物流封装用改性胶粘剂的制备与性能研究

李倩 王晓霞

摘 要：为了开发出高性能物流封箱装置封装用胶粘剂，研究了单体甲基丙烯酸（MAA）、衣康酸（MEA）、马来酸酐（MAH）和交联改性甲基丙烯酸/丙烯酸（MAA/AA）对胶粘剂试样剥离强度、耐焊性、耐水性和耐热性能的影响。结果表明，单体改性胶粘剂试样的耐焊性都为100%，不同MAH含量改性的胶粘剂试样具有较高的剥离强度，但吸湿率较高。虽然混合交联改性的包封样和胶膜样剥离强度不如MEA改性胶粘剂试样，但吸湿率明显降低。混合交联改性的包封样和胶膜样剥离强度要高于MAA和MAH改性的胶粘剂试样，吸湿率与后者相当或者略低。相较未改性AA胶粘剂试样，混合交联改性胶粘剂试样的初始分解温度、最大斜率分解温度提升，玻璃化转变温度降低。

关键词：封箱用胶粘剂；改性；剥离强度；耐焊性；吸湿率

中图分类号：TQ437

文献标志码：A文章编号：1001-5922（2023）04-0001-04

Preparation and performance study of modified adhesives for logistics packaging

LI Qian1，WANG Xiaoxia2

（1.Tianjin Commodity & Trade School，Tianjin 300384，China;

2.Fujian Normal University，Fuzhou 350117，China）

Abstract：In order to develop a high-performance adhesive for packaging logistics box sealing devices，the effects of monomers such as methacrylic acid （MAA），itaconic acid （MEA），maleic anhydride （MAH） and cross-linked modified methacrylic acid/acrylic acid （MAA/AA） on the peel strength，welding resistance，water resistance and heat resistance of adhesive samples were studied.The results show that the solderability of the monomer modified adhesive samples is 100%，and the adhesive samples modified with different MAH content have higher peel strength，but higher moisture absorption.Although the peel strength of the encapsulated sample and adhesive film sample modified by mixed crosslinking is lower than that of the MEA modified adhesive sample，the moisture absorption rate is significantly lower.The peel strength of the encapsulated sample and adhesive film sample modified by mixed crosslinking is higher than that of the adhesive sample modified by MAA and MAH，and the moisture absorption rate is equal to or slightly lower than that of the latter.Compared with the unmodified AA adhesive sample，the initial decomposition temperature and maximum slope decomposition temperature of the mixed cross-linked modified adhesive sample increase，and the glass transition temperature decreases.

Key words：adhesive for logistics box sealing;modification;peel strength; welding resistance;hygroscopicity

現代物流产业高速快速的同时，给物流封装箱装置等配套产业带来了巨大发展机遇；而胶粘剂作为物流封装箱装置封装中必不可少的原料，其性能将最终影响到整体物流封装箱装置封装水平和质量可靠性［1］。在物流封装箱装置封装逐渐朝着自动化发展的趋势下，封装用胶粘剂需要具有更高的剥离强度、更低的耐水和耐热性，以及良好的耐焊性等［2-4］，这就需要封装用胶粘剂具有更高的综合性能。目前市场上常用的丙烯酸酯胶粘剂在使用过程中存在耐高温性能差、耐水性差等问题［5-7］；常用的方法是在胶粘剂制备过程中加入固化剂等来提升耐高温和耐水性能，但是剥离强度仍然较低，且工艺过程较难控制［8-10］。在此基础上，本文拟通过对封装用丙烯酸酯胶粘剂进行单体改性和交联改性等方法，考察单体甲基丙烯酸（MAA）、衣康酸（MEA）、马来酸酐（MAH）和交联改性甲基丙烯酸/丙烯酸（MAA/AA）对胶粘剂试样剥离强度、耐焊性、耐水性和耐热性能的影响，将有助于高综合性能胶粘剂的开发并推动其在物流封装箱装置封装中的应用。

