热熔胶成分｜性能调节方法

热熔胶, 几乎无气味, 无污染, 施胶方便, 因而在许多领域得到广泛应用。以乙烯—醋酸乙烯无规共聚物(EVA)为基础树脂的热熔胶,是热熔胶重要的品种之一, 可用于包装材料、书籍装订、木材加工等行业, 其中包装材料所用又几乎占了EVA 热熔胶的一半。本文以包装用EVA热熔胶为主, 讨论了热熔胶各主要成分的作用, 以及组成和用量对热熔胶性能的影响。

EVA 热熔胶的主要成分

EVA 热熔胶主要由以下四种成分熔混而成:基础树脂即EVA 树脂、增粘树脂、蜡、抗氧剂, 某些场合还可加入少量填料以增加填隙性并降低成本。

EVA 聚合物

乙烯和醋酸乙烯的无规共聚物(EVA)是热熔胶的基础树脂

乙烯和醋酸乙烯的无规共聚物(EVA)是热熔胶的基础树脂

填料

有时在热熔胶中加入一些填料, 可降低收缩率, 增加填隙性, 降低成本。可用的填料有碳酸钙、滑石粉、二氧化硅等。

热熔胶的性能调节

粘接性

粘接性是热熔胶重要的性能之一, 影响因素也多。首先,EVA 是热熔胶粘接性能的主要决定者。如前所述, 当EVA 中VA 含量增加时,热熔胶的粘接性大大提高, 高VA 含量的EVA 可用来粘接无极性的非多孔材料, 例如聚乙烯和聚丙烯膜。其次, 增粘树脂和蜡对粘接性的影响主要取决于它们的熔体粘度和化学结构。粘度越低, 热熔胶越容易渗入多孔基材, 从而形成机械结合。蜡的表面能低, 当蜡量增加时, 热熔胶的润湿性提高, 可增加粘接性。用微晶蜡代替石蜡可改进价键力引起的粘附, 这是因为微晶蜡热熔胶的模量低, 凝定时间长的缘故。

粘度和流动性

热熔胶的粘度和流动性与施胶性能密切相关。选择MI 大的EVA , 熔体粘度小的增粘树脂都可以使热熔胶粘度下降, 还可选择MI 高低不同的EVA 配合使用来调节热熔胶的施工粘度。但是, 影响大的还是蜡, 因为蜡是热熔胶中粘度小的成分, 增加蜡的用量, 可以显著降低热熔胶的粘度, 增加其流动性, 尽可能选用粘度小、分子质量小的蜡, 这样可以增加EVA 用量或采用低MI 的EVA 。粘接多孔材料(纸板、瓦楞板)时, 一般来说热熔胶的粘度越小越好。粘度太大, 可能在胶未充分渗透基材时已固结, 致使粘接不好;粘度太低又可能造成胶过度渗入多孔基材, 从而产生缺胶现象, 这在机械化定量施胶的包装中特别要引起注意。

总之, 热熔胶的粘度主要由蜡的种类、用量和EVA 的MI 来调节。蜡的熔点和热熔胶的软化点高低与热熔胶的粘度并无对应关系。

拉伸强度和模量

EVA 的强度随其VA 含量和MI(或分子质量)不同有很大的变化。通常MI较小的EVA 强度高, 制成的热熔胶强度也大。此外, 在相容性允许的情况下蜡能使热熔胶强度和模量增加, 若不相容则会使胶的刚性增大对提高强度无益。采用正烷烃含量高的高结晶蜡或高熔点蜡, 会使热熔胶的拉伸强度和模量提高。

延伸率和柔韧性

EVA 的分子质量直接影响胶的柔韧性, MI越小, 柔韧性越小。以VA 含量为28 %的EVA为例, 熔体指数MI 与柔性模量的关系见表3 。

蜡对热熔胶的柔韧性也有很大影响。用微晶蜡代替石蜡, 或用窄分布的合成蜡代替普通合成蜡, 可以增加热熔胶的柔韧性, 这是因为微晶蜡比石蜡有更好的柔韧性, 而窄分布合成蜡更易与EVA 中的乙烯链段相容之故。另外, 松香酯和萜烯树脂增粘剂极性越大, 与高VA 含量的EVA 相容性也越好, 这样也可提高热熔胶的室温柔韧性。蜡分子中的异构及环化烷烃量高, 制成的热熔延伸率大。

玻璃化温度Tg

热熔胶的Tg 直接关系到胶的低温性能, 在Tg 以下, 胶脆, 受冲击或弯曲时容易断裂。热熔胶中EVA 的Tg 较低, 但增粘树脂和蜡的Tg 一般较高。由高聚物物理学可知:若组份相容, 混合体系的Tg 处于组份高低Tg 之间, 由混合比决定;若体系不相容, 则会出现几个Tg 。热熔胶也是如此, 高分子质量的聚乙烯蜡与EVA 的相容性往往不好, 而窄分布的合成蜡、石蜡和微晶蜡与EVA 相容。软微晶蜡的加入会使热熔胶的Tg 稍稍上升, 而高熔点的合成蜡使热熔胶Tg 上升较大。要想使热熔胶的Tg 较低, 还应尽量采用Tg低的增粘树脂。

开放时间

开放时间指的是施胶后不会因凝定或结晶矢去润湿能力仍能使用的时间间隔。热熔胶的开放时间常以秒计。对聚合物增粘树脂体系而言, 蜡的加入总是缩短开放时间, 影响程度随蜡的性质而变。一般来说, 蜡用量越大, 熔点越高, 结晶度越大, 则使热熔胶开放时间越短。不同用途的热熔胶要求有不同的开放时间。如工艺品用胶开放时间要长些, 以便于手工操作和调整, 而高速纸板密封胶则开放时间很短, 这样有利于缩短工期。

凝定时间

凝定时间即胶的定位时间, 与热熔胶的熔点、环境温度有关。冬季气温低, 散热快, 凝定时间短。配方设计中可用蜡来调节凝定时间, 高结晶度、高熔点蜡可缩短凝定时间, 而微晶蜡则延长凝定时间。

未固化强度和初粘性

胶未固化前的粘接强度直接影响到施胶后的加压时间, 从而也影响到粘接工艺。未固化强度与胶的极性、润湿性有关, 选取内聚强度和抗张强度高的组份有利于提高胶的未固化强度。蜡的类型和用量对未固化强度也有很大影响。

耐热性

与组份的熔点和分子质量分布有关。用高熔点组份制成的热熔胶耐热性高, 而蜡的加入常常降低耐热性。

抗粘连性

热熔胶胶粒的抗粘连性对胶的贮存有直接关系。抗粘连性差的胶高温高湿下贮存易结块。用较硬的蜡可防止胶粒粘连, 如聚乙烯蜡。除了选择合适的蜡外, 蜡的用量也可控制粘连。此外, 在某些场合下还可在胶粒中拌入滑石粉一类的粉状物防粘连。