一种轻质装饰板材用免钉胶的研究

AmieRigsby

材料，采用混合溶剂体系，通过使用纳米碳酸钙（nano-CaCO3）、萜烯树脂（TR），研制出一种轻质装饰板材用免钉胶。研究了橡胶配比、混合溶剂的配比、nano-CaCO3和TR用量对免钉胶性能的影响。结果表明，当w（星型SBS）：w（线性SBS）=5：5、v（MB）：v（120#）：v（DMK）=40：40：20、w（nano-CaCO3）=15%、w（TR）=12%时，制得的免钉胶综合性能优异，具有良好的应用前景。
关键词：凝胶渗透色谱；共聚酰胺；热熔胶；分子质量；分布
装饰胶粘剂是建筑装饰领域中必不可少的材料之一，其中的溶剂型胶粘剂在建筑行业的发展已经较为成熟，常见的有氯丁橡胶胶粘剂、热塑性丁苯橡胶（SBS）胶粘剂等，但因其使用大量的有机溶剂，在发展的同时不断受到日趋严厉的生活环境法规的制约，比如国家质检总局于2009年9月1日颁布实施了国家标准《GB 18583—2008 室内装修材料胶粘剂中有害物质限量》等。因此，开发低有机挥发物（VOC）含量、符合环境和健康要求、性能优良的胶粘剂显得尤为重要。免钉胶凭借其高固含量、施工方便、无钻孔、粘接快等特点，已经在欧美国家得到了较早的应用，而国内目前免钉胶的技术报道和产品研究依然为数不多[1，2]。
本研究通过单因素法探讨了橡胶、溶剂、填充剂、增粘树脂的选择，研究了各因素对胶粘剂性能的影响，旨在制备一种性能优良的免钉胶。
1 实验部分
1.1 实验仪器
JB90-D型强力电动搅拌机，上海标本模型厂；5 L行星搅拌试验机，无锡兴德传动科技有限公司；全自动针锥入度测定仪，法国Norma lab公司；LJ-1000型拉力实验机，广州市广材实验仪器有限公司；挤出性测试仪，自制。
1.2 主要原材料
SBS，韩国LG公司；防老剂（BHT），广州力国贸易有限公司；纳米碳酸钙（nano-CaCO3），福建鸿丰纳米科技有限公司；蒙脱土（MMT），灵寿县华润矿物粉体加工厂；滑石粉（TD），栖霞市鑫昇滑石粉有限公司；高岭土（Kaolin），佛山市源磊粉体有限公司；萜烯树脂（TR），河南丰达化工；溶剂，市售；以上产品均为工业级。
1.3 胶粘剂制备
1）预制浆的制备
在装有搅拌器、回流冷凝装置的四口烧瓶中加入溶剂，搅拌下加入树脂、橡胶，至溶解完全即得预制浆。
2）免钉胶的制备
将预制浆加入行星搅拌机中，搅拌下缓慢加入填充剂、防老剂BHT，充分搅拌直至混合均匀即可。
1.4 测试与表征
1）锥入度
按液态密封垫锥入度试验方法进行测试[3]。
2）挤出性
采用挤出性测试仪，测试单位时间内挤出胶浆的体积（1 min，气压0.2 MPa）。
3）下垂度
按照JC/T2186—2013规定执行。
4）拉伸剪切强度
按照JC/T2186—2013规定执行（标准试验条件24 h）。
2 结果与讨论
2.1 主体材料对胶粘剂性能的影响
SBS具有优良的弹性和拉伸强度、永久变形小、屈挠性和回弹性好等特点，而且其易溶解，无需炼胶，使用少量溶剂即可获得高固含量、低黏度溶液，有利于低VOC含量胶粘剂的制备[4]。因此，本研究选择SBS作为主体材料。
按分子链结构的不同，SBS可分为星型（Ⅰ）和线型（Ⅱ）2大类，不同类型SBS具有不同的特点。星型SBS主要特点是相对分子质量高，内聚强度大，物理交联密度大，耐热性和弹性模量相对较高等；线型SBS主要特点是相对分子质量低，内聚强度小等。本研究将星型和线型SBS搭配使用，充分发挥二者的优点，使胶粘剂性能达到最佳。
不同类型SBS比例对免钉胶性能的影响如表1所示。
由表1可以看出，随着星线比例的增加，锥入度和挤出性均逐渐减小，这主要是受橡胶黏度的影响，星型SBS橡胶黏度高，当其含量逐渐增加时，胶液黏度也逐渐增大；对于拉伸剪切强度，当w（Ⅰ）：w（Ⅱ）=5：5时达到最大值；对于下垂度，当w（Ⅰ）：w（Ⅱ）=0：10时较差，主要受线型SBS黏度较低的影响而导致，其余均在标准范围之内。综合考虑，w（Ⅰ）：w（Ⅱ）=5：5时较适宜。
