一种取代动物胶的用于纸品包装的裱糊胶及制备方法

技术领域

本申请涉及粘胶剂技术领域，特别涉及一种取代动物胶的用于纸品包装的裱糊胶及制备方法。

背景技术

中国是世界第一制浆造纸生产国，但同时我国的森林资源却相对匮乏，因此，制浆造纸所用的纤维资源存在严重不足，解决我国纤维资源短缺的问题，除大量采用非木材纤维(如麦草、蔗渣等)进行制浆造纸外，还应大力发展废旧纸品回收利用技术。中国每年产生废纸数千万吨，但目前废旧纸品往往很多都任意丢弃，对废纸回收利用率低，这样不仅污染环境，而且浪费很多资源。废纸回收利用率低的原因，除了传统的废纸回用制浆工艺存在纤维疏解分散效果差、纤维回收利用率低等问题外，还有就是纸品或纸质包装上大都附着着很多难以浆化的杂质，例如用于纸品粘结或包装的胶黏剂，阻碍着废纸的回收。

动物胶（Animal Glue）是以废弃的动物皮毛、骨和筋等组织的胶原蛋白为原材料，经原料部分水解预处理、萃取、干燥等一系列生产工艺制备而成的棕色（或淡黄色）非晶体的蛋白质固形物。动物胶具有无毒无害、生物可降解性，生物相容性和长时间存储不失活性等特点，且来源广泛、价格低廉。由于动物胶的可生物降解性，用于纸品的包装可实现废旧纸品的回收利用。但是，动物胶缺少特性黏合，其仅仅是物理性凝固，在多孔表面的粘附性很好，但在某些涂层表面、金属、塑料或膜等无孔材料表面的粘附效果不佳，而且动物胶如果不经过改性而直接用作胶黏剂，存在易干裂，遇水易溶胀，在潮湿环境中易受细菌侵蚀而变质。所以，提供一种能够替代动物胶且粘结强度高的用于纸制品包装的裱糊胶具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本申请的目的一是提供一种取代动物胶的用于纸品包装的裱糊胶，本申请的裱糊胶能够浆化回收，且粘结强度高。

本申请的目的二是提供一种取代动物胶的用于纸品包装的裱糊胶的制备方法，本申请的制备方法简单，使用原料成本低廉且对环境友好，适合工业化生产。

本申请的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种取代动物胶的用于纸品包装的裱糊胶的制备方法，包括以下步骤：

a. 将5-10重量份的巴豆酸、15-20重量份的乙酸乙烯酯、5-10重量份的丙烯酸乙酯、10-15重量份的聚乙二醇丙烯酸酯、0.01-0.03重量份的引发剂与45-55重量份的水混合，在70-80℃的条件下，保温3-4h，获得水溶性树脂；

b.向40-50重量份去离子水中加入12-18重量份的聚氨酯分散体、8-12重量份的乙酸乙烯酯、10-15重量份的叔碳酸乙烯酯、4-6重量份的马来酸二丁酯、12-16重量份的丙烯酸酯和0.25-0.35重量份引发剂，高速乳化2-4h，得到聚氨酯分散体和丙烯酸酯混合液；

c.将步骤b获得的聚氨酯分散体和丙烯酸酯混合液滴加到步骤a获得的水溶性树脂中，温度70-80℃反应4-5h，获得白胶浆；

d.向每100重量份的步骤c获得的白胶浆中加入5-15重量份增粘树脂乳液，在70-80℃条件下搅拌分散30min，降温后加入助剂，获得裱糊胶。

通过采用上述技术方案，本申请首先将乙酸乙烯酯、丙烯酸乙酯、聚乙二醇丙烯酸酯与巴豆酸在引发剂的作用下进行聚合生成水溶性树脂。乙酸乙烯酯、丙烯酸乙酯、聚乙二醇丙烯酸酯具有价格低廉，无毒无害、不易燃易爆、生产容易、性能良好以及应用方便等优点，作为共聚单体可以降低生产成本，乳液聚合通常以水作为分散介质，单体在引发剂的作用下在常压下即可通过简单的生产工艺和设备生产出来，相较于传统溶剂型乳液含有对人身体有害和易对环境造成污染的易挥发有机物，水性共聚乳液具有更少的易挥发的有机物，更加的环保更符合当今环保政策的要求。巴豆酸又名丁烯酸，有顺式和反式两种异构体。通常的巴豆酸为反式丁烯酸，在甲苯溶液中转化为顺式结构。巴豆酸是一种不饱和脂肪酸，分子中含有双键和羧基，具有很强的反应性，在工业上具有广泛的用途。本申请将乙酸乙烯酯、丙烯酸乙酯、聚乙二醇丙烯酸酯和巴豆酸进行共聚形成的水溶性的聚合物能够替代现有技术中的保护胶体和乳化剂，能够降低乳液的表面张力，起到增溶、分散、乳化作用。

