物流封裝用改性膠粘劑的制備與性能研究

李倩 王曉霞

摘 要：為了開發(fā)出高性能物流封箱裝置封裝用膠粘劑，研究了單體甲基丙烯酸（MAA）、衣康酸（MEA）、馬來酸酐（MAH）和交聯(lián)改性甲基丙烯酸/丙烯酸（MAA/AA）對膠粘劑試樣剝離強度、耐焊性、耐水性和耐熱性能的影響。結(jié)果表明，單體改性膠粘劑試樣的耐焊性都為100%，不同MAH含量改性的膠粘劑試樣具有較高的剝離強度，但吸濕率較高。雖然混合交聯(lián)改性的包封樣和膠膜樣剝離強度不如MEA改性膠粘劑試樣，但吸濕率明顯降低?；旌辖宦?lián)改性的包封樣和膠膜樣剝離強度要高于MAA和MAH改性的膠粘劑試樣，吸濕率與后者相當(dāng)或者略低。相較未改性AA膠粘劑試樣，混合交聯(lián)改性膠粘劑試樣的初始分解溫度、最大斜率分解溫度提升，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低。

關(guān)鍵詞：封箱用膠粘劑；改性；剝離強度；耐焊性；吸濕率

中圖分類號：TQ437

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1001-5922（2023）04-0001-04

Preparation and performance study of modified adhesives for logistics packaging

LI Qian1，WANG Xiaoxia2

（1.Tianjin Commodity & Trade School，Tianjin 300384，China;

2.Fujian Normal University，F(xiàn)uzhou 350117，China）

Abstract：In order to develop a high-performance adhesive for packaging logistics box sealing devices，the effects of monomers such as methacrylic acid （MAA），itaconic acid （MEA），maleic anhydride （MAH） and cross-linked modified methacrylic acid/acrylic acid （MAA/AA） on the peel strength，welding resistance，water resistance and heat resistance of adhesive samples were studied.The results show that the solderability of the monomer modified adhesive samples is 100%，and the adhesive samples modified with different MAH content have higher peel strength，but higher moisture absorption.Although the peel strength of the encapsulated sample and adhesive film sample modified by mixed crosslinking is lower than that of the MEA modified adhesive sample，the moisture absorption rate is significantly lower.The peel strength of the encapsulated sample and adhesive film sample modified by mixed crosslinking is higher than that of the adhesive sample modified by MAA and MAH，and the moisture absorption rate is equal to or slightly lower than that of the latter.Compared with the unmodified AA adhesive sample，the initial decomposition temperature and maximum slope decomposition temperature of the mixed cross-linked modified adhesive sample increase，and the glass transition temperature decreases.

Key words：adhesive for logistics box sealing;modification;peel strength; welding resistance;hygroscopicity

現(xiàn)代物流產(chǎn)業(yè)高速快速的同時，給物流封裝箱裝置等配套產(chǎn)業(yè)帶來了巨大發(fā)展機遇；而膠粘劑作為物流封裝箱裝置封裝中必不可少的原料，其性能將最終影響到整體物流封裝箱裝置封裝水平和質(zhì)量可靠性［1］。在物流封裝箱裝置封裝逐漸朝著自動化發(fā)展的趨勢下，封裝用膠粘劑需要具有更高的剝離強度、更低的耐水和耐熱性，以及良好的耐焊性等［2-4］，這就需要封裝用膠粘劑具有更高的綜合性能。目前市場上常用的丙烯酸酯膠粘劑在使用過程中存在耐高溫性能差、耐水性差等問題［5-7］；常用的方法是在膠粘劑制備過程中加入固化劑等來提升耐高溫和耐水性能，但是剝離強度仍然較低，且工藝過程較難控制［8-10］。在此基礎(chǔ)上，本文擬通過對封裝用丙烯酸酯膠粘劑進(jìn)行單體改性和交聯(lián)改性等方法，考察單體甲基丙烯酸（MAA）、衣康酸（MEA）、馬來酸酐（MAH）和交聯(lián)改性甲基丙烯酸/丙烯酸（MAA/AA）對膠粘劑試樣剝離強度、耐焊性、耐水性和耐熱性能的影響，將有助于高綜合性能膠粘劑的開發(fā)并推動其在物流封裝箱裝置封裝中的應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 試驗原料

