食品运输包装防潮涂料的合成及反应动力学研究

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近年来,食品工业的持续增长带动了包装工业的高速发展。其中瓦楞纸箱以其优异的性能,环保的生产过程,成为现代食品包装尤其是食品运输包装中使用最广泛的包装容器。   然而,瓦楞纸箱在运输过程中常常受到湿度的影响,如从冷库中移出货品、越洋运输或在潮湿的环境中贮藏。而纸箱在相对湿度85%的环境下强度下降50%,此时纸箱极易受损而导致内装物遭到破坏,从而造成经济损失。因此,全面提高瓦楞纸的防潮性能具有重要的意义。   本论文研究以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯为单体,采取半连续乳液聚合法合成苯.丙乳液作为瓦楞纸板的防潮涂料,提高瓦楞纸板的强度,降低潮湿环境条件下瓦楞纸板的强度一F降率。重点研究了预乳化工艺、引发剂加入方式、搅拌强度、聚合温度、单体配比、乳化剂添加量、引发剂添加量对乳液稳定性及防潮性能的影响,确定了防潮乳液聚合的最佳工艺参数;研究了搅拌强度、聚合温度、乳化剂添加量、引发剂添加量对乳液聚合反应阶段的聚合速率以及对乳液乳胶粒直径和聚合物分子量的影响;结合各工艺参数与涂布纸的疏水性和透湿量关系,对乳液涂料对瓦楞纸的防潮机理进行了探讨。研究结果如下:   (1)采用预乳化工艺,反应阶段I加入1/3引发剂,比加入1/2引发剂合成的苯-丙乳液稳定性和防水防潮性能均有较大的提高。同时当MMA/BA/St为1:1:0.47时,因其玻璃化温度适当,其防水防潮效果较佳。   (2)涂布纸的吸水率(Y)和环压强度下降率(Y)与浸水时间(X)均基本符合方程Y=aXo.5,其非线性回归相关系数R2分别在0.97977-0.99017和0.90771-0.99297之间。乳化剂用量、引发剂用量、搅拌速度和聚合温度对乳液的防水防潮性均有一定的影响:随着乳化剂用量的增加,乳液的防水防潮性能下降,但乳化剂用量太低,乳液稳定性较差;而随着引发剂用量的增加,乳液防水防潮性能提高,但引发剂用量太高,合成的乳液涂布纸的强度提高较小,乳化剂、引发剂用量分别为占单体总含量的4.9%和1.5%较为适宜;搅拌强度和聚合温度过高过低都不利于乳液防水防潮性能的提高,搅拌速度在300-400rpm,聚合反应温度控制在83℃左右时,合成的乳液成膜强度和防水防潮性能均较传。纸的强度最大可提高70%,对水蒸气的透过量最高下降76.49%。   (3)防潮涂料聚合过程的成核阶段的聚合反应速率方程为Rpl=k1[E]0.72[A]-1.21,表观活化能Ea1=151.667kJ/mol;而链增长中期,当乳化剂浓度小于等于9.957×10-2mol/L时,Rp2=k2[E]l-lO[I]o.59[A]2.32,当乳化剂浓度大于9.957x10-2mol/L时,Rp3=k3[E]-I-12[I]o.59[A]2.32,表观活化能Ea2=131.135 kJ/mol。   (4)乳液乳胶粒的直径由成核阶段的聚合速率、链增长阶段的聚合速率及聚合物分子量共同决定:乳液聚合物分子量主要由成核阶段形成的“核”的数目和链增长阶段的聚合速率共同决定。而聚合物分子量和乳胶粒直径是影响乳液的防水防潮性能的主要因素,特别是分子量影响较为明显,聚合物分子量和乳胶粒直径越小,乳液的防水防潮性能越好,但分子量过小也会造成乳液防水性能下降。   (5)乳液防潮涂料对瓦楞纸的防潮主要通过表面结膜和聚合物分子向纸纤维内渗透来提高纸纤维的疏水性,从而提高纸的阻湿性,提高纸的防水防潮性能。
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