圖書膠裝用S36熱熔膠粘接性能分析及改性研究

蒲曄芬

摘 要：傳統(tǒng)的線訂與平訂圖書裝訂技術(shù)已經(jīng)逐步被熱熔膠無線裝訂技術(shù)所取代，后者也逐步成為該領(lǐng)域的主流技術(shù)。將SBS和EVA熱熔膠進(jìn)行物理混合改性，然后對(duì)摻入熱熔膠、添加劑的關(guān)系展開深入的分析，進(jìn)而得出改性EVA熱熔膠不同組分的最佳比例。隨SBS摻入量的增加，熱熔膠抗拉強(qiáng)度、軟化點(diǎn)逐步提高，相應(yīng)的邵氏硬度不斷的下降，于是剝離強(qiáng)度呈現(xiàn)出先增后減的特征。結(jié)果表明，SBS的最佳添加量為20%。對(duì)這種性能出色的改性EVA熱熔膠進(jìn)行制備，可以更好地用于圖書裝訂中。

關(guān)鍵詞：圖書膠裝；EVA熱熔膠；影響因素；改性

中圖分類號(hào)：TQ346+.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2023）04-0029-04

Analysis and modification research on the adhesive performance of s36 hot melt adhesive for book binding

PU Yefen

（Xian Medical University，Xian 710021，China）

Abstract：The traditional bookbinding technology of thread binding and flat binding has been gradually replaced by the hot-melt adhesive wireless binding technology，which has gradually become the mainstream technology in this field.EVA hot melt adhesive and SBS were modified by physical blending，and the relationship between different additives and hot melt adhesive was analyzed，and then the optimum ratio of different components of modified EVA hot melt adhesive was summarized.With the increase of SBS content，the softening point and tensile strength of hot melt adhesive increased gradually，shore hardness gradually decreased andthe peel strength increased first and then decreased.The experiment finally determined that the best amount of SBS was 20%，and then prepared this kind of modified EVA hot-melt adhesive with excellent performance，which could be better used in book binding.

Key words：book adhesive;Eva hot melt adhesive;influencing factors;modification

膠粘劑種類豐富，其中EVA熱熔膠（Ethylene Viny Acetate）憑借著自身出色的性能，如無毒、成本低廉、研制簡(jiǎn)單等，使得這種熱熔膠在很多行業(yè)中得到廣泛運(yùn)用。在造紙行業(yè)，舊紙進(jìn)行回收處理之際，這種熱熔膠也存在著很難去除等問題，容易在紙面上附著，并出現(xiàn)了較多的斑點(diǎn)，對(duì)印刷質(zhì)量與外觀等產(chǎn)生顯著負(fù)面影響。為此，對(duì)舊紙張進(jìn)行回收處理時(shí)，就需要對(duì)膠粘部分進(jìn)行剪裁，所以需要耗費(fèi)不少精力。為了對(duì)此問題進(jìn)行解決，則需要開發(fā)水溶性或者水分散性熱熔膠。

1 EVA熱熔膠介紹

當(dāng)前在各種裝訂粘合劑中，EVA熱熔膠使用量最大。這種熱熔膠的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在，只需要約為10 s的時(shí)間就能實(shí)現(xiàn)凝固，制作成本低廉，無毒害性，而且在粘接方面有著較廣的適用范圍，可以支持聚乙烯、聚丙烯等材料的粘接，而且效果較佳。應(yīng)用于書籍裝訂的熱熔膠，目前可以細(xì)分成邊膠和背膠2類，對(duì)于后者而言，可以根據(jù)膠訂機(jī)性能等分成低速與高速膠。因?yàn)槟z訂生產(chǎn)線對(duì)熱熔膠的要求存在著差異，為此，熱熔膠廠家就需要按照用戶需求對(duì)產(chǎn)品配方加以調(diào)整，并更好的與膠訂生產(chǎn)線加以匹配。該熱熔膠局限性體現(xiàn)在剛性較差，有著較低的軟化點(diǎn)，這使之應(yīng)用范圍受到一定限制［1-2］。此外，EVA熱熔膠還具有一定記憶性，在打開圖書時(shí)，就有著合上圖書的力，這在精裝書上表現(xiàn)的較為顯著。另外EVA熱熔膠不同，對(duì)應(yīng)的內(nèi)聚強(qiáng)度、柔韌性等也會(huì)存在不同。在選擇相關(guān)熱熔膠時(shí)，需要綜合VA含量、熔點(diǎn)等要素。若是前者含量達(dá)到一定水平，熔融指數(shù)產(chǎn)生改變，容易使EVA以及關(guān)聯(lián)性能有一定改變［3］。為此，在研制熱熔膠之際，就需要結(jié)合性能對(duì)VA含量、熔融指數(shù)等參數(shù)進(jìn)行科學(xué)混合。