其次，本申请在去离子水中将聚氨酯分散体和乙酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯、马来酸二丁酯、丙烯酸酯进行高速乳化，得到聚氨酯分散体和丙烯酸酯混合液，然后再以上述制备的水溶性树脂为保护胶体和乳化剂，进行聚合反应获得白胶浆，聚氨酯分散体和乙酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯、马来酸二丁酯、丙烯酸酯之间发生化学反应，形成相互交联的网状结构，可以大幅度的提高杂化乳液的相容性、附着力和强度。而且本申请用水溶性树脂替代了现有技术中的保护胶体和乳化剂，提高了制备获得的白胶浆的稳定性，使白胶浆具有较好的物理-化学性能、机械性能和黏结性能。

再次，本申请以制备获得的白胶浆为主料，加入增粘乳液，进一步提高胶粘剂的粘结强度，最终制备获得可替代动物胶的用于纸品包装的裱糊胶。本申请制备获得的裱糊胶可浆化回收，高速涂布性能优，同时对各种基材（尤其是膜）附着力好，可以取代动物胶（主要是明胶成分），所得纸制品高低温环境下不开胶。

进一步的，步骤b中的丙烯酸酯包括丙烯酸酯单体、丙烯酸酯功能单体和丙烯酸酯交联单体，丙烯酸酯单体、丙烯酸酯功能单体和丙烯酸酯交联单体的质量比为10:(3-5):(2-4)；所述丙烯酸酯单体选用丙烯酸丁酯或丙烯酸异辛酯；丙烯酸酯功能单体选用丙烯酸、丙烯酸羟乙酯或丙烯酸羟丙酯；丙烯酸酯交联单体选用乙二醇二丙烯酸酯、丁二醇二丙烯酸酯或己二醇二丙烯酸酯。

进一步的，步骤d中增粘树脂乳液选用改性松香树脂增粘乳液。

进一步的，所述改性松香树脂增粘乳液的制备方法为：将松香在N

通过采用上述技术方案，本申请的改性松香树脂增粘乳液具有表面张力低，泡沫小，涂布均匀；添加后可明显提高初粘值，持粘力，剥离强度，并使之达到最佳平衡点；粒度分布窄，质量稳定，存放期长；可适宜较宽PH值，可在近中性或弱碱性条件下使用。

进一步的，所述引发剂选用过硫酸铵或双氧水。

通过采用上述技术方案，引发剂是聚合反应体系的组成之一，引发剂的种类以及用量将会对合成的聚合物品质、产量、聚合反应速率产生不同程度的影响，在聚合反应过程中根据聚合物性质的不同，选取的引发剂种类也不同。本申请选用最常用的过硫酸铵或双氧水作为引发剂并严格限制过硫酸铵或双氧水的加入量，从而保证聚合物品质、产量、聚合反应速率。这是因为，当刚开始聚合的时候，如果加入的引发剂含量少，反应体系中具有引发活性的自由基少，反应体系中的单体和自由基的碰撞几率较小，此时单体过量转化率低；如果加入的引发剂含量多，反应体系中自由基趋于饱和状态，单体和自由基的碰撞频率加快，引发速率加快，此时转化率高，但同时局部浓度过高的自由基导致乳液容易出现暴聚现象，乳液中的凝胶随之变高，乳液稳定性变差。所以，本申请严格限定引发剂的用量是非常有必要的。

