热熔压敏胶的研制

东莞理工学院
本科毕业设
计
毕业设计题目：热熔压敏胶的研制
摘要
本文就热熔压敏胶的各组分进行了分析与讨论，别离选掏出本钱较低和性能比较突出的热塑弹性体、增粘树脂、增塑剂和防老剂。

然后对通过实验比较选掏出来的各组分来设计配方，采用正交实验法，最终取得能运用于快递包裹封口的破坏性热熔压敏胶。

热熔压敏胶对快递包裹封口的破坏性主要表现为较强的初粘力和内聚力，因此初粘性和剥离强度为最主要的考察因素。

结果表明，当热塑弹性体SIS110六、松香树脂、环烷油、防老剂的比例为50：60：20：时，取得的热熔压敏胶对快递包裹封口破坏性最强，且其他各方面性能最稳固。

按照本实验研究功效，能够为物流包装生产厂家制备破坏性热熔压敏胶提供必然的借鉴作用，也能够为科研机构对热熔压敏胶的后续研究提供必然的参考价值。

关键词：破坏性热熔压敏胶增粘树脂增塑剂
英文题目
Abstract
In this paper,the gtoup of hot melt pressure sensitive adhesive are analyzed and discussed,respectively,selected from the low cost and performance more prominent thermoplastic elastomer,tackifying
resin,plasticizer and through the experimental comparison of each group chosen to design formula,by the method of orthogonal experiment, finally obtained can be applied for the express package sealing destructive hot melt pressure sensitive adhesive.
Destructive hot melt pressure sensitive adhesive on the express package sealing mainly for the strong initial adhesion and cohesion,so the initial tack and peel strength as the investigation of the main results show that,when the thermoplastic elastomer SIS1106,rosin resin,naphthenic oil,antioxidant ratio was 50:60:20:,hot melt pressure sensitive adhesive obtained sealing destructive to express parcel,and other aspects of the performance of the most statle.
According to the experimental results,can provide certain reference for the logistics packaging manufacturers producing destructive hot melt pressure sensitive adhesive,also may provide the certain reference value for the study of the follow up research institutions on the hot melt pressure sensitive adhesive.
Keywords: destructive HMPSA tackifying resin plasticizer
目录
一前言 (1)
（一）热熔压敏胶的出现及应用 (1)
（二）热熔压敏胶的进展现状 (1)
（三）本文的研究目的及其意义 (2)
第二章材料与方式 (4)
（一）原料与测定仪器 (4)
二、测定仪器 (4)
3、其他实验器材 (4)
（二）实验方式 (4)
（三）检测方式 (5)
1.持粘力测定 (5)
2. 初粘力测定 (6)
3. 180°剥离力测定 (6)
4. 熔融粘度测定 (6)
5.软化点测定 (6)
三结果与讨论 (7)
一.热塑性弹性体对热熔胶主要性能的影响 (7)
二.增塑剂的分析与讨论 (8)
三.增粘树脂的分析与讨论 (9)
四.防老剂的分析与讨论 (10)
五.破坏性热熔压敏胶的配方优化 (11)
1.肯定实验因素及水平数 (12)
2.选用适合的正交表，并列出实验方案和实验结果 (12)
3.对正交实验结果进行分析（极差分析） (13)
4.肯定最优因素水平组合 (14)
第四章结论 (16)
参考文献 (17)
致谢18
一前言
（一）热熔压敏胶的出现及应用
热熔压敏胶，顾名思义，就是兼有热熔和压敏两种特性的胶黏剂。

这种胶黏剂主如果以热塑性聚合物为主，在熔融状态的时候进行涂布，冷却固化后只要轻轻指压即能快速粘接，同时又能比较容易地被剥离，不污染被粘物表面[1]。

胶黏剂在我国的历史悠长，早在战国时期，就有从蜂蜡、松脂、动物胶等材料熬制成医药膏，形成了压敏胶制品应用的雏形[2]，可是在大量量生产和研究方面起步较晚。

20世纪80年代中期，岳阳石化公司率先进行SBS的批量生产，为我国热熔压敏胶的进展奠定了基础；1995年，我国热熔压敏胶的产量仅为3k吨，紧接着我国的热熔压敏胶便取得了快速进展，一些胶黏剂跨国公司如美国富乐、国民淀粉、博士芬得利等接踵在我国投资建厂；[3]2004年，由于生产设备的入口和原料大量的带动，我国热熔压敏胶的产量增加到万吨；2007年，热熔压敏胶的消费量达8万吨，年产量近5万吨的热熔压敏胶大部份用于一次性卫生材料；[4]近几年我国热熔压敏维持每一年10%-20%的增加速度。

