加纖維素衍生物可能對乳液的流變性能有改善，添加羥乙基纖維素（HEC）進(jìn)行測試。分別添加不同比例固含量5%羥乙基纖維素水溶液，測試乳液性能和流變性。

表3 流變數(shù)據(jù)比較

5%的HEC水溶液有了很明顯的增稠作用，比例為10%～ 15%時流變性有顯著的改善。

3.結(jié)論

（1）如VAE乳液本身儲存安定，在保質(zhì)期內(nèi)無分層等變質(zhì)現(xiàn)象，流變性能也保持穩(wěn)定。

（2）通過在乳液中添加一定量的聚乙烯醇，可以改善流變性能，可以在乳液聚合生產(chǎn)時添加也可在調(diào)配煙用水基膠配方時添加，添加PVA1788（20%水溶液）比例10%～15%時綜合性能最佳。

（3）通過在乳液中添加一定量的羥乙基纖維素，可以改善流變性能，添加固含量5%羥乙基纖維素水溶液比例10%～ 15%時綜合性能最佳。