2 影響EVA熱熔膠性能的因素分析

2.1 影響EVA熱熔膠黏度和流動(dòng)性的因素

該熱熔膠的流動(dòng)性、黏度與其施膠性能存在著決定性關(guān)系。在對(duì)EVA熱熔膠進(jìn)行制備時(shí)，若是需要對(duì)其黏度進(jìn)行適當(dāng)降低，就需要選擇黏度更小的增粘樹脂與熔融指數(shù)更大的EVA，而且在選用后者時(shí)，還需要科學(xué)調(diào)節(jié)施工黏度。然而，在影響該膠體流動(dòng)性與膠黏度等要素中，蠟要素顯然最為重要［4-7］。由于EVA熱熔膠含有一定蠟，而且該物質(zhì)的黏度最低，倘若對(duì)蠟的使用量進(jìn)行適當(dāng)增大，就可以對(duì)該熱熔膠的黏度進(jìn)行降低，使之流動(dòng)性進(jìn)行提升。在支配該熱熔膠之際，盡可能運(yùn)用黏度、質(zhì)量都相對(duì)較小的蠟，并對(duì)EVA量進(jìn)行增添。

2.2 影響EVA熱熔膠拉伸強(qiáng)度和模量的因素

當(dāng)熔融指數(shù)與VA占比存在差異時(shí)，對(duì)應(yīng)的EVA強(qiáng)度也有明顯不同。通常，前者指數(shù)小，那么EVA強(qiáng)度就搞，據(jù)此研制的熱熔膠強(qiáng)度就較高。另外，在某個(gè)相容性范圍之內(nèi)，蠟可以有助于增大熱熔膠模量與強(qiáng)度。若是有不相容問題，那么膠的剛性就會(huì)相應(yīng)提升，其強(qiáng)度增長(zhǎng)難度上升。一般而言，選用高結(jié)晶蠟，且有著較高的正烷烴含量，可以對(duì)EVA熱熔膠的模量與拉伸強(qiáng)度進(jìn)行提升。

2.3 影響EVA熱熔膠粘接性的因素

粘接性是EVA熱熔膠最為重要的一個(gè)性能，對(duì)其粘接性能產(chǎn)生影響的要素整體較多，主要體現(xiàn)在：（1）EVA對(duì)該熱熔膠的粘接性產(chǎn)生了決定性影響，若是VA占比增加，那么它的粘接性就會(huì)明顯提升，對(duì)于這類熱熔膠一般可以對(duì)無極性非多孔材料進(jìn)行粘接，如聚乙烯等；（2）蠟與增粘樹脂能夠借助于相應(yīng)化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)EVA熱熔膠的粘接性進(jìn)行影響。在蠟熔體與增粘樹脂黏度下降時(shí)，該EVA熱熔膠深入至多孔材料的難度就會(huì)隨之下降，并能形成機(jī)械結(jié)合。蠟具有較低的表面能，蠟量提升后，該熱熔膠的潤(rùn)濕度就會(huì)相應(yīng)增長(zhǎng)，于是它的粘接性就會(huì)相應(yīng)提升。因?yàn)槲⒕灍崛勰z存在較低的模量，它的凝定用時(shí)頗長(zhǎng)，為此，通常使用石蠟取代之，從而對(duì)粘附力進(jìn)行改善。若是極性材料，那么在熱熔膠中摻入具有極性基團(tuán)的蠟就能對(duì)其粘接性進(jìn)行提升［8］。該粘接性與膠體系相容性也有頗為明顯的關(guān)系，譬如EVA與蠟，若是后者與VA占比約為23%，此時(shí)對(duì)應(yīng)的相容性最佳，可以構(gòu)建共結(jié)晶，因此能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的粘接性。倘若VA占比降低到10%之下，那么EVA的結(jié)晶時(shí)間更早，于是就轉(zhuǎn)變成蠟填料，此時(shí)熱熔膠粘接性就會(huì)下降。

