聚丙烯用熱熔膠粘接性能研究

張樂忠

(武夷學(xué)院 信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)室管理中心，福建 武夷山 354300)

0 引言

聚烯烴是當(dāng)代工業(yè)的重要化工原料，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的戰(zhàn)略地位，廣泛應(yīng)用在人們生活的各個(gè)領(lǐng)域[1]。在眾多聚烯烴材料中，聚丙烯化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐酸耐堿耐鹽、無毒環(huán)保、輕質(zhì)透明，是最重要的聚烯烴材料之一，廣泛應(yīng)用在服裝、汽車、生活用品等領(lǐng)域，特別是食品包裝、醫(yī)用包裝領(lǐng)域，其無毒的特性，具有巨大的應(yīng)用潛力[2-4]。然而聚丙烯是非極性聚合物，粘接困難，而常用的黏結(jié)劑又有一定的毒性，限制了其在食品、醫(yī)療包裝領(lǐng)域的應(yīng)用[5-6]。為了開發(fā)聚丙烯類熱熔膠，國內(nèi)許多學(xué)者做了深入研究。崔超等研發(fā)了一種以馬來酸酐接枝聚丙烯為原料的聚丙烯熱縮帶高溫?zé)崛勰z，用于燃?xì)夤艿姥a(bǔ)口防腐[7]。仇磊等以聚丙烯為基礎(chǔ)樹脂，通過與功能性樹脂共混制備了與鋁板具有優(yōu)異剝離性能的熱熔膠[8]。蒙脫土是聚丙烯中常用的添加劑，能夠顯著提高聚丙烯的氣體阻隔性[9-11]。因此，急需開發(fā)一種適用于聚丙烯黏結(jié)的熱熔膠，同時(shí)能夠兼顧良好的氣體阻隔性，以滿足日益增長的食品、醫(yī)療包裝材料對高性能熱熔膠的需求。以聚乙二醇改性蒙脫土為添加劑，同時(shí)添加抗氧劑，制備了聚丙烯類熱熔膠，分析了改性蒙脫土特性、添加量對熱熔膠粘接性能、氣體阻隔性的影響，為進(jìn)一步優(yōu)化聚丙烯類熱熔膠組分做了有益的探索。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)所使用原料的級別和生產(chǎn)廠家分別是：無規(guī)共聚聚丙烯(PPR)，分析純，中國石化上海石油化工股份有限公司；改性蒙脫土(MMT/PEG)，自制；抗氧劑1010，分析純，南通艾德旺化工有限公司；抗氧劑168，分析純，南通艾德旺化工有限公司。

1.2 試驗(yàn)儀器及設(shè)備

試驗(yàn)所使用設(shè)備的型號和生產(chǎn)廠家分別是：多功能轉(zhuǎn)矩流變儀，HAAKE PolyLab OS，上海力晶科學(xué)儀器有限公司；模壓機(jī)，XiHua，錫華機(jī)械科技(東莞)有限公司；機(jī)械攪拌器，JB125，上海一科儀器有限公司；真空干燥箱，DZF-6050E，無錫瑪瑞特科技有限公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱，DHG-9053A，無錫瑪瑞特科技有限公司；分析天平，ME204E，梅特勒-托利多國際有限公司；電子透射電鏡(TEM)，H7100，日本理學(xué)株式會(huì)社；透濕性測試儀，W3/060，濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司；氣體滲透儀，TotalPerm，諾紀(jì)通科技(北京)有限公司；電子剝離試驗(yàn)機(jī)，BLD-CH，濟(jì)南賽成電子科技有限公司。

1.3 熱熔膠的制備

熱熔膠試樣組分如表1所示，熱熔膠試樣以PPR為主組分，以不同分子量PEG改性的MMT為添加劑，通過添加不同物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的添加劑，研究MMT/PEG添加量和物理特性對熱熔膠黏結(jié)性能的影響。同時(shí)，各試樣均添加了物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%抗氧劑1010和1.0%抗氧劑168作為固定添加劑，在下表中不另作說明。

