第八章 辅助包装材料

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1、第八章包装辅助材料 包装材料学 包装材料 塑料 纸 玻璃 金属 陶瓷 木材等包装辅助材料 与包装材料配合构成完整的包装容器或形成一个完整的包装的一些其它材料 包装辅助材料通常包括 粘合剂 涂料 油墨 包装件用的捆扎材料以及封缄材料等 第一节粘合剂 1 定义将两种同类或不同类的固体物质连接在一起的物质 又称粘接剂 胶粘剂或直接称为胶 基料 粘合物质 粘结剂的主要而必须的成分 它又称为基体 也称粘结剂的骨架 固化剂 又称硬化剂或熟化剂 它能使线型分子形成网型或体型结构 从而使粘结剂固化 填料 填料的加入可以增加粘结剂的弹性模量 降低线膨胀系数 减少固化收缩率 增加粘度 抗冲击韧性 提高使用温度 耐

2、磨性能 胶接强度 增韧剂 增塑剂 增韧剂能改善粘结剂的性能 增加韧性 降低脆性 提高粘结层的抗剥离 抗冲击能力 而且可以改善粘结剂的流动性 耐寒性与耐震性等 2 粘合剂的组成 第一节粘合剂 稀释剂 释释剂的主要作用是降低粘度 以便于涂布施工 稀释剂分为两大类 一类为非活性稀释剂又称为溶剂 例丙酮 甲乙酮 乙酸乙酯 苯 甲苯等 它不参与粘结剂的固化反应 另一类是活性稀释剂 它既可以降低粘结剂的粘度 又参与粘结剂的固化反应 例 环氧丙烷丙基醚 甘油环氧树脂等 交联剂 是指能通过与大分子主链或支链上的基团反应 在大分子之间形成化学桥键 而成为不溶不熔的网状或体型结构的不饱和或多官能团的物质 这种物质

3、可以提高粘结强度 2 粘合剂的组成 第一节粘合剂 促进剂及着色剂 在热固性粘结剂中 凡能加速固化反应或降低固化反应温度一类的物质叫固化促进剂 如环氧树脂粘结剂中常用的叔胺 酚类 硫脲等 消泡剂 消泡剂用来防止在制备粘合剂时产生气泡 或者防止粘合剂在使用时产生气泡 其它 第一节粘合剂 3 粘合剂的分类 4 粘结机理 A 粘结的产生粘合力 注意 粘合力由粘附力和内聚力中最小的一个决定 内聚力又由粘合剂本身来决定 如粘结剂的性质 组成 配比和固化工艺等 在满足粘合条件的情况下 涂层越薄越好 因为涂层越厚 缺陷越多 涂层薄 缺陷少 利于粘结剂分子的定向作用 也能充分发挥粘附力的作用 节约用胶量 第一节

4、粘合剂 1 吸附原理 表面润湿 粘合剂与被粘物体表面之间有最大的接触 在接触面上 粘合剂对被粘物体表面有良好的亲和性 在液体和固体相接触的地方 液面发生弯曲 液面的切线与固体表面形成夹角 接触角 B 粘结机理 第一节粘合剂 讨论 A 若 0 接触面积最大 即液体完全附着在固体表面 液体全面展开 表示完全润湿 B 若 90 表示不易润湿 且 越大 润湿性越差 D 若 180 表示完全不润湿 粘附结合力 微观上 化学键力或极性键力 第一节粘合剂 2 扩散理论 粘结剂渗透 被粘高聚物 溶胀 甚至溶解 粘结界面消失扩散理论的解释范围 主要用在高聚物之间 特别是热塑性高聚物之间的粘结现象 3 静电理论

