新型環(huán)保固體膠的研制與性能研究

施兆江，倪俊俊，胡瑤，趙飛媛，張偉鋼，王永貴

（滁州學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，安徽 滁州 239000）

新型環(huán)保固體膠的研制與性能研究

施兆江，倪俊俊，胡瑤，趙飛媛，張偉鋼，王永貴*

（滁州學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，安徽 滁州 239000）

用水性環(huán)氧樹脂（自制）改性羧甲基纖維素鈉（CMC），硬脂鈉為賦型劑、乙二醇為保濕劑制備出粘接性好的新型環(huán)保固體膠。通過探索實驗條件，初步確定配方中各因素的種類及用量，然后采用響應(yīng)面法優(yōu)化配方中主要因素用量對固體膠性能的影響。實驗結(jié)果表明：羧甲基纖維素鈉用量為3.23%，水性環(huán)氧樹脂在29.89%，硬脂酸鈉用量為2.03%，水為55%，乙二醇為10%，反應(yīng)溫度80℃時制得的無毒固體膠成型好、粘結(jié)能力強，可用于常見的紙張粘結(jié)及紙箱包裝等。

羧甲基纖維素鈉（CMC）；水性環(huán)氧樹脂；環(huán)保；固體膠

Abstract:Sodium carboxymethyl cellulose (CMC) was modified with waterborne epoxy resin (homemade); using sodium stearyl as the excipient and ethylene glycol as the humectant, the environmental friendly type solid adhesive with better bonding properties was produced. The effect of the kinds and amount of primary compositions on properties of the solid adhesive was researched by single-factor experiments. Response surface methodology (RSM)was utilized for optimizing the reactive conditions on properties of the solid adhesive. The results showed that the overall properties were perfect when the mass fractions of CMC, waterborne epoxy resin, sodium stearate, water and humectant were 3.23%，29.89%，2.03%，55% and 10% respectively; the neutralization reaction temperature was 80℃.The new type environmental-friendly solid adhesive prepared under above conditions has good forming and strong binding ability, and can be used for the common paper bonding.

Key words:Carboxymethylcellulose sodium；Waterborne epoxy resin；Environmental-friendly；Solid adhesive

紙板和紙箱不僅有輕便和緩沖防震性能，而且成本低和環(huán)保易回收優(yōu)勢，在包裝行業(yè)中的具有舉足輕重的作用，而膠黏劑是紙板和紙箱的不可缺少的基材[1-3]。科技的進步和社會的發(fā)展，越來越多易方便攜帶的產(chǎn)品出現(xiàn)在市場當中。固體膠棒因具有攜帶方便、衛(wèi)生而被廣泛用于粘接各類的紙張、塑料、橡膠等，是一種非常實用的粘合劑，市場前景廣闊[4,5]。60 年代末，固體膠粘劑在國外已經(jīng)是膠粘劑行業(yè)研究的課題之一，因此許多科學(xué)家對其進行了探究，其中美、德、國及日本等國科學(xué)家對固體膠粘劑進行了系統(tǒng)性的研究，繼而開發(fā)出一批具有新工藝、新技術(shù)的新產(chǎn)品[6,7]。目前，國內(nèi)市售的固體膠棒基本上是以PVA（聚乙烯醇）和PVP（聚乙烯吡咯烷酮）為主要原料制得的，但是，還存含有甲醛、涂抹性差、環(huán)保和安全性低等缺點，市售的固體膠雖然克服了上述缺點，但成本較高，不利于推廣[8-11]。

本研究以羧甲基纖維素鈉為膠粘劑（CMC），然后通過自制水性環(huán)氧樹脂對其改性，再加入一些賦型劑和保濕劑，從而得到各方面性能較好的固體膠。并采用響應(yīng)曲面法(RSM)[12,13]對實驗的條件進行了優(yōu)化，得出最佳工藝的配方值。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

環(huán)氧樹脂E-44，上海樹脂廠；聚乙二醇，過硫酸銨，硬脂酸鈉，羧甲基纖維素鈉，乙二醇都為分析純，購于天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；消泡劑，廣州維立納化工有限公司；去離子水，自制。

JJ-1精密定時電動攪拌器，DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，NDJ-4型旋轉(zhuǎn)式黏度計，PT-1176PC電腦式萬能材料試驗機。

1.2 實驗方法

（1）水性環(huán)氧樹脂的制備

在250mL三口燒瓶中，加入E-44和聚乙二醇4000（n(E44):n(PEG-4000): =2: 1），加熱到 100℃直至全部溶解后再加入適量過硫酸銨攪拌升溫至160℃，反應(yīng)3.5～4h即得淡黃色乳化劑。以乳化劑的含量為 25%(wt)的配比加入環(huán)氧樹脂 E-44，在50℃的水浴中加熱攪拌約0.5h，加入適量的去離子水，制備固含量為50%(wt)水溶性環(huán)氧樹脂乳液。

