一種輕質(zhì)裝飾板材用免釘膠的研究

陳 亮，凌 輝，陳炳耀，劉根伸，李 軍，鐘 鋒

（1.廣東三和化工科技有限公司，廣東 中山 528429；2.廣東新山禾發(fā)展有限公司，廣東 中山 528429；3.廣東阜和實(shí)業(yè)有限公司，廣東 中山 528434）

一種輕質(zhì)裝飾板材用免釘膠的研究

陳 亮1，凌 輝2，陳炳耀3，劉根伸1，李 軍1，鐘 鋒1

（1.廣東三和化工科技有限公司，廣東 中山 528429；2.廣東新山禾發(fā)展有限公司，廣東 中山 528429；3.廣東阜和實(shí)業(yè)有限公司，廣東 中山 528434）

以熱塑性丁苯橡膠（SBS）為主體材料，采用混合溶劑體系，通過(guò)使用納米碳酸鈣（nano-CaCO3）、萜烯樹(shù)脂（TR），研制出一種輕質(zhì)裝飾板材用免釘膠。研究了橡膠配比、混合溶劑的配比、nano-CaCO3和TR用量對(duì)免釘膠性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)w（星型SBS）：w（線(xiàn)性SBS）=5：5、v（MB）：v（120#）：v（DMK）=40：40：20、w（nano-CaCO3）=15%、w（TR）=12%時(shí)，制得的免釘膠綜合性能優(yōu)異，具有良好的應(yīng)用前景。

凝膠滲透色譜；共聚酰胺；熱熔膠；分子質(zhì)量；分布

裝飾膠粘劑是建筑裝飾領(lǐng)域中必不可少的材料之一，其中的溶劑型膠粘劑在建筑行業(yè)的發(fā)展已經(jīng)較為成熟，常見(jiàn)的有氯丁橡膠膠粘劑、熱塑性丁苯橡膠（SBS）膠粘劑等，但因其使用大量的有機(jī)溶劑，在發(fā)展的同時(shí)不斷受到日趨嚴(yán)厲的生活環(huán)境法規(guī)的制約，比如國(guó)家質(zhì)檢總局于2009年9月1日頒布實(shí)施了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB 18583—2008 室內(nèi)裝修材料膠粘劑中有害物質(zhì)限量》等。因此，開(kāi)發(fā)低有機(jī)揮發(fā)物（VOC）含量、符合環(huán)境和健康要求、性能優(yōu)良的膠粘劑顯得尤為重要。免釘膠憑借其高固含量、施工方便、無(wú)鉆孔、粘接快等特點(diǎn)，已經(jīng)在歐美國(guó)家得到了較早的應(yīng)用，而國(guó)內(nèi)目前免釘膠的技術(shù)報(bào)道和產(chǎn)品研究依然為數(shù)不多［1，2］。

本研究通過(guò)單因素法探討了橡膠、溶劑、填充劑、增粘樹(shù)脂的選擇，研究了各因素對(duì)膠粘劑性能的影響，旨在制備一種性能優(yōu)良的免釘膠。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

JB90-D型強(qiáng)力電動(dòng)攪拌機(jī)，上海標(biāo)本模型廠(chǎng)；5 L行星攪拌試驗(yàn)機(jī)，無(wú)錫興德傳動(dòng)科技有限公司；全自動(dòng)針錐入度測(cè)定儀，法國(guó)Norma lab公司；LJ-1000型拉力實(shí)驗(yàn)機(jī)，廣州市廣材實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；擠出性測(cè)試儀，自制。

1.2 主要原材料

SBS，韓國(guó)LG公司；防老劑（BHT），廣州力國(guó)貿(mào)易有限公司；納米碳酸鈣（nano-CaCO3），福建鴻豐納米科技有限公司；蒙脫土（MMT），靈壽縣華潤(rùn)礦物粉體加工廠(chǎng)；滑石粉（TD），棲霞市鑫昇滑石粉有限公司；高嶺土（Kaolin），佛山市源磊粉體有限公司；萜烯樹(shù)脂（TR），河南豐達(dá)化工；溶劑，市售；以上產(chǎn)品均為工業(yè)級(jí)。