1 材料与方法

1.1 试验原料

试验原料包括国药集团化学试剂有限公司提供的分析纯甲基丙烯酸（MAA）、分析纯衣康酸（MEA）、分析纯马来酸酐（MAH）；爱珂玛化工有限公司提供的工业级水性氨基树脂（7301）和双马来酰亚胺（PBM）；山东齐鲁石化有限公司提供的工业级丙烯酸（AA）、工业级氢氧化钠和水溶性酚醛固化剂（PF）；广东华丽宝实业有限公司提供的BOPP薄膜和SIT-304型单面板。

1.2 试样制备

预先对MAA、MEA、MAH和AA等用2倍体积的质量分数5%氢氧化钠溶液萃取，然后合成丙烯酸酯乳液。在去离子水中加入三分之一体积的单体并搅拌均匀，添加三分之一体积引发剂搅拌后，置于温度60 ℃水浴锅中进行25 min的水浴处理，继续升温至88 ℃保温1 min后，缓慢加入三分之一体积的混合单体，并升温至90 ℃保温60 min熟化处理后，冷却至室温。交联单体改性和混合交联改性配方如表1、表2所示。

在上述得到的乳液中加入固化剂搅拌均匀，采用手工线棒涂布法涂抹在BOPP薄膜上，98 ℃/15 min高温处理后转入热塑机上与铜箔覆合［11］，得到包封试样；将BOPP薄膜转移至单面板PI面，在热塑机上进行对压处理，然后置于快压机上进行178 ℃/1 min的热压处理，在168 ℃高温固化120 min后得到胶膜样。

1.3 测试方法

根据GB/T 13557—2017对胶粘剂试样进行剥离强度（PS）测试，结果取3组试样平均值；根据GB/T 13557—2017对胶粘剂试样进行耐焊性测试，结果取3组试样平均值；吸湿率测试过程中取均匀的胶膜试样进行测试，试样置于恒温恒湿箱（25 ℃、75%RH）中放置24 h后取出，称量放置前后的质量并计算吸湿率［12］。在DSC-500A差示扫描量热仪上对胶粘剂试样进行DSC曲线测试；在THEMYS热重分析仪（TGA）上对胶粘剂试样进行TGA测试，保护气为高纯氮气。

2 结果与分析

2.1 单体改性

2.1.1 MAA对物流封箱装置封装用胶粘剂性能的影响

表3为MAA对物流封箱装置封装用胶粘剂性能的影响。

由表3可知，1、2、3、4和5包封样的剥离强度分别为0.69、0.72、0.63、0.61和0.66 N/mm；1、2、3、4和5胶膜样的剥离强度分别为1.31、1.39、1.41、1.22和1.16 N/mm。在耐焊性方面，MAA改性的物流封箱装置封装用胶粘剂的耐焊性都为100%；在吸湿率方面，1、2、3、4和5胶粘剂试样的吸湿率分别为3.83%、3.95%、4.18%、4.63%和4.23%。由此可见，不同MAA含量的物流封箱装置封装用胶粘剂包封样和胶膜样的剥离强度都较低，胶膜样剥离强度高于包封样，吸湿率介于3.83%～4.63%。这主要是因为MAA相较AA在侧链上多1个甲基，在胶粘剂试样如何反应过程中会由于甲基存在而产生空间位阻，一定程度上与固化剂反应不充分而无法形成完整的三维网状结构［13-14］，剥离强度会相对较低而吸湿率较高。

2.1.2 MEA对物流封箱装置封装用胶粘剂性能的影响

表4为MEA对物流封箱装置封装用胶粘剂性能的影响。

由表4可知，1、2、3、4和5包封样的剥离强度分别为1.31、1.18、1.20、1.26和1.29 N/mm；1、2、3、4和5胶膜样的剥离强度分别为3.84、4.26、3.28、3.01和3.19 N/mm。在耐焊性方面，MEA改性的物流封箱装置封装用胶粘剂的耐焊性都为100%；在吸湿率方面，1、2、3、4和5胶粘剂试样的吸湿率分别为3.09%、4.63%、5.97%、7.02%和7.79%。由此可见，不同MEA含量的物流封箱裝置封装用胶粘剂包封样和胶膜样的剥离强度都相对不同MAA含量的物流封箱装置封装用胶粘剂试样更高，且胶膜样剥离强度仍然高于包封样，吸湿率介于3.09%～7.79%。这主要是因为MEA具有与丙烯酸相似的结构，只是在侧链多1个羧基，无法直接与乳液发生聚合反应，但有利于与固化剂反应形成三维网状结构［15-16］，因此其剥离强度会提升而吸湿率较高。

