聚丙烯蜡对EVA 热熔胶性能的影响

靳洪飞，孙 达，张雪萍，李文风，宋宇飞，马凤国

( 青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室/ 山东省橡塑材料与工程重点实验室，山东青岛266042)

EVA 热熔胶是一种绿色环保、零溶剂含量的100%固含量的胶粘剂。它以乙烯- 醋酸乙烯酯共聚物为主体树脂，具有优异的的粘附力、韧性好，能满足耐热、耐寒性的要求，与其他配合剂相容性好，熔融粘度低，施胶便捷，价格低廉[1-2]。因而，在现有的热熔胶中，EVA热熔胶用量最大，应用范围最广。随着国家对有毒、有害产品的大力整治，作为从生产到使用绿色环保的、零污染的EVA 热熔胶受到了人们极大地关注，具有广泛的应用前景[3-4]。

蜡类为EVA 热熔胶配方的重要组成部分。蜡可以调节凝固速度，缩短固化时间，改善抗蠕变性、柔韧性、融化速度，并减少纺丝现象，防止胶料自粘等作用，与此同时，也降低了EVA 热熔胶的造价[5]。然而，随着蜡的添加，粘合剂的内聚强度和粘合强度将不同程度地降低。因此蜡的加入量一般不超过30%。蜡是热熔胶配方中非常关键的一个要素，很多情况下，蜡的品种以及用量关系到一个配方的好坏，而在EVA 热熔胶的配方中常使用饱和度较高的石蜡和微晶蜡。本实验探究了PP 蜡对EVA 热熔胶粘结性能作用机理，并对实际生产理论用量进行了评估。

1 实验部分

1.1 主要原料和仪器

表1 主要原材料Table 1 Main raw materials

表2 主要仪器Table 2 Main instruments

续表2

1.2 试样制备

按照配方用电子天平精确称量EVA 树脂、增粘树脂、蜡存放在干净、安全的实验台上，准备实验使用；将电热炉温度升高到140℃，并保温10min；将EVA 树脂放入特制烧杯中，置于电热炉上升温；待物料完全熔融时，依次加入增粘树脂、蜡和填料；待所有物料完全熔融时，用搅拌器进行高速搅拌，直至共混物完全熔融并充分混合均匀；将EVA 热熔胶胶料从特制烧杯中倒入涂有防粘剂的玻璃器皿上，待冷却后取下，即制得EVA 热熔胶。

取适量的EVA 热熔胶装入210×210×4（mm）的模具；平板硫化机的温度设置为140℃，保温10min，以确保EVA 热熔胶熔融时温度恒定；模具放入平板硫化机中加压加热，熔融加热时间设定为30min，取出后冷压降温，即可制得EVA 热熔胶试样；避免高温、强光照射储存，以备后用。

1.3 性能测试

拉伸性能：采用万能试验机、按照GB/T 528-2009测试，拉伸速率为500mm/min；软化点测试：按照 GB/T 1633-2000 制样。EVA 热熔胶裁成正方形形状，尺寸为10mm*10mm*4mm；剪切强度测试：采用电子拉力仪、按照GB/T 7124-2008，拉伸速率为10 mm/min；熔融指数测试：按照GB/T 3682-2000 试验方法进行测定；接触角测试：按照UNE EN 828-201 实验方法进行测定；扫描电子显微镜测试：用扫描电子显微镜(JSM-7500F) 进行测试分析，观察EVA 热熔胶材料的微观结构。

