热熔胶研究进展

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Kim[3]等 用 经 聚 乙 二 醇 (PEG)插 层 处 理 的 钠 蒙 脱 土(Na-MMT)改性由 PU 弹性体组成的反应性热熔 胶 (RHMA),并 研 究 了 改 性 对 RHMA 粘 接 性 能 、流 变和力学性能的影响。 结果表明:尽管 w(Na-MMT/ PEG)<0.2%(相 对 于 RHMA 质 量 而 言 ), 但 经 PEG 插层处理的 Na-MMT 还是可以有效增强 RHMA 的 初粘强度; 对复合产物黏度和低剪切速率下伪固态 行为的观察表明,RHMA 分子与 Na-MMT/PEG 存在 着 很 亲 密 的 相 互 作 用 ; 在 Na-MMT/PEG 存 在 下 , Na-MMT/PEG 有效增强了 RHMA,使 RHMA 固化膜 的模量和拉伸强度得到提高。
Duffy[13]等 将 聚 醚 、PET 和 丙 烯 酸 进 行 三 元 共 混 用于制备反应性 PU 热熔胶。 结果表明:PU 基的增
收 稿 日 期 :2010-03-21 ;修 回 日 期 :2010-04-27 。 作者简介:郭静(1962-),女,辽宁大连人,博士,硕导,主要从事高分子材料的成型与改性等方面的研究。 E-mail:guojing8161@163.com
第 19 卷第 7 期
郭 静等 热熔胶研究进展
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加易于提高三元体系的共混相容性;相比而言,增加 PU 相对分子质量会破坏三元共混物的稳定性,这种 相互效应导致了共混自由能的不稳定震荡。 这项研 究结果对反应程度和反应产物形态分布、 理解 PU 共混物的相行为非常有用。
Jung[14]等 研 究 了 反 应 性 PU 丙 烯 酸 酯 大 分 子 热 熔 胶 (RHA) 的 性 能 , 并 与 非 反 应 性 的 聚 丙 烯 酸 共 聚 物改性的热熔胶相比较。结果表明:随着部分多元醇 和粘合剂被大分子单体或丙烯酸共聚物所代替,熔 体黏度和初粘强度随之增加, 此时它有一个较高的 玻璃化转变温度(Tg)。 当 RHA 为大分子单体所修饰 时,低剪切速率下的储存模量减小,凝固时间增加。 这表明大分子单体创造的断链使链缠结减少。
Matsuba[19]等 合 成 了 一 种 具 有 耐 低 温 性 能 好 、 黏 性强、 软化点为 80~160 ℃和断裂伸长率高于 300% 的二聚酸型热熔胶及其成型物。 其改性方法是将二 聚酸型热熔胶与低 Tg、低结晶度和高黏度的 EVA 共 混, 改性后的二聚酸型热熔胶具有较好的耐低温性 能(可达-10 ℃)。
2.1 PET 型热熔胶 PET 热熔胶基体树脂主要有聚乳酸、聚己内酯、
聚羟基丁酸/戊酸酯和羟基聚酯等。 目前报道较多的 是聚乳酸或聚乳酸/聚己内酯共聚物。 可降解聚酯热 熔胶在储存和应用过程中具有良好的稳定性, 在用 过废弃后,又能快速降解。
Stolt[26]等用尺寸排阻色谱法、差示扫描量热(DSC) 仪和核磁共振研究了聚乳酸和端羟基 4 聚(ε-己内 酯)的缩合反应产物。 结果表明:尽管没有检测到聚 乳酸和聚己内酯共混及嵌段共聚物的随机结构,但 共混物中部分相容的非晶相却只显示出唯一的 Tg。 在 聚 合 作 用 中 ,醋 酸 亚 铁[Fe(OAc)2]的 催 化 试 验 过 程 要 比 锡 异 辛 酸 [Sn(Oct)2]的 慢 ;当 使 用 Fe(OAc)2 为催化剂时, 聚合物颜色消退较小, 而以 Sn(Oct)2 作催化剂时则较大; 亚铁催化剂的存在可以导致较 小的热降解, 而形态差异和粘接性能可以通过聚乳 酸的立体化学联系起来。
关键词:热熔胶;聚氨酯;聚酰胺;可生物降解 中图分类号:TQ 436.4 文献标识码:A 文章编号:1004-2849(2010)07-0054-05
0前言
1 传统型热熔胶研究进展
热熔胶是以热塑性树脂或弹性体为基料, 添加 增黏剂、增塑剂、抗氧化剂、阻燃剂及填料,经熔融混 合而成的固体状粘合剂[1]。 与热固型、溶剂型和水基 型胶粘剂相比具有很多优越性,所以从 20 世纪 50 年 代 至 今 , 热 熔 胶 已 经 在 许 多 领 域 得 到 了 快 速 发 展[2], 尤其在印刷、 包装等行业已用热熔胶取代钉装和线 装,并开始用于建筑、飞机、舰船和汽车内装饰等领 域。在过去的 60 年中,热熔胶工业发展极为迅速,新 产品层出不穷,性能不断完善。
