环保型真空镀铝转移纸用复合胶的制备与性能研究

环保型真空镀铝转移纸用复合胶的制备与性能研究

以甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯腈（AN）、丙烯酸丁酯（BA）和丙烯酸-2-乙基己酯（2-EHA）为共聚单体，PGM-600为功能性单体，双丙酮丙烯酰胺（DAAM）、己二酰肼（ADH）、丙烯酸（AA）为复合交联剂，乳化剂NPS-68和OP-10为乳化体系；采用乳液聚合方法制备出环保型真空镀铝转移纸用复合胶粘剂。实验结果表明，采用NPS-68为主乳化剂，乳液的稳定性能好，并可制备出细粒径纳米乳液（粒径<130 nm）。添加功能性单体PGM-600，在共聚物分子链端接枝磷酸酯官能团，增强了复合胶对镀铝材料的粘附性。选用DAAM/ADH/AA作为乳液的共聚交联剂，通过控制聚合物的交联密度及柔韧性，提高了铜版纸与真空镀铝材料的复合牢度及耐折叠性能，可满足使用要求。

标签：真空镀铝转移纸；乳液聚合；纳米胶乳；功能性单体；交联密度

目前，市场上具有铝金属性的纸张大概有3种：真空镀铝纸、裱铝纸和镀铝膜纸。

本文涉及的真空镀铝纸区别于传统的裱铝纸和镀铝膜纸。裱铝纸是直接采用铝箔（厚度约6.0～7.0 μm）与纸张复合；镀铝膜纸是采用电化铝薄膜与纸张复合，用这2种方法生产的纸张，因其表面的铝箔和塑料无法快速降解，不易回收再利用。而用真空镀铝转移法生产的纸张其铝层厚度仅为铝箔厚度的1/200（厚度约0.02～0.04 μm），该类纸张废弃物在短时间即被氧化分解，对自然环境污染极小。又因其光泽度高和平滑度好，金属感强，同时具有良好的印刷适应性及机械加工性能，因此被广泛应用于烟酒、食品、化妆品、工艺品等产品的精美包装。无论是裱铝纸、镀铝膜纸，或是真空镀铝转移纸，在加工过程中都离不开一种关键的材料——复合胶粘剂。如果胶粘剂选择不当，粘接力不够，在后续的加工使用过程中会造成纸张不耐折、易爆口，甚至“掉铝”等不良现象。为提高粘接力，以往大多采用溶剂型胶粘剂，但此类胶粘剂已不能满足环保的要求，故被限制使用。

本研究针对真空镀铝转移纸的特性，以丙烯酸酯共聚物作为基体树脂，添加一种含磷酸酯的功能性单体，选择适宜的交联体系，选用一种含双键的醇醚磺基琥珀酸酯钠盐型乳化剂为乳液聚合的主体乳化剂，通过特定的聚合工艺，控制乳液的乳胶粒结构，制备出一种细粒径乳液。实验结果表明，该乳液能满足真空镀铝转移纸的使用要求。

1 实验部分

1.1 实验原料

甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯腈（AN）、丙烯酸丁酯（BA）、丙烯酸-2-乙基己酯（2-EHA）、丙烯酸（AA）、丙烯酸-2-羟基乙酯（2-HEA），汕头市西陇化工有限公司；功能性单体PGM-600、乳化剂NPS-68，索尔维-罗地亚公司；

N-羟甲基丙烯酰胺（NMA）、双丙酮丙烯酰胺（DAAM）、己二酰肼（ADH），上海忠诚精细化工有限公司；乳化剂OP-10（辛基酚聚氧乙烯醚）、乳化剂SDBS （十二烷基苯磺酸钠盐），市售；过硫酸铵（APS）、碳酸氢钠、氨水，广州化学试剂厂；以上均为分析纯。

真空镀铝可转移薄膜（0.016 mm厚）、铜版印刷纸（0.018 mm厚），市售。

1.2 实验仪器

NDJ-1型旋转黏度计，上海天平仪器厂；涂布复合机，汕头市华鹰软包装设备有限公司；PT-1070拉力机，台湾宝大国际仪器股份有限公司；激光粒度分析仪，Zetasizer Nano ZS，英国马尔文公司。

1.3 制备工艺

1.3.1 复合胶的合成

按配方要求在单口烧瓶中加入去离子水、乳化剂（如NPS-68/OP-10或SDBS/OP-10等）、MMA、AN、BA、2-EHA、AA、PGM-600和交联剂（如NMA、2-HEA或DAAM等），常温高速搅拌30 min，得到预乳液，备用。

