包装材料与辅料
赵科，孙培勤, 孙绍晖, 刘大壮
(郑州大学化工学院，河南郑州450002)
[ 摘要] 采用丙烯酸类与苯乙烯半连续乳液共聚为种子，半连续加入醋酸乙烯核壳聚合工艺, 合成聚苯乙烯2丙烯酸类为核，聚醋酸乙烯为壳的功能性核壳乳液，改善乳液对植物纤维、淀粉的粘
接性能，消除残余丙烯酸类和醋酸乙烯单体含量，合成一系列特定结构与性能的乳液，通过模拟可 降解快餐盒生产工艺，测定涂料使用性能，并将其应用于可降解快餐盒。 关键词: 可降解；快餐盒；涂料；乳液聚合；核壳
中图分类号: T B484 ; T Q047. 1 文献标识码:B 文章编号:1001 - 3563 (2002) 02 - 0015 - 03 Study on th e Coating f o r Single U se and Degra d a ble Lunch Conta i ner ZHAO K e , SUN Pei2qi n , SUN S h a o2h u i , L I U Da2zh ua ng
( C ollege of C hemical E ngineering , Zhengzhou University , Zhengzhou 450002 ,C hina)
Abstract :This paper researches the technol ogy that the em ulsi on coating is polym er2 iz ed , which is designed for the single use and degradable lunch container .F or this purpose of
polym erizing A C R resin and other m onom er , the em ulsi on polym eriz ati on and the structure of
em ulsi on particle (core2shell) have been designed. A series of em ulsi on with constructed parti2
cles and special perform ance have been polym erized and their functi on for use have been deter2
mined . P ( ST2B A) / PV Ac core2shell em ulsi on is polym eriz ed and the rem aining minor m onom er
is decreased to s om e ex tent , which is better for the adhesi on to plant fiber or starch. The sm ell
of six kinds of m onom er is tested by people ,and it is used in the design and polym eriz ati on.
Degradable lunch container ; C oating ; Em ulsi on polym eriz ati on ; C ore2 K ey w or d s :
shell
聚苯乙烯泡沫快餐盒对环境造成危害，是白污染的重要来源之一；国家已下令2001 年全面停止聚苯乙烯泡沫快餐盒的生产和销售 1 ,2 。近几年市场上出现多种替代品，主要分为5 类。植物纤维、纸板、淀粉餐具达不到防水、防油的性能要求。可降解快餐盒涂料除具备一般涂料的基本性能外, 还必须满足二个基本要求: 工艺性、卫生性。由于可降解快餐盒生产特殊性，工艺性要求专用涂料：低粘度、高固含、成膜性好、附着力强、抗粘连、耐高温烘烤、耐开水、耐油; 可降解快餐盒的卫生性要求专用涂料：无毒、无味。由于丙烯酸乳液大量应用于涂料行业，本文以此为基础，考虑可降解快餐盒的工艺性、卫生性，将丙烯酸和其他单体聚合，应用于可降解快餐盒生产。
