填料對膠粘劑性能影響的研究

摘要： 以850目碳酸鈣作為木材用乳液型膠粘劑的填料，通過單因子實驗方法，研究了碳酸鈣不同添加比例對膠粘劑性能的影響。實驗結(jié)果表明，隨著碳酸鈣添加比例的提高，膠粘劑的粘度增加，硬度增大，膠合強度呈現(xiàn)先增加后降低，膠粘劑穩(wěn)定性降低。

關(guān)鍵詞： 填料； 碳酸鈣； 膠粘劑

中圖分類號： TQ 43 文獻標識碼： A 文章編號：1001 - 9499（2024）05 - 0056 - 02

隨著人們對環(huán)境要求的提高，開發(fā)環(huán)保、無毒型木材膠粘劑是當今發(fā)展的主流[ 1 ]。乳液型膠粘劑具有膠合性能優(yōu)異特點，無甲醛釋放，屬于環(huán)保型膠粘劑，大量應(yīng)用于木制板材加工中。乳液聚合技術(shù)起源于20世紀早期，1930年代初乳液聚合方法已用于工業(yè)化生產(chǎn)。二次世界大戰(zhàn)期間，乳液產(chǎn)品的開發(fā)取得較大的進展[ 2 ]。

VAE乳液膠粘劑一般由主體原料和輔助原料組成。輔助材料主要包括固化劑、增塑劑和填料等[ 3 ]。碳酸鈣作為一種無機功能性材料，具有細膩、均勻、白度高等優(yōu)點[ 4 ]，被廣泛應(yīng)用于膠粘劑填料使用。VAE乳液是水分散體系[ 5 ]，在使用過程中要形成均勻致密的薄膜，在制作膠粘劑過程中要考慮到最低成膜溫度，選擇適合的最低成膜溫度用于膠粘劑應(yīng)用的VAE十分重要[ 6 ]。本研究采用以VAE乳液為主體，添加聚乙烯醇水溶液和助劑等原料作為膠粘劑主劑，以聚合MDI為固化劑。

1 材料與方法

1. 1 實驗材料

VAE乳液型膠粘劑：自制，外觀：乳白色，固體含量40.7%，粘度4500mPa.s，pH值7.0。

鈦酸鈣：市售：超細碳酸鈣，850目，林口歐米亞順達精細化工有限公司。

固化劑：聚合MDI，型號PM-200，煙臺萬華聚氨酯股份有限公司。

實驗儀器包括：烘箱，pH計，壓機，攪拌器，萬能力學(xué)試驗機，天平，數(shù)顯旋轉(zhuǎn)粘度計，邵氏A硬度計等。

1. 2 實驗方法

采用單因子實驗，將碳酸鈣與膠粘劑比例從0∶100增加到35∶100，混合均勻后待使用。

將主劑與固化劑按照100∶15比例均勻混合，粘接實驗試件，木材采用樺木測試。冷壓2 h，養(yǎng)生三天，測試剪切強度和剝離率，剪切強度和剝離率按照GB/T 26899-2022標準進行檢測。

粘度測試：采用NDJ-5S數(shù)顯旋轉(zhuǎn)粘度儀，測試粘度范圍0～100 000 mPa·s。

邵氏A硬度計使用方法：

把固化后膠粘劑放置平面上，壓針中孔距離固化試樣邊緣至少12 mm，平穩(wěn)地壓在試樣上，使壓針垂直壓入試樣。使壓足和固化后膠樣完全接觸，觸后1秒內(nèi)讀數(shù)，在試樣相距至少6 mm的不同位置測量硬度值5次，取其平均值。

2 結(jié)果與分析

膠體分層實驗顯示（表1），碳酸鈣添加比例在30∶100的試樣，目測分層時間約180天；碳酸鈣比例35∶100試樣，分層時間縮短至120天，這表明碳酸鈣出現(xiàn)沉淀，嚴重影響了膠粘劑存儲時間，實際生產(chǎn)銷售中，最少要保持180天膠粘劑不變質(zhì)。所以本實驗測試中碳酸鈣添加比例到35∶100截止。

