图书胶装用S36热熔胶粘接性能分析及改性研究

2023-07-04蒲晔芬

粘接 2023年4期

蒲晔芬

摘要：传统的线订与平订图书装订技术已经逐步被热熔胶无线装订技术所取代，后者也逐步成为该领域的主流技术。将SBS和EVA热熔胶进行物理混合改性，然后对掺入热熔胶、添加剂的关系展开深入的分析，进而得出改性EVA热熔胶不同组分的最佳比例。随SBS掺入量的增加，热熔胶抗拉强度、软化点逐步提高，相应的邵氏硬度不断的下降，于是剥离强度呈现出先增后减的特征。结果表明，SBS的最佳添加量为20%。对这种性能出色的改性EVA热熔胶进行制备，可以更好地用于图书装订中。

关键词：图书胶装；EVA热熔胶；影响因素；改性

中图分类号：TQ346+.4

文献标志码：A文章编号：1001-5922（2023）04-0029-04

Analysis and modification research on the adhesive performance of s36 hot melt adhesive for book binding

PU Yefen

（Xian Medical University，Xian 710021，China）

Abstract：The traditional bookbinding technology of thread binding and flat binding has been gradually replaced by the hot-melt adhesive wireless binding technology，which has gradually become the mainstream technology in this field.EVA hot melt adhesive and SBS were modified by physical blending，and the relationship between different additives and hot melt adhesive was analyzed，and then the optimum ratio of different components of modified EVA hot melt adhesive was summarized.With the increase of SBS content，the softening point and tensile strength of hot melt adhesive increased gradually，shore hardness gradually decreased andthe peel strength increased first and then decreased.The experiment finally determined that the best amount of SBS was 20%，and then prepared this kind of modified EVA hot-melt adhesive with excellent performance，which could be better used in book binding.

Key words：book adhesive;Eva hot melt adhesive;influencing factors;modification

胶粘剂种类丰富，其中EVA热熔胶（Ethylene Viny Acetate）凭借着自身出色的性能，如无毒、成本低廉、研制简单等，使得这种热熔胶在很多行业中得到广泛运用。在造纸行业，旧纸进行回收处理之际，这种热熔胶也存在着很难去除等问题，容易在纸面上附着，并出现了较多的斑点，对印刷质量与外观等产生显著负面影响。为此，对旧纸张进行回收处理时，就需要对胶粘部分进行剪裁，所以需要耗费不少精力。为了对此问题进行解决，则需要开发水溶性或者水分散性热熔胶。

1 EVA热熔胶介绍

当前在各种装订粘合剂中，EVA热熔胶使用量最大。这种热熔胶的优势体现在，只需要约为10 s的时间就能实现凝固，制作成本低廉，无毒害性，而且在粘接方面有着较广的适用范围，可以支持聚乙烯、聚丙烯等材料的粘接，而且效果较佳。应用于书籍装订的热熔胶，目前可以细分成边胶和背胶2类，对于后者而言，可以根据胶订机性能等分成低速与高速胶。因为胶订生产线对热熔胶的要求存在着差异，为此，热熔胶厂家就需要按照用户需求对产品配方加以调整，并更好的与胶订生产线加以匹配。该热熔胶局限性体现在刚性较差，有着较低的软化点，这使之应用范围受到一定限制［1-2］。此外，EVA热熔胶还具有一定记忆性，在打开图书时，就有着合上图书的力，这在精装书上表现的较为显著。另外EVA热熔胶不同，对应的内聚强度、柔韧性等也会存在不同。在选择相关热熔胶时，需要综合VA含量、熔点等要素。若是前者含量达到一定水平，熔融指数产生改变，容易使EVA以及关联性能有一定改变［3］。为此，在研制热熔胶之际，就需要结合性能对VA含量、熔融指数等参数进行科学混合。

2 影响EVA热熔胶性能的因素分析

2.1 影响EVA热熔胶黏度和流動性的因素

该热熔胶的流动性、黏度与其施胶性能存在着决定性关系。在对EVA热熔胶进行制备时，若是需要对其黏度进行适当降低，就需要选择黏度更小的增粘树脂与熔融指数更大的EVA，而且在选用后者时，还需要科学调节施工黏度。然而，在影响该胶体流动性与胶黏度等要素中，蜡要素显然最为重要［4-7］。由于EVA热熔胶含有一定蜡，而且该物质的黏度最低，倘若对蜡的使用量进行适当增大，就可以对该热熔胶的黏度进行降低，使之流动性进行提升。在支配该热熔胶之际，尽可能运用黏度、质量都相对较小的蜡，并对EVA量进行增添。

2.2 影响EVA热熔胶拉伸强度和模量的因素

当熔融指数与VA占比存在差异时，对应的EVA强度也有明显不同。通常，前者指数小，那么EVA强度就搞，据此研制的热熔胶强度就较高。另外，在某个相容性范围之内，蜡可以有助于增大热熔胶模量与强度。若是有不相容问题，那么胶的刚性就会相应提升，其强度增长难度上升。一般而言，选用高结晶蜡，且有着较高的正烷烃含量，可以对EVA热熔胶的模量与拉伸强度进行提升。

