熱熔膠無(wú)溶劑,幾乎無(wú)氣味,無(wú)污染,施膠方便,因而在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。以乙烯—醋酸乙烯無(wú)規(guī)共聚物(EVA)為基礎(chǔ)樹(shù)脂的熱熔膠,是熱熔膠*重要的品種之一,可用于包裝材料、書(shū)籍裝訂、木材加工等行業(yè),其中包裝材料所用又幾乎占了EVA熱熔膠的一半。本文以包裝用EVA熱熔膠為主,討論了熱熔膠各主要成分的作用,以及組成和用量對(duì)熱熔膠性能的影響。

  EVA熱熔膠的主要成分

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  EVA熱熔膠主要由以下四種成分熔混而成:基礎(chǔ)樹(shù)脂即EVA樹(shù)脂、增粘樹(shù)脂、蠟、抗氧劑,某些場(chǎng)合還可加入少量填料以增加填隙性并降低成本。

  EVA聚合物

  乙烯和醋酸乙烯的無(wú)規(guī)共聚物(EVA)是熱

  熔膠的基礎(chǔ)樹(shù)脂,其分子結(jié)構(gòu)可表示為:

  EVA的類(lèi)型決定了熱熔膠的內(nèi)聚強(qiáng)度、柔韌性、對(duì)基材的粘接性以及可加工性。對(duì)熱熔膠而言,應(yīng)注意EVA的下列性能:分子質(zhì)量及其分布、醋酸乙烯酯(VA)含量、結(jié)晶度、軟化點(diǎn)、熔點(diǎn)、熔體指數(shù)(MI)以及熔體粘度等,因?yàn)檫@些性能直接影響熱熔膠的各項(xiàng)性能。EVA的上述性能是相互聯(lián)系的。同一系列的EVA,分子質(zhì)量越大,通常軟化點(diǎn)越高而熔體指數(shù)MI越小;不同系列的EVA,結(jié)晶度和熔點(diǎn)隨VA含量的增加呈直線(xiàn)下降。熔體粘度與MI有直線(xiàn)反比關(guān)系。一般用VA含量在9%～40%的EVA,當(dāng)VA含量超過(guò)40%以上,EVA不再結(jié)晶。此外,當(dāng)VA含量超過(guò)30%時(shí),雖然對(duì)極性及多種無(wú)孔非極性基材的粘接性有所提高,但此種EVA聚合物常常與蠟不相容,這是熱熔膠配方設(shè)計(jì)時(shí)要注意的一點(diǎn)。有時(shí),在一個(gè)配方中往往要用MI高低不同的EVA或VA含量不同的EVA搭配使用,才能獲得滿(mǎn)意的綜合性能

  填料

  有時(shí)在熱熔膠中加入一些填料,可降低收縮率,增加填隙性,降低成本。可用的填料有碳酸鈣、滑石粉、二氧化硅等。

  熱熔膠的性能調(diào)節(jié)

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  粘接性

  粘接性是熱熔膠*重要的性能之一,影響因素也*多。首先,EVA是熱熔膠粘接性能的主要決定者。如前所述,當(dāng)EVA中VA含量增加時(shí),熱熔膠的粘接性大大提高,高VA含量的EVA可用來(lái)粘接無(wú)極性的非多孔材料,例如聚乙烯和聚丙烯膜。其次,增粘樹(shù)脂和蠟對(duì)粘接性的影響主要取決于它們的熔體粘度和化學(xué)結(jié)構(gòu)。粘度越低,熱熔膠越容易滲入多孔基材,從而形成機(jī)械結(jié)合。蠟的表面能低,當(dāng)蠟量增加時(shí),熱熔膠的潤(rùn)濕性提高,可增加粘接性。用微晶蠟代替石蠟可改進(jìn)價(jià)鍵力引起的粘附,這是因?yàn)槲⒕灍崛勰z的模量低,凝定時(shí)間長(zhǎng)的緣故。

對(duì)于極性基材,采用有極性基團(tuán)的蠟(如羥基蠟或天然蠟)可提高粘接性。熱熔膠的粘接性受整個(gè)膠體系相容性的影響。以蠟和EVA為例,蠟與VA含量在18%～28%的EVA相容性*佳,容易形成共結(jié)晶,粘接性很好,但當(dāng)VA含量低于9%時(shí),EVA先于蠟結(jié)晶,成了蠟的填料,膠的粘合性很差。

  粘度和流動(dòng)性

  熱熔膠的粘度和流動(dòng)性與施膠性能密切相關(guān)。選擇MI大的EVA,熔體粘度小的增粘樹(shù)脂都可以使熱熔膠粘度下降,還可選擇MI高低不同的EVA配合使用來(lái)調(diào)節(jié)熱熔膠的施工粘度。但是,影響*大的還是蠟,因?yàn)橄炇菬崛勰z中粘度*小的成分,增加蠟的用量,可以顯著降低熱熔膠的粘度,增加其流動(dòng)性,盡可能選用粘度小、分子質(zhì)量小的蠟,這樣可以增加EVA用量或采用低MI的EVA。粘接多孔材料(紙板、瓦楞板)時(shí),一般來(lái)說(shuō)熱熔膠的粘度越小越好。粘度太大,可能在膠未充分滲透基材時(shí)已固結(jié),致使粘接不好;粘度太低又可能造成膠過(guò)度滲入多孔基材,從而產(chǎn)生缺膠現(xiàn)象,這在機(jī)械化定量施膠的包裝中特別要引起注意。