1.3 膠粘劑制備

1）預(yù)制漿的制備

在裝有攪拌器、回流冷凝裝置的四口燒瓶中加入溶劑，攪拌下加入樹(shù)脂、橡膠，至溶解完全即得預(yù)制漿。

2）免釘膠的制備

將預(yù)制漿加入行星攪拌機(jī)中，攪拌下緩慢加入填充劑、防老劑BHT，充分?jǐn)嚢柚敝粱旌暇鶆蚣纯伞?/p>

1.4 測(cè)試與表征

1）錐入度

按液態(tài)密封墊錐入度試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試［3］。

2）擠出性

采用擠出性測(cè)試儀，測(cè)試單位時(shí)間內(nèi)擠出膠漿的體積（1 min，氣壓0.2 MPa）。

3）下垂度

按照J(rèn)C/T2186—2013規(guī)定執(zhí)行。

4）拉伸剪切強(qiáng)度

按照J(rèn)C/T2186—2013規(guī)定執(zhí)行（標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件24 h）。

2 結(jié)果與討論

2.1 主體材料對(duì)膠粘劑性能的影響

SBS具有優(yōu)良的彈性和拉伸強(qiáng)度、永久變形小、屈撓性和回彈性好等特點(diǎn)，而且其易溶解，無(wú)需煉膠，使用少量溶劑即可獲得高固含量、低黏度溶液，有利于低VOC含量膠粘劑的制備［4］。因此，本研究選擇SBS作為主體材料。

按分子鏈結(jié)構(gòu)的不同，SBS可分為星型（Ⅰ）和線(xiàn)型（Ⅱ）2大類(lèi)，不同類(lèi)型SBS具有不同的特點(diǎn)。星型SBS主要特點(diǎn)是相對(duì)分子質(zhì)量高，內(nèi)聚強(qiáng)度大，物理交聯(lián)密度大，耐熱性和彈性模量相對(duì)較高等；線(xiàn)型SBS主要特點(diǎn)是相對(duì)分子質(zhì)量低，內(nèi)聚強(qiáng)度小等。本研究將星型和線(xiàn)型SBS搭配使用，充分發(fā)揮二者的優(yōu)點(diǎn)，使膠粘劑性能達(dá)到最佳。

不同類(lèi)型SBS比例對(duì)免釘膠性能的影響如表1所示。

由表1可以看出，隨著星線(xiàn)比例的增加，錐入度和擠出性均逐漸減小，這主要是受橡膠黏度的影響，星型SBS橡膠黏度高，當(dāng)其含量逐漸增加時(shí)，膠液黏度也逐漸增大；對(duì)于拉伸剪切強(qiáng)度，當(dāng)w（Ⅰ）：w（Ⅱ）=5：5時(shí)達(dá)到最大值；對(duì)于下垂度，當(dāng)w（Ⅰ）：w（Ⅱ）=0：10時(shí)較差，主要受線(xiàn)型SBS黏度較低的影響而導(dǎo)致，其余均在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。綜合考慮，w（Ⅰ）：w（Ⅱ）=5：5時(shí)較適宜。

表1 不同類(lèi)型SBS配比對(duì)免釘膠性能的影響Tab.1 Effect of the mixing ratio of SBS on properties of mastic adhesives

2.2 溶劑的選擇

膠粘劑溶劑體系的選擇需充分考慮與橡膠的相容性，一般采用溶解度參數(shù)（δm） 來(lái)評(píng)估。SBS結(jié)構(gòu)特殊，二相的δm值也有所區(qū)別，與S相相容的δm最佳值為9.1，與B相相容的最佳δm值為8.4［5］，可溶解SBS的最佳δm為7.7～9.4。本研究選擇甲苯、120#溶劑油、丙酮作為基本溶劑體系，不同溶劑配比對(duì)膠粘劑性能的影響如表2所示。

