一種生物質(zhì)環(huán)保水性膠的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水性粘合劑，尤其涉及一種環(huán)保的，可適用于包裝盒中塑-紙-木-絨布之間粘合的具有優(yōu)異初粘性及粘合效果的水性生物質(zhì)粘合劑。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]目前，黏合劑用量巨大，涉及到人民生產(chǎn)生活的方方面面，必不可少。隨著保護(hù)環(huán)境、珍惜資源的理念日益深入人心，對(duì)膠黏劑的高固含量、無(wú)溶劑、水性、光固化等環(huán)境友好因素和低溫固化、廢棄物再生利用等節(jié)能技術(shù)越來(lái)越重視，并不斷加大研宄開(kāi)發(fā)力度。在軟包裝領(lǐng)域，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家軟包裝復(fù)合生產(chǎn)中使用的主要是無(wú)溶劑型膠黏劑和水性膠黏劑。目前，我國(guó)95%以上的軟包裝生產(chǎn)采用的是溶劑型膠黏劑，使用最多、性能最好是溶劑型雙組分聚氨酯膠黏劑。由于溶劑型膠黏劑具有優(yōu)良的柔軟性、耐低溫及耐蒸煮性、易操作性和廣泛的適應(yīng)性，且國(guó)內(nèi)軟包裝行業(yè)的干式復(fù)合設(shè)備目前只適用于溶劑型膠黏劑。此外，環(huán)保型膠黏劑在性能方面也還有一定的局限性。與溶劑型膠黏劑相比，水性膠黏劑具有無(wú)溶劑釋放、環(huán)境友好、無(wú)毒、不可燃、使用安全、成本低等優(yōu)點(diǎn)，固含量可高達(dá)50%-60%，具有上膠量少、黏結(jié)強(qiáng)度高的優(yōu)勢(shì)。水性聚氨酯(PU)膠黏劑、丙烯酸乳液、EVA共聚乳液等。同時(shí)，在粘合劑領(lǐng)域，全球的趨勢(shì)是逐步實(shí)現(xiàn)綠色化的同時(shí)采用生物質(zhì)材料制備，很多生物質(zhì)本身即擁有非常好的粘合性，如淀粉、木質(zhì)素液、各種膠體等。其中，淀粉膠已廣泛應(yīng)用于各種紙板粘合領(lǐng)域，但其仍然存在一定的問(wèn)題，如容易霉變，防水性差，故多種改性方法均被用于提高淀粉膠的防水性，如ZL201310106644.4公開(kāi)的一種用于涂布的淀粉膠的制備方法，在氧化淀粉中加入接枝干強(qiáng)劑與柔性改進(jìn)劑，有效的提高了其粘合強(qiáng)度，ZL2013106944337公開(kāi)的一種乳液型木材用淀粉膠粘劑及其制備方法，發(fā)明者于酸性條件下在淀粉中引入疏水支鏈，得到了高固含量、具有較好黏結(jié)強(qiáng)度的淀粉膠，但對(duì)于塑料或皮革材料，淀粉膠的粘性仍無(wú)法達(dá)到要求。
[0004]在軟包裝領(lǐng)域，尤其是禮盒包裝領(lǐng)域，由于所涉及材料品類(lèi)較多，尤其涉及大量紙-塑、木-布基材的粘合，除對(duì)最終粘合效果的要求外，由于自動(dòng)化或流水型工藝的需要，需要上膠后快速的粘合，尤其是包裝盒具有較多的轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)，其張力導(dǎo)致包裝材料很粘實(shí)現(xiàn)牢固的初粘，也需要膠具有良好的防水性和防霉變性，目前的生物質(zhì)環(huán)保膠產(chǎn)品單獨(dú)使用無(wú)法達(dá)到自動(dòng)化上膠和出口要求粘合性的要求。所以，在目前的包裝盒膠裝領(lǐng)域，仍采用粘合性?xún)?yōu)勢(shì)顯著的黃膠或藥水糊。如可開(kāi)發(fā)一種具有優(yōu)異初粘性及終粘性，且滿(mǎn)足一定開(kāi)放時(shí)間的生物質(zhì)環(huán)保水性膠，無(wú)疑將具有巨大的市場(chǎng)。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了克服目前生物質(zhì)膠初粘性及終粘性差的缺陷，提供一種可適用于包裝中塑-紙-木-絨布之間粘合的具有優(yōu)異初粘性及粘合效果的水性生物質(zhì)環(huán)保粘合劑。
[0007]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種生物質(zhì)環(huán)保水性膠，由多種原料復(fù)配而成，包括接枝改性淀粉水乳液、生物質(zhì)聚氨酯水乳液、纖維素增粘組份、松香水乳液。
[0008]各組分的質(zhì)量份數(shù)比例為:
接枝改性淀粉水乳液:40-60份生物質(zhì)聚氨酯水乳液:20-40份纖維素增粘組份:0.5-1.5份松香水乳液5-10份
進(jìn)一步，所述接枝改性淀粉水乳液的制備過(guò)程為:
I:淀粉的氧化:配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的淀粉水乳液，100-150rmp攪拌下加入質(zhì)量為淀粉水乳液1.5%的硫酸銅水溶液，硫酸銅水溶液的質(zhì)量濃度為1%，后于體系中加入質(zhì)量濃度為6%的氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH值至9.5，后緩慢加入水淀粉乳液質(zhì)量的1.5-2.5%的雙氧水，恒溫50°C反應(yīng)3h，后以質(zhì)量濃度為3%的鹽酸中和到pH值為6.0-6.5，再加入淀粉水乳液質(zhì)量的1.5%的質(zhì)量濃度為10%的亞硫酸鈉水溶液終止反應(yīng)，最后經(jīng)洗滌、烘干、粉碎得氧化淀粉A ;
I1:淀粉的有機(jī)硅表面改性:將氧化淀粉A分散于質(zhì)量為其350%-500%的水中，加入質(zhì)量濃度為3%的鹽酸溶液，將其pH值調(diào)至5，將體系溫度升至50°C后，逐滴加入質(zhì)量為氧化淀粉A質(zhì)量5-10%的乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷單體，并以150-200rmp的速度攪拌，恒溫反應(yīng)2小時(shí)，后冷卻至室溫，加入氧化淀粉A質(zhì)量1%-3%的陰離子表面活性劑，于室溫下100-150rmp攪拌30min，得到有機(jī)硅表面改性淀粉水乳液II ；
II1:淀粉的接枝改性:配置一定體積的引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀水溶液，于有機(jī)硅表面改性淀粉水乳液II中加入一半質(zhì)量的引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀水溶液(質(zhì)量濃度為80g/L)，150rmp速度攪拌20 min后，體系升溫至60°C，后加入一半質(zhì)量的醋酸乙烯酯單體、陰離子乳化劑及pH值緩沖劑，保持乳液PH值介于6-8之間，150rmp攪拌使得體系充分乳化，靜置20min后，升溫至75°C，加入剩余的引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀水溶液，并滴加剩余醋酸乙烯酯單體，Ih滴加完，150rmp速度攪拌20min，靜置30min，后調(diào)節(jié)體系pH至7，停止反應(yīng)，產(chǎn)品外觀為乳白色黏稠狀液體；其中，引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀的質(zhì)量為單體醋酸乙烯酯質(zhì)量的1%_3%，單體醋酸乙烯酯的質(zhì)量為氧化淀粉A質(zhì)量的75%-120%，陰離子乳化劑的質(zhì)量為單體醋酸乙烯酯質(zhì)量的3%-6%。
[0009]進(jìn)一步，所述接枝改性淀粉的接枝率介于34%_52%之間。
[0010]進(jìn)一步，所述接枝改性淀粉水乳液的固含量介于42%_55%之間。
[0011]進(jìn)一步，所述生物質(zhì)聚氨酯水乳液的制備過(guò)程為:
(1)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將醇解蓖麻油、聚己內(nèi)酯二醇、異佛爾酮二異氰酸酯、催化劑二月桂酸二丁基錫加入反應(yīng)容器中，在60°C _70°C溫度下，120rpm-180rpm轉(zhuǎn)速攪拌反應(yīng)1.5 h_3h，得到溶液I ;
所述醇解蓖麻油、聚己內(nèi)酯二醇、異佛爾酮二異氰酸酯的摩爾比為3.5:0.6-0.9:3.5-4.5，所述催化劑二月桂酸二丁基錫的用量為醇解蓖麻油、聚己內(nèi)酯二醇、異佛爾酮二異氰酸酯三者重量和的0.05%-0.10% ；
(2)向溶液I中加入二羥甲基丁酸、丙酮，在70°C_80°C溫度下反應(yīng)1.5 h -2.0h，得到溶液II ；
所述二羥甲基丁酸的加入量為溶液I重量的3.2%-7.5%，丙酮的加入量為溶液I重量的 2.5%-5.0% ；
(3)將溶液III降溫至38°C-42°C，加入三乙胺反應(yīng)0.5h_l.0h，得到溶液III ；
所述三乙胺與步驟(2)中所述二羥甲基丁酸的摩爾比為0.2-0.35:1 ；
(4)在30-35°C溫度下，將溶液III分散于溶液III重量1_2倍的水中，500rpm-600rpm轉(zhuǎn)速攪拌30min，得到溶液IV;
(5)將溶液IV減壓蒸餾，蒸出丙酮，后加入醇解蓖麻油質(zhì)量3%-6%的十二烷基磺酸鈉，以150-200rpm轉(zhuǎn)速攪拌30min，得到生物質(zhì)聚氨酯水乳液。
[0012]進(jìn)一步，所述生物質(zhì)聚氨酯水乳液的固含量介于30%_40%之間，其乳液顆粒粒徑介于50-200nm之間。
[0013]進(jìn)一步，所述纖維素增粘組分為羥乙基纖維素與羥乙基羧甲基纖維素的混合物，兩者中全部的羥乙基與羧甲基的摩爾比介于4.5:1-7:1之間。優(yōu)選的，羥乙基與羧甲基的摩爾比為5.5。