（2）固體膠棒的制備

在配有電動攪拌器、冷凝回流管、恒壓滴液漏斗及溫度計的四口燒瓶中，加入適量的CMC和去離子水，攪拌并升溫至60℃至CMC全部溶解，然后將預(yù)熱好的水性環(huán)氧樹脂乳液加入攪拌0.5h，再升溫至80℃后加入適量硬脂酸鈉攪拌0.5h，最后加入適量乙二醇和消泡劑即制得固體膠。

1.3 性能測試

（1）將產(chǎn)品在80℃下用NDJ-4型旋轉(zhuǎn)式黏度計測定粘度。

（2）固體膠棒的性能按QB/T2857—2007測試（粘接性、保濕性、賦型性、涂布性等）[14,15]。

2 結(jié)果與討論

2.1 CMC用量對固體膠性能的影響

在此實驗中，首先以水性環(huán)氧樹脂為30%（質(zhì)量分數(shù)，下同），硬脂酸鈉2.0%，乙二醇10%，反應(yīng)溫度不變，以羧甲基纖維素鈉為變量探討對產(chǎn)品粘度的影響如圖1。

從圖1可以看出隨著CMC用量的增加黏度也不斷增加，當羧甲基纖維素鈉用量大于3.2%時由于導(dǎo)致粘度大而使得灌裝困難，生產(chǎn)實際操作困難，且實際粘結(jié)力差，實驗表明當用量低于3.0%時黏度低且影響固體膠棒的成型以及粘接能力和涂抹性能，因此，選擇羧甲基纖維素鈉用量為3.2%。由圖2可知隨著硬脂酸鈉用量的增加固體膠的黏度隨之增加，但是硬脂酸鈉用量超過2.0%時黏度過大對灌裝不利，且性能相應(yīng)的也變差。當硬脂酸鈉用量低于 2.0%時固體膠棒過軟難以成型且不適宜涂布。

圖1 CMC用量對固體膠黏度的影響Fig.1 Effect of the dosage of CMC on the viscosity of solid adhesive

2.2 水的用量對固體膠性能的影響

本實驗中用水作為整個實驗過程中溶劑，水的用量在一定程度上影響著固體膠棒的黏度，涂抹性能和灌裝的難易程度，保持其他條件一定，水的用量對固體膠棒性能的影響見表1。

表1 水的用量對固體膠性能的影響Table 1 Effect of the dosage of water on the properties of solid adhesive

由表1及實驗結(jié)果可知當水的用量為55%時固體膠棒各方面的性能較好。

2.3 硬脂酸鈉的用量對固體膠棒性能的影響

在此實驗中我們選擇硬脂酸鈉作為固體膠棒的賦型劑，在其他不變的前提下，探討硬脂酸鈉為變量對固體膠棒黏度及性能的影響如圖2。

圖2 硬脂酸鈉對固體膠黏度的影響Fig.2 Effect of the dosage of sodium stearate on the viscosity of solid adhesive

2.4 水性環(huán)氧樹脂的用量對固體膠棒性能的影響

此實驗中以水性環(huán)氧樹脂改性羧甲基纖維素鈉而制得的固體膠棒易于灌裝，也使固體膠棒的性能較好，水性環(huán)氧樹脂用量對固體膠棒的影響見表2

Preparation and Properties of New Type Environmental-Friendly Solid Adhesive

SHI Zhao-jiang,NI Jun-jun,HU Yao,ZHAO Fei-yuan,ZHANG Wei-gang,WANG Yong-gui*

（School of Materials and Chemical Engineering, Chuzhou University, Anhui Chuzhou 239000, China）

表2 水性環(huán)氧樹脂用量對固體膠棒性能的影響Table 2 Effect of the dosage of waterborne epoxy resin on the properties of solid adhesive rod

TQ323.1；TQ25

A

1671-0460（2017）09-1764-04

安徽省高校自然科學(xué)研究重點項目，項目號：KJ2016A535；滁州學(xué)院規(guī)劃項目，項目號：2015GH15；安徽省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目，項目號：AH201410377046)。

2017-02-21

施兆江（1994-），男，安徽六安人，研究方向：材料合成及制藥工藝的研究。E-mail：1084552735@qq.com。

王永貴（1986-），男，講師，碩士，研究方向：藥用高分子材料合成和醫(yī)藥中間體研究。E-mail：wyg8631757@163.com。