1、41健康安全环境水性吸塑油的研究梁文波 ， 郑 军 ， 张士军 ， 刘 毅 ( 上海光普化工有限公司 ， 上海 201802)摘 要 : 在对水性光油研究的基础上 ， 对吸塑包装的工艺 、原理进行了深入的分析 ， 考察了吸塑剂 、渗透剂 、Tg对水性吸塑油使用性能的影响 ， 得到了满足下列使用条件的水性吸塑油 : ( 1) 泡壳基材为 PVC 或 PET; ( 2) 纸卡材料为白版纸 、白卡纸或铜版纸 ; ( 3) 热封方式可采用电加热或高周波吸塑热合工艺 。该水性吸塑油已经通过工业化生产并上机验证 ， 可满足吸塑粘合要求 。关键词 : 水性吸塑油 ; 乳液聚合 ; 吸塑热合中图分类号 : T
2、Q 630. 4+99 文献标识码 : A 文章编号 : 0253 4312( 2012) 04 0041 03Study on the Waterbased Blister VarnishLiang Wenbo， Zheng Jun， Zhang Shijun， Liu Yi( Shanghai Guangpu Chemical Co ， Ltd， Shanghai 201802， China)Abstract: Based on the research of waterbased varnish， the mechanism of blister agglutinate was stud
3、-ied The effect of blister agent， penetrating agent， Tg， on the performance of blister varnish was studiedDepending on the result， the general blister varnish can be used at the following conditions: ( 1) the materialis PVC or PET; ( 2) the paper is white board paper， white carded paper， glossy pape
4、r; ( 3) the heat sealingway is electrical heating or high frequency heating The waterbased blister varnish is availabe commerciallyand is verified on lines It comply with the printing and packaging industry trend and has widely market ap-plication prospectKey Words: waterbased blister varnish; emuls
5、ion polymerization; blister heat sealing作者简介 : 梁文波 ( 1979) ， 男 ， 硕士研究生 ， 主要从事印刷包装行业水性丙烯酸乳液聚合 、特种胶粘剂 、特种涂层等的研究开发工作 。吸塑包装是一种新型的包装形式 ， 一般是将不规则物体( 如玩具 、文具 、工具 、日用品等 ) 通过使用 PVC 或 PET 泡壳对其加以密封防护 ， 再将泡壳与纸卡粘合在一起 ， 形成完整规则透明的包装形式 。这种包装形式的优点在于 : ( 1) 通过对不规则产品使用泡壳包裹 ， 可使不规则物的外形相对整齐 ， 储运更加方便 ; ( 2) 吸塑包装的泡壳采用透明材料
