烟用水基胶用VAE乳液流变性能影响研究

2022-07-25吕继学王志伟

当代化工研究 2022年13期

＊吕继学王志伟

（1.连云港昌瑞科技有限公司江苏 222042 2.大连化工（江苏）有限公司江苏 211999）

我国是卷烟大国，卷烟产量位居世界第一，卷烟系列胶用量也居世界首位。卷烟生产过程中的每一道生产工序都使用胶粘剂，因此胶粘剂是卷烟制造过程中必不可少的原辅材料。其中，醋酸乙烯酯-乙烯共聚乳液（即VAE乳液）是目前最主要的卷烟胶原料之一。近年来，随着国内许多卷烟厂的技术改进和高速卷烟机设备的引进，卷烟车速从原来 1000支/min提高至单机车速10000支/min：这使得卷烟胶的需求量越来越大，对其质量和性能要求也越来越高，由于在高速卷烟机运行过程中.卷烟纸的运行速度极高（约600～ 700m/min）,因此在卷烟胶性能方面要求很高。除了严格的环保标准之外，还要求乳液的流变稳定、初粘速度快以及对卷烟纸的渗透性好等[1]。本文针对应用在烟用水机胶的VAE乳液进行流变性能比较，追踪烟用水基胶用VAE乳液储存过程中的流变性能稳定性，通过在VAE乳液中添加聚乙烯醇及羟乙基纤维素，比较流变性能，追踪流变性能的影响因素，可为高速烟用水基胶配方设计提供借鉴。

1.实验材料和方法

实验室通过TA公司的DHR-2流变性能测试仪（图1）检测乳液的流变性能，检测模式包括往复扫描、恒定剪切、3ITT、Wet tack等，综合分析比较乳液流变性及湿粘性能。

图1 流变性能测定仪

(1)实验条件

往复扫描：

匀加速剪切，达到峰值后再匀减速剪切恢复到初始，监视样品剪切黏度变化和恢复情况。条件：恒加/减速剪切，剪切速度1～8000 1/s；8000～1 1/s，恒定温度25℃。

恒定剪切：

在不同的剪切速率下持续剪切一段时间，监视黏度稳定性。条件：匀速剪切，剪切速度3000 1/s、4000 1/s、5000 1/s、6000 1/s、7000 1/s、8000 1/s下分别持续1min，恒定温度25℃。3ITT：

从零剪切瞬间到高速剪切再瞬间恢复零剪切，监视黏度变化情况和稳定性。条件：匀速剪切，Step1：0.1 1/s，Step2：8000 1/s，Step3：0.1 1/s，恒定温度25℃。

Wet tack：

模拟表面粘黏，监视湿黏力大小和稳定性。条件：GAP：500μm，拉伸距离：6000μm，拉伸速度：800μm/s，恒定温度25℃。

(2)不同玻璃转移温度水基胶基础乳液流变性比较

选取不同玻璃转变温度的水基胶乳液由于基础物性以及制程工艺参数有差异，基本物性数据如表1。

表1 基本数据表

几种不同规格的乳液其流变对比，见图2。

图2 不同规格乳液流变图叠图比较

比较几个规格的流变图：

①样品2往复扫描斜率明显小于其他规格，说明其更靠近牛顿流体性。

②恒定剪切在低剪切速率下都能维持黏度稳定，不同规格能维持黏度稳定的剪切速率不一样，样品2、样品3剪切速率达到7000 1/s黏度出现较大波动，样品4达到8000 1/s剪切速率黏度依然保持稳定。

③样品2湿黏力是四个规格乳液中最好。

(3)乳液流变储存稳定性

研究卷烟胶乳液的储存稳定性，检测在6个月保质期内其流变性能。

储存温度：常温25℃，以样品1常温储存为例。

样品1常温储存实验结果，乳液保质期6个月内，实验室条件的常温储存流变性能表现稳定，后期由于储存黏度的上升影响图谱重合。其他规格以及温度的储存结果规律基本一致。乳液对外保存期6个月内，实验室条件常温储存各规格乳液流变性能表现稳定，常规的温度变化不会对乳液的流变性能造成影响。

图3 常温保存不同时间流变图谱

(4)添加聚乙烯醇对流变性能的影响

图4 添加不同比例PVA1788流变图谱比较

聚乙烯醇（简称PVA）作为乳液的保护胶体，有很多优异的性能。在乳化聚合过程当中，会添加PVA当作胶体的保护高分子；PVA在自由基聚合的过程当中也会被自由基攻击，形成非游离PVA而接枝在VAE乳液颗粒上，此部分量较少，大部分以游离态形式存在[4]。配制成品卷烟胶时会再添加一定量的PVA，添加适量的PVA可以改善乳液的流变性能。

兼顾后续产品的黏度及固含量，分别测试添加不同比例之PVA BP-17，测试乳液性能和流变性，乳液添加固含量20% PVA BP-17。基础物性和应用性能比较，见表2。

表2 流变图谱比较

续表

图5 添加不同比例HEC流变图谱比较

不同比例PVA BP-17（20%水溶液）对流变性能的改善，结果显示：添加PVA可以提高乳液流变性能。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。流变性能方面，添加到10% PVA BP-17（20%水溶液）时有效改善流变性能，添加到15%时，流变改善变化率已不大。