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      一種輕質(zhì)裝飾板材用免釘膠的研究

      2015-11-12 01:18:28陳炳耀劉根伸
      粘接 2015年7期
      關(guān)鍵詞:膠粘劑溶劑樹(shù)脂

      陳 亮,凌 輝,陳炳耀,劉根伸,李 軍,鐘 鋒

      (1.廣東三和化工科技有限公司,廣東 中山 528429;2.廣東新山禾發(fā)展有限公司,廣東 中山 528429;3.廣東阜和實(shí)業(yè)有限公司,廣東 中山 528434)

      一種輕質(zhì)裝飾板材用免釘膠的研究

      陳 亮1,凌 輝2,陳炳耀3,劉根伸1,李 軍1,鐘 鋒1

      (1.廣東三和化工科技有限公司,廣東 中山 528429;2.廣東新山禾發(fā)展有限公司,廣東 中山 528429;3.廣東阜和實(shí)業(yè)有限公司,廣東 中山 528434)

      以熱塑性丁苯橡膠(SBS)為主體材料,采用混合溶劑體系,通過(guò)使用納米碳酸鈣(nano-CaCO3)、萜烯樹(shù)脂(TR),研制出一種輕質(zhì)裝飾板材用免釘膠。研究了橡膠配比、混合溶劑的配比、nano-CaCO3和TR用量對(duì)免釘膠性能的影響。結(jié)果表明,當(dāng)w(星型SBS):w(線(xiàn)性SBS)=5:5、v(MB):v(120#):v(DMK)=40:40:20、w(nano-CaCO3)=15%、w(TR)=12%時(shí),制得的免釘膠綜合性能優(yōu)異,具有良好的應(yīng)用前景。

      凝膠滲透色譜;共聚酰胺;熱熔膠;分子質(zhì)量;分布

      裝飾膠粘劑是建筑裝飾領(lǐng)域中必不可少的材料之一,其中的溶劑型膠粘劑在建筑行業(yè)的發(fā)展已經(jīng)較為成熟,常見(jiàn)的有氯丁橡膠膠粘劑、熱塑性丁苯橡膠(SBS)膠粘劑等,但因其使用大量的有機(jī)溶劑,在發(fā)展的同時(shí)不斷受到日趨嚴(yán)厲的生活環(huán)境法規(guī)的制約,比如國(guó)家質(zhì)檢總局于2009年9月1日頒布實(shí)施了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB 18583—2008 室內(nèi)裝修材料膠粘劑中有害物質(zhì)限量》等。因此,開(kāi)發(fā)低有機(jī)揮發(fā)物(VOC)含量、符合環(huán)境和健康要求、性能優(yōu)良的膠粘劑顯得尤為重要。免釘膠憑借其高固含量、施工方便、無(wú)鉆孔、粘接快等特點(diǎn),已經(jīng)在歐美國(guó)家得到了較早的應(yīng)用,而國(guó)內(nèi)目前免釘膠的技術(shù)報(bào)道和產(chǎn)品研究依然為數(shù)不多[1,2]。

      本研究通過(guò)單因素法探討了橡膠、溶劑、填充劑、增粘樹(shù)脂的選擇,研究了各因素對(duì)膠粘劑性能的影響,旨在制備一種性能優(yōu)良的免釘膠。

      1 實(shí)驗(yàn)部分

      1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

      JB90-D型強(qiáng)力電動(dòng)攪拌機(jī),上海標(biāo)本模型廠(chǎng);5 L行星攪拌試驗(yàn)機(jī),無(wú)錫興德傳動(dòng)科技有限公司;全自動(dòng)針錐入度測(cè)定儀,法國(guó)Norma lab公司;LJ-1000型拉力實(shí)驗(yàn)機(jī),廣州市廣材實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;擠出性測(cè)試儀,自制。

      1.2 主要原材料

      SBS,韓國(guó)LG公司;防老劑(BHT),廣州力國(guó)貿(mào)易有限公司;納米碳酸鈣(nano-CaCO3),福建鴻豐納米科技有限公司;蒙脫土(MMT),靈壽縣華潤(rùn)礦物粉體加工廠(chǎng);滑石粉(TD),棲霞市鑫昇滑石粉有限公司;高嶺土(Kaolin),佛山市源磊粉體有限公司;萜烯樹(shù)脂(TR),河南豐達(dá)化工;溶劑,市售;以上產(chǎn)品均為工業(yè)級(jí)。