2.3 影响EVA热熔胶粘接性的因素

粘接性是EVA热熔胶最为重要的一个性能，对其粘接性能产生影响的要素整体较多，主要体现在：（1）EVA对该热熔胶的粘接性产生了决定性影响，若是VA占比增加，那么它的粘接性就会明显提升，对于这类热熔胶一般可以对无极性非多孔材料进行粘接，如聚乙烯等；（2）蜡与增粘树脂能够借助于相应化学结构对EVA热熔胶的粘接性进行影响。在蜡熔体与增粘树脂黏度下降时，该EVA热熔胶深入至多孔材料的难度就会随之下降，并能形成机械结合。蜡具有较低的表面能，蜡量提升后，该热熔胶的润湿度就会相应增长，于是它的粘接性就会相应提升。因为微晶蜡热熔胶存在较低的模量，它的凝定用时颇长，为此，通常使用石蜡取代之，从而对粘附力进行改善。若是极性材料，那么在热熔胶中掺入具有极性基团的蜡就能对其粘接性进行提升［8］。该粘接性与胶体系相容性也有颇为明显的关系，譬如EVA与蜡，若是后者与VA占比约为23%，此时对应的相容性最佳，可以构建共结晶，因此能够产生较强的粘接性。倘若VA占比降低到10%之下，那么EVA的结晶时间更早，于是就轉变成蜡填料，此时热熔胶粘接性就会下降。

3 改性EVA热熔胶配方的研究

3.1 测试过程

在环架金属板上放置金属试验环，后者已经被试样填满；另外，钢球定位环设置在试样环中，然后是将钢球放于定位环中，同时，把该装置配置于具有一定甘油的烧杯之中，并浸没试样环，高出其5 cm。之后，将此装置固定至软化点测试设备中，并将温感器置入环架金属板孔，通过螺丝加以固定；然后将该测试设备打开，实验前先将转速值设定为30 r/min，正式进行试验。随着温度升高，钢球将随之正式开始试样，也会随之掉落于底部，掉落后钢球便与其接触，底部挡板为金属材质，设备此时就会进行自动记录温度，于是就能得到热熔胶软化点［9］。

3.2 结果与讨论

3.2.1 氢化C5石油树脂对改性EVA热熔胶剥离强度的影响

EVA聚合物（单一性）对热熔胶进行制备之际，由于存在较大的熔融黏度，因此在被粘接物表面很难进行铺展，于是被粘接物表面存在较次的初粘性，润湿性也相对较差。掺入适量的增粘树脂则是对此问题进行解决的较佳方式。这种树脂相对分子质量不大，在较低的熔融黏度200～2 000条件下，与EVA聚合物相容性佳。掺入氢化C5树脂达到15%，此时该胶体的剥离强度达到39.5 N/cm ，随着该树脂掺入量的增长，直至达到25%，该剥离强度达到极大值，大小为43.6 N/cm 。此时若是继续增加此树脂，那么剥离强度反而会下降［10-11］。究其原因，该C5树脂的熔融黏度小，在掺入量提升时，会对此交替的流动性能进行改善，使之在被粘接物表面更好地扩散，进而对其润湿性能进行改善，于是该胶体与被粘接物表面就有着更高的初粘性与浸润性。在胶体扩散性提升后，该EVA胶体更容易掺入孔隙，由此产生胶钉，于是粘接就更为牢固。若是该树脂掺入量增长超过25%，意味着热熔胶流动性已经达到极限，在继续增添已经不能改善该流动性，而且随着该树脂掺入量增长，EVA在其中的占比就会稀释，而其是内聚强度的重要贡献者，这也是对剥离强度产生显著影响的关键要素［12-13］。随着EVA占比下降，那么对应的剥离强度必然会降低。由实验结果可知，该C5树脂增长到25%，此时剥离强度达到极大值，即为43.6 N/cm。

3.2.2 SBS含量对热熔胶破坏状态的影响

表1为SBS含量对热熔胶破坏状态的影响结果。

由表1可知，当SBS质量分数在10％以下时，破坏状态均为内聚破坏，具体如图1所示，此时的内聚力小于粘附力。当SBS质量分数大于20％时，此时破坏状态均为界面破坏，

粘附力低于内聚力。若SBS质量分数达到15.0%时，此时为典型的混合破坏态，具体如图2所示。不同胶层分别产生了内聚与界面破坏，具体如图3所示［14］。由此可见，若SBS质量分数提高，改性之后热熔胶就有着较高的内聚强度，胶接状态达到理想阶段，这就是胶体的内聚力超过被粘接材料界面的粘附力，为此，SBS占比需要超过2成。