3 改性EVA熱熔膠配方的研究

3.1 測(cè)試過程

在環(huán)架金屬板上放置金屬試驗(yàn)環(huán)，后者已經(jīng)被試樣填滿；另外，鋼球定位環(huán)設(shè)置在試樣環(huán)中，然后是將鋼球放于定位環(huán)中，同時(shí)，把該裝置配置于具有一定甘油的燒杯之中，并浸沒試樣環(huán)，高出其5 cm。之后，將此裝置固定至軟化點(diǎn)測(cè)試設(shè)備中，并將溫感器置入環(huán)架金屬板孔，通過螺絲加以固定；然后將該測(cè)試設(shè)備打開，實(shí)驗(yàn)前先將轉(zhuǎn)速值設(shè)定為30 r/min，正式進(jìn)行試驗(yàn)。隨著溫度升高，鋼球?qū)㈦S之正式開始試樣，也會(huì)隨之掉落于底部，掉落后鋼球便與其接觸，底部擋板為金屬材質(zhì)，設(shè)備此時(shí)就會(huì)進(jìn)行自動(dòng)記錄溫度，于是就能得到熱熔膠軟化點(diǎn)［9］。

3.2 結(jié)果與討論

3.2.1 氫化C5石油樹脂對(duì)改性EVA熱熔膠剝離強(qiáng)度的影響

EVA聚合物（單一性）對(duì)熱熔膠進(jìn)行制備之際，由于存在較大的熔融黏度，因此在被粘接物表面很難進(jìn)行鋪展，于是被粘接物表面存在較次的初粘性，潤(rùn)濕性也相對(duì)較差。摻入適量的增粘樹脂則是對(duì)此問題進(jìn)行解決的較佳方式。這種樹脂相對(duì)分子質(zhì)量不大，在較低的熔融黏度200～2 000條件下，與EVA聚合物相容性佳。摻入氫化C5樹脂達(dá)到15%，此時(shí)該膠體的剝離強(qiáng)度達(dá)到39.5 N/cm ，隨著該樹脂摻入量的增長(zhǎng)，直至達(dá)到25%，該剝離強(qiáng)度達(dá)到極大值，大小為43.6 N/cm 。此時(shí)若是繼續(xù)增加此樹脂，那么剝離強(qiáng)度反而會(huì)下降［10-11］。究其原因，該C5樹脂的熔融黏度小，在摻入量提升時(shí)，會(huì)對(duì)此交替的流動(dòng)性能進(jìn)行改善，使之在被粘接物表面更好地?cái)U(kuò)散，進(jìn)而對(duì)其潤(rùn)濕性能進(jìn)行改善，于是該膠體與被粘接物表面就有著更高的初粘性與浸潤(rùn)性。在膠體擴(kuò)散性提升后，該EVA膠體更容易摻入孔隙，由此產(chǎn)生膠釘，于是粘接就更為牢固。若是該樹脂摻入量增長(zhǎng)超過25%，意味著熱熔膠流動(dòng)性已經(jīng)達(dá)到極限，在繼續(xù)增添已經(jīng)不能改善該流動(dòng)性，而且隨著該樹脂摻入量增長(zhǎng)，EVA在其中的占比就會(huì)稀釋，而其是內(nèi)聚強(qiáng)度的重要貢獻(xiàn)者，這也是對(duì)剝離強(qiáng)度產(chǎn)生顯著影響的關(guān)鍵要素［12-13］。隨著EVA占比下降，那么對(duì)應(yīng)的剝離強(qiáng)度必然會(huì)降低。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，該C5樹脂增長(zhǎng)到25%，此時(shí)剝離強(qiáng)度達(dá)到極大值，即為43.6 N/cm。

3.2.2 SBS含量對(duì)熱熔膠破壞狀態(tài)的影響

表1為SBS含量對(duì)熱熔膠破壞狀態(tài)的影響結(jié)果。

由表1可知，當(dāng)SBS質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10％以下時(shí)，破壞狀態(tài)均為內(nèi)聚破壞，具體如圖1所示，此時(shí)的內(nèi)聚力小于粘附力。當(dāng)SBS質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于20％時(shí)，此時(shí)破壞狀態(tài)均為界面破壞，

