一種用作卷煙接嘴膠的乳液膠黏劑的合成研究

宋志雪（貴州省都勻市黔南民族職業技術學院生物系，貴州 都勻 558000）

一種用作卷煙接嘴膠的乳液膠黏劑的合成研究

宋志雪（貴州省都勻市黔南民族職業技術學院生物系，貴州 都勻 558000）

本課題以水為分散介質，醋酸乙烯酯和丙烯酸酯類為主要單體，通過乳液聚合的方法制備共聚乳液膠黏劑，探討了保護膠體、乳化劑、引發劑等因素對乳液膠黏劑性能的影響。此外，還從聚合反應溫度、保溫時間和pH值等方面進行了實驗工藝的考察,最終確定一種乳液膠黏劑的最優配方和工藝，可用作卷煙的高速接嘴膠。

高速卷煙膠；乳液聚合；乙酸乙烯酯；丙烯酸酯

我國卷煙膠的研制、開發和應用較國外來說起步較晚，上世紀70年代初，一般的天然類物質如玉米淀粉、糯米淀粉、小麥淀粉和糊精等即能滿足卷煙膠生產的工藝要求。自80年代中后期，我國煙草行業不斷從國外引進先進設備，特別是高速卷接機組如MOLINSPA-95、LOGA-2PROTOS-70等，是卷煙產量由當時的1500～2000支∕min提高到6000～7000支∕min[1]。

近年來,國內不少單位相繼開發高速卷煙膠,按不同機型使用的膠種主要為聚醋酸乙烯乳液,醋酸乙烯—乙烯(VAE)共聚乳液與醋酸乙烯—丙烯酸丁酯(VAB)共聚乳液[2]。據市場調查,高速卷煙膠種以VAE和VAB為主，所以卷煙接嘴膠勢必會朝著環保型、高質量的卷煙膠發展，主要任務就是探索出制備高性能、環保型卷煙接嘴膠的優化配方和工藝條件。

1 實驗部分

1.1 實驗原料、儀器設備

實驗原料：聚乙烯醇-1788、聚乙烯醇-1799、醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、碳酸氫鈉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉、烷基酚聚氧乙烯醚、亞硫酸氫鈉、過硫酸鉀、β-巰基乙醇、蒸餾水

實驗反應裝置：四口燒瓶、蛇形冷凝管、恒壓滴液漏斗、溫度計等

實驗主要儀器：電子天平、恒溫水浴鍋、增力無極恒速攪拌器、電熱恒溫鼓風干燥箱、自動雙重純水蒸餾器、精密pH計、旋轉式粘度計、最低成膜溫度測定儀、Nano 2S90激光粒度分析儀

1.2 實驗原理

本課題是以醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸三元共聚體系合成新型環保型高速卷煙膠。實驗原理是自由基共聚機理，是單分子轉變為大分子的微觀過程，由鏈引發、鏈增長、鏈終止和鏈轉移等基元反應串聯和并聯而成[3]。

1.3 實驗工藝

復合乳化劑的配制：

在錐形瓶中加入一定量的水、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉和OP-10進行溶解，配制好的乳化劑密封備用。

復合引發劑的配制：

在錐形瓶中加入一定量的水、過硫酸鉀和亞硫酸氫鈉，溶解后密封備用。

混合單體的配制：

在錐形瓶中加入一定量的醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸，按設計比例分別配制好混合單體A、混合單體B和混合單體C，密封備用。

在裝有攪拌器、溫度計和回流冷凝器的四口燒瓶中加入蒸餾水、聚乙烯醇1788，升溫至90℃，保溫2-3h使其完全溶解，待完全溶解后降溫至70℃，加入全部復合乳化劑和單體A，充分乳化后加入部分復合引發劑，引發劑加完后保溫1h。在之后的5h時間內分別連續加入單體B、單體C和剩余的復合引發劑。全部加完后升溫至88℃，加入一定量NaHCO3調節pH值在4～6之間，保溫1～2小時，冷卻出料。

2 產品主要技術指標

本課題所研制出的乳液主要技術指標列于表2.1

表3.1 產品主要技術指標

3 配方與工藝條件對乳液性能的影響

3.1 保護膠體種類

實驗表明，聚乙烯醇1788與1799的配比改變對產物基本性能基本不造成影響，因為本論文研制的是一種水溶性的乳液膠黏劑，而且聚乙烯醇1788更易溶于水，故選用聚乙烯醇1788作為該乳液聚合的保護劑。