5、静电理论认为 粘合力是由于界面上双电层之间静电引力的作用 4 化学键理论 粘合剂与被粘物体表面发生化学反应 形成化学键结合 但只限于反应性的特定的粘结剂品种 第一节粘合剂 5 机械结合理论粘合剂与被粘物体表面粗糙 粘结剂渗透到这些凸凹或孔隙中 固化后粘合剂与被粘物体粘结在一起 微观机械连接对于多孔性材料的粘结强度有显著的贡献 但对于非孔性的表面 这种作用就不大 6 极性理论极性理论认为粘合作用与胶粘剂和被粘物材料的极性有关 极性材料要用极性胶粘剂粘合 非极性材料则要用非极性胶粘剂粘合 第一节粘合剂 5 包装常用粘结剂 一 葡萄糖衍生物粘结剂从植物中提取的胶质多数是葡萄糖衍生物 其分子式与基本结

6、构如下 包括 淀粉 糊精 阿拉伯胶及海藻酸钠等 而在包装中应用最多的是淀粉粘合剂 第一节粘合剂 一 淀粉粘合剂 1 原料 淀粉 纯白色颗粒状 是主要粘合物质 其分子式为 C6H10O5 n 淀粉不溶于水 但在水中随温度升高而膨胀 然后即破裂而糊化 不同类型的植物中淀粉结构有直链 支链之分 只是量多少不同 交联剂 固化剂 可以防潮 硼砂 提高粘结剂的耐水性 加入量为淀粉量的0 1 0 5 碱 NaOH 与淀粉中的羟基结合 破坏部分氢键 使大分子间的作用力减弱 因而降低了糊化温度 氢氧化钠还能起到被粘纸材表面处理的作用 第一节粘合剂 2 制备方法 斯坦霍尔 Stein Hall 法氧化法 第一节粘

7、合剂 第一节粘合剂 A斯坦霍尔法 斯坦霍尔法 步骤 第一步是制备载体淀粉 熟化淀粉 首先向载体罐中加入588L水 然后加入91kg淀粉 搅拌3min后 边搅拌边缓慢加人氢氧化钠溶液 15 4kg的NaOH溶于38L的H2O中 注意加碱要慢 加完后搅拌15 30min 使淀粉熟化成透明的载体 第二步是制备主体淀粉 生淀粉 向主体罐中加入1516L的水 再加入14 5kg的Na2B4O7 10H2O或11 4kg的Na2B4O7 5H2O 搅拌直至全溶 然后加入454kg淀粉 搅拌混合 第一节粘合剂 将第一步制得的载体淀粉在搅拌下慢慢加入第二步制得的主体淀粉中 充分混合搅拌20 30min 炎热的

8、天气还要加入少量防腐剂 如甲醛 1L 或五氯酚钠 0 9kg 这样制得的成品用泵输送到粘合剂贮槽备用 第一节粘合剂 B氧化法 氧化处理是对淀粉进行改性 通过氧化剂的作用将淀粉分子中的羟基氧化 改变淀粉的分子结构 生成新的官能团 如 CHO 醛基 CO 羰基 有的可进一步氧化成 COOH 羧基 这些官能团可阻止淀粉分子间的缔合 从而改善淀粉粘合剂的稳定性 提高了粘合能力和对纸板的亲和性及对纸板纤维的渗透性并且使粘合剂具有较好的防潮性和防腐性 氧化法所用的氧化剂有过氧化物 次氯酸钠 高锰酸钾 第一节粘合剂 高锰酸钾作氧化剂制淀粉粘合剂 配方 玉米淀粉10kg H2O30kg KMnO40 12kg

9、 溶于10kgH2O中 NaOH12 5L 10 溶液 Na2B4O75L 2 溶液 第一节粘合剂 制备工艺 10kg淀粉放人反应釜中 然后加入30LH20 搅拌制成淀粉乳液 将0 12kgKMnO4溶于10kgH2O中 将此溶液加入到反应釜中 搅拌15min使之与淀粉乳液混合均匀 然后加入12 5LNaOH溶液 在充分搅拌条件下反应20 30min 然后加入硼砂溶液 2 的Na2B4O7溶液 反应体系凝冻而无法搅拌时停止搅拌 侍体系均匀即制成淀粉粘合剂 第一节粘合剂 3 粘合剂的质量控制 粘度 胶化温度淀粉粘合剂开始变稠 即粘合剂原料中生淀粉逐渐熟化而显示粘合性质的温度为胶化温度 固体含量