2 结果与讨论

2.1 蜡含量对EVA 热熔胶剪切强度及拉伸强度性能的影响

从图1 可以看出，随着PP 蜡用量的增加，EVA 热熔胶的剪切强度呈现先上升再下降的趋势，且在PP 蜡用量为20phr 时，EVA 热熔胶剪切强度达到最大值，为3.66MPa。这是因为PP 蜡本身为低分子量的丙烯聚合物，自身的熔融粘度很低，所以具有使EVA 热熔胶熔融时降低熔体粘度的能力；也可以使EVA 热熔胶的表面张力减小，提高EVA 热熔胶对被粘物金属铝和塑料的浸润性能；同时也可以提高热熔胶的粘附力，从而取得了较强的粘接性能[6]。从另一方面来讲，PP 蜡作为低分子量的丙烯聚合物，其结构与被粘物PP 聚合物的结构几乎相同，根据极性相近原则和相似相溶原理，在高温的条件下PP 蜡分子链比较容易扩散至PP 塑料中，形成相对较强的分子间作用力。PP 蜡与EVA 热熔胶的相容性很好，分子间作用力也较大，进一步增加了EVA 热熔胶对被粘物的浸润性能。当PP 蜡加入量超过20phr 时，EVA 热熔胶的剪切强度反而会随着PP 蜡的加入而下降，这是因为PP蜡作为小分子聚合物，分子量比较低，内聚力也比较小，影响了整体的内聚力[7]。当EVA 热熔胶与被粘物的分子间作用力，大于胶体自身的内聚力，就会出现内聚力破坏的现象。一般而言，我们希望的界面破坏形式为界面破坏和内聚力破坏同时发生。因为在这种情况下，我们可以将热熔胶的粘接能力发挥到极致。

图1 PP 蜡含量对EVA 热熔胶剪切强度的影响Fig.1 Effect of PP wax content on shear strength of EVA hot melt adhesive

从图2 可以看出，随着PP 蜡用量的增加，EVA 热熔胶的拉伸强度不断下降。这是因为PP 蜡作为小分子聚合物，分子量比较低，内聚力也比较小，影响了整体的内聚力，即PP 蜡的加入降低了EVA 热熔胶的内聚力；且PP 蜡为烃类化合物，不含有双键和其他极性官能团，而热熔胶中的主要组分一般为极性物质，两者之间的分子间作用力不是很强，所以随着PP 蜡含量的增加，EVA热熔胶的拉伸强度不断下降。我们还可以看出，PP 蜡为20phr 之前，热熔胶的拉伸强度下降速率并不大，而PP蜡含量超过30phr 时，热熔胶自身的力学强度已经有些差了，其粘接强度也很难到达理想效果，因此一般情况下，蜡在热熔胶整体的占比很少超过30%。

图2 PP 蜡含量对EVA 热熔胶拉伸强度的影响Fig.2 Effect of PP wax content on tensile strength of EVA hot melt adhesive

2.2 PP 蜡含量对EVA 热熔胶熔融指数的影响

从图3 可以看出，EVA 热熔胶的熔融指数几乎随着PP 蜡用量的增大呈线性增加，说明了EVA 热熔胶的流动性能受PP 蜡的含量影响较大。这是因为蜡作为热熔胶最重要的粘度调节剂，其主要作用就是降低热熔胶的粘度，提高其熔融流动性性能，使EVA 热熔胶的表面张力减小，提高EVA 热熔胶对被粘物金属铝和塑料的浸润性能，同时也可以提高热熔胶的粘附力从而取得较强的粘接性能。

图3 PP 蜡含量对EVA 热熔胶熔融指数的影响Fig.3 Effect of PP wax content on melting index of EVA hot melt adhesive

2.3 PP 蜡含量对EVA 热熔胶软化点的影响

从图4 可以看出，EVA 热熔胶的软化点随着PP 蜡含量的增加而逐渐降低。因为PP 蜡作为小分子聚合物，分子量比较低，内聚力也比较小，影响了整体的内聚力。PP 蜡为烃类化合物，不含有双键和其他极性官能团，而热熔胶中的主要组分一般为极性物质，两者之间的分子间作用力不是很强，所以随着PP 蜡含量的增加，大量的小分子结构的PP 蜡充斥于各个热熔胶组分之间，削弱了热熔胶各组分之间的分子间作用力，破坏了热熔胶原有的链结构，使其整体的链段活动性增强，热变形能力变强，因而软化点下降[8]。