3.2 保護膠體用量

在聚合反應過程中，聚乙烯醇1788保護劑的作用，還起到乳化劑的作用，部分聚乙烯醇跟醋酸乙烯酯和丙烯酸丁酯發生了反應。研究顯示聚乙烯醇1788的用量對固含量的影響并不是很明顯，固含量的變化在卷煙膠基本技術指標范圍內，故不考慮保護膠體對乳液固含量的影響。綜合因素可看出當保護膠體達到單體的6.5%時，反應生成的乳液符合卷煙膠接嘴膠的條件。

3.3 引發劑

本課題采用由過硫酸鉀和亞硫酸氫鈉配制成的復合引發劑。研究可看出引發劑用量小時不易引發反應，使得乳液粘度小且固含量低，引發劑用量過多時反應激烈，導致乳液粘度大且固含量升高，由此可確定引發劑的用量為1%。

3.4 乳化劑

在乳液聚合反應體系中，乳化劑的種類和用量直接會影響到產物的粘度、粒徑和穩定性等。研究顯示隨著乳化劑用量的

增加，乳液粘度不斷增大；乳化劑的用量增大時，乳液的粒子越大，故該乳液聚合反應乳化劑用量應控制在6%以內。

3.5 反應聚合溫度

研究表明溫度過低時引發劑無法達到引發效果，聚合速度低，從而導致反應產物固含量較低；當溫度升高到一定范圍時，聚合反應速率提高，有利于聚合反應的進行，固含量適中，此時就是聚合反應的最佳溫度；當溫度繼續升高，聚合反應速率繼續提高，使單體轉化率升高，同時產物的粘度過高，但是產品的固含量卻會隨之降低，從中可以看出該聚合反應的溫度是70～75℃。

3.6 pH值

本課題所研制的用作高速卷煙膠的水性膠黏劑的最佳pH值是4～6之間，在實驗中可通過調節緩沖劑NaHCO3的用量控制產物的pH值，所以緩沖劑NaHCO3不僅可以使pH值增大，而且還能增大產物的粘度。研究表明緩沖劑用量為1%～1.2%為宜，而且pH維持在4～6之間時乳液穩定性較好。

3.7 保溫時間

當聚合反應中乳化劑、引發劑和單體都加完后，還要繼續保溫，讓它們有足夠的時間反應，增加單體的轉化率，確保制得的乳液有良好的特性。有實驗結果可知隨著保溫時間的增長，乳液的粒徑越來越大，為了提高乳液性能，保溫時間設定在2～2.5h內最佳。

4 結論

（1）以水為分散介質，醋酸乙烯酯、丙烯酸酯為主要單體，過硫酸鹽為引發劑的乳液聚合反應所制成的乳液具有良好的粘度，適宜的固含量和粒徑分布均勻。

（2）本課題探討了保護膠體、引發劑、乳化劑、聚合反應溫度、pH值、保溫時間等因素對乳液膠黏劑性能的影響。

研究結果表明：隨著保護膠體用量的增加，乳液粘度不斷變大；隨著引發劑用量增加，乳液的粘度和固含量也呈增長趨勢；隨著乳化劑用量的增加，乳液的粒徑也呈現一個增大趨勢。

（3）實驗確定了最佳配方和工藝條件：即保護膠采用聚乙烯醇1788，其用量是6.5%，引發劑用量為1%，乳化劑用量約為6%，緩沖劑用量為1%～1.2%，反應溫度為70～75℃，保溫時間為2～2.5h。

[1]唐玉紅,王亞明,張松．高速卷煙接嘴膠的研制[J].當代化工,2008,37(1):71-73．

[2]唐紅玉．新型環保型高速卷煙接嘴膠的研究開發[D]．昆明:昆明理工大學,2007．

[3]程時遠,李盛彪,黃世強．膠粘劑[M]．化學工業出版社, 2000．

宋志雪（1990-），女，漢族，貴州省貴定縣人，本科學歷，初級職稱，就職于黔南民族職業技術學院，研究方向化學檢測。