进一步的，所述助剂包括增塑剂、润湿剂、消泡剂和防腐剂。

进一步的，所述增塑剂的加入量为1-3重量份，所述增塑剂选自二丙二醇二苯甲酸酯或二乙二醇二苯甲酸酯。

通过采用上述技术方案，增塑剂是一类能降低高分子化合物玻璃化温度或熔融温度，增加高分子化合物熔融时的流动性，并赋予胶膜柔韧性的物质；其主要作用是降低高分子化合物的分子间力，来增加分子链的活动性，其结果是降低了胶粘剂所形成的胶膜模量，提高了伸长率和柔韧性，从而达到了改善胶粘剂的粘附性的目的，使初粘性增加的同时还使熔融粘度和成本降低。

进一步的，所述消泡剂的加入量为0.5-1重量份，所述消泡剂选自有机硅消泡剂，所述有机硅消泡剂选用XPJ-S210型或科莱恩C740型消泡剂。

通过采用上述技术方案，有机硅消泡剂中的硅油表面能力一般为20-21达因/厘米，比水(72达因/厘米)及一般起泡液的表面张力都小，消泡效能好。而且，由于Si-O键比较稳定，有机硅消泡剂热稳定性好、化学稳定性好，很难与其它物质发生化学反应，且对人畜没有毒性。最重要的是，有机硅消泡剂在使用量很少的情况下，不仅能有效地破除已经生成的泡沫，而且可以显著地抑制泡沫，防止泡沫的生成同时不污染被消泡的物质，成本低廉。

进一步的，所述润湿剂的加入量为0.1-0.5重量份，所述润湿剂选自ST-83型或ST5020型润湿剂。

通过采用上述技术方案，水性聚氨酯一般界面张力较高，而粘接对象的界面张力一般都较低，加入适量的润湿剂后，能有效的降低水性聚氨酯的界面张力，使水性聚氨酯胶粘剂能在粘接对象表面均匀的铺展开，从而提高粘接质量。

进一步的，所述防腐剂的加入量为0.2-0.5重量份，所述防腐剂选用KSG201型或WAP202型防腐剂。

通过采用上述技术方案，本申请的防腐剂是一种广谱杀菌剂，有效杀灭各种细菌、酵母菌、霉菌等多种微生物，具有极强的杀菌能力，抑菌时间长，长期使用不会产生抗药性；能够抗有机物干扰，与其他助剂配伍性好；加入后无泡沫，易溶于水；可降解，环保对环境无污染；对粘胶剂的附着力、流平性、稳定性等多种性能无影响。

本申请的目的二是提供一种上述取代动物胶的用于纸品包装的裱糊胶的制备方法制备获得的裱糊胶。

通过采用上述技术方案，本申请制备获得裱糊胶在一定的条件下可浆化回收，对基材的附着力高，且使用原料成本低廉对环境友好，适合工业化生产。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1.本申请制备的裱糊胶易于浆化回收，高速涂布性能优，同时对各种基材（尤其是膜）附着力好，可以取代动物胶（主要是明胶成分），所得纸制品不开胶，粘力大、持粘性久，同时具有更好的防霉、防潮、防脱胶的特点；

2.本申请的裱糊胶的原料成本低廉，适合工业化生产。

具体实施方式

本申请的KSG201、WAP202型防腐剂购自广东迪美生物技术有限公司；

本申请的XPJ-S210型有机硅消泡剂购自常州顺华化工有限公司；

本申请的科莱恩C740型有机硅消泡剂购自青岛古道科技有限公司；

本申请的巴豆酸购自上海易恩化学技术有限公司。

本申请的ST-83型、ST5020型润湿剂购自上海桑井化工有限公司；

本申请的聚氨酯分散体购自上海科思创聚合物有限公司；

本申请的二丙二醇二苯甲酸酯和二乙二醇二苯甲酸酯购自济宁华凯树脂有限公司。

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

制备例1

改性松香树脂增粘乳液的制备方法为：

将20g松香在N

制备例2

改性松香树脂增粘乳液的制备方法为：

将30g松香在N

制备例3

改性松香树脂增粘乳液的制备方法为：

将25g松香在N

实施例1

一种取代动物胶的用于纸品包装的裱糊胶的制备方法，包括以下步骤：

a. 将5g巴豆酸、20g乙酸乙烯酯、5g丙烯酸乙酯、15g聚乙二醇丙烯酸酯、0.01g双氧水与55g水混合，在70℃的条件下，保温4h，获得水溶性树脂；

b.向40g去离子水中加入12g聚氨酯分散体、12g乙酸乙烯酯、10g叔碳酸乙烯酯、6g马来酸二丁酯、7.06g丙烯酸丁酯、2.12g丙烯酸、2.82g乙二醇二丙烯酸酯和0.25g双氧水，高速乳化4h，得到聚氨酯分散体和丙烯酸酯混合液；