Chen[18]等 用 二 聚 酸 、 癸 二 酸 、 乙 二 胺 与 二 甘 醇 胺 合成了具有不同特性黏度的聚酯酰胺。 研究了聚酯 酰胺特性黏度对热性能、 机械性能和粘接性能的影 响。 结果表明:熔体黏度,拉伸强度和断裂伸长率随 特性黏度的增加而增大, 而聚酯酰胺的剪切强度也 随特性黏度的增加而增大。但是聚酯酰胺的软化点、 Tg 和硬度本质上在一定的阶段不会随特性黏度的增 加而改变。
根据所用基料的不同, 热熔胶可分为聚氨 酯(PU )类[3]、 聚 酰 胺 (PA ) 类 [4]、 乙 烯/ 醋 酸 乙 烯 (EVA ) 类[5-6]、聚酯(PET)类 和 [7-9] 嵌段共聚物类(如 SIS)[10]等 多种。由于上述热熔胶特殊的化学结构与特性,不能 为环境所降解或水解,且在环境中会长期滞留,已成 为现代社会的一大隐患和威胁。 近年来,国内外研 究者正致力于开发绿色热熔胶, 即为可生物降解 的热熔胶。 该热熔胶主要以聚乳酸、聚己内酯、聚 酯酰胺、 聚羟基丁酸/戊酸酯等聚酯类聚合物和天 然高分子化合物等作为基料,辅以适当增黏剂、增 塑 剂 、抗 氧 剂 和 填 料 等[11]制 备 而 成 ,因 其 基 料 具 有 可生物降解性而备受世界胶粘剂行业及相关领域 关注。
Park[21]等把一系列的 EVA 与芳香烃树脂共混制 备热熔胶, 并测定了 EVA/芳香烃树脂共混物的 Tg、 黏弹性、熔体黏度、结晶度和粘接性能。研究表明:大 多数共混物在 25 ℃就出现了 Tg,30~100 ℃出现熔融 峰。随着芳香烃树脂软化点的增大,损失模量值随之 增大,温度升高,共混物熔体黏度下降;并且,熔体黏 度随软化点的增加而增大,随芳香烃树脂和 VAc 含 量的增加而下降。
及改性产物也常用作热熔胶基体树脂。 随着研究与 应用的需要,这些热熔胶通常带有如压敏性等特性, 极大的拓宽了热熔胶的应用范围。
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中国胶粘剂
第 19 卷第 7 期
苑静[22]以聚氧化乙烯(PEO)与 Na-MMT 为主要 原料, 在固体状态下充分混合 30 min, 将混合好的 PEO 与 Na-MMT 溶于 50 mL 蒸馏水中,加入一定量 的 VAE 乳液和少量助剂,制得 PEO/Na-MMT 液态热 熔胶。 各组分的最佳质量比为 m(水)∶m(PEO)∶m(VAE 乳液 )∶m(Na-MMT)=50∶1∶0.3∶0. 5,热 熔 胶 溶 液 经 涂 布烘干后,制成胶膜,对牛皮纸的 T 型剥离强度达到 0. 14 kN/m。 粘接的样品,在室温水中浸泡 24 h,能自 然分开,无残留胶体。
1.1 PU 类热熔胶 PU 热熔胶主要是由聚醚或聚酯多元醇与二异
氰 酸 酯 等 反 应 , 生 成 端 异 氰 酸 酯 (-NCO) 预 聚 体 , 当 -NCO 含量达到某一设定值时, 加入不与-NCO 反 应的热塑性树脂、增黏树脂、填料、抗氧剂和催化剂 等助剂配制而成的[12]。 此类热熔胶既具有热熔胶无 溶剂、初粘性高和定位快等特性,又具有反应性胶粘 剂的耐水、耐温、耐蠕变、耐湿和耐介质等性能。可用 于金属、玻璃、塑料、木材和织物等材料的粘接。
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中国胶粘剂
CHINA ADHESIVES
2010 年 7 月第 19 卷第 7 期 Vol.19 No.7,Jul.2010
热熔胶研究进展
郭 静, 相恒学, 王倩倩, 管福成
(大连工业大学化工与材料学院,辽宁 大连 116034)
摘 要:从传统型和可生物降解型两个方面介绍了热熔胶的研究进展 。 根据热熔胶所用基体树脂类 型 ,传 统 型 热 熔 胶 分 为 聚 氨 酯 (PU) 类 、 聚 酰 胺 (PA) 类 和 乙 烯/醋 酸 乙 烯 (EVA) 类 等 , 可 生 物 降 解 型 热 熔 胶 分为聚乳酸型、聚酯酰胺型、聚羟基烷酸酯型和天然高分子型等。 传统型热熔胶由于其结构的不可降解 性,对环境造成了较大的危害;而可生物降解型热熔胶,符合环保理念,潜在市场大。在查阅国内外文献的 基础上,对可生物降解型热熔胶提出了今后的研究和发展方向。