2. 1 碳酸鈣添加量對膠粘劑粘度的影響

由圖1可見，膠粘劑粘度隨著碳酸鈣比例的增加而增大?？梢钥闯鲡}粉比例從0∶100到15∶100粘度變化不大，三個梯度粘度差增加1 750 mPa·s，而鈣粉比例從15∶100到20∶100一個梯度粘度差增加了1 250 mPa·s。隨著鈣粉比例增加，膠粘劑粘度增加量越來越大。鈣粉比例到35∶100時粘度最大值，但是也只比鈣粉比例30∶100試樣粘度增加250 mPa·s。通過表1實驗數(shù)據(jù)說明了鈣粉比例增加到30∶100之前粘度差在逐漸增加，到鈣粉比例30∶100以后粘度差迅速減少。

2. 2 碳酸鈣添加量對剪切強度的影響

由圖2可知，剪切強度隨著碳酸鈣添加量增加先增加后降低。由表1的數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)碳酸鈣比例從0∶100到15∶100的剪切強度都在10 mPa以下，雖然有所增加，但是增加量不大；而鈣粉比例從15∶100增加到30∶100之間剪切強度增加明顯，從10 mPa增加到16.5 mPa；而鈣粉比例超過30∶100以后剪切強度則呈現(xiàn)降低情況，鈣粉比例35∶100的實驗樣品剪切強度由16.5 mPa減少到15 mPa?？梢娞妓徕}含量的增加并不能一直提高剪切強度，當碳酸鈣比例30∶100剪切強度達到峰值，當碳酸鈣比例繼續(xù)增加時，剪切強度則逐漸減低。

2. 3 碳酸鈣添加量對邵氏A硬度的影響

膠粘劑在固化后，硬度有一定的差異，因此本實驗采用邵氏A硬度計對實驗?zāi)z粘劑樣品進行測試（表1）。

由圖3可知，膠粘劑硬度隨著碳酸鈣比例的增加而一直變大。呈現(xiàn)正比例關(guān)系，可見碳酸鈣增加對硬度影響非常大。碳酸鈣比例從0∶100到10∶100對硬度影響不大；硬度值只增加了3 HA；從碳酸鈣比例10∶100以后硬度值變化較大，其中碳酸鈣比例10∶100到15∶100，只是一個梯度硬度值增加了5 HA，當碳酸鈣比例35∶100時硬度值達到最高。

3 結(jié) 語

3. 1 碳酸鈣比例35∶100時，膠粘劑穩(wěn)定性變差，在120天出現(xiàn)分層現(xiàn)象。根據(jù)實際生產(chǎn)銷售情況，膠粘劑穩(wěn)定性越長越有利于使用，所以應(yīng)該降低其碳酸鈣含量。

3. 2 在本實驗范圍內(nèi)，膠粘劑粘度隨著碳酸鈣含量增加而增大，碳酸鈣比例小于15∶100比例時，膠粘劑粘度增長緩慢；碳酸鈣比例從15∶100到30∶100階段膠粘劑粘度增長較為快速；碳酸鈣比例超過30∶100時粘度增長又轉(zhuǎn)為緩慢。

3. 3 膠粘劑剪切強度隨碳酸鈣比例增加，先增加后降低。碳酸鈣比例從0∶100到30∶100階段，剪切強度逐漸增強；碳酸鈣比例超過30∶100之后剪切強度隨之減少。

3. 4 膠粘劑硬度隨碳酸鈣比例增加而增強，直至碳酸鈣比例35∶100時達到最高值。

參考文獻

［1］ 張森林. 膠黏劑的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)［A］. 膠黏劑與表面加工專業(yè)委員會國際技術(shù)交流會論文集［C］. 2005， 11.

［2］ 曹同玉， 劉慶普， 胡金生. 聚合物乳液合成原理、性能及應(yīng)用［M］. 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社， 1997.

［3］ 崔立東， 張晶， 王春霞. 填充劑對間苯二酚-苯酚-甲醛樹脂性能的影響［J］. 林業(yè)科技， 2014（6）： 32 - 34.

［4］ 王依民， 夏于旻. 納米顆粒及其聚合物復(fù)合材料的研究與應(yīng)用［J］. 中國粉體工業(yè)， 2008（1）： 5 - 15.

［5］ 鐘道波， 齊建忠. 可再分散乳膠粉的制備及在建筑材料中的應(yīng)用［J］. 山東建材， 2008（4）： 55- 58.

［6］ Roger Zurbriffen， 張量. EKITEX可再分散膠粉對瓷磚粘結(jié)砂漿性能的影響［J］. 新型建筑材料， 2003（8）： 24 - 27.