表2 不同溶劑配比對(duì)膠粘劑性能的影響Tab.2 Effect of mixing ratio of mixed solvents on properties of mastic adhesives

由表2可以看出，不同配比溶劑體系的δm均在可溶范圍之內(nèi)，對(duì)橡膠的溶解性良好；拉伸剪切強(qiáng)度最好的溶劑體系為v（MB）：v（120#）：v（DMK）為40：20：40，這主要是受膠液黏度的影響，當(dāng)膠液黏度相對(duì)較低時(shí)，對(duì)被粘面的濕潤(rùn)性較好，粘接效果稍好，但若黏度較高時(shí)膠粘劑對(duì)被粘界面的潤(rùn)濕和滲透性變差，又會(huì)影響粘接強(qiáng)度。綜合下垂度等因素考慮，選擇v（MB）：v（120#）：v（DMK）=40：40：20時(shí)較適宜。

2.3 填料對(duì)膠粘劑性能的影響

2.3.1 填料的選擇

由于免釘膠黏度較高，用常規(guī)的黏度計(jì)無(wú)法測(cè)試，因此本研究采用膠漿的錐入度表征其黏度。不同類(lèi)型的填料對(duì)免釘膠性能的影響如表3所示。

由表3可見(jiàn)，對(duì)于錐入度和擠出性，nano-CaCO3和蒙脫土相似，滑石粉和高嶺土相對(duì)較高；拉伸剪切強(qiáng)度以納米碳酸鈣最優(yōu)，其次是蒙脫土和高嶺土，滑石粉最低；對(duì)于下垂度，nano-CaCO3和蒙脫土最小，滑石粉和高嶺土稍差。綜合考慮，選擇nano-CaCO3較適宜。

2.3.2 nano-CaCO3用量對(duì)膠粘劑性能的影響

表3 不同類(lèi)型的填料對(duì)免釘膠性能的影響Tab.3 Effect of different type of fillers on properties of mastic adhesives

不同nano-CaCO3用量對(duì)免釘膠性能的影響如表4所示。

表4 nano-CaCO3用量對(duì)免釘膠性能的影響Tab.4 Effect of the amount of nano-CaCO3on properties of mastic adhesives

由表4可以看出，隨著nano-CaCO3用量的增加，膠粘劑錐入度和擠出性逐漸減小，主要是填料含量增加，膠液黏度增大，膠液由稀變稠的緣故；拉伸剪切強(qiáng)度呈先增后減態(tài)勢(shì)，當(dāng)w（nano-CaCO3）=15%時(shí)達(dá)到最大值，這是因?yàn)閯傂蕴盍狭Ｗ訉?duì)膠粘劑的力學(xué)性能有一定影響，適宜的用量可起到補(bǔ)強(qiáng)作用，當(dāng)含量較小時(shí)補(bǔ)強(qiáng)作用不明顯，含量過(guò)多時(shí)填料在膠粘劑基體中的分散性變差，基體中的有效成分含量過(guò)低導(dǎo)致粘接強(qiáng)度下降；下垂度則逐漸減小，含量超過(guò)15%時(shí)下垂度均為0。綜合考慮，選擇w（nano-CaCO3）=15%較適宜。

2.4 樹(shù)脂對(duì)膠粘劑性能的影響

膠粘劑中樹(shù)脂的選擇需要考慮與基體橡膠的相容性。與SBS末端嵌段PS相容的樹(shù)脂主要有古馬隆樹(shù)脂、碳9石油樹(shù)脂、萜烯樹(shù)脂等，與中間嵌段PB相溶的樹(shù)脂主要有松香樹(shù)脂、碳5石油樹(shù)脂、萜烯樹(shù)脂等。本研究選擇與PS、PB兩相均相容的萜烯樹(shù)脂作為膠粘劑的增粘樹(shù)脂。