10、第一节粘合剂 二 糊精粘合剂 糊精是将淀粉加热 例180 使其分子分解而制得 它的分子也是 C6H10O5 n 只不过n的数字比淀粉分子的小 糊精不仅可溶于热水中 而且还可溶于冷水配成各种浓度的粘结剂 一般用45 50 浓度的糊精水溶液 作为纸张粘结剂 糊精粘结剂干燥后很脆 附着力并不强 如漆布和纸板使用糊精粘结剂粘结 则干燥后很容易从糊精胶层揭开 糊精配制时可加入1 2 的甘油 以提高胶膜的弹性 加0 65 1 的硼砂 可提高糊精的粘结牢度 糊精粘结剂比淀粉粘结剂的粘结力强 适合于自动包装 瓦楞纸箱 纸盒 纸袋等的粘结 第一节粘合剂 瓦楞纸箱糊精粘结剂的配方举例如下 糊精100kg硼砂2 5

11、kg轻质碳酸钙1 5kg氢氧化钠溶液 27B 20kg硼矿液 3kg硼砂 30kg水 33k8水454kg 第一节粘合剂 三 阿拉伯胶 桃胶 呈白色至深红色硬脆固体 相对密度在1 3 1 4之间 溶解于甘油和水 不溶于有机溶剂 四 海藻酸钠白色至暗棕色固体 溶于水 不溶于有机溶剂 有亲水悬浮胶体的性质 第一节粘合剂 二 氨基酸衍生物粘合剂蛋白质的基本组成单位为氨基酸 其分子式为 由于蛋白质是生命的基础 在一切生物体内大量存在 可以作为粘结剂的除植物蛋白外 基本上由动物体制取 第一节粘合剂 一 植物蛋白例如 大豆蛋白等 粘结力比葡萄糖衍生物强 但耐水性差 二 酪朊又称酪素和干酪素 主要成分 含磷

12、蛋白 性质 无色无臭 白色或黄色 溶解于碱液或浓酸 在弱酸中沉淀 不溶于水 醇类 有吸湿性 在常态下具有很强的粘合力 例如 木材 金属 木材 木材等的粘结 三 骨胶或明胶骨胶属于硬蛋白 加水分解便转化为明胶 明胶除纯度高 品质好以外 与骨胶没有明显的区别 第一节粘合剂 三 合成树脂粘合剂 合成树脂粘结剂是当今产量最大 品种最多 应用最广 影响最大的粘结剂 第一节粘合剂 A热塑性粘合剂 一 乳液型粘合剂典型的为白乳胶 乳液是聚合物的微粒在水中的分散体 a 聚醋酸乙烯酯其结构为 性质 微酸 溶于有机溶液 遇浓酸碱会分解 溶于稀酸 有一定的防水性 第一节粘合剂 b 乙烯 醋酸乙烯共聚物EVA乳液胶膜

13、能耐寒 耐酸 耐碱 对氧 臭氧和紫外线较稳定 与其他树脂相容性好 无毒 储存期较长 低温成膜性较好 可用于粘合纸板盒加工纸 纸箱的封合 缠管 贴标签 贴包装盒开窗薄膜以及塑料薄膜 无纺布 铝箔等的粘结 c 丙烯酸酯及其衍生物 第一节粘合剂 二 溶剂型粘合剂a 聚乙烯酸 PVA 溶剂 水 主要用来粘结纸 纸 纸和铝箔等 b 聚醋酸乙烯 PVC 溶剂 水 聚醋酸乙烯粘结剂用来粘合玻璃纸 纸 织物及某些塑料 抗水性很好 第一节粘合剂 c纤维素衍生物1 硝酸纤维素溶剂 丙酮 醋酸乙酯等 溶剂挥发干燥 主要粘结 纸 织物 玻璃等2 醋酸纤维素粘合剂溶剂 丙酮 醋酸甲酯等主要粘结 纸材 织物 玻璃等d聚丙

