纸杯用低温快速固化水性粘合剂及其制备方法与流程

本发明涉及水性粘合剂制备，具体涉及纸杯用低温快速固化水性粘合剂及其制备方法。

背景技术：

1、一次性食品纸杯是饮品包装主流耗材，适配冷热饮盛装、自动化高速制杯生产线，伴随食品包装环保管控升级、国家包装行业“油改水”政策落地，以及欧盟食品接触材料、国内食品包装安全新规实施，高voc溶剂型纸杯粘合剂已全面受限，环保水性粘合剂成为行业主流应用品类。

2、然而，现阶段市面通用纸杯水性粘合剂多存在明显应用短板，难以适配当下高速制杯生产工况，低温粘接定型速度慢，普通丙烯酸乳液无足量酮羰基交联位点，常规未改性己二酰肼交联活性不足，交联反应活化能高，低温下分子运动速率降低，腙交联反应难以高效推进，加之普通vae乳液交联协同性差，仅依靠物理粘结定型，低温固化成型效率极低，车间低温生产极易出现粘接松动脱胶问题。

3、同时，现有己二酰肼交联体系相容性较差，普通己二酰肼活性单一，与丙烯酸乳液交联反应速率不可控，要么固化滞后拖慢生产线，要么交联过快导致胶液储存凝胶、适用期缩短，另外，市面上粘合剂大多助剂体系适配性不足，制胶稳定性差，大批量生产批次性能波动大，难以适配自动化制杯机连续涂布作业。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供纸杯用低温快速固化水性粘合剂及其制备方法，通过丙烯酸改性，提升了粘合剂的固化速率，通过月桂酸长烷基链接枝改性己二酰肼，提高了水性粘合剂的稳定性。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、纸杯用低温快速固化水性粘合剂，其特征在于，包括以下重量份原料：去离子水30-40份，改性自交联丙烯酸乳液50-60份、vae乳液8-12份、聚乙烯醇溶液6-9份、改性己二酰肼低温交联剂2-4份、纳米碳酸钙15-20份、催干剂1-2份、消泡剂0.2-0.4份、增稠剂0.4-0.8份、润湿剂0.3-0.35份和防腐剂0.3-0.4份。

4、进一步优选地，消泡剂为聚醚类消泡剂，增稠剂为聚醚类增稠剂，润湿剂为炔二醇润湿剂，催干剂由丙二醇与丙三醇按质量比2-3:1-1.5组成，防腐剂由5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮和2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮按质量比2.5-3.5:0.8-1.2组成。

5、进一步优选地，聚乙烯醇溶液的为10wt%聚乙烯醇水溶液。

6、进一步优选地，改性自交联丙烯酸乳液的制备方法，包括以下步骤：

7、a1、向氮气保护的瓶中加入去离子水、乳化剂和碳酸氢钠搅拌，水浴加热至75-85℃，得到乳化剂溶液；

8、a2、向烧杯中依次加入丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、双丙酮丙烯酰胺、丙烯酸和甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯，再加入1/3的乳化剂溶液搅拌至均匀，得到预乳化液，备用；

9、a3、向烧瓶中加入剩余2/3乳化剂溶液，加入引发剂，滴加预乳化液，滴加时间为2-3h，滴加完成后，保温搅拌50-70min，反应完成后，降温用饱和氨水调节ph至中性，过滤得到改性自交联丙烯酸乳液。

10、进一步优选地，步骤a1中，乳化剂由十二烷基苯磺酸钠与脂肪醇聚氧乙烯醚按质量比为1.5-1.7:0.7-0.9组成，去离子水、乳化剂和碳酸氢钠的质量比为220-240:2-2.5:0.3-0.5；所述步骤a2中，丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、双丙酮丙烯酰胺、丙烯酸、甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯的质量比为140-160:34-35:6.5-7.5:2-3:4.5-5.5；所述步骤a3中，引发剂为过硫酸铵，引发剂与预乳化液的质量比为0.05-0.15:90-110。

11、进一步优选地，改性己二酰肼低温交联剂的制备方法包括以下步骤：

12、b1、向烧瓶中加入无水乙醇和乙二酰肼搅拌，温度升高至50-60℃，加入对甲苯磺酸，搅拌5-10min，再分批加入月桂酸，温度升高至75-80℃，开启冷凝分水器，反应4-5h；

13、b2、反应完成后，降温至40℃，向体系滴加饱和三乙胺调节ph至中性，减压蒸除除去无水乙醇，水洗取水相静置，过滤，取滤饼干燥，得到改性己二酰肼低温交联剂。

14、进一步优选地，步骤b1中，乙二酰肼、对甲苯磺酸和月桂酸的质量比为7-9:0.15-0.25:4-6。

15、纸杯用低温快速固化水性粘合剂的制备方法，包括以下步骤：

16、s1、向反应釜中加入去离子水、纳米碳酸钙，分散均匀，依次加入聚乙烯醇溶液、润湿剂、消泡剂搅拌至均匀，滴加改性自交联丙烯酸乳液，搅拌10-20min，再加入vae乳液搅拌10-20min，得到自交联丙烯酸乳液前驱体；