唐礼道[15]等通过 PU 预聚体法合 成 出 硅 烷 偶 联 剂(KH-550)封端的 PU 热熔胶(SPUR),并制备了一 系列不同封端率的硅烷化 PU 热熔胶。 通过红外光 谱(FT-IR)、表面接触角等检测了 SPUR 的结构和性 能,研究了 KH-550 对 PU 热熔胶粘接性能的影响。 结果表明:KH-550 提高了 SPUR 在粘接面的浸润和 对铝片的粘接性能,当 KH-550 封端率达到 15%(物 质 的 量 比 ) 时 , 粘 接 性 能 相 对 最 佳 。 曾 少 敏 [16]等 以 甲 苯-2,4-二 异 氰 酸 酯 (TDI)与 聚 碳 酸 酯 二 醇 为 原 料合成出两端为-NCO 封端的低聚物, 在 0 ℃下加 入二乙醇胺制得 AB2 型中间物, 进一步高温聚合得 支化点间含有长链段的超支化 PU。 结果表明:所得 到的产物具有超支化结构,在 55 ℃下反应 20 h 后, 支化度可达 0.75,Mw=7.0×103。 热失重(TGA)和粘接 性能测试表明:超支化 PU 的热分解温度为 200 ℃。 产物的粘接剪切强度随着链段长度的增加呈先增大 后减小趋势,最大可达 6.5 MPa。 苑静[17]则以 PEG 和 TDI 为原料,合成出水溶性 PU 热熔胶,并考察了 PEG 脱水、PEG 相对分子质量、 原料配比等因素对性能 的影响。结果表明:低相对分子质量和高相对分子质 量的 PEG 相混合时产品性能较好,最适宜的合成条 件 是 :PEG (8 000) 与 PEG (600) 混 合 脱 水 后 与 TDI 反应,n[PEG(8 000)]∶n[PEG(600)]∶n(TDI)=1∶1∶2.28, 反应温度为 110~115 ℃,产品为黄色固体。
1.3 EVA 类热熔胶 EVA 是乙 烯 与 醋 酸 乙 烯 (VAc)的 共 聚 物 ,EVA
热熔胶的制备方法简便, 适用范围广。 具有粘接迅 速、较好的胶层韧性、耐候性和价格低廉等特点,是 当今世界胶粘剂发展的一个方向[20]。 EVA 树脂中乙 烯和 VAc 的物质配比对共聚物的性能影响较大,常 采用 w(VAc)=20%~35%的 EVA 来制备热熔胶。
2 “绿色”热熔胶研究进展
可生物降解热熔胶是一种很有发展前景的胶粘 剂,其生物降解是通过水解和氧化作用完成的。目前 主要缺点是使用稳定性较差, 粘接强度有待于进一 步提高。 国外已经开发的生物降解热熔胶主要有聚 乳酸型[24-25]、PA 型、聚羟基烷酸酯型和天然高分子型 等,其中聚乳酸型报道最多。
1.2 PA 类热熔胶 PA 热熔胶分为尼龙型热熔胶和二聚酸型热熔
胶。 其中由二聚酸与二元胺或多元胺缩合而成的二 聚酸型热熔胶,具有熔融范围窄、软化点高、无毒、耐 油和耐化学性好、 耐低温以及对极性材料粘接强度 好等特点。 相比其它热熔胶,PA 热熔胶具有粘接强
度高、柔韧性较好、耐热性和耐介质性佳,可用于木 材、金属、陶瓷、布匹、酚醛树脂(PF)、PET 和聚乙烯 树脂(PE)等材料的粘接。
高 升 平[20]等 研 究 探 讨 了 最 佳 试 验 条 件 ,混 炼 温 度(135 ℃)、混炼时间(180 min)、加料顺序(EVA-白 炭黑-松香-石蜡-增塑剂)、胶料预热时间(5 miΒιβλιοθήκη Baidu)和 涂胶层厚度(0.7 mm)等,并分析了这些工艺因素和 参数对热熔胶性能的影响。
1.4 其它热熔胶 嵌段接枝共聚物类、PET 类、聚烯烃类共聚物以
郑 琦 [23]等 以 苯 乙 烯 - 异 戊 二 烯 - 苯 乙 烯 嵌 段 共 聚 物 (SIS)、 苯 乙 烯 - 丁 二 烯 - 苯 乙 烯 嵌 段 聚 合 物 (SBS) 为主体原料,研制出医用压敏性热熔胶。通过正交试 验,确定了胶粘剂的基本配比,并利用布氏黏度仪和 剥离力测试机对胶粘剂的性能进行了表征。 其主要 技术参数为,外观呈无色透明至浅黄色透明的块状黏 弹性固体;熔融黏度(160 ℃)为(2 000±200) mPa·s; 软化点(环球法)为(86±3) ℃;撕 离 时 不 沾 污 皮 肤 ; 对人体无毒,对皮肤不产生过敏。
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