[0014]進(jìn)一步，所述松香水乳液的制備為將一定量固體松香樹(shù)脂加入沸水中，并逐步加入表面活性劑，攪拌形成乳液。其中，松香和水的質(zhì)量比例介于1:5-1:8之間，松香和表面活性劑的質(zhì)量比介于10:1-15:1之間。表面活性劑為陰離子表面活性劑，優(yōu)選的，采用十二燒基硫酸納。
[0015]
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下將詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方法。但這些實(shí)施方法僅為示范性目的，而本發(fā)明不限于此。
[0017]實(shí)施例1
一種生物質(zhì)環(huán)保水性膠，由多種原料復(fù)配而成，包括接枝改性淀粉水乳液、生物質(zhì)聚氨酯水乳液、纖維素增粘組份、松香水乳液。
[0018]各組分的質(zhì)量份數(shù)比例為:
接枝改性淀粉水乳液:52份生物質(zhì)聚氨酯水乳液:34份
纖維素增粘組份:0.75份松香水乳液:6.5份
進(jìn)一步，所述接枝改性淀粉水乳液的制備過(guò)程為:
I:淀粉的氧化:配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的淀粉水乳液，120rmp攪拌下加入質(zhì)量為淀粉水乳液1.5%的硫酸銅水溶液，硫酸銅水溶液的質(zhì)量濃度為1%，后于體系中加入質(zhì)量濃度為6%的氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH值至9.5，后緩慢加入水淀粉乳液質(zhì)量的2.5%的雙氧水，恒溫50°C反應(yīng)3h，后以質(zhì)量濃度為3%的鹽酸中和到pH值為6.0-6.5，再加入淀粉水乳液質(zhì)量的1.5%的質(zhì)量濃度為10%的亞硫酸鈉水溶液終止反應(yīng)，最后經(jīng)洗滌、烘干、粉碎得氧化淀粉A；
I1:淀粉的有機(jī)硅表面改性:將氧化淀粉A分散于質(zhì)量為其400%的水中，加入質(zhì)量濃度為3%的鹽酸溶液，將其pH值調(diào)至5，將體系溫度升至50 °C后，逐滴加入質(zhì)量為氧化淀粉A質(zhì)量8.5%的乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷單體，并以180rmp的速度攪拌，恒溫反應(yīng)2小時(shí)，后冷卻至室溫，加入氧化淀粉A質(zhì)量1.5%的陰離子表面活性劑，于室溫下120rmp攪拌30min，得到有機(jī)硅表面改性淀粉水乳液II ；
II1:淀粉的接枝改性:配置一定體積的引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀水溶液，于有機(jī)硅表面改性淀粉水乳液II中加入一半質(zhì)量的引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀水溶液(質(zhì)量濃度為80g/L)，150rmp速度攪拌20 min后，體系升溫至60°C，后加入一半質(zhì)量的醋酸乙烯酯單體、陰離子乳化劑及pH值緩沖劑，保持乳液PH值介于6-8之間，150rmp攪拌使得體系充分乳化，靜置20min后，升溫至75°C，加入剩余的引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀水溶液，并滴加剩余醋酸乙烯酯單體，Ih滴加完，150rmp速度攪拌20min，靜置30min，后調(diào)節(jié)體系pH至7，停止反應(yīng)，產(chǎn)品外觀為乳白色黏稠狀液體；其中，引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀的質(zhì)量為單體醋酸乙烯酯質(zhì)量的1.5%，單體醋酸乙烯酯的質(zhì)量為氧化淀粉A質(zhì)量的105%，陰離子乳化劑的質(zhì)量為單體醋酸乙烯酯質(zhì)量的4.5%。
[0019]所述接枝改性淀粉的接枝率為46%，其固含量為47%。
[0020]所述生物質(zhì)聚氨酯水乳液的制備過(guò)程為:
(1)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將醇解蓖麻油、聚己內(nèi)酯二醇、異佛爾酮二異氰酸酯、催化劑二月桂酸二丁基錫加入反應(yīng)容器中，在65°C下，150rpm轉(zhuǎn)速攪拌反應(yīng)2.5h，得到溶液I ;
所述醇解蓖麻油、聚己內(nèi)酯二醇、異佛爾酮二異氰酸酯的摩爾比為3.5:0.74:3.8，所述催化劑二月桂酸二丁基錫的用量為醇解蓖麻油、聚己內(nèi)酯二醇、異佛爾酮二異氰酸酯三者重量和的0.08% ；
(2)向溶液I中加入二羥甲基丁酸、丙酮，在75°C溫度下反應(yīng)1.8h，得到溶液II