表1 熱熔膠試樣組分

采用溶液法制備PEG改性MMT，PEG分子量分別為2 000、4 000、6 000、8 000、10 000、20 000。

混煉膠。根據(jù)試驗(yàn)組設(shè)置的配方，使用流變儀混煉8分鐘左右后出料、剪粒、冷卻。

模壓。模壓溫度為135℃，模壓時(shí)間15分鐘，冷卻后備用。

粘接樣條的制備。粘接樣條規(guī)格參照GB/T2790-1995，剪取樣條尺寸為：長20cm，寬2.5cm。

1.4 測試與表征

1)外觀形態(tài)：采用目測方法進(jìn)行觀察。

2)微觀形貌：采用電子透射電鏡(TEM)進(jìn)行觀察(加速電壓為210 kV)。

3)T型剝離強(qiáng)度：根據(jù)GB/T 2790-1995《膠粘劑180度剝離強(qiáng)度試驗(yàn)方法撓性材料對剛性材料》，采用電子剝離試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測試(溫度為26 ℃，相對濕度為58%)。

4)水蒸氣透過量：采用透濕性測試儀進(jìn)行測試(溫度為37.4 ℃，相對濕度為88%)。

5)氧氣透過量：采用氣體滲透儀進(jìn)行測試(溫度為26 ℃)。

2 結(jié)果與討論

2.1 改性MMT在PPR中的分散性

如表2所示為不同改性MMT添加量試樣的外觀。

表2 不同改性MMT添加量試樣的外觀

從外觀可以看到，當(dāng)改性MMT含量為3%時(shí)，試樣已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的白色顆粒，說明此時(shí)改性MMT已經(jīng)不能均勻分散在PPR基體中，分散性較差。

如圖1所示為PPR+3.0%MMT/PEG8K試樣的TEM照片，改性MMT片層(灰度變化區(qū)域)能夠基本均勻分布在PPR基體內(nèi)，尺寸為納米級，同時(shí)，由于還存在少量未均勻分散的改性MMT(黑色條狀部分)，尺寸較大，約為0.6μm左右，因而在試樣中有明顯的白色顆粒。

圖1 PPR+3.0%MMT/PEG8K試樣的TEM照片

2.2 改性MMT對試樣粘接性能的影響

不同分子量PEG進(jìn)行改性的MMT具有不同的特性，制備的熱熔膠試樣粘接性能也不同。如表5所示為不同分子量PEG改性MMT制備熱熔膠試樣的粘接性能。

表5 不同分子量PEG改性MMT試樣的粘接性能

從試驗(yàn)結(jié)果來看，不同分子量PEG改性MMT對制備熱熔膠試樣的粘接性能影響不大，均遠(yuǎn)高于純PPR試樣，綜合考慮采用分子量8 000 PEG改性MMT能夠獲得較好的粘接性能，同時(shí)能兼顧一定的經(jīng)濟(jì)性。

如表6所示為不同改性MMT添加量試樣的粘接性能。相對于未添加改性MMT的試樣，添加改性MMT能夠顯著提高試樣的剝離強(qiáng)度?？傮w來說改性MMT的添加量對試樣剝離強(qiáng)度的影響不大。

表6 不同改性MMT添加量試樣的粘接性能

2.3 改性MMT添加量對試樣氣體阻隔性的影響

如表7所示為不同改性MMT添加量試樣的水蒸氣透過量和氧氣透過量。

表7 不同改性MMT添加量試樣的水蒸氣透過量和氧氣透過量

添加改性MMT后，試樣的水蒸氣透過量和氧氣透過量明顯降低，氣體阻隔性顯著增強(qiáng)。隨著改性MMT添加量的提高，水蒸氣透過量和氧氣透過量逐漸降低，氣體阻隔性增強(qiáng)，但是增強(qiáng)幅度并不高。

綜合考慮熱熔膠性能和成本，PPR+0.5%MMT/PEG8K+0.5%抗氧劑1010+1.0%抗氧劑168組分較為適宜。

3 結(jié)語

以PEG改性MMT制備的PPR熱熔膠為研究對象，分析了改性MMT特性、添加量對PPR熱熔膠外觀、粘接性能和氣體阻隔性的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明：

1)改性MMT添加量為3%時(shí)，制備的熱熔膠開始出現(xiàn)白色顆粒，通過TEM觀察發(fā)現(xiàn)PPR基體中有改性MMT團(tuán)聚現(xiàn)象。

2)使用不同分子量PEG進(jìn)行改性的MMT，制備的熱熔膠粘接性能差距不大，其中PEG8000改性MMT具備良好的綜合性能。

3)添加改性MMT能顯著提升熱熔膠粘接性能，但是添加量對粘接性能影響有限。

4)添加改性MMT能夠顯著提升熱熔膠的氣體阻隔性，且隨著添加量增加，氣體阻隔性提升，但是提升幅度不大。

5)綜合考慮，性能和成本，最佳熱熔膠試樣組分為PPR+0.5%MMT/PEG8K+0.5%抗氧劑1010+1.0%抗氧劑168。