与传统胶黏剂相较，热熔压敏胶具有独特的优越性，因此活着界各地取得普遍应用于各个行业，主要集中在以下领域：（1）包装行业，主要作为双面胶、封箱胶或不干胶，用于纸箱，纸盒之类的包装和标签，最多见于快递物流行业；（2）日常常利用品，如玻璃胶、挂钩用的压敏胶等；（3）医疗行业，被用于包扎中的胶带生产，一次性药贴和一次性用品；（4）卫生用品，如妇女卫生巾、儿童纸尿布和卫生坐垫等。

热熔胶从问世至今，通过不断探讨和实验，已经开发出各类各样能知足特定需求的热熔胶，其中较常见的主要有EVA热熔胶、聚氨酯热熔胶、聚酰胺热熔胶、热熔压敏胶和反映性热熔胶等。

（二）热熔压敏胶的进展现状
随着国家对环保法规的逐渐完善和人们对地球环境的高度重视，环保型压敏胶出此刻人们的视野中并引发了人们的关注,溶剂型压敏胶的产量逐年递减[5]。

热熔压敏胶作为新型环保压敏胶，活着界范围内取得大力推行，众多科研工作人员也都纷纷对其进行研究和改善，以知足不同企业对热熔压敏胶的需求。

邸明伟等采用岳阳石化公司生产的SIS1105和SIS1209为主体原料, 配合增粘树脂、增塑
剂、软化剂、防老剂等制备出的热熔压敏胶, 大体能够取代入口的热塑弹性体用于生产热熔压敏胶。

陈薇等采用正交实验法研究了以SIS为主要材料的热熔压敏胶, 讨论了在不同增粘剂配比、用量和不同量的其他助剂对热熔压敏胶性能的影响。

邸明伟等采用自己制作的热氧老扮装置研究了国产的SIS热氧老化性能相关问题, 并开发出了新型的防老剂, 成功解决了SIS系热熔压敏胶的老化问题。

刘向红等结合岳阳化工公司SIS1105和SIS1209 两种新牌号的性能和结构特点, 论述了SIS配制溶剂型胶、热熔压敏胶的配方特点及应用情形。

最最近几年，刘波[6]研究并证明了当温度控制在必然范围内，热熔压敏胶的持粘力与温度符合Arrhenius方程，由粘性流动控制。

刘东红等[7]以聚乙烯/异戊二烯/聚乙烯嵌段聚合物（SIS）为主体聚合物，研制出一种耐低温的热熔压敏胶。

秦伟[8]对真空热循环条件下拉伸剪切强度断裂伸长率的转变规律，并得出随着热循环次数增加，拉伸剪切强度呈先升后降的结论。

最近几年出现的改良热熔压敏胶主要有：（1）SBS与SIS共混型热熔压敏胶，共混的热熔压敏胶既有SIS中异戊二烯中受热断裂而产生比较高的初粘力，又维持了SBS中聚丁二烯嵌段受热容易氧化交联的特点，综合性能取得全面提高；（2）辐射固化热熔压敏胶，这种热熔压敏胶通常具有较高的耐热性和耐老化性，这是因为利用电子束或紫外光进行照射时，能打开分子链中的双键，产生交联，取得更稳固的结构；（3）丙烯酸酯热熔压敏胶，这种胶体主如果通过酸或酯类之间的共聚，而提高压敏胶内聚力和综合粘性；（4）有机硅热熔压敏胶，由硅橡胶和树脂作为主要组分共聚制成，有较高的耐寒性和导电性，主要用于比较极端的环境；（5）无定型热熔压敏胶，这是一种低分子量的热熔压敏胶，具有较好的流动性和粘合力，主要用于纸张和木材制品的粘合。