試驗原料包括國藥集團化學(xué)試劑有限公司提供的分析純甲基丙烯酸（MAA）、分析純衣康酸（MEA）、分析純馬來酸酐（MAH）；愛珂瑪化工有限公司提供的工業(yè)級水性氨基樹脂（7301）和雙馬來酰亞胺（PBM）；山東齊魯石化有限公司提供的工業(yè)級丙烯酸（AA）、工業(yè)級氫氧化鈉和水溶性酚醛固化劑（PF）；廣東華麗寶實業(yè)有限公司提供的BOPP薄膜和SIT-304型單面板。

1.2 試樣制備

預(yù)先對MAA、MEA、MAH和AA等用2倍體積的質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%氫氧化鈉溶液萃取，然后合成丙烯酸酯乳液。在去離子水中加入三分之一體積的單體并攪拌均勻，添加三分之一體積引發(fā)劑攪拌后，置于溫度60 ℃水浴鍋中進(jìn)行25 min的水浴處理，繼續(xù)升溫至88 ℃保溫1 min后，緩慢加入三分之一體積的混合單體，并升溫至90 ℃保溫60 min熟化處理后，冷卻至室溫。交聯(lián)單體改性和混合交聯(lián)改性配方如表1、表2所示。

在上述得到的乳液中加入固化劑攪拌均勻，采用手工線棒涂布法涂抹在BOPP薄膜上，98 ℃/15 min高溫處理后轉(zhuǎn)入熱塑機上與銅箔覆合［11］，得到包封試樣；將BOPP薄膜轉(zhuǎn)移至單面板PI面，在熱塑機上進(jìn)行對壓處理，然后置于快壓機上進(jìn)行178 ℃/1 min的熱壓處理，在168 ℃高溫固化120 min后得到膠膜樣。

1.3 測試方法

根據(jù)GB/T 13557—2017對膠粘劑試樣進(jìn)行剝離強度（PS）測試，結(jié)果取3組試樣平均值；根據(jù)GB/T 13557—2017對膠粘劑試樣進(jìn)行耐焊性測試，結(jié)果取3組試樣平均值；吸濕率測試過程中取均勻的膠膜試樣進(jìn)行測試，試樣置于恒溫恒濕箱（25 ℃、75%RH）中放置24 h后取出，稱量放置前后的質(zhì)量并計算吸濕率［12］。在DSC-500A差示掃描量熱儀上對膠粘劑試樣進(jìn)行DSC曲線測試；在THEMYS熱重分析儀（TGA）上對膠粘劑試樣進(jìn)行TGA測試，保護氣為高純氮氣。

2 結(jié)果與分析

2.1 單體改性

2.1.1 MAA對物流封箱裝置封裝用膠粘劑性能的影響

表3為MAA對物流封箱裝置封裝用膠粘劑性能的影響。

由表3可知，1、2、3、4和5包封樣的剝離強度分別為0.69、0.72、0.63、0.61和0.66 N/mm；1、2、3、4和5膠膜樣的剝離強度分別為1.31、1.39、1.41、1.22和1.16 N/mm。在耐焊性方面，MAA改性的物流封箱裝置封裝用膠粘劑的耐焊性都為100%；在吸濕率方面，1、2、3、4和5膠粘劑試樣的吸濕率分別為3.83%、3.95%、4.18%、4.63%和4.23%。由此可見，不同MAA含量的物流封箱裝置封裝用膠粘劑包封樣和膠膜樣的剝離強度都較低，膠膜樣剝離強度高于包封樣，吸濕率介于3.83%～4.63%。這主要是因為MAA相較AA在側(cè)鏈上多1個甲基，在膠粘劑試樣如何反應(yīng)過程中會由于甲基存在而產(chǎn)生空間位阻，一定程度上與固化劑反應(yīng)不充分而無法形成完整的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)［13-14］，剝離強度會相對較低而吸濕率較高。

2.1.2 MEA對物流封箱裝置封裝用膠粘劑性能的影響

表4為MEA對物流封箱裝置封裝用膠粘劑性能的影響。

由表4可知，1、2、3、4和5包封樣的剝離強度分別為1.31、1.18、1.20、1.26和1.29 N/mm；1、2、3、4和5膠膜樣的剝離強度分別為3.84、4.26、3.28、3.01和3.19 N/mm。在耐焊性方面，MEA改性的物流封箱裝置封裝用膠粘劑的耐焊性都為100%；在吸濕率方面，1、2、3、4和5膠粘劑試樣的吸濕率分別為3.09%、4.63%、5.97%、7.02%和7.79%。由此可見，不同MEA含量的物流封箱裝置封裝用膠粘劑包封樣和膠膜樣的剝離強度都相對不同MAA含量的物流封箱裝置封裝用膠粘劑試樣更高，且膠膜樣剝離強度仍然高于包封樣，吸濕率介于3.09%～7.79%。這主要是因為MEA具有與丙烯酸相似的結(jié)構(gòu)，只是在側(cè)鏈多1個羧基，無法直接與乳液發(fā)生聚合反應(yīng)，但有利于與固化劑反應(yīng)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)［15-16］，因此其剝離強度會提升而吸濕率較高。

