一种生物质环保水性胶的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水性粘合剂，尤其涉及一种环保的，可适用于包装盒中塑-纸-木-绒布之间粘合的具有优异初粘性及粘合效果的水性生物质粘合剂。
[0002]
【背景技术】
[0003]目前，黏合剂用量巨大，涉及到人民生产生活的方方面面，必不可少。随着保护环境、珍惜资源的理念日益深入人心，对胶黏剂的高固含量、无溶剂、水性、光固化等环境友好因素和低温固化、废弃物再生利用等节能技术越来越重视，并不断加大研宄开发力度。在软包装领域，欧美发达国家软包装复合生产中使用的主要是无溶剂型胶黏剂和水性胶黏剂。目前，我国95%以上的软包装生产采用的是溶剂型胶黏剂，使用最多、性能最好是溶剂型双组分聚氨酯胶黏剂。由于溶剂型胶黏剂具有优良的柔软性、耐低温及耐蒸煮性、易操作性和广泛的适应性，且国内软包装行业的干式复合设备目前只适用于溶剂型胶黏剂。此外，环保型胶黏剂在性能方面也还有一定的局限性。与溶剂型胶黏剂相比，水性胶黏剂具有无溶剂释放、环境友好、无毒、不可燃、使用安全、成本低等优点，固含量可高达50%-60%，具有上胶量少、黏结强度高的优势。水性聚氨酯(PU)胶黏剂、丙烯酸乳液、EVA共聚乳液等。同时，在粘合剂领域，全球的趋势是逐步实现绿色化的同时采用生物质材料制备，很多生物质本身即拥有非常好的粘合性，如淀粉、木质素液、各种胶体等。其中，淀粉胶已广泛应用于各种纸板粘合领域，但其仍然存在一定的问题，如容易霉变，防水性差，故多种改性方法均被用于提高淀粉胶的防水性，如ZL201310106644.4公开的一种用于涂布的淀粉胶的制备方法，在氧化淀粉中加入接枝干强剂与柔性改进剂，有效的提高了其粘合强度，ZL2013106944337公开的一种乳液型木材用淀粉胶粘剂及其制备方法，发明者于酸性条件下在淀粉中引入疏水支链，得到了高固含量、具有较好黏结强度的淀粉胶，但对于塑料或皮革材料，淀粉胶的粘性仍无法达到要求。
[0004]在软包装领域，尤其是礼盒包装领域，由于所涉及材料品类较多，尤其涉及大量纸-塑、木-布基材的粘合，除对最终粘合效果的要求外，由于自动化或流水型工艺的需要，需要上胶后快速的粘合，尤其是包装盒具有较多的转角结构，其张力导致包装材料很粘实现牢固的初粘，也需要胶具有良好的防水性和防霉变性，目前的生物质环保胶产品单独使用无法达到自动化上胶和出口要求粘合性的要求。所以，在目前的包装盒胶装领域，仍采用粘合性优势显著的黄胶或药水糊。如可开发一种具有优异初粘性及终粘性，且满足一定开放时间的生物质环保水性胶，无疑将具有巨大的市场。
[0005]
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了克服目前生物质胶初粘性及终粘性差的缺陷，提供一种可适用于包装中塑-纸-木-绒布之间粘合的具有优异初粘性及粘合效果的水性生物质环保粘合剂。
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种生物质环保水性胶，由多种原料复配而成，包括接枝改性淀粉水乳液、生物质聚氨酯水乳液、纤维素增粘组份、松香水乳液。
[0008]各组分的质量份数比例为:
接枝改性淀粉水乳液:40-60份生物质聚氨酯水乳液:20-40份纤维素增粘组份:0.5-1.5份松香水乳液5-10份
进一步，所述接枝改性淀粉水乳液的制备过程为:
I:淀粉的氧化:配制质量分数为40%的淀粉水乳液，100-150rmp搅拌下加入质量为淀粉水乳液1.5%的硫酸铜水溶液，硫酸铜水溶液的质量浓度为1%，后于体系中加入质量浓度为6%的氢氧化钠水溶液调节pH值至9.5，后缓慢加入水淀粉乳液质量的1.5-2.5%的双氧水，恒温50°C反应3h，后以质量浓度为3%的盐酸中和到pH值为6.0-6.5，再加入淀粉水乳液质量的1.5%的质量浓度为10%的亚硫酸钠水溶液终止反应，最后经洗涤、烘干、粉碎得氧化淀粉A ;
I1:淀粉的有机硅表面改性:将氧化淀粉A分散于质量为其350%-500%的水中，加入质量浓度为3%的盐酸溶液，将其pH值调至5，将体系温度升至50°C后，逐滴加入质量为氧化淀粉A质量5-10%的乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷单体，并以150-200rmp的速度搅拌，恒温反应2小时，后冷却至室温，加入氧化淀粉A质量1%-3%的阴离子表面活性剂，于室温下100-150rmp搅拌30min，得到有机硅表面改性淀粉水乳液II ；
II1:淀粉的接枝改性:配置一定体积的引发剂过硫酸钾水溶液，于有机硅表面改性淀粉水乳液II中加入一半质量的引发剂过硫酸钾水溶液(质量浓度为80g/L)，150rmp速度搅拌20 min后，体系升温至60°C，后加入一半质量的醋酸乙烯酯单体、阴离子乳化剂及pH值缓冲剂，保持乳液PH值介于6-8之间，150rmp搅拌使得体系充分乳化，静置20min后，升温至75°C，加入剩余的引发剂过硫酸钾水溶液，并滴加剩余醋酸乙烯酯单体，Ih滴加完，150rmp速度搅拌20min，静置30min，后调节体系pH至7，停止反应，产品外观为乳白色黏稠状液体；其中，引发剂过硫酸钾的质量为单体醋酸乙烯酯质量的1%_3%，单体醋酸乙烯酯的质量为氧化淀粉A质量的75%-120%，阴离子乳化剂的质量为单体醋酸乙烯酯质量的3%-6%。
[0009]进一步，所述接枝改性淀粉的接枝率介于34%_52%之间。
[0010]进一步，所述接枝改性淀粉水乳液的固含量介于42%_55%之间。
[0011]进一步，所述生物质聚氨酯水乳液的制备过程为:
(1)在氮气保护下，将醇解蓖麻油、聚己内酯二醇、异佛尔酮二异氰酸酯、催化剂二月桂酸二丁基锡加入反应容器中，在60°C _70°C温度下，120rpm-180rpm转速搅拌反应1.5 h_3h，得到溶液I ;
所述醇解蓖麻油、聚己内酯二醇、异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为3.5:0.6-0.9:3.5-4.5，所述催化剂二月桂酸二丁基锡的用量为醇解蓖麻油、聚己内酯二醇、异佛尔酮二异氰酸酯三者重量和的0.05%-0.10% ；
(2)向溶液I中加入二羟甲基丁酸、丙酮，在70°C_80°C温度下反应1.5 h -2.0h，得到溶液II ；
所述二羟甲基丁酸的加入量为溶液I重量的3.2%-7.5%，丙酮的加入量为溶液I重量的 2.5%-5.0% ；
(3)将溶液III降温至38°C-42°C，加入三乙胺反应0.5h_l.0h，得到溶液III ；
所述三乙胺与步骤(2)中所述二羟甲基丁酸的摩尔比为0.2-0.35:1 ；
(4)在30-35°C温度下，将溶液III分散于溶液III重量1_2倍的水中，500rpm-600rpm转速搅拌30min，得到溶液IV;
(5)将溶液IV减压蒸馏，蒸出丙酮，后加入醇解蓖麻油质量3%-6%的十二烷基磺酸钠，以150-200rpm转速搅拌30min，得到生物质聚氨酯水乳液。
[0012]进一步，所述生物质聚氨酯水乳液的固含量介于30%_40%之间，其乳液颗粒粒径介于50-200nm之间。