2.1.3 MAH对物流封箱装置封装用胶粘剂性能的影响

表5为MAH对物流封箱装置封装用胶粘剂性能的影响。

2.2 混合交联改性

2.2.1 混合交联对物流封箱装置封装用胶粘剂性能的影响

表6为混合交联对物流封箱装置封装用胶粘剂性能的影响。

由表6可见，1、2、3、4、5和6包封样的剥离强度分别为1.03、0.97、1.20、1.15、1.12和1.28 N/mm；1、2、3、4、5和6胶膜样的剥离强度分别为1.96、1.87、2.16、2.15、2.39和2.46 N/mm。在耐焊性方面，混合交联改性的物流封箱装置封装用胶粘剂的耐焊性都为100%；在吸湿率方面，1、2、3、4、5和6胶粘剂试样的吸湿率分别为2.97%、3.26%、2.10%、2.34%、3.32%和3.19%。由此可见，虽然混合交联改性的包封样和胶膜样剥离强度不如MEA改性胶粘剂试样，但吸湿率明显降低，表明其具有更好的耐水性能；混合交联改性的包封样和胶膜样剥离强度要高于MAA和MAH改性的胶粘剂试样，吸湿率与后者相当或者略低，表明混合交联改性胶粘剂试样同时具有较好的耐焊性、耐水性和强度［18］。

2.2.2 未改性与混合交联改性胶粘剂的DSC曲线和微分曲线

图1为未改性与混合交联改性胶粘剂的DSC曲线和微分曲线。

从图1可以看出，相较于未改性的AA胶粘剂试样，混合交联改性胶粘剂的玻璃化转变温度降低。未改性AA胶粘剂试样的玻璃化转变温度为27.6 ℃，混合交联改性胶粘剂试样的玻璃化转变温度降至21.3 ℃。

2.2.3 未改性与混合交聯改性胶粘剂的DSC曲线和微分曲线

图2为未改性与混合交联改性胶粘剂的TGA曲线和微分曲线。

从图2可以看出，相较于未改性的AA胶粘剂试样，混合交联改性胶粘剂试样的初始分解温度有所提升（278 ℃提高至301 ℃），最大斜率分解温度也提升了3 ℃（397 ℃提高至400 ℃），表明MEA/AA交联改性胶粘剂试样的耐热性能相较未改性AA胶粘剂试样有所提升［19-20］。

3 结语

（1）不同MAA含量的物流封箱装置封装用胶粘剂包封样和胶膜样的剥离强度都较低，胶膜样剥离强度高于包封样，吸湿率介于3.83%～4.63%；

（2）不同MEA含量的物流封箱装置封装用胶粘剂包封样和胶膜样的剥离强度都相对不同MAA含量的物流封箱装置封装用胶粘剂试样更高，且胶膜样剥离强度仍然高于包封样，吸湿率介于3.09～7.79%；

（3）不同MAH含量的物流封箱装置封装用胶粘剂包封样和胶膜样的剥离强度都相对不同MAA含量的物流封箱装置封装用胶粘剂试样更高，但是吸湿率低于不同MAA含量的物流封箱装置封装用胶粘剂试样，且胶膜样剥离强度仍然高于包封样，吸湿率介于2.17%～4.34%；

（4）虽然混合交联改性的包封样和胶膜样剥离强度不如MEA改性胶粘剂试样，但是吸湿率明显降低，表明其具有更好的耐水性能；混合交联改性的包封样和胶膜样剥离强度要高于MAA和MAH改性的胶粘剂试样，吸湿率与后者相当或者略低。

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