2.2 溶剂的选择
胶粘剂溶剂体系的选择需充分考虑与橡胶的相容性，一般采用溶解度参数（δm）来评估。SBS结构特殊，二相的δm值也有所区别，与S相相容的δm最佳值为9.1，与B相相容的δm最佳值为8.4[5]，可溶解SBS的最佳δm为7.7～9.4。本研究选择甲苯、120#溶剂油、丙酮作为基本溶剂体系，不同溶剂配比对胶粘剂性能的影响如表2所示。
由表2可以看出，不同配比溶剂体系的δm均在可溶范围之内，对橡胶的溶解性良好；拉伸剪切强度最好的溶剂体系为v（MB）：v（120#）：v（DMK）为40：20：40，这主要是受胶液黏度的影响，当胶液黏度相对较低时，对被粘面的湿润性较好，粘接效果稍好，但若黏度较高时胶粘剂对被粘界面的润湿和渗透性变差，又会影响粘接强度。综合下垂度等因素考虑，选择v（MB）：v（120#）：v（DMK）=40：40：20时较适宜。
2.3 填料对胶粘剂性能的影响
2.3.1 填料的选择
由于免钉胶黏度较高，用常规的黏度计无法测试，因此本研究采用胶浆的锥入度表征其黏度。不同类型的填料对免钉胶性能的影响如表3所示。
由表3可见，对于锥入度和挤出性，nano-CaCO3和蒙脱土相似，滑石粉和高岭土相对较高；拉伸剪切强度以纳米碳酸钙最优，其次是蒙脱土和高岭土，滑石粉最低；对于下垂度，nano-CaCO3和蒙脱土最小，滑石粉和高岭土稍差。综合考虑，选择nano-CaCO3较适宜。
2.3.2 nano-CaCO3用量对胶粘剂性能的影响
不同nano-CaCO3用量对免钉胶性能的影响如表4所示。
由表4可以看出，随着nano-CaCO3用量的增加，胶粘剂锥入度和挤出性逐渐减小，主要是填料含量增加，胶液黏度增大，胶液由稀变稠的缘故；拉伸剪切强度呈先增后减态势，当w（nano-CaCO3）=15%时达到最大值，这是因为刚性填料粒子对胶粘剂的力学性能有一定影响，适宜的用量可起到补强作用，当含量较小时补强作用不明显，含量过多时填料在胶粘剂基体中的分散性变差，基体中的有效成分含量过低导致粘接强度下降；下垂度则逐渐减小，含量超过15%时下垂度均为0。综合考虑，选择w（nano-CaCO3）=15%较适宜。
2.4 树脂对胶粘剂性能的影响
胶粘剂中树脂的选择需要考虑与基体橡胶的相容性。与SBS末端嵌段PS相容的树脂主要有古马隆树脂、碳9石油树脂、萜烯树脂等，与中间嵌段PB相溶的树脂主要有松香树脂、碳5石油树脂、萜烯树脂等。本研究选择与PS、PB两相均相容的萜烯树脂作为胶粘剂的增粘树脂。
萜烯树脂用量对胶粘剂性能的影如响表5所示。
由表5可知，随着萜烯树脂用量的增加，锥入度和挤出性稍有增加，这主要是由于增粘树脂可以使胶液黏度降低导致[6]；拉伸剪切强度呈先增后减态势，当增加到12%时粘接强度达到最大值，当用量过多时粘接破坏形式变为内聚破坏，粘接强度有所降低；下垂度方面，当超过16%时略有增加，但均可满足产品要求。综合考虑，选择w（TR）=12%较适宜。
3 结论
（1）选择SBS为主体材料，确定了不同型号SBS（即星型I/线性Ⅱ）的最佳比例为w（I）：w（Ⅱ）=5：5，制备出一种轻质装饰板材用免钉胶。
（2）采用单因素法优选出溶剂、填料、增粘树脂的最佳工艺条件：当v（MB）：v（120#）：v（DMK）=40：40：20、w（nano-CaCO3）=15%、w（TR）=12%时，制备的免钉胶性能最佳。
参考文献
[1]广东三和化工科技有限公司.一种免钉胶及其制备方法：中国，201310726150.6[P].2014-04-09.
[2]抚顺哥俩好化学有限公司.一种环保装饰免钉胶及其制备方法：中国，201310436008.8[P].2
014-01-01.
[3]张向宇.胶粘剂分析与测试技术[M].北京：化学工业出版社，2004.
[4]李子东，李广宇，等.胶黏剂助剂[M].北京：化学工业出版社，2009.
[5]北京粘接学会.胶粘剂技术与应用手册[M].北京：宇航出版社，1991.