在装有搅拌器、温度计和回流冷凝管的四口烧瓶中，加入一定量的去离子水，升温至75 ℃，加入3%预乳液和1/3引发剂（APS）溶液，升温至82 ℃；反应若干时间，待乳液出现蓝光后，2～3 h内连续滴加剩余乳液，同时滴加APS溶液；滴毕，升温至88 ℃保温1 h；降温至50 ℃以下，用氨水调节pH至6～7，过滤出料（选用DAAM/ADH/AA为交联体系的配方，ADH应在反应完毕用氨水调整pH值后缓慢加入）。

1.3.2 可转移镀铝膜/铜版纸的复合

将复合胶乳液在涂布机上进行涂布作业。乳液被网纹辊涂布至镀铝膜铝层表面后与铜版纸复合，经烘道烘干（控制好车速和烘道温度，以保证复合胶充分干燥，防止铝层氧化）。复合后的半成品应在仓库存放48 h后，再把镀铝的载体薄膜剥离。

1.4 测试或表征

（1）黏度：按照GB/T 2974—1995，采用旋转黏度计进行测定，选用2#转子，转速：30 r/min，测试温度：（23±2）℃。

（2）pH值：采用广泛pH试纸进行测定。

（3）Ca2+稳定性：在20 g乳液中加入10%CaCl2水溶液20 g，摇匀后静置24 h，若乳液无分层、破乳等现象，则视为Ca2+稳定性合格。

（4）机械稳定性：在1 000 mL搪瓷杯中加入200 g用120目筛网过滤后的乳液，将搪瓷杯固定在搅拌机上，开动搅拌，转速为1 500 r/min，搅拌10 min 后观察乳液是否破坏或絮凝，如无明显的絮凝物，再用120目筛网过滤，如没有或仅有少量絮凝即认为通过。

（5）平均粒径：采用英国Malvem公司Zetasizer Nano ZS型粒度分析仪，测试乳胶粒的数均粒径和分布宽度。

（6）凝聚物：聚合反应结束，将乳液用300目过滤网过滤，收集滤渣及反应器、搅拌器上的凝聚物，于120 ℃左右烘干至恒量，计算凝聚物占总干物量的质量分数，即为凝聚率。（7）涂膜附着力：按照GB/T 1720—1989测试。

（8）涂膜硬度：按照GB/T 6739—1996涂膜硬度铅笔测试法测试。

（9）180°剥离强度：以PET薄膜为基材与标准不锈钢板粘接，按照GB/T 2792—1998，采用PT1070拉力机进行测定，测试时拉伸速度为300 mm/min，测试温度：（23±2）℃。

（10）抗剥离性及耐折度：采用标准压敏胶带与制备好的真空镀铝转移纸进行贴合，用压滚沿同一方向滚压数次，然后裁剪成200 mm×25 mm的试样，在PT1070拉力机上以300 mm/min的速度进行剥离。观察被剥离后压敏胶带上所粘附现象，镀铝层没有带起、转移纸镀铝面没有点状针孔，视为合格；把真空镀铝转移纸对折，反复折叠若干次，铝层没有鼓起、分层现象，视为合格。

2 结果与讨论

2.1 复合胶乳液的粘接性能要求

本研究是以转移蒸镀法（膜面镀铝）生产真空镀铝纸。所谓转移法是将涂有剥离剂和保护层的BOPP或PET薄膜置于真空镀铝机镀铝后，涂胶与铜版纸复合，再将基膜剥离，镀铝层通过胶粘作用转移到纸张表面上。因此转移所用复合胶是此种生产工艺中不可缺少的重要材料。

由于镀铝层（铝金属）与纸张表面属性的差异，要求胶粘剂在配方设计上满足对2种性质差别较大物质的粘接强度，否则，镀铝纸在后续加工过程中会出现质量问题。例如用作印刷纸时，在高速印刷过程中会发生“掉铝”现象；用作烟包内衬纸时，由于折压会出现崩边、分层、或鼓起等现象。

真空镀铝转移纸的铝层厚度很小，如果复合胶的乳胶粒粗糙不均，胶粘剂的润湿流平性不良，复合后的纸张表面会呈现粗糙的细微孔，平滑度较差，甚至会出现网版条纹，不能用作高保真印刷。

本研究根据上述要求经过优化组合，最终确定复合胶的共聚单体及配比为m