煙用水基膠用VAE乳液流變性能影響研究

＊呂繼學 王志偉

（1.連云港昌瑞科技有限公司 江蘇 222042 2.大連化工（江蘇）有限公司 江蘇 211999）

我國是卷煙大國，卷煙產量位居世界第一，卷煙系列膠用量也居世界首位。卷煙生產過程中的每一道生產工序都使用膠粘劑，因此膠粘劑是卷煙制造過程中必不可少的原輔材料。其中，醋酸乙烯酯-乙烯共聚乳液（即VAE乳液）是目前最主要的卷煙膠原料之一。近年來，隨著國內許多卷煙廠的技術改進和高速卷煙機設備的引進，卷煙車速從原來 1000支/min提高至單機車速10000支/min：這使得卷煙膠的需求量越來越大，對其質量和性能要求也越來越高，由于在高速卷煙機運行過程中.卷煙紙的運行速度極高（約600～ 700m/min）,因此在卷煙膠性能方面要求很高。除了嚴格的環保標準之外，還要求乳液的流變穩定、初粘速度快以及對卷煙紙的滲透性好等[1]。本文針對應用在煙用水機膠的VAE乳液進行流變性能比較，追蹤煙用水基膠用VAE乳液儲存過程中的流變性能穩定性，通過在VAE乳液中添加聚乙烯醇及羥乙基纖維素，比較流變性能，追蹤流變性能的影響因素，可為高速煙用水基膠配方設計提供借鑒。

1.實驗材料和方法

實驗室通過TA公司的DHR-2流變性能測試儀（圖1）檢測乳液的流變性能，檢測模式包括往復掃描、恒定剪切、3ITT、Wet tack等，綜合分析比較乳液流變性及濕粘性能。

圖1 流變性能測定儀

(1)實驗條件

往復掃描：

勻加速剪切，達到峰值后再勻減速剪切恢復到初始，監視樣品剪切黏度變化和恢復情況。條件：恒加/減速剪切，剪切速度1～8000 1/s；8000～1 1/s，恒定溫度25℃。

恒定剪切：

在不同的剪切速率下持續剪切一段時間，監視黏度穩定性。條件：勻速剪切，剪切速度3000 1/s、4000 1/s、5000 1/s、6000 1/s、7000 1/s、8000 1/s下分別持續1min，恒定溫度25℃。3ITT：

從零剪切瞬間到高速剪切再瞬間恢復零剪切，監視黏度變化情況和穩定性。條件：勻速剪切，Step1：0.1 1/s，Step2：8000 1/s，Step3：0.1 1/s，恒定溫度25℃。

Wet tack：

模擬表面粘黏，監視濕黏力大小和穩定性。條件：GAP：500μm，拉伸距離：6000μm，拉伸速度：800μm/s，恒定溫度25℃。

(2)不同玻璃轉移溫度水基膠基礎乳液流變性比較

選取不同玻璃轉變溫度的水基膠乳液由于基礎物性以及制程工藝參數有差異，基本物性數據如表1。

表1 基本數據表

幾種不同規格的乳液其流變對比，見圖2。

圖2 不同規格乳液流變圖疊圖比較

比較幾個規格的流變圖：

①樣品2往復掃描斜率明顯小于其他規格，說明其更靠近牛頓流體性。

②恒定剪切在低剪切速率下都能維持黏度穩定，不同規格能維持黏度穩定的剪切速率不一樣，樣品2、樣品3剪切速率達到7000 1/s黏度出現較大波動，樣品4達到8000 1/s剪切速率黏度依然保持穩定。

③樣品2濕黏力是四個規格乳液中最好。

(3)乳液流變儲存穩定性

研究卷煙膠乳液的儲存穩定性，檢測在6個月保質期內其流變性能。

儲存溫度：常溫25℃，以樣品1常溫儲存為例。

樣品1常溫儲存實驗結果，乳液保質期6個月內，實驗室條件的常溫儲存流變性能表現穩定，后期由于儲存黏度的上升影響圖譜重合。其他規格以及溫度的儲存結果規律基本一致。乳液對外保存期6個月內，實驗室條件常溫儲存各規格乳液流變性能表現穩定，常規的溫度變化不會對乳液的流變性能造成影響。

圖3 常溫保存不同時間流變圖譜

(4)添加聚乙烯醇對流變性能的影響

圖4 添加不同比例PVA1788流變圖譜比較

聚乙烯醇（簡稱PVA）作為乳液的保護膠體，有很多優異的性能。在乳化聚合過程當中，會添加PVA當作膠體的保護高分子；PVA在自由基聚合的過程當中也會被自由基攻擊，形成非游離PVA而接枝在VAE乳液顆粒上，此部分量較少，大部分以游離態形式存在[4]。配制成品卷煙膠時會再添加一定量的PVA，添加適量的PVA可以改善乳液的流變性能。

兼顧后續產品的黏度及固含量，分別測試添加不同比例之PVA BP-17，測試乳液性能和流變性，乳液添加固含量20% PVA BP-17。基礎物性和應用性能比較，見表2。

表2 流變圖譜比較

續表

圖5 添加不同比例HEC流變圖譜比較

不同比例PVA BP-17（20%水溶液）對流變性能的改善，結果顯示：添加PVA可以提高乳液流變性能。添加不同比例PVA BP-17，乳液黏度上升，固含量下降，干燥速率和初黏力都得到了改善。流變性能方面，添加到10% PVA BP-17（20%水溶液）時有效改善流變性能，添加到15%時，流變改善變化率已不大。

(5)乳液外添加其他添加劑改善流變性能

乳液中通過添加纖維素衍生物可能對乳液的流變性能有改善，添加羥乙基纖維素（HEC）進行測試。分別添加不同比例固含量5%羥乙基纖維素水溶液，測試乳液性能和流變性。

表3 流變數據比較

5%的HEC水溶液有了很明顯的增稠作用，比例為10%～ 15%時流變性有顯著的改善。

3.結論

（1）如VAE乳液本身儲存安定，在保質期內無分層等變質現象，流變性能也保持穩定。

（2）通過在乳液中添加一定量的聚乙烯醇，可以改善流變性能，可以在乳液聚合生產時添加也可在調配煙用水基膠配方時添加，添加PVA1788（20%水溶液）比例10%～15%時綜合性能最佳。

（3）通過在乳液中添加一定量的羥乙基纖維素，可以改善流變性能，添加固含量5%羥乙基纖維素水溶液比例10%～ 15%時綜合性能最佳。