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)植物纤维类餐具; 可降解塑料餐具；纸板淋膜餐具; 淀粉类餐具; 纸浆模塑餐具。
其中(1) 、(3) 、(4) 都要上涂料，如果不上涂料,
收稿日期:2001211205
基金项目：河南省重点攻关计划项目(001090230) ；河南省自然科学基金项目(0111031300)
作者简介：赵科(1963 - ) ，男，湖南邵阳人，在读博士生，郑州大学讲师，主要从事高分子合成研究，发表论文20 余篇。
15
包装工程 PACK AG IN G E N G INEERING V ol . 23 No . 2 2002
研究内容包括 :
反应温度在 60 ～90 ℃下进行 。选用离子型与非离 子型复合乳化剂 , 增强乳液的稳定性 。以 100 %单 体为基准 , 乳化剂用量为 l %～ 6 % , 引发剂用量为
0 . 5 %～2 % ，缓冲剂用量为 0 . 5 %～2 % ，其余为去离
子水 。将第一阶段单体及其它组分加入反应釜 60 ～80 ℃下进行第一阶段种子聚合反应 ，反应结束 ，再 滴加第二阶段单体进行第二阶段的聚合反应 ，最后 升温至 90 ℃反应 , 实验结束 , 自然冷却出料 。此后 再进行专门的处理工艺 。
(1)
聚合单体选择 ，除考虑单体的物理 、化学
性能外 ，还必须考虑选用对人体刺激较小的单体 ，采 用感官气味鉴定方法 ，对几种常用单体的气味进行
评分 ，以得分多少排列次序 ;
采用两阶段核壳乳液聚合工艺
3 ～7
，第一
(2) 阶段合成出能够满足基本性能的乳液 ，以此为种子 , 加入对人体刺激较小的单体 ，进行核壳乳液聚合 ，一
方面减少残余单体对人体的刺激 ，另一方面可以实 现特定的要求 ，以满足特定快餐盒的需求 ( 因为快 餐盒不同 ，生产工艺不同 ，要求涂料可能不同) 。
2 结果与讨论
1 实验
2 . 1 单体气味
由表 1 可以看出醋酸乙烯气味最容易被人们接 受 ，其次是苯乙烯气味 ，丙烯酸类单体气味得分基本 相同 。半连续苯乙烯2丙烯酸丁酯共聚时 ，由于存在 竟聚率的差异 ，苯乙烯基本能够聚合完毕 ，残余少量
丙烯酸丁酯 ，乳液存在丙烯酸丁酯气味 ; 以苯乙烯2 丙烯酸丁酯共聚乳液为种子 ，加入醋酸乙烯进行聚 合 ，形成 P ( ST 2B A ) 为核 , PVAc 为壳的乳胶粒结构 , 有关聚合动力学和乳胶粒形态将另文报道 。采用这 种工艺 ，由于醋酸乙烯与残余的丙烯酸丁酯进行共 聚 ，消除丙烯酸丁酯特有的气味 ，乳液中残余醋酸乙 烯 ，由于醋酸乙烯的沸点是 72 ℃, 通过提高温度到 75～80 ℃，可以使得残余醋酸乙烯蒸发 ，尽量减少醋 酸乙烯含量 ；另外 ，聚醋酸乙烯对植物纤维 、淀粉有 很好的粘接性能 ，因而 P ( S T 2B A ) PV Ac 核壳乳液可 以应用可降解快餐盒 , 可以满足工艺性 、卫生性要 求 。正畸矫正
2 . 2 乳液性能测定方法
参照 G B18006 . 1 - 1999“一 次 性 可 降 解 餐 饮 具 通用技术条件”; G B/ T 5009 . 6021996“食品包装用聚 乙烯 、聚苯乙烯 、聚丙烯成型品卫生标准的分析方 法”; G B/ 11677289“水基改性环氧易拉罐
内壁涂料卫 生标准 ，通用乳液产品标准 : SH/ T 115421999“合成橡 胶胶乳总固物含量的测定”; SH/ T115021999”合成橡 胶胶乳 p H 值的测定”; SH/ T 115221999“合成橡胶胶 乳粘度的测定”，进行质量控制和测定 。
2 . 2 . 1 通用乳液常规性能控制和测定
乳液 p H 值方面 ，要求乳液最好接近于中性 ; 乳 液粘度方面 ，要求乳液粘度低 ; 固含量方面 ，高固含 有利于减少烘干时间 ，提高生产效率 。