随着社会科技的进步，对热熔压敏胶的需求愈来愈大，也愈来愈细腻，热熔压敏胶将向更精细的方向进展，出现更多的能知足各个行业需求的特种热熔压敏胶。

（三）本文的研究目的及其意义
热熔压敏胶作为现代工业不可缺少的一部份，已经渗透到各行各业，21世纪是互联网的时期，也是电子商务的时期。

随着电商时期的到来，物流行业也取得迅速的进展和崛起，其中快递运输中对热熔压敏胶的需求也与日俱增。

在快件的运输进程中，需要对物品进行必然的包装才能运输，为了避免珍贵物品的遗失，就要确保物品全程一直处于封锁状态，为了避免物品被拆开后继续粘贴包装，就
需要快递包裹封口在拆开后，就不能恢复，如此才能保证物品的安全性。

所以，除追求低本钱的热熔压敏胶之外，还要求在密封时热熔压敏胶对包裹封口能有专门好的破坏性（即一旦包裹封口撕开无法恢复），才能保证包裹在运输进程中能有专门好的保密性。

本课题的目的在于通过查阅相关资料找出能用于制造破坏性热熔压敏胶的原料，并将范围缩小在两至三种之间，然后利用控制变量法比较得出最适合的原料。

最后将选取的原料按必然比例制取能知足于快递包裹密封所需的破坏性热熔压敏胶（通过正交实验法取得最优的配方）使将其涂布于包裹封口上具有必然的破坏性，具体的技术指标为初粘性至少达到初粘测试仪6号钢球的水平、持粘性至少达到12小时后测试板位移≦3mm、剥离强度则为90度剥离测试仪>4N。

制取所得的破坏性热熔压敏胶，不仅能用于物流包装企业大量量，具有必然的实用价值，而且能为科研人员对热熔压敏胶的后续研究和改善提供必然的参考价值。

第二章材料与方式
（一）原料与测定仪器
一、原料
二、测定仪器
3、其他实验器材
玻璃搅拌棒、小型反映釜（800ml）、托盘天平、称量纸、烧杯（50ml）、离型纸
（二）实验方式
在工业中生产热熔压敏胶主如果用真空保护法，在真空的状态下进行生产，能避免胶体暴露在空气中被氧化，最大限度的保护热熔压敏胶的质量。

而在实验室中，由于没有足够的空间和条件，本课题中咱们主要以小量生产检测为主，因此咱们将在通风橱中利用小型反映釜来制取热熔压敏胶。

二者的主要流程如下：真空保护法：在带有搅拌桨、温度计、抽气口、进料口的双层玻璃反映釜中
加入热塑性弹性体SIS和增塑剂和防老剂，升温至130-160℃，开动搅拌至全数SIS熔融并和增塑剂混淆均匀；后加入增粘树脂，密封抽真空，直至增粘树脂全数熔融，整个体系变成均匀透明的粘稠液体后，停止加热和搅拌，对反映釜进行保温，趁热出料。

实验室小量实验法：在托盘天平上按必然配方比例依次准确称取热塑弹性体、增塑剂、增粘树脂、防老剂。

把热塑性弹性体、增塑剂和防老剂投入小型反映釜中，接着把反映釜放进控温电热套中，控制温度在130-160℃之间。

边加热边搅拌，至全数SIS熔融并和增塑剂及抗氧剂混淆均匀。

趁热投入增粘树脂，继续搅拌，直至增粘树脂全数熔融。

待整个体系变成均匀透明的粘稠液体后，停止加热和搅拌，趁热将所有粘稠液体倒在事前预备好的离型纸上，冷却至室温。

大致步骤如下图：
热塑弹性体+增塑剂+增粘树脂+防老剂
↓
冷却至室温←熔融聚合物流体←高温搅拌
↓
性能测定（初粘性、持粘性、熔融黏度、软化点、90°剥离力）
（三）检测方式
检测产品性能所参照国家标准。