[0013]进一步，所述纤维素增粘组分为羟乙基纤维素与羟乙基羧甲基纤维素的混合物，两者中全部的羟乙基与羧甲基的摩尔比介于4.5:1-7:1之间。优选的，羟乙基与羧甲基的摩尔比为5.5。
[0014]进一步，所述松香水乳液的制备为将一定量固体松香树脂加入沸水中，并逐步加入表面活性剂，搅拌形成乳液。其中，松香和水的质量比例介于1:5-1:8之间，松香和表面活性剂的质量比介于10:1-15:1之间。表面活性剂为阴离子表面活性剂，优选的，采用十二烧基硫酸纳。
[0015]
【具体实施方式】
[0016]以下将详细描述本发明的示例性实施方法。但这些实施方法仅为示范性目的，而本发明不限于此。
[0017]实施例1
一种生物质环保水性胶，由多种原料复配而成，包括接枝改性淀粉水乳液、生物质聚氨酯水乳液、纤维素增粘组份、松香水乳液。
[0018]各组分的质量份数比例为:
接枝改性淀粉水乳液:52份生物质聚氨酯水乳液:34份
纤维素增粘组份:0.75份松香水乳液:6.5份
进一步，所述接枝改性淀粉水乳液的制备过程为:
I:淀粉的氧化:配制质量分数为40%的淀粉水乳液，120rmp搅拌下加入质量为淀粉水乳液1.5%的硫酸铜水溶液，硫酸铜水溶液的质量浓度为1%，后于体系中加入质量浓度为6%的氢氧化钠水溶液调节pH值至9.5，后缓慢加入水淀粉乳液质量的2.5%的双氧水，恒温50°C反应3h，后以质量浓度为3%的盐酸中和到pH值为6.0-6.5，再加入淀粉水乳液质量的1.5%的质量浓度为10%的亚硫酸钠水溶液终止反应，最后经洗涤、烘干、粉碎得氧化淀粉A；
I1:淀粉的有机硅表面改性:将氧化淀粉A分散于质量为其400%的水中，加入质量浓度为3%的盐酸溶液，将其pH值调至5，将体系温度升至50 °C后，逐滴加入质量为氧化淀粉A质量8.5%的乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷单体，并以180rmp的速度搅拌，恒温反应2小时，后冷却至室温，加入氧化淀粉A质量1.5%的阴离子表面活性剂，于室温下120rmp搅拌30min，得到有机硅表面改性淀粉水乳液II ；
II1:淀粉的接枝改性:配置一定体积的引发剂过硫酸钾水溶液，于有机硅表面改性淀粉水乳液II中加入一半质量的引发剂过硫酸钾水溶液(质量浓度为80g/L)，150rmp速度搅拌20 min后，体系升温至60°C，后加入一半质量的醋酸乙烯酯单体、阴离子乳化剂及pH值缓冲剂，保持乳液PH值介于6-8之间，150rmp搅拌使得体系充分乳化，静置20min后，升温至75°C，加入剩余的引发剂过硫酸钾水溶液，并滴加剩余醋酸乙烯酯单体，Ih滴加完，150rmp速度搅拌20min，静置30min，后调节体系pH至7，停止反应，产品外观为乳白色黏稠状液体；其中，引发剂过硫酸钾的质量为单体醋酸乙烯酯质量的1.5%，单体醋酸乙烯酯的质量为氧化淀粉A质量的105%，阴离子乳化剂的质量为单体醋酸乙烯酯质量的4.5%。
[0019]所述接枝改性淀粉的接枝率为46%，其固含量为47%。
[0020]所述生物质聚氨酯水乳液的制备过程为:
(1)在氮气保护下，将醇解蓖麻油、聚己内酯二醇、异佛尔酮二异氰酸酯、催化剂二月桂酸二丁基锡加入反应容器中，在65°C下，150rpm转速搅拌反应2.5h，得到溶液I ;
所述醇解蓖麻油、聚己内酯二醇、异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为3.5:0.74:3.8，所述催化剂二月桂酸二丁基锡的用量为醇解蓖麻油、聚己内酯二醇、异佛尔酮二异氰酸酯三者重量和的0.08% ；
(2)向溶液I中加入二羟甲基丁酸、丙酮，在75°C温度下反应1.8h，得到溶液II