2 . 2 . 2 乳液卫生指标测定
1 . 1 材料
丙烯酸类单体为 : 丙烯酸 、甲基丙烯酸 、丙烯酸 甲酯 、甲基丙烯酸甲酯 、丙烯酸乙酯 、丙烯酸丁酯 、丙 烯酸二乙基己酯 、丙烯酸烃乙酯 、丙烯酸羟丙酯等 ; 其它类单体为 ：丙烯酰胺 、顺丁烯二酸酐 、顺丁烯二 酸酯 、苯乙烯 、醋酸乙烯 、二乙烯苯 、二丙烯醚 、二丙
烯基乙二醇等 ; 引发剂为偶氮二异丁氰 、过硫酸钾 、 过硫酸氨 、过硫酸盐2亚硫酸氢盐等 ; 乳化剂中除常 规乳化剂外 ，特别考虑食品中常用乳化剂 : 蔗糖酯 、 单甘酯 、S pan 、T ween 系列等 。 1 . 2 感官气味鉴定
重点研究以下几种单体 ：丙烯酸 、甲基丙烯酸甲 酯 、丙烯酸乙酯 、丙烯酸丁酯 、苯乙烯 、醋酸乙烯 ，配 成 3 %溶液浓度 ，采用打分制 ，人体最易接受的单体 气味得分为 6 ，最厌恶的单体气味得分为 1 。一共统 计 30 多人次 ，结果见表 1 。
表 1 人体对单体气味接受程度
甲基丙烯 丙烯酸 单体 丙烯酸
七年级英语教学论文
丙烯酸
丁酯 苯乙烯 醋酸乙烯 酸甲酯 乙酯 得分 100
88 81 96 126 149
1 . 3 乳液聚合
采用两阶段核壳乳液聚合 ，第一阶段采用半连 续苯乙烯丙烯酸丁酯共聚工艺 ; 第二阶段采用以苯
乙烯2丙烯酸丁酯共聚为种子 ，半连续加入醋酸乙烯 工艺 ，进行核壳乳液聚合 。
实验在 800ml 五口玻璃夹套反应釜中进行 ，超 级恒 温 槽 控 制 温 度 , 搅 拌 转 速 200 ～ 300rpm 左
右 。
16
赵科等 可降解餐具丙烯酸乳液涂料研究
蒸发残渣测定 ( m g/ L ) : 乳液干燥成膜后 , 用 4 种液体浸泡测残渣量 。具体条件为 :
将 4g 涂料 (固含 50 %) 均匀涂布于玻璃板上 ，玻 璃板面积 320cm 2 ( 相当于 600ml 圆碗的内表面积) , 130 ℃烘烤 5min ( 快餐盒生产工艺要求) , 烘烤之后
在不同介质中浸泡 , (每 1cm 2
的表面积加 2m l 液体) 操作参见 G B/ T 5009 . 6021996 。蒸馏水 ,60 ℃,2hr : 模 拟水浸泡的情况 :4 %醋酸 ,60 ℃,2hr : 模拟醋浸泡的 情况 :65 %乙醇 ,20 ℃,2hr : 模拟酒浸泡的情况 ; 正己 烷 ,20 ℃,2hr : 模拟油浸泡的情况 : 上述 4 种浸物都 不得超标 。
马克思进文庙高锰酸 钾 消 耗 量 ( m g/ L ) : 蒸 馏 水 , 60 ℃, Hr : 测 定残余单体及有机物的溶出 ，不得超标 ；重金属含量 ( P b ) ：重金属含量不得超标 ; 脱 : 大豆拉油 、乙
醇 、浸泡液测定脱 ，涂膜不应有脱现象 。
2 . 2 .
3 乳液涂布于快餐盒前后的性能测定 耐开水
实验 : 将涂料根据实际工厂使用的涂布 工艺涂于植物纤维碗上 , 烘干后在碗中加入 100 ℃ 开水 ，至少耐水 2h 以上 ；变形问题 ：要求快餐盒涂布 乳液烘干后 ，快餐盒不变形 ；涂料与快餐盒有一定的
粘接性能 ，加水后 ，膜不脱落 ，不变白 ; 其他方面 ( 内 容包括上涂料前后快餐盒性能变化) ：如涂料对力学 强度性能的影响 ; 对外观性能的改善 ; 注入开水时 , 是否存在异味 ；每个餐具最低使用涂料量 ，价格 ; 烘 干温度 、时间与餐具的防水 、防油性能的关系等 。 2 . 3 测试结果卖火柴的小女孩教学实录
河南省产品质量检测所对丙烯酸乳液专用涂料 进行测定 ，结果如表 2 所示 。
表 2 丙烯酸乳液快餐盒专用涂料质量测试结果
序号
检验项目
标准要求 检验结果
结论
1 p H 值
6. 2～6. 8 2 乳液粘度 ,mPa ·s 20～35 3 固含量 % 40～50
人非生而知之者
蒸发残渣 ,mg / L 蒸馏水 ,60 ℃,2hr
4 %醋酸 ,60 ℃,2hr 6
5 %乙醇 ,20 ℃,2hr