压敏胶粘带持粘力检测方式：GB/T 4851-84
GB/T4852-2002 压敏胶粘带初粘力检测方式
GB/T 2792-81 压敏胶粘带180°剥离力检测方式
HG/T 3660-1999 胶黏剂熔融粘度测定方式
GB/T 15332-94 胶黏剂软化点测定方式
1.持粘力测定
取若干热熔压敏胶于坩埚内，通过加热熔融均匀，然后用涂胶棒将胶溶液均匀地涂到下纸上，将下纸上胶面贴于试样板上，利用转压滚轮来回压3次，放置一小段时刻后将其垂直挂于持粘测试仪支架上，下端悬挂1kg的砝码，12小时跋文录试样下滑的位移，同时在测试仪上测定3个试样，取平均值。

2. 初粘力测定
取若干热熔压敏胶于坩埚内，通过加热熔融均匀，然后用涂胶棒将胶溶液均匀地涂到下纸上，再将带胶溶液的下纸置于倾斜度可能为30°的初粘力测试仪上，以标准实验钢球在滑动后能在样品上停留达到第几号为标准测试其初粘力。

3. 180°剥离力测定
取若干热熔压敏胶于坩埚内，通过加热熔融均匀，然后用涂胶棒将胶溶液均匀地涂到下纸上，然后把下纸贴于测试钢板上，用转压滚轮来回转动三次，放置一小段时刻后将其夹于拉力测试机上，进行拉力剥离测定，将下纸从钢板表面成180°剥离下来，记录下纸断开刹时拉力测试机的读数。

4. 熔融粘度测定
取一小部份热熔压敏胶样品放入数字粘度计的高温恒浴炉里，调节温度为175℃左右，待胶体完全熔融后，选择型号、转速适合的转子进行测定，每一个样品测定3次，取平均值。

5.软化点测定
取一小块热熔压敏胶放入高温恒浴炉里，待熔融均匀后迅速倒入金属环中与钢球混合在一路，使钢球处于金属环中间位置，室温冷却到胶体凝固，后将金属环放入软化点测试仪中，加满水，设置必然的升温速度，使胶体熔化，记录钢球掉落接触平板刹时的温度读数，测量3次取平均值。

三结果与讨论
一.热塑性弹性体对热熔胶主要性能的影响
热塑弹性体是一种在常温下具有橡胶的弹性，在高温下能够塑化成型的高分子材料，最主要和常见的是SBS和SIS两种。

SBS是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，具有溶解性好，与大多数聚合物相容，强度高，韧性好，固化快等长处。

SIS 是苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物，SIS的模量比较低，溶液粘度和熔融黏度相对较小，具有专门好的加工性能（如涂布性能）。

在其他因素和环境相同的情形下，咱们别离用SBS和SIS制取了两块不同的热熔压敏胶，并测得相关的产品性能如表
表 SBS和SIS制取的热熔压敏胶性能区别
从表中咱们能够明白，用SBS制掏出来的热熔压敏胶在熔融状态下的黏度大于用SIS制掏出来的胶体，也更易融化（软化点更低），可是在其他性能（持粘、初粘力、剥离强度）方面就不如SIS制掏出来的胶体。

这是由于苯乙烯段是表现出热塑性，而在异戊二烯段是表现出高弹性，所以在异戊二烯含量高的SIS热熔压敏胶中，表现出更好的初粘性和持粘性，和更低的软化点。

综合考虑本课题的目的性，追求产品具有更高的初粘性和内聚强度，咱们将选取热塑弹性体SIS 来进行实验。

通过查阅大量资料，对比一系列热塑弹性体，发觉巴陵石化公司生产的SIS1105和SIS1106各方面比较适合用来制取破坏性热熔压敏胶，而且本钱也比较低，符合本课题的要求。

别离用SIS1105和SIS1106在其他因素和环境相同的情形下制取热熔压敏胶，测定产品的初粘力和剥离强度如表
表 SIS-1106和SIS1105热熔压敏胶的初粘力和剥离强度
在SIS分子结构中，嵌段的聚异戊二烯结构上有甲基侧链的特性，使之拥有较强的内聚力和更好的粘着性能，同时对其他添加物具有专门好的相容性。