6、 ， 以 PVC、PET 最为常用 ， 在产品终端 ， 一般将纸卡悬挂放置 ， 产品的性状一目了然 ， 因此这种包装的产品易于摆放在商场醒目的位置 ， 便于销售 ; ( 3) 吸塑包装能够保证吸塑泡壳内的产品不被外界粉尘污染 ， 并对水汽有一定的阻隔作用 ， 保证了产品的质量不受影响 。目前吸塑包装工艺相对成熟 ， 相关技术已经实现工业化应用 。在此种包装工艺中 ， 主要涉及到的因素有 : 泡壳 、纸卡 、吸塑油 。泡壳起到对物体密封固定的作用 ; 纸卡对物体起支撑作用 ， 同时印刷图文信息 ， 对产品进行说明 ; 吸塑油在加热的条件下 ， 将泡壳和纸卡牢固地粘合在一起 ， 保证储运期间包装的
7、完整 。目前使用的吸塑油仍以溶剂型吸塑油为主 ， 使用的溶剂多为苯类 ， 在干燥过程中有机溶剂全部挥发到大气中 ，会造成环境的污染 ， 并会对工人身体健康造成潜在的危险 。在印刷包装行业相关产品由溶剂型产品向水性产品转化的大背景下 ， 研究开发水性吸塑油的意义相当重要 。本研究在前期对水性光油研究的基础上 1 2， 通过对吸塑包装工艺的深入分析 ， 开发了专门用于吸塑包装的水性吸塑油 ， 既满足吸塑包装要求 ， 也符合行业发展趋势 。吸塑包装的吸塑热合封装工艺为 : 泡壳与涂有吸塑油的纸卡压合 ， 同时使用电加热或高周波方式将泡壳与纸卡加热 ，软化后的泡壳与熔化后的吸塑油进行牢固的粘合 ， 冷
8、却后 ， 泡壳 、吸塑油 、纸卡形成一体 ， 完成吸塑封装过程 。在进行吸塑热合封装时 ， 吸塑油在加热下产生粘合作用 ， 将纸卡与泡壳牢固粘合 。常温状态 ， 吸塑油作为一种特种光油涂层具备一般光油涂层的特点 ， 即有一定的光泽和耐磨性 。为了满足以上的要求 ， 本研究在前期水性光油研究的基础上 ， 引进特种助剂 ， 调整相关参数 ， 得到满足使用要求的水性吸塑油 。1 实 验1. 1 实验原料丙烯酸丁酯 、苯乙烯 、甲基丙烯酸甲酯 : 均为聚合级工业第 42 卷第 4 期 涂 料 工 业 Vol42 No42012 年 4 月 PAINT COATINGS INDUSTRY Apr2012
9、42健康安全环境品 ; 固体丙烯酸树脂 、乳化剂 、交联剂 : 均为进口工业产品 ; 脱模剂 ( H 862) 、水基蜡乳液 ( H 863) 、吸塑剂 ( H 872) : 上海光普化工有限公司产品 ; 流平剂 、润湿剂 、渗透剂 、消泡剂 、抗刮伤剂等 : 进口工业产品 。1. 2 仪器与设备电热恒温水浴槽 ; 精密增力电动搅拌器 ; 三口烧瓶 ( 5 L) ;自制滴加反应设备 ; 微波炉 ; JA1003 型精密电子天平 : 上海良平仪器仪表有限公司 ; NDJ 1 型旋转式黏度计 : 上海精密科学仪器有限公司 ; 涂 4#杯黏度仪 ; XGP 便携式镜向光泽度计 : 天津信通光达科技有
10、限公司 ; MCJ 01A 型磨擦试验机 : 济南兰光机电技术有限公司 ; 吸塑机 : 上海俊赛包装机械有限公司 。1. 3 制备工艺水性吸塑油作为一种特种水性光油 ， 主要生产工艺与水性光油一致 。分为 2 个主要环节 : 光油乳液的合成和吸塑油的调配 。( 1) 光油乳液的合成 。光油乳液的合成采用以丙烯酸树脂为保护胶 ， 混合单体直接滴加的工艺 ， 根据单体种类和配比的不同 ， 得到软型 、硬型 2 种光油乳液 。( 2) 吸塑油的调配 。将光油乳液 、丙烯酸树脂液 、溶剂 、吸塑剂等助剂按一定的比例和程序混合搅拌分散均匀 ， 得到水性吸塑油 。( 3) 吸塑油的涂布和吸塑热合 。水性吸
11、塑油一般使用脱机上光 ， 即印刷并分切好的纸卡通过上光机上油涂布 ， 烘干 。上油后的纸卡与泡壳经吸塑包装机在热压下完成吸塑包装过程 。1. 4 产品的表征和性能测定( 1) 黏度 : 根据 GB/T 111752002， 采用 NDJ 1 型旋转黏度计 ， 选择合适的转子和适当的转速测定水性吸塑油的黏度 。同时 ， 用涂 4#杯测定黏度 。( 2) 固含量 : 取 1. 0 2. 0 g 产品 ， 微波炉中烘干至恒质量 ，记录烘干前后产品的质量 ， 计算固含量如式 ( 1) 所示 。固含量 = ( 样品干质量 /样品湿质量 ) 100% 式 ( 1)( 3) 光泽 : 光泽反映了吸塑油干燥成