正己烷 ,20 ℃,2hr
4
Φ30
Φ30 Φ30
Φ30 合格 合格 合格 合格 4. 8 8. 8 17. 2 13. 5 高锰酸钾消耗量 ,mg / L 蒸馏水 ,60 ℃,2hr
Φ10
合格
5
3. 4
重金属含量 ( P b ) Φ1
合格
6 0. 1
脱试验 大豆拉油 乙醇
浸泡液 (4 种) 7
阴性 ，不着 阴性 ，不着 阴性 ，不着
没有染上颜 没有染上颜 没有染上颜
合格 合格 合格 耐开水试验 合格 8 Ε 2hr Ε 2hr 餐具形状
正常
正常
合格
9
2 . 4 讨 论
目前 ，产品质量方面没有快餐盒涂料方面的标 准 ，本文采用乳液产品和食品包装容器的标准 ，按照 可降解餐具生产工艺要求和涂料使用量 ，参考可降 解餐具的国家标准 ，测定模拟条件下涂料的卫生性
能和物理性能 ，取得满意的结果 ；并将这种乳液应用 于可降解餐具生产线 ，达到工艺要求 。在此基础上 , 可以考虑加入颜料 ，以掩盖可降解快餐盒底 ，并丰 富可降解快餐盒彩 ；加入可降解高分子 ，使涂料在
(下转第 22 页)
17
包装工程PACK AG IN G E N G INEERING V ol . 23 No . 2 2002 地设计为双圆锥(锥体与锥台) ，其优点在于: 3 结语
(1)进料顺畅。由于斜面的流线型特性，该种
结构对进料所产生的阻力相当小。该气动灌装机基于市场的需求，针对人们对产
三颗枸杞豆教案品包装丰富多样的需要而设计。以气压为动力，采
取光电控制，设备结构简单，零部件技术并不复杂,
以现有的技术设备完全可以实现，需要购买的多为
标准件，设备造价低，尤其适用于中小型企业。可以
进行多品种、小批量的灌装本设备经几个日化厂、化
装品厂的实用表明该产品的使用。维修安全方便,
精度很高，此设备必将赢得一个广阔、乐观的市场。
密封性良好。在与活塞的接触部分，设计
(2)
成斜面结构，一可获得较大的密封性；二可保证进料
的顺畅性。拉力F 可分解为F1 和F2 , F1 垂直于斜
面, 即为密封力, F 为克服挤出物料的阻力以及件3
的摩擦力的下推力。如图4 , 只要减小θ角, 即可增
大F1 和F2 ，但同时在抽向行程( 件5 至件4 的最大
距离) 一定时会减小(阀) 开口尺寸。θ要取得适当,
以免影响进料的顺畅性和活塞密封性。一般取30°
～45°。[ 参考文献]
1
2
3
邓明. 膏体气动灌装机的研制说明书,2001.
机械工程师手册M.北京：机械工业出版社,1996.
何存兴，张铁华. 液压与气压传动M .
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武汉: 华中理
4 秦曾煌主编.电子技术M.北京: 高等教育出版社,
1997.
无锡气动技术研究所. 气动元件产品样本M.
机械工业出版社,1993.
北京:
5
图4 进料阀塞设计图
(上接第17 页)
一定范围内可以降解; 通过乳胶粒形态设计和配方
设计，可满足不同需求等。
[ 参考文献]
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大森英三著. 功能性丙烯酸树脂M .化学工业出版
社.
1
3 结语
2
通过感官气味鉴定，测定人体对几种常用单体
的好恶程度，按好恶程度排列为: 醋酸乙烯2苯乙烯
2
丙烯酸类，采用丙烯酸类与苯乙烯乳液共聚为种子,
加入醋酸乙烯核壳聚合工艺，形成聚苯乙烯2丙烯
酸类为核，聚醋酸乙烯为壳的功能性核壳乳液，改善
乳液对植物纤维、淀粉的粘接性能，尽量消除残余丙
烯酸类和醋酸乙烯单体含量，合成一系列特定结构
与性能的乳液，通过模拟可降解快餐盒生产工艺，测
定涂料使用性能，并将其应用于可降解快餐盒。由
于可降解快餐盒主要有三类，因而要求涂料可能不
同, 系列乳液涂料研究工作正在进行。
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