17、s2、向自交联丙烯酸乳液前驱体中加入催干剂，搅拌5-10min，再将改性己二酰肼低温交联剂加入反应体系中，持续搅拌30-40min，反应完成后，滴加增稠剂，用饱和氨水调节ph至中性，加入防腐剂搅拌10-15min后过滤，得到水性粘合剂。

18、本发明的有益效果：

19、本发明纸杯用低温快速固化水性粘合剂通过对自交联丙烯酸乳液改性乳液聚合阶段共聚加入双丙酮丙烯酰胺功能单体，使丙烯酸高分子链段均匀接入酮羰基活性官能团；制备采用复配乳化剂、缓冲体系匀速滴加聚合，官能团分布均匀、反应活性高，粘合剂制备阶段，乳液酮羰基可直接与改性己二酰肼的酰肼基团发生腙键交联反应，该反应活化能低，无需高温供热，辅以多元醇催干剂氢键催化，进一步降低交联反应能垒，加快酰肼-酮基缩合交联速率，提升了粘合剂的固化速率，软硬单体复配，平衡内聚强度与界面浸润粘接力，硬单体提升胶膜内聚力与刚性，避免粘接后蠕变脱开；丙烯酸丁酯赋予胶膜柔性，可紧密贴合纸杯纸基、pe淋膜两种极性差异大的基材，充分浸润界面，大幅提升界面附着力，弯折、卷边时胶层不会断裂脱落。共聚丙烯酸引入羧基，与纸基羟基形成氢键，进一步强化纸面粘接牢度。

20、本发明通过月桂酸长烷基链接枝改性己二酰肼，交联剂同时具备亲水酰肼基团与疏水烷基结构，可均衡匹配制胶体系，避免未改性的己二酰肼水溶性过强导致的絮凝、提前凝胶问题，制胶过程不结块、成品储存周期更长，也能更好兼容纳米碳酸钙填料，减少涂布气泡缺陷，提高了体系的稳定性，烷基侧链对酰肼基团适度调控，弱化分子间氢键束缚，搭配多元醇催干剂后，能在低温下快速与乳液中的酮羰基发生腙化缩合，提升定型速度，改性引入月桂酸长烷基链，交联后形成致密三维网状结构，显著提升胶膜耐水性能，盛装冷热饮品时不易吸水溶胀脱胶；烷基链赋予胶膜适度柔性，纸杯折边、卷边时胶层不易脆裂脱落，剥离时多出现纸纤维撕裂，粘接耐久度大幅提升。

1.纸杯用低温快速固化水性粘合剂，其特征在于，包括以下重量份原料：去离子水30-40份，改性自交联丙烯酸乳液50-60份、vae乳液8-12份、聚乙烯醇溶液6-9份、改性己二酰肼低温交联剂2-4份、纳米碳酸钙15-20份、催干剂1-2份、消泡剂0.2-0.4份、增稠剂0.4-0.8份、润湿剂0.3-0.35份和防腐剂0.3-0.4份。

2.根据权利要求1所述的纸杯用低温快速固化水性粘合剂,其特征在于，所述消泡剂为聚醚类消泡剂，增稠剂为聚醚类增稠剂，润湿剂为聚氨酯润湿剂，催干剂由丙二醇与丙三醇按质量比2-3:1-1.5组成，防腐剂由5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮和2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮按质量比2.5-3.5:0.8-1.2组成。

3.根据权利要求1所述的纸杯用低温快速固化水性粘合剂,其特征在于，所述聚乙烯醇溶液的为10wt%聚乙烯醇水溶液。

4.根据权利要求1所述的纸杯用低温快速固化水性粘合剂,其特征在于，所述改性自交联丙烯酸乳液的制备方法，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的纸杯用低温快速固化水性粘合剂,其特征在于，所述步骤a1中，乳化剂由十二烷基苯磺酸钠与脂肪醇聚氧乙烯醚按质量比为1.5-1.7:0.7-0.9组成，去离子水、乳化剂和碳酸氢钠的质量比为220-240:2-2.5:0.3-0.5；

6.根据权利要求1所述的纸杯用低温快速固化水性粘合剂,其特征在于，所述改性己二酰肼低温交联剂的制备方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的纸杯用低温快速固化水性粘合剂,其特征在于，所述步骤b1中，乙二酰肼、对甲苯磺酸和月桂酸的质量比为7-9:0.15-0.25:4-6。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的纸杯用低温快速固化水性粘合剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：