3.2.3 石蜡对改性EVA热熔胶剥离强度的影响

对于EVA热熔胶而言，石蜡无疑是重要的黏度调节剂，其核心功能就是对凝固速度进行调节，使得该热熔胶更为快速的固化，使之熔融黏度显著下降，并对流动性能进行优化，使之与被粘接物表面有着更高的润湿性，同时还能防范胶体结块与拉丝问题，使之成本有效下降。本次试验借助于密炼机制备6组不同的EVA热熔胶，其石蜡添加量不同，最小为1%，最高为21%，中间分别为17%、13%和9%、5%，然后对他们的剥离强度进行测试。在掺入1%石蜡时，对应剥离强度达到39.2 N/cm；掺入量为5%的石蜡，对应强度则是41.2 N/cm，随后再增添石蜡，那么该强度反而为下降。其原因为可能在石蜡掺入量低于5%时，此时石蜡量增长后，该热熔胶会产生更高的流动性［15］，于是其渗透性、扩散性提升，有助于形成牢固的粘接。然而，再继续增添石蜡掺入量，但石蜡本身缺乏粘接性能，于是EVA占比下降，这就导致胶体缺乏粘接性能。为此，掺入少量的石蜡有助于对胶体的流动性进行改善，使之凝固速度上升；但石蜡增添过多，反而会降低该胶体的粘接性能。

3.2.4 抗氧剂对热熔胶性能的影响

抗氧剂的核心作用就是对高分子材料的热氧化加以控制，倘若热熔胶成功在高温环境中运用，那么掺入相应抗氧剂之后，就能改善它的热稳定性。制备3个组的配方，热熔胶具有统一性，不过1号胶体没有置入抗氧剂［16］；2号掺入1%的抗氧剂1010；3号热熔胶掺入抗氧剂264，占比同样是1%，将这3个组热熔胶置于烘箱，温度设置为180 ℃，共2 h。然后对3个组热熔胶的内部、表面颜色进行观察，具体结果如表2所示。

由表2可知，1号热熔胶在2 h时表面为黄色，内部也开始部分变成了黄色，意味着没有掺入抗氧剂的1号热熔胶产生了显著氧化。另外2组掺入抗氧剂的热熔胶则仅仅产生了较为轻微的氧化，意味着这2种抗氧剂对热熔胶高温氧化存在着较佳的抑制作用［17-18］。从成本视角来分析，尽可能选用抗氧剂1010，它的成本更低，而且只需要掺入1%的抗氧化剂即可。

4 结语

在EVA热熔胶中掺入SBS，该胶体的软化点在掺入SBS量增长时就会逐步上升，剥离强度在SBS占比提升下，就会先增后降，实验显示，在掺入SBS量达到25%时，得出SBS/EVA热熔胶的最佳添加剂掺入量。其中石蜡、C5树脂、抗氧剂1010的掺入量分别为5%、25%和1%；此外，纳米碳酸钙的掺入量则达到9%。在热熔胶中掺入适量SBS，热熔胶的力学与粘接性能都能获得很大改善，这对于该热熔胶的改性分析，拓展其应用范围存在着重要意义。

【参考文献】

［1］陈精华，石俊杰，张健臻，等.稳定剂对反应型聚氨酯热熔胶性能的影响［J］.聚氨酯工业，2018，33（2）：37-39.

［2］蔡洪，韩冰，高文通，等.POE改性聚烯烃热熔胶性能研究［J］.化学工程与装备，2022（11）：26-28.

［3］孔超，杜壮，唐舫成，等.聚烯烃热熔胶在连续纤维增强复合材料中的应用研究［J］.粘接，2019，40（1）：15-17.

［4］宋德建，于鹏，彭进松，等.阻燃EVA热熔胶的制备及其在线缆修复中的应用研究［J］.中国塑料，2022，36（9）：53-56.

［5］周琪琪，唐曦阳，陈宇星，等.废聚酯的醇解改性及应用于PUR热熔胶的研究［J］.湖南师范大学自然科学学报，2022，45（3）：81-87.

［6］王永刚，关子昂，于鑑衡，等.热熔胶基质和热熔胶贴膏制备技术的应用分析［J］.中国现代应用药学，2022，39（8）：1088-1094.

［7］周琪琪，唐曦阳，陈宇星，等.废聚酯的醇解改性及应用于PUR热熔胶的研究［J］.湖南师范大学自然科学学报，2022，45（3）：81-87.

［8］胡树，孙立民，张利利，等.电子行业用反应型聚氨酯热熔胶的研究进展［J］.粘接，2019，40（1）：41-45.

［9］靳洪飞，李文风，孙达，等.增粘树脂对EVA热熔胶性能的影响［J］.合成材料老化與应用，2021，50（3）：21-24.

［10］张续，宋禹泉，姜志国，等.异氰酸酯基硅烷改性湿固化聚氨酯热熔胶的研究［J］.化工新型材料，2021，49（9）：144-146.

［11］王伟.单组分聚氨酯热熔胶的制备及其耐热性能研究［J］.化学推进剂与高分子材料，2022，20（5）：60-62.