14、烯酸酯及其共聚物溶剂 水 酮类等 主要粘结 纸材 塑料 玻璃等 第一节粘合剂 三 热熔性粘结剂热熔性粘结剂是一种含溶剂或水的热塑性树脂为基体的固体的粘结剂 其受热时熔融 与被粘物粘结 粘结界面在冷却后固化 而具有一定的粘结强度 这类粘结剂又称为热熔胶 组成 以热塑性树脂为粘结料 加入增粘剂和石蜡等配制而成 按不同性能要求 可适量加入增塑剂 抗氧剂和填料等 特点 固化速度快 多功能 粘结范围广 无溶剂 不污染环境 第一节粘合剂 B热固型合成树脂粘结剂可以是单一组分 但绝大多数为多组分 由含多官能团的线性聚合物或单体 在固化剂或引发剂的作用下 生成不可逆的化学反应 或在加热等其他条件下 转变成不溶

15、不熔物 获得一定的粘结力 热固型主要树脂有 脲醛树脂 酚醛树脂 环氧树脂 固化剂 三聚氰胺甲醛树脂 聚氨酯树脂这里主要介绍一下聚氨酯树脂 第一节粘合剂 聚氨酯 PU 热固型粘合剂A 含有 OH的聚酯或聚醚 作为主剂 B 多异氰酸酯 NCO 作为固化剂 即交联剂 NCO 基团不仅与 OH 产生交联反应 且还能与被粘物表面起化学反应 而牢固地粘结在一起 用于塑料 塑料 塑料 铝箔等的干法复合 第一节粘合剂 C复合型树脂粘合剂热塑性树脂粘结剂和热固性树脂粘结剂各有其特点 为了在某些特定的场合以及在结构件上应用 往往需要具有综合性能的粘结剂 复合型树脂粘结剂 第一节粘合剂 四 橡胶粘合剂 a 丁腈橡胶

16、粘合剂丁腈橡胶是丁二烯和丙烯腈乳聚合的共聚物 其结构为 根据m的变化有不同型号 一般丙烯腈含量在30 40 之间 特点有 粘结强度大 有良好的耐油 耐热 耐水性能 适用于金属 塑料 合成橡胶 木材 织物等多种材料的粘合 第一节粘合剂 b 丁苯橡胶粘合剂丁苯橡胶由丁二烯与苯乙烯在25 50 以上 高温丁苯橡胶 或在10 以下 低温丁苯橡胶 乳液聚合制得的无规共聚物 其结构为 丁苯橡胶的固有粘性较差 所以很少单独作粘结剂用 大多采用其他树脂来改进如粘性 内聚强度和耐热性等这样一些性质 提高丁苯橡胶粘结剂性能的树脂有松香 松香酯和一些热塑性酚醛等 第一节粘合剂 6 主要包装印刷材料的粘结 一 纸材的粘结1 纸的特点及粘合剂的选择1 纸的特点 以纤维素为主要成分 具有多孔性 品种多2 粘合剂的选择标准 同种易吸水的纸 不考虑耐水性时选淀粉粘合剂 考虑耐水性时选择乳液型粘合剂 例EVA 同种难吸水的纸 一般采用乳液型粘合剂 第一节粘合剂 一边易吸水 一边不吸水的纸 一般采用乳液型粘合剂 同种不吸水的纸 一般采用热熔胶 第一节粘合剂 第一节粘合剂 二 金属的粘合 不同的金属具有各自的粘接特性铁和铝