粘附力低于內(nèi)聚力。若SBS質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到15.0%時(shí)，此時(shí)為典型的混合破壞態(tài)，具體如圖2所示。不同膠層分別產(chǎn)生了內(nèi)聚與界面破壞，具體如圖3所示［14］。由此可見，若SBS質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高，改性之后熱熔膠就有著較高的內(nèi)聚強(qiáng)度，膠接狀態(tài)達(dá)到理想階段，這就是膠體的內(nèi)聚力超過被粘接材料界面的粘附力，為此，SBS占比需要超過2成。

3.2.3 石蠟對(duì)改性EVA熱熔膠剝離強(qiáng)度的影響

對(duì)于EVA熱熔膠而言，石蠟無疑是重要的黏度調(diào)節(jié)劑，其核心功能就是對(duì)凝固速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得該熱熔膠更為快速的固化，使之熔融黏度顯著下降，并對(duì)流動(dòng)性能進(jìn)行優(yōu)化，使之與被粘接物表面有著更高的潤(rùn)濕性，同時(shí)還能防范膠體結(jié)塊與拉絲問題，使之成本有效下降。本次試驗(yàn)借助于密煉機(jī)制備6組不同的EVA熱熔膠，其石蠟添加量不同，最小為1%，最高為21%，中間分別為17%、13%和9%、5%，然后對(duì)他們的剝離強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。在摻入1%石蠟時(shí)，對(duì)應(yīng)剝離強(qiáng)度達(dá)到39.2 N/cm；摻入量為5%的石蠟，對(duì)應(yīng)強(qiáng)度則是41.2 N/cm，隨后再增添石蠟，那么該強(qiáng)度反而為下降。其原因?yàn)榭赡茉谑灀饺肓康陀?%時(shí)，此時(shí)石蠟量增長(zhǎng)后，該熱熔膠會(huì)產(chǎn)生更高的流動(dòng)性［15］，于是其滲透性、擴(kuò)散性提升，有助于形成牢固的粘接。然而，再繼續(xù)增添石蠟摻入量，但石蠟本身缺乏粘接性能，于是EVA占比下降，這就導(dǎo)致膠體缺乏粘接性能。為此，摻入少量的石蠟有助于對(duì)膠體的流動(dòng)性進(jìn)行改善，使之凝固速度上升；但石蠟增添過多，反而會(huì)降低該膠體的粘接性能。

3.2.4 抗氧劑對(duì)熱熔膠性能的影響

抗氧劑的核心作用就是對(duì)高分子材料的熱氧化加以控制，倘若熱熔膠成功在高溫環(huán)境中運(yùn)用，那么摻入相應(yīng)抗氧劑之后，就能改善它的熱穩(wěn)定性。制備3個(gè)組的配方，熱熔膠具有統(tǒng)一性，不過1號(hào)膠體沒有置入抗氧劑［16］；2號(hào)摻入1%的抗氧劑1010；3號(hào)熱熔膠摻入抗氧劑264，占比同樣是1%，將這3個(gè)組熱熔膠置于烘箱，溫度設(shè)置為180 ℃，共2 h。然后對(duì)3個(gè)組熱熔膠的內(nèi)部、表面顏色進(jìn)行觀察，具體結(jié)果如表2所示。

由表2可知，1號(hào)熱熔膠在2 h時(shí)表面為黃色，內(nèi)部也開始部分變成了黃色，意味著沒有摻入抗氧劑的1號(hào)熱熔膠產(chǎn)生了顯著氧化。另外2組摻入抗氧劑的熱熔膠則僅僅產(chǎn)生了較為輕微的氧化，意味著這2種抗氧劑對(duì)熱熔膠高溫氧化存在著較佳的抑制作用［17-18］。從成本視角來分析，盡可能選用抗氧劑1010，它的成本更低，而且只需要摻入1%的抗氧化劑即可。

4 結(jié)語

在EVA熱熔膠中摻入SBS，該膠體的軟化點(diǎn)在摻入SBS量增長(zhǎng)時(shí)就會(huì)逐步上升，剝離強(qiáng)度在SBS占比提升下，就會(huì)先增后降，實(shí)驗(yàn)顯示，在摻入SBS量達(dá)到25%時(shí)，得出SBS/EVA熱熔膠的最佳添加劑摻入量。其中石蠟、C5樹脂、抗氧劑1010的摻入量分別為5%、25%和1%；此外，納米碳酸鈣的摻入量則達(dá)到9%。在熱熔膠中摻入適量SBS，熱熔膠的力學(xué)與粘接性能都能獲得很大改善，這對(duì)于該熱熔膠的改性分析，拓展其應(yīng)用范圍存在著重要意義。

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