萜烯樹(shù)脂用量對(duì)膠粘劑性能的影如響表5所示。

由表5可知，隨著萜烯樹(shù)脂用量的增加，錐入度和擠出性稍有增加，這主要是由于增粘樹(shù)脂可以使膠液黏度降低導(dǎo)致［6］；拉伸剪切強(qiáng)度呈先增后減態(tài)勢(shì)，當(dāng)增加到12%時(shí)粘接強(qiáng)度達(dá)到最大值，當(dāng)用量過(guò)多時(shí)粘接破壞形式變?yōu)閮?nèi)聚破壞，粘接強(qiáng)度有所降低；下垂度方面，當(dāng)超過(guò)16%時(shí)略有增加，但均可滿(mǎn)足產(chǎn)品要求。綜合考慮，選擇w（TR）=12%較適宜。

表5 萜烯樹(shù)脂用量對(duì)免釘膠性能的影響Tab.5 Effect of the amount of terpene resin on properties of mastic adhesives

3 結(jié)論

（1）選擇SBS為主體材料，確定了不同型號(hào)SBS（即星型I/線(xiàn)性Ⅱ）的最佳比例為w（I）：w（Ⅱ）=5：5，制備出一種輕質(zhì)裝飾板材用免釘膠。

（2）采用單因素法優(yōu)選出溶劑、填料、增粘樹(shù)脂的最佳工藝條件：當(dāng)v（MB）：v（120#）：v（DMK）=40：40：20、w（nano-CaCO3）=15%、w（TR）=12%時(shí)，制備的免釘膠性能最佳。

［1］廣東三和化工科技有限公司.一種免釘膠及其制備方法：中國(guó)，201310726150.6［P］.2014-04-09.

［2］撫順哥倆好化學(xué)有限公司.一種環(huán)保裝飾免釘膠及其制備方法：中國(guó)，201310436008.8［P］.2 014-01-01.

［3］張向宇.膠粘劑分析與測(cè)試技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［4］李子?xùn)|，李廣宇，等.膠黏劑助劑［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［5］北京粘接學(xué)會(huì).膠粘劑技術(shù)與應(yīng)用手冊(cè)［M］.北京：宇航出版社，1991.

［6］李子?xùn)|，李廣宇，張靜，等.SBS系列膠粘劑的進(jìn)展［J］.粘接，1999，20（5）：30-35.

Research on a nail-free adhesive for wallboards

CHEN Liang1， LING Hui2， CHEN Bing-yao3， LIU Gen-shen1， LI Jun1， ZHONG Feng1
（1.Guangdong SANVO Chemical Technology Co.Ltd.，Zhongshan，Guangdong 528429，China；2.Guangdong New Swan Devel Co.Ltd.，Zhongshan，Guangdong 528429，China； 3.Zhongshan FUVO Chemical Technology Co.Ltd.，Zhongshan，Guangdong 528434，China）

A nail-free adhesive for wallboards was prepared， taking the thermoplastic styrene butadiene rubber（SBS） as the matrix material， a mixed solvent system， nano calcium carbonate（nano-CaCO3） and terpene resin （TP）. The mixing ratio of SBS， the mixing ratio of mixed solvents， the contents of nano-CaCO3and TR on the performance of nailfree adhesive were investigated. The results showed that when the mixing ratio of w（star SBS）：w（linear SBS） was 5：5 ， the mixing ratio of v（MB）：v（120# solvent oil）：v（DMK） was 40：40：20， and the mass contents of nano-CaCO3TR were 15% and 12%， respectively， the obtained nail-free adhesive had excellent comprehensive capability and a bright application prospect.

nail-free adhesive； thermoplastic styrene butadiene rubber； nano calcium carbonate； terpene resin

TQ437+.1

A

1001-5922（2015）07-0064-04

2014-07-14

陳亮（1983-），男，工程師，主要從事膠粘劑的研發(fā)工作。E-mail：vicsanvo@sina.com。