c.将步骤b获得的聚氨酯分散体和丙烯酸酯混合液滴加到步骤a获得的水溶性树脂中，温度80℃反应4h，获得白胶浆；

d. 向每100g步骤c获得的白胶浆中加入5g制备例1制备的改性松香树脂增粘乳液，在70℃条件下搅拌分散30min，降温后加入3g二丙二醇二苯甲酸酯、0.5g XPJ-S210型消泡剂、0.5g ST-83型润湿剂、0.2g KSG201型防腐剂，获得裱糊胶。

实施例2

一种取代动物胶的用于纸品包装的裱糊胶的制备方法，包括以下步骤：

a. 将10g巴豆酸、15g乙酸乙烯酯、10g丙烯酸乙酯、10g聚乙二醇丙烯酸酯、0.03g双氧水与45g水混合，在80℃的条件下，保温3h，获得水溶性树脂；

b.向50g去离子水中加入18g聚氨酯分散体、8g乙酸乙烯酯、15g叔碳酸乙烯酯、4g马来酸二丁酯、9.41g丙烯酸异辛酯、4.71g丙烯酸羟乙酯、1.88g丁二醇二丙烯酸酯和0.35g过硫酸铵，高速乳化2h，得到聚氨酯分散体和丙烯酸酯混合液；

c.将步骤b获得的聚氨酯分散体和丙烯酸酯混合液滴加到步骤a获得的水溶性树脂中，温度70℃反应5h，获得白胶浆；

d.向每100g步骤c获得的白胶浆中加入15g制备例2制备的改性松香树脂增粘乳液，在80℃条件下搅拌分散30min，降温后加入1g二乙二醇二苯甲酸酯、1g C740型消泡剂、0.1gST-83型润湿剂、0.5g KSG201型防腐剂，获得裱糊胶。

实施例3

一种取代动物胶的用于纸品包装的裱糊胶的制备方法，包括以下步骤：

a. 将8g巴豆酸、17g乙酸乙烯酯、9g丙烯酸乙酯、12g聚乙二醇丙烯酸酯、0.02g过硫酸铵与48g水混合，在75℃的条件下，保温3.5h，获得水溶性树脂；

b.向45g去离子水中加入15g聚氨酯分散体、10g乙酸乙烯酯、12g叔碳酸乙烯酯、5g马来酸二丁酯、8.23g丙烯酸丁酯、3.29g丙烯酸羟丙酯、2.48g己二醇二丙烯酸酯和0.3g双氧水，高速乳化3h，得到聚氨酯分散体和丙烯酸酯混合液；

c.将步骤b获得的聚氨酯分散体和丙烯酸酯混合液滴加到步骤a获得的水溶性树脂中，温度75℃反应4.5h，获得白胶浆；

d.向每100g步骤c获得的白胶浆中加入10g制备例3制备的改性松香树脂增粘乳液，在75℃条件下搅拌分散30min，降温后加入1.5g二丙二醇二苯甲酸酯、0.8g C740型消泡剂、0.2g ST5020型润湿剂、0.4g WAP202型防腐剂，获得裱糊胶。

实施例4

一种取代动物胶的用于纸品包装的裱糊胶的制备方法，包括以下步骤：

a. 将6g巴豆酸、19g乙酸乙烯酯、6g丙烯酸乙酯、14g聚乙二醇丙烯酸酯、0.015g过硫酸铵与52g水混合，在76℃的条件下，保温3.8h，获得水溶性树脂；

b.向42g去离子水中加入17g聚氨酯分散体、9g乙酸乙烯酯、14g叔碳酸乙烯酯、4.5g马来酸二丁酯、8.82g丙烯酸异辛酯、3.09g丙烯酸羟丙酯、3.09g乙二醇二丙烯酸酯和0.28g过硫酸铵，高速乳化2.5h，得到聚氨酯分散体和丙烯酸酯混合液；

c.将步骤b获得的聚氨酯分散体和丙烯酸酯混合液滴加到步骤a获得的水溶性树脂中，温度78℃反应4.2h，获得白胶浆；

d.向每100g步骤c获得的白胶浆中加入12g制备例2制备的改性松香树脂增粘乳液，在72℃条件下搅拌分散30min，降温后加入2g二丙二醇二苯甲酸酯、0.9g C740型消泡剂、0.3gST5020型润湿剂、0.35g WAP202型防腐剂，获得裱糊胶。