图4 PP 蜡对EVA 热熔胶软化点的影响Fig.4 Effect of different PP wax content on softening point of EVA hot melt adhesive

2.4 PP 蜡对EVA 热熔胶表干时间的影响

从图5 中可以出，EVA 热熔胶的表干时间随着PP蜡含量的增加而逐渐缩短。因为PP 蜡作为小分子聚合物，分子量比较低，PP 蜡的比热容较小，对温度的变化比较敏感。表干时间从一定程度上体现了热熔胶的加工可操作时间和热固化时间，在实际生产和使用过程中，蜡常常用来进行调整加热熔融速率和涂布时间。这种方法行之简单，效果十分明显。

图5 PP 蜡对EVA 热熔胶表干时间的影响Fig.5 Effect of different PP wax content on drying time of EVA hot melt adhesive

2.5 PP 蜡含量对EVA 热熔胶接触角的影响

从图6 可以看出，随PP 蜡含量的增加，热熔胶与被粘物金属铝片和PP 塑料的接触角均呈现逐渐减小的趋势，该曲线表明了PP 蜡的加入使EVA 热熔胶的流动性增加，使EVA 热熔胶的表面张力减小，提高EVA 热熔胶对被粘物金属铝和塑料的浸润性能，同时也可以提高热熔胶的粘附力，从而取得了较强的粘接性能[8]。蜡在EVA 热熔胶中有多种价值和影响力，但最重要的作用还是降低热熔胶的粘度，提高其流动性，减小接触角，使热熔胶在被粘物表面充分铺展，使二者充分接触，进而提高粘接性能[9]。

图6 PP 蜡含量对EVA 热熔胶接触角的影响Fig.6 Effect of PP wax content on contact angle of EVA hot melt adhesive

2.6 PP 蜡含量的EVA 热熔胶拉伸断裂面及剪切面形貌分析

从图7 可以看出，随PP 蜡含量的增多，EVA 热熔胶逐渐由韧窝大且深、拉丝纤维多、塑性形变充分过渡到韧窝浅、断面拉丝纤维少、塑性形变不充分。当PP 蜡含量大于30phr 时，热熔胶的断面就很难找拉丝纤维，塑性变形不明显，这是因为PP 蜡作为小分子聚合物，分子量比较低，内聚力也比较小，影响了整体的内聚力。PP 蜡为烃类化合物，不含有双键和其他极性官能团，而热熔胶中的主要组分一般为极性物质，两者之间的分子间作用力不是很强，所以随着PP 蜡含量的增加，大量的小分子结构的PP 蜡充斥于各个热熔胶组分之间，削弱了热熔胶各组分之间的分子间作用力[10]，破坏了热熔胶原有的链结构，使其整体的链段活动性增强，大分子链段之间的作用力减弱，内聚力减少。

图7 不同PP 蜡含量EVA 热熔胶拉伸断裂面在1000 倍率下的SEM 形貌图Fig.7 SEM morphology of tensile fracture surface of EVA hot melt adhesive with different PP wax content at 1000-fold rate

3 结论

随着PP 蜡用量的增大，EVA 热熔胶的剪切强度先升高后降低、拉伸强度不断降低；软化点、表干时间和接触角不断减小；熔融指数不断增大。可以通过控制PP蜡的用量来调整EVA 热熔胶的流动性和粘度，增加热熔胶对被粘物的润湿性，提高粘接性能，且因与PP 的结构相似，对PP 聚合物的润湿性改善尤为显著。通过SEM图像分析，当EVA 热熔胶中PP 蜡大于30phr，EVA 热熔胶的内聚力变得十分小，不利于粘接强度的提高。联系实际生产情况综合考虑，EVA 热熔胶中PP 蜡的用量不应超过30phr，且当PP 蜡为20phr 时，EVA 热熔胶剪切强度达到最大，为3.66MPa。