12、膜后包装印刷材料的美观程度 ， 使用镜向光泽度计对涂层进行光泽的检测 。( 4) 耐磨性 : 耐磨性反映了吸塑油成膜后 ， 纸卡包装材料在装卸 、储运过程中 ， 对外力磨损的耐受程度 。实际检测方法为使用磨擦试验机对涂布吸塑油的纸卡进行磨擦试验 ， 以涂层被磨损而油墨层刚刚出现露底时的磨擦次数表征吸塑油的耐磨性 。2 结果与讨论水性吸塑油作为一种特种光油 ， 使用普通上光涂布机涂布 ， 因此需满足一般水性光油的指标要求 ， 即有合适的黏度( 17 25 s， 50 200 mPas) 和固含量 ( 30% 40%) ， 在水性吸塑油干燥成膜后 ， 能够保证一定的光泽和耐磨性 ， 而水性吸塑油最
13、主要的作用在于 : 能够在加热条件下 ， 使纸卡与泡壳牢固粘合 ， 保护包装内容物 ， 防止内容物损坏 。2. 1 水性吸塑油理化指标的确定水性吸塑油应满足普通上光机对光油黏度 、固含量的要求 。因此 ， 在其调配过程中 ， 通过对树脂用量和光油乳液用量的调整 ， 可以调整吸塑油的黏度 。固含量可通过溶剂 ( 水和乙醇 ) 的添加量进行调整 。通过实验 ， 所得水性吸塑油黏度一般控制在 17 25 s( 50 200 mPas) ， 固含量 35% 38%。该条件下 ， 易于使上光机调整上油量为 6 10 g/m2， 并保证能够正常干燥 。2. 2 水性吸塑油光泽和耐磨性水性吸塑油干燥成膜后
14、， 作为对油墨印刷层的保护涂层 ，除具备防水 、防潮 、防沾污等性质 ， 还需满足对光泽和耐磨性的要求 。通过前期对水性光油的研究 ， 使用脱模剂 H 862、水基蜡乳液 H 863， 用量分别为 36%、30%， 能够满足光泽 65以上 、20 N 压力耐磨 400 次以上的要求 。2. 3 吸塑剂对吸塑热合效果的影响吸塑油除具备普通光油的一般特点外 ， 主要的功能是具有吸塑热合作用 ， 在加热条件下可与泡壳粘合 ， 一般的光油只能在加热的条件下软化 ， 产生轻微的粘合作用 ， 冷却后 ， 泡壳与纸卡容易分离 。因此 ， 需选用合适的热敏树脂对吸塑油的热合性能进行调整 。吸塑剂便是一种良好的
15、热敏树脂 ， 在高温下具有热粘合作用 ， 冷却后形成透明光亮的涂层 。以白版纸与 PVC 泡壳的吸塑粘合为例 ， 不同量的吸塑剂加入到吸塑油中 ， 吸塑热合效果如表 1 所示 。表 1 吸塑剂用量对吸塑热合效果的影响Table 1 The effect of blister agent content on the blister heatsealingw( 吸塑剂 ) /% 吸塑热合效果0 轻碰即分离 ， 纸纤维无破坏5 稍用力可分离 ， 纸纤维 30%破坏10 用力使两层分离后 ， 纸纤维 50%破坏15不易轻易分离 ; 用力分离后 ， 纸纤维 80%破坏20不易轻易分离 ; 用力分离后
16、， 纸纤维 90%以上破坏25不易轻易分离 ; 用力分离后 ， 纸纤维 90%以上破坏表 1 数据表明 : 随着吸塑剂的加入 ， 水性吸塑油的热粘合作用逐渐增大 ， 包装更加牢固 。普通光油进行热合吸塑工序时 ， 由于泡壳与光油受热软化 ， 两层产生轻微的热粘合作用 ，但当温度降至室温后 ， 两层之间的粘接力基本消失 ， 轻微用力即分离 。吸塑剂加入其中 ， 能够使吸塑油在加热下产生较强的粘合力 ， 促使纸卡与泡壳形成牢固的粘接 。当吸塑剂的加入量为总量的 20%时 ， 吸塑粘合的纸卡与泡壳即可形成牢固的整体 ， 其粘接面对泡壳的粘合力大于纸纤维的内聚力 ， 在外力作用下 ， 纸纤维先于粘接面