  總之,熱熔膠的粘度主要由蠟的種類(lèi)、用量和EVA的MI來(lái)調(diào)節(jié)。蠟的熔點(diǎn)和熱熔膠的軟化點(diǎn)高低與熱熔膠的粘度并無(wú)對(duì)應(yīng)關(guān)系。

  拉伸強(qiáng)度和模量

  從表1可知,EVA的強(qiáng)度隨其VA含量和MI(或分子質(zhì)量)不同有很大的變化。通常MI較小的EVA強(qiáng)度高,制成的熱熔膠強(qiáng)度也大。此外,在相容性允許的情況下蠟?zāi)苁篃崛勰z強(qiáng)度和模量增加,若不相容則會(huì)使膠的剛性增大對(duì)提高強(qiáng)度無(wú)益。采用正烷烴含量高的高結(jié)晶蠟或高熔點(diǎn)蠟,會(huì)使熱熔膠的拉伸強(qiáng)度和模量提高。

  延伸率和柔韌性

  EVA的分子質(zhì)量直接影響膠的柔韌性,MI越小,柔韌性越小。以VA含量為28%的EVA為例,熔體指數(shù)MI與柔性模量的關(guān)系見(jiàn)表3。

  蠟對(duì)熱熔膠的柔韌性也有很大影響。用微晶蠟代替石蠟,或用窄分布的合成蠟代替普通合成蠟,可以增加熱熔膠的柔韌性,這是因?yàn)槲⒕灡仁炗懈玫娜犴g性,而窄分布合成蠟更易與EVA中的乙烯鏈段相容之故。另外,松香酯和萜烯樹(shù)脂增粘劑極性越大,與高VA含量的EVA相容性也越好,這樣也可提高熱熔膠的室溫柔韌性。蠟分子中的異構(gòu)及環(huán)化烷烴量高,制成的熱熔膠延伸率大。幾種石油蠟的異構(gòu)和環(huán)化情況見(jiàn)表4。

  書(shū)籍裝訂用熱熔膠要求延伸率高達(dá)500%～600%,冰箱包裝用膠也要求有較好的柔韌性,因而配方中多采用微晶蠟。

  玻璃化溫度Tg

  熱熔膠的Tg直接關(guān)系到膠的低溫性能,在Tg以下,膠脆,受沖擊或彎曲時(shí)容易斷裂。熱熔膠中EVA的Tg較低,但增粘樹(shù)脂和蠟的Tg一般較高。由高聚物物理學(xué)可知:若組份相容,混合體系的Tg處于組份高低Tg之間,由混合比決定;若體系不相容,則會(huì)出現(xiàn)幾個(gè)Tg。熱熔膠也是如此,高分子質(zhì)量的聚乙烯蠟與EVA的相容性往往不好,而窄分布的合成蠟、石蠟和微晶蠟與EVA相容。軟微晶蠟的加入會(huì)使熱熔膠的Tg稍稍上升,而高熔點(diǎn)的合成蠟使熱熔膠Tg上升較大。要想使熱熔膠的Tg較低,還應(yīng)盡量采用Tg低的增粘樹(shù)脂。

  開(kāi)放時(shí)間

  開(kāi)放時(shí)間指的是施膠后不會(huì)因凝定或結(jié)晶矢去潤(rùn)濕能力仍能使用的時(shí)間間隔。熱熔膠的開(kāi)放時(shí)間常以秒計(jì)。對(duì)聚合物增粘樹(shù)脂體系而言,蠟的加入總是縮短開(kāi)放時(shí)間,影響程度隨蠟的性質(zhì)而變。一般來(lái)說(shuō),蠟用量越大,熔點(diǎn)越高,結(jié)晶度越大,則使熱熔膠開(kāi)放時(shí)間越短。不同用途的熱熔膠要求有不同的開(kāi)放時(shí)間。如工藝品用膠開(kāi)放時(shí)間要長(zhǎng)些,以便于手工操作

  和調(diào)整,而高速紙板密封膠則開(kāi)放時(shí)間很短,這樣有利于縮短工期。

  凝定時(shí)間

  凝定時(shí)間即膠的定位時(shí)間,與熱熔膠的熔點(diǎn)、環(huán)境溫度有關(guān)。冬季氣溫低,散熱快,凝定時(shí)間短。配方設(shè)計(jì)中可用蠟來(lái)調(diào)節(jié)凝定時(shí)間,高結(jié)晶度、高熔點(diǎn)蠟可縮短凝定時(shí)間,而微晶蠟則延長(zhǎng)凝定時(shí)間。

  未固化強(qiáng)度和初粘性

  膠未固化前的粘接強(qiáng)度直接影響到施膠后的加壓時(shí)間,從而也影響到粘接工藝。未固化強(qiáng)度與膠的極性、潤(rùn)濕性有關(guān),選取內(nèi)聚強(qiáng)度和抗張強(qiáng)度高的組份有利于提高膠的未固化強(qiáng)度。蠟的類(lèi)型和用量對(duì)未固化強(qiáng)度也有很大影響。

  耐熱性

  與組份的熔點(diǎn)和分子質(zhì)量分布有關(guān)。用高熔點(diǎn)組份制成的熱熔膠耐熱性高,而蠟的加入常常降低耐熱性。

  抗粘連性

  熱熔膠膠粒的抗粘連性對(duì)膠的貯存有直接關(guān)系。抗粘連性差的膠高溫高濕下貯存易結(jié)塊。用較硬的蠟可防止膠粒粘連,如聚乙烯蠟。除了選擇合適的蠟外,蠟的用量也可控制粘連。此外,在某些場(chǎng)合下還可在膠粒中拌入滑石粉一類(lèi)的粉狀物防粘連。