实施例5

一种取代动物胶的用于纸品包装的裱糊胶的制备方法，包括以下步骤：

a. 将9g巴豆酸、16g乙酸乙烯酯、9g丙烯酸乙酯、11g聚乙二醇丙烯酸酯、0.025g双氧水与48g水混合，在79℃的条件下，保温3.2h，获得水溶性树脂；

b.向48g去离子水中加入13g聚氨酯分散体、11g乙酸乙烯酯、11g叔碳酸乙烯酯、5.5g马来酸二丁酯、7.65g丙烯酸丁酯、3.44g丙烯酸羟乙酯、1.91g丁二醇二丙烯酸酯和0.32g双氧水，高速乳化3.5h，得到聚氨酯分散体和丙烯酸酯混合液；

c.将步骤b获得的聚氨酯分散体和丙烯酸酯混合液滴加到步骤a获得的水溶性树脂中，温度72℃反应4.8h，获得白胶浆；

d.向每100g步骤c获得的白胶浆中加入8g制备例1制备的改性松香树脂增粘乳液，在78℃条件下搅拌分散30min，降温后加入2.5g二乙二醇二苯甲酸酯、0.6g XPJ-S210型消泡剂、0.4g ST-83型润湿剂、0.3g KSG201型防腐剂，获得裱糊胶。

对比例1

一种用于纸品包装的裱糊胶的制备方法，包括以下步骤：

a.向45g去离子水中加入15g聚氨酯分散体、10g乙酸乙烯酯、12g叔碳酸乙烯酯、5g马来酸二丁酯、8.23g丙烯酸丁酯、3.29g丙烯酸羟丙酯、2.48g己二醇二丙烯酸酯和0.3g双氧水，高速乳化3h，得到聚氨酯分散体和丙烯酸酯混合液；

b.将步骤a获得的聚氨酯分散体和丙烯酸酯混合液中滴加2g OP-10乳化剂，温度75℃反应4.5h，获得白胶浆；

c.向每100g步骤b获得的白胶浆中加入10g制备例3制备的改性松香树脂增粘乳液，在75℃条件下搅拌分散30min，降温后加入1.5g二丙二醇二苯甲酸酯、0.8g C740型消泡剂、0.2g ST5020型润湿剂、0.4g WAP202型防腐剂，获得裱糊胶。

性能测试

1.将实施例1-5和对比例1制备获得的裱糊胶滴在试片上，将试片浸泡在裱糊胶质量10%的25%氨水中，24h后观察试片上裱糊胶的浆化情况。实验结果参见表1。

从表1可以看出，本申请实施例1-5制备的裱糊胶浸泡在10%氢氧化钠水溶液中24h后，裱糊胶内部的高分子之间的连接键在碱的作用下崩解，被完全浆化。而对比例1制备的裱糊胶浸泡在10%氢氧化钠水溶液中24h后，未发生浆化作用，将其粘结在纸张上，纸张需要制浆回收时，对比例1的裱糊胶将无法浆化回收，从而给纸张的回收带来困难。

2.附着力测试：根据GB/T 2791-1995测定实施例1-5和对比例1制备获得的裱糊胶的剥离强度以及在高低温交变测试条件下的剥离强度（N/m）。测试基材为双面铜版纸对PP塑料板。高低温交变测试条件参见表2，实验结果参见表3。

从表3可以看出，本申请实施例1-5制备的裱糊胶的剥离强度达到223.3 N/m，经过老化测试后剥离强度依旧能够保持在180N/m左右，而对比例1制备的裱糊胶的剥离强度为200.8 N/m，经过老化测试后的剥离强度仅为103.1 N/m。实验结果表明，本申请的裱糊胶在粘接强度方面可以达到甚至更优于现有技术中的裱糊胶，对基材的附着力显著提高；同时在抗老化方面，本申请实施例1-5制备的裱糊胶的抗老性能要明显优于现有技术的裱糊胶，用本申请实施例1-5制备的裱糊胶制得的纸制品长时间使用后不会开胶。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。