SIS 相较于其他热塑弹性体而言，在低温情形下柔软性更好，制得的胶体透明度更高，粘性更强[9]。

从表能够明白，在相同因素和环境的情形下，用SIS1106制得的热熔压敏胶比SIS11005制得的热熔压敏胶具有更好的初粘性和内聚力。

于是本课题将选取由巴陵石化公司生产的热塑弹性体SIS1106进行破坏性热熔压敏胶的制备。

二.增塑剂的分析与讨论
增塑剂是一类能够增加材料可塑性或柔软性的化学助剂。

当增塑剂加入聚合物中时，降低了分子间的作使劲，增加了自由体积，分子链的自由活动增强，从而达到增塑的作用。

SIS与增塑剂混合能有效地降低热熔压敏胶的熔融黏度，改善柔软性，降低模量和硬度。

增塑剂的品种也趋于齐全，增塑剂的品种按化学结构可分为:脂肪族二元酸酯、邻苯二甲酸酯类、其他苯二甲酸酯类、环氧类、石油酯、苯多酸酯类、磷酸酯、氯化石蜡和聚酯增塑剂等。

[10]通过一系列增塑剂的对比，结合低本钱和安全性等因素，最终适合用来制取破坏性热熔压敏胶的增塑剂有白油和环烷油两种。

一样进行单因素实验，在其他条件和环境相同的情形下，别离制取了两种热熔压敏胶，测得的各类性能指标如表
表不同增塑剂制取HMPSA的性能区别
咱们能够看到选择环烷油作为增塑剂时，产品的初粘性和内聚强度比选择白油作为增塑剂更胜一筹。

白油是指通过精制脱除芳烃、硫和氮等杂质而取得的特种矿物油品 ,通常由分子量300至400之间的烷烃和环烷烃组成 ,属于润滑油馏分。

[11]而环烷油则是从环烷基原油中提炼出来的，是以环烷烃为主要成份的石油馏分，环烷油是饱和环状碳链结构，具有低倾点，高密度和粘度、无毒和无副作用等特点，在它的环上一般还会连接着饱和支链。

正是由于这种结构，使环烷油在具有芳香烃类的性质的同时，又拥有直链烃的性质，所以各项性能比白油更胜一筹。

本课题将选用各方面性能更优的环烷油进行破坏性热熔压敏胶的制备。

三.增粘树脂的分析与讨论
增粘树脂是由含有脂肪环状结构的单体含有环状结构的有机酸酯或是在聚合进程中形成环状结构的单体聚合物形成的低分子聚合物。

[12]常温下热塑性弹性体本身并无粘接性, 为了使其取得粘接性，在制取热熔压敏胶时候必需加入增粘树脂,提高它对被粘物的初粘力和持粘力，同时增粘树脂也能降低热熔压敏胶的熔融粘度, 改善其涂布性能，是决定热熔压敏胶性能的最关键部份。

在现代工业顶用来制作热熔压敏胶的增粘树脂通常有松香树脂和石油树脂两大类。

松香在我国古代很早就有记载，那时开始被用来当做药材，具有调节新陈代谢和提神的作用。

随着人们对松香的渐渐了解和科技的进步，现代工业崛起后，松香树脂被普遍的运用到工业生产中来，松香树脂为三元环菲结构，具有共轭双键，容易被氧化，对热熔压敏胶的外观和性能有专门大的影响，因此一般都会对松香树脂进行改性，增加其稳固性，使其能更好地保留起来。