17、受到破坏 ， 满足了吸塑包装的强梁文波等 : 水性吸塑油的研究43健康安全环境度要求 ， 再加大吸塑剂的用量 ， 吸塑的强度不再有明显的增加 ， 因此确定吸塑剂的用量为 20%。2. 4 渗透剂对吸塑热合效果的影响吸塑油对油墨层的渗透作用会对吸塑效果产生明显的影响 。吸塑油中的渗透剂在吸塑油干燥成膜的过程中能够渗透到油墨中 ， 并且促使吸塑油内的小分子物质与纸纤维形成牢固的键合 ， 会大大提高粘合力 。以吸塑剂用量 20% 为例 ， 渗透剂用量进行梯度变化时 ， 吸塑热合效果如表 2 所示 。表 2 渗透剂对吸塑热合效果的影响Table 2 The effect of penetrating
18、agent content on the blisterheat sealingw( 渗透剂 ) /% 吸塑热合效果0 纸纤维破坏约占 90%0. 2 纸纤维破坏约占 90%0. 4 纸纤维破坏约占 90% 95%0. 8 纸纤维破坏约占 95% 100%1 纸纤维破坏约占 95% 100%表 2 数据表明 ， 渗透剂用量从 0. 2%提高到 0. 8%时 ， 吸塑效果有明显的提高 ， 同时由于渗透剂为单分子层吸附 ， 当渗透剂用量饱和后 ， 加大其用量不再对吸塑效果产生更加明显的促进作用 。因此 ， 渗透剂以 0. 8%作为其最佳用量 。2. 5 Tg对吸塑效果的影响吸塑油的 Tg表征了吸塑
19、油成膜后的软硬程度 。低 Tg的吸塑油 ， 吸塑效果相对要更牢固 ， 但表面较软 ， 且在气温较高的情况下容易反黏 。高 Tg的吸塑油 ， 表面较硬 ， 但粘合层较脆 ， 容易受到外力破坏导致纸卡与泡壳分离 ， 因此 ， 吸塑油的Tg一般设定在 30 40 ， 具体值可根据温度 、湿度进行适当的调整 ， 使其既保证吸塑效果 ， 又能在高温运输途中不反黏 ，低温放置不发脆 。吸塑油直接使用时 ， 光泽一般在 65 左右 ， 部分要求更高的包装 ， 要求光泽 80 以上或有镜面效果 ， 需要采用磨光工艺才能达到此要求 ， 即可磨光的吸塑油 ， 市面简称为磨吸油 。磨吸油在制备时需要考虑到磨光时可能
20、产生粘钢带的情况 ， 因此其玻璃化温度设定在 60 。经实验 ， 磨光后光泽 80 以上 ，且可以正常吸塑热合 。3 结 语在前期水性光油研究的基础上 ， 对热合吸塑的原理进行深入分析 ， 并结合实验 ， 得到了满足吸塑热合要求的水性吸塑油 。该吸塑油的黏度 17 25 s， 50 200 mPas， 固含量 35% 38%、Tg30 40 ， 磨吸油 Tg60 ， 吸塑剂用量 20%， 渗透剂用量 0. 8%， 可用于 PVC 或 PET 材料与纸卡的牢固粘合 ， 对吸塑包装进行破坏性实验时 ， 纸纤维 90%以上破坏 ， 满足吸塑包装的要求 ， 并经工业化生产 ， 上机验证合格 。该水性吸
21、塑油满足环保要求 ， 符合化工行业水性化的趋势 ， 市场前景广阔 。参考文献 1 梁文波 ， 郑军 ， 张士军 ， 等 水性光油的研究 J 化学与粘合 ，2011， 33( 1) : 43 46LIANG W B， ZHENG J， ZHANG S J， et al Study on the water-borne glazing oil J Chemistry and Adhesion， 2011， 33 ( 1) : 4346 2 梁文波 ， 郑军 ， 张士军 ， 等 改性水性光油应用性能的研究 J 粘接 ， 2011， 32( 7) : 76 77LIANG W B， ZHENG J，
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