2.1.3 MAH對物流封箱裝置封裝用膠粘劑性能的影響

表5為MAH對物流封箱裝置封裝用膠粘劑性能的影響。

2.2 混合交聯(lián)改性

2.2.1 混合交聯(lián)對物流封箱裝置封裝用膠粘劑性能的影響

表6為混合交聯(lián)對物流封箱裝置封裝用膠粘劑性能的影響。

由表6可見，1、2、3、4、5和6包封樣的剝離強度分別為1.03、0.97、1.20、1.15、1.12和1.28 N/mm；1、2、3、4、5和6膠膜樣的剝離強度分別為1.96、1.87、2.16、2.15、2.39和2.46 N/mm。在耐焊性方面，混合交聯(lián)改性的物流封箱裝置封裝用膠粘劑的耐焊性都為100%；在吸濕率方面，1、2、3、4、5和6膠粘劑試樣的吸濕率分別為2.97%、3.26%、2.10%、2.34%、3.32%和3.19%。由此可見，雖然混合交聯(lián)改性的包封樣和膠膜樣剝離強度不如MEA改性膠粘劑試樣，但吸濕率明顯降低，表明其具有更好的耐水性能；混合交聯(lián)改性的包封樣和膠膜樣剝離強度要高于MAA和MAH改性的膠粘劑試樣，吸濕率與后者相當(dāng)或者略低，表明混合交聯(lián)改性膠粘劑試樣同時具有較好的耐焊性、耐水性和強度［18］。

2.2.2 未改性與混合交聯(lián)改性膠粘劑的DSC曲線和微分曲線

圖1為未改性與混合交聯(lián)改性膠粘劑的DSC曲線和微分曲線。

從圖1可以看出，相較于未改性的AA膠粘劑試樣，混合交聯(lián)改性膠粘劑的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低。未改性AA膠粘劑試樣的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為27.6 ℃，混合交聯(lián)改性膠粘劑試樣的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降至21.3 ℃。

2.2.3 未改性與混合交聯(lián)改性膠粘劑的DSC曲線和微分曲線

圖2為未改性與混合交聯(lián)改性膠粘劑的TGA曲線和微分曲線。

從圖2可以看出，相較于未改性的AA膠粘劑試樣，混合交聯(lián)改性膠粘劑試樣的初始分解溫度有所提升（278 ℃提高至301 ℃），最大斜率分解溫度也提升了3 ℃（397 ℃提高至400 ℃），表明MEA/AA交聯(lián)改性膠粘劑試樣的耐熱性能相較未改性AA膠粘劑試樣有所提升［19-20］。

3 結(jié)語

（1）不同MAA含量的物流封箱裝置封裝用膠粘劑包封樣和膠膜樣的剝離強度都較低，膠膜樣剝離強度高于包封樣，吸濕率介于3.83%～4.63%；

（2）不同MEA含量的物流封箱裝置封裝用膠粘劑包封樣和膠膜樣的剝離強度都相對不同MAA含量的物流封箱裝置封裝用膠粘劑試樣更高，且膠膜樣剝離強度仍然高于包封樣，吸濕率介于3.09～7.79%；

（3）不同MAH含量的物流封箱裝置封裝用膠粘劑包封樣和膠膜樣的剝離強度都相對不同MAA含量的物流封箱裝置封裝用膠粘劑試樣更高，但是吸濕率低于不同MAA含量的物流封箱裝置封裝用膠粘劑試樣，且膠膜樣剝離強度仍然高于包封樣，吸濕率介于2.17%～4.34%；

（4）雖然混合交聯(lián)改性的包封樣和膠膜樣剝離強度不如MEA改性膠粘劑試樣，但是吸濕率明顯降低，表明其具有更好的耐水性能；混合交聯(lián)改性的包封樣和膠膜樣剝離強度要高于MAA和MAH改性的膠粘劑試樣，吸濕率與后者相當(dāng)或者略低。

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