由于它具有很高的粘性和软化点，常常利用来作为油漆，油墨和橡胶合成物的辅助添加剂，也可单
独用作干燥剂、、焊锡膏，和各类胶粘剂和保护涂料。

石油树脂为线性结构，是由石油裂解而产生的C5和C9两种馏分，是近几年新开发的化工产品，具有价钱低廉，相容性好，熔点低等长处。

一样即可单独作为增粘剂，也可作为油墨、橡胶、涂料等其他工艺生产的辅助添加剂。

C9石油树脂具有环状结构，含有双键，内聚力与极性大，与极性大的聚合物相容性好，与极性低的聚合物相容性较差。

C5石油树脂耐热性和流动性好，具有很优越的初粘能力，比较普遍的被应用于胶黏剂行业，是一种性价比超级高的工业辅助添加剂。

在此一样采用单一变量法来选出综合性能最优的增粘树脂，在配方比例和环境因素相同的情形下，别离用松香树脂和石油树脂制作出来的产品各项性能如表。

表不同增粘树脂HMPSA的初粘力和剥离强度
从表中的结果咱们能够明白，松香树脂在各方面的性能都比石油树脂表现更优越。

石油树脂虽然与热塑弹性体相容性较好，但制作出来的胶体弹性不足，比较硬，从而影响了产品的初粘性；而松香树脂虽具有共轭双键结构，容易被氧化，进行改性的氢化松香树脂便能专门好的解决那个问题，用松香树脂制备出来的热熔压敏胶初粘性和内聚强度都比较大，比较符合用来制备破坏性热熔压敏胶的条件，因此本课题将选用氢化松香树脂145来进行实验。

四.防老剂的分析与讨论
防老剂是指能避免或抑制氧、光、热、臭氧、金属离子等因素破坏产品性能，
延长产品贮存盒利用寿命的化学剂。

SIS类热塑弹性体中含有不饱和双键, 受到氧、热、光等作用会发生氧化降解, 因此, 在制作热熔压敏胶时必需加入适量的防老剂。

防老剂的种类较多, 不同种类的防老剂对热、光的抗氧化作用也各不相同[13]。

为了证明防老剂对热熔压敏胶确实具有抗氧化作用，在相同的环境下，按相同的配方比例制取了两个热熔压敏胶（一个添加防老剂，一个不添加）进行对比，测得产品相关性能如表
表加防老剂与未加防老剂的HMPSA前后性能对比
从表中可明白加入防老剂确实能专门好的提高热熔压敏胶的各项性能，能有效避免在高温搅拌进程中热塑弹性体和松脂树脂的氧化，使制得的产品各方面性能更稳固。

防老剂有很多品种，而通过查阅资料，发觉防老剂混合利用效果会更好，所以咱们选择了常见的防老剂168（磷类抗氧剂）和1076（酚类抗氧剂,）混合利用，并将其用量定为总质量份的1%。

五.破坏性热熔压敏胶的配方优化
上面咱们已经别离讨论了制取热熔压敏胶所需的各类原料组分，并肯定好将用SIS110六、松香树脂（145）、环烷油和防老剂（168和1076）来制取破坏性热熔压敏胶。

本节的主要内容是利用上面所肯定的原料来制取破坏性热熔压敏胶，并通过不断改变配方比例，最终得出各方面性能最稳固，能知足对快递包裹封口具有破坏力的产品。

对于上面的单因素实验，实验的设计、进行和分析就比较简单，但对于多个因素的实验，若是进行全面实验就比较费时费力了，因为在热熔压敏胶中每一个组分都或大或小对其性能具有影响，而且各组分之间也有彼此作用，针对这种情形，实验将采用正交实验法设计。

正交实验法，是由日本统计学家田口玄一发明设计的，他是按照在全面设计实验当选择一部份具有代表性的点（即均匀分散，整齐可比的点）进行实验，从取得数据中通过极差分析而得出结论，节省了大量的人力和物力，是一种经济、高效的实验设计方式。

设计进程如下：
1.肯定实验因素及水平数
在本课题中因为实验中添加的防老剂为固定用量且用量极小，对整体的影响不是专门大，故防老剂没有计算在因素里。

可变因素为SIS（1106）、松香树脂、环烷油三个（单位均为克），每一个可变因素别离取4个水平数，如表.
表水平因素表
2.选用适合的正交表，并列出实验方案和实验结果
在本实验中咱们具有3个因素4个水平，故采用正交实验表L=（43），如表
表正交实验表
3.对正交实验结果进行分析（极差分析）
因为热熔压敏胶对快递包裹封口的破坏性主要体此刻初粘力和内聚力，所以依照正交实验表中对应的水平进行实验，将取得的产品进行初粘性和剥离强度两项检测，并将结果进行极差分析，如表
表极差分析表。