      1.3 膠粘劑制備

      1)預(yù)制漿的制備

      在裝有攪拌器、回流冷凝裝置的四口燒瓶中加入溶劑,攪拌下加入樹(shù)脂、橡膠,至溶解完全即得預(yù)制漿。

      2)免釘膠的制備

      將預(yù)制漿加入行星攪拌機(jī)中,攪拌下緩慢加入填充劑、防老劑BHT,充分?jǐn)嚢柚敝粱旌暇鶆蚣纯伞?/p>

      1.4 測(cè)試與表征

      1)錐入度

      按液態(tài)密封墊錐入度試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試[3]。

      2)擠出性

      采用擠出性測(cè)試儀,測(cè)試單位時(shí)間內(nèi)擠出膠漿的體積(1 min,氣壓0.2 MPa)。

      3)下垂度

      按照J(rèn)C/T2186—2013規(guī)定執(zhí)行。

      4)拉伸剪切強(qiáng)度

      按照J(rèn)C/T2186—2013規(guī)定執(zhí)行(標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件24 h)。

      2 結(jié)果與討論

      2.1 主體材料對(duì)膠粘劑性能的影響

      SBS具有優(yōu)良的彈性和拉伸強(qiáng)度、永久變形小、屈撓性和回彈性好等特點(diǎn),而且其易溶解,無(wú)需煉膠,使用少量溶劑即可獲得高固含量、低黏度溶液,有利于低VOC含量膠粘劑的制備[4]。因此,本研究選擇SBS作為主體材料。

      按分子鏈結(jié)構(gòu)的不同,SBS可分為星型(Ⅰ)和線(xiàn)型(Ⅱ)2大類(lèi),不同類(lèi)型SBS具有不同的特點(diǎn)。星型SBS主要特點(diǎn)是相對(duì)分子質(zhì)量高,內(nèi)聚強(qiáng)度大,物理交聯(lián)密度大,耐熱性和彈性模量相對(duì)較高等;線(xiàn)型SBS主要特點(diǎn)是相對(duì)分子質(zhì)量低,內(nèi)聚強(qiáng)度小等。本研究將星型和線(xiàn)型SBS搭配使用,充分發(fā)揮二者的優(yōu)點(diǎn),使膠粘劑性能達(dá)到最佳。

      不同類(lèi)型SBS比例對(duì)免釘膠性能的影響如表1所示。

      由表1可以看出,隨著星線(xiàn)比例的增加,錐入度和擠出性均逐漸減小,這主要是受橡膠黏度的影響,星型SBS橡膠黏度高,當(dāng)其含量逐漸增加時(shí),膠液黏度也逐漸增大;對(duì)于拉伸剪切強(qiáng)度,當(dāng)w(Ⅰ):w(Ⅱ)=5:5時(shí)達(dá)到最大值;對(duì)于下垂度,當(dāng)w(Ⅰ):w(Ⅱ)=0:10時(shí)較差,主要受線(xiàn)型SBS黏度較低的影響而導(dǎo)致,其余均在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。綜合考慮,w(Ⅰ):w(Ⅱ)=5:5時(shí)較適宜。

      表1 不同類(lèi)型SBS配比對(duì)免釘膠性能的影響Tab.1 Effect of the mixing ratio of SBS on properties of mastic adhesives

      2.2 溶劑的選擇

      膠粘劑溶劑體系的選擇需充分考慮與橡膠的相容性,一般采用溶解度參數(shù)(δm) 來(lái)評(píng)估。SBS結(jié)構(gòu)特殊,二相的δm值也有所區(qū)別,與S相相容的δm最佳值為9.1,與B相相容的最佳δm值為8.4[5],可溶解SBS的最佳δm為7.7~9.4。本研究選擇甲苯、120#溶劑油、丙酮作為基本溶劑體系,不同溶劑配比對(duì)膠粘劑性能的影響如表2所示。

      表2 不同溶劑配比對(duì)膠粘劑性能的影響Tab.2 Effect of mixing ratio of mixed solvents on properties of mastic adhesives

      由表2可以看出,不同配比溶劑體系的δm均在可溶范圍之內(nèi),對(duì)橡膠的溶解性良好;拉伸剪切強(qiáng)度最好的溶劑體系為v(MB):v(120#):v(DMK)為40:20:40,這主要是受膠液黏度的影響,當(dāng)膠液黏度相對(duì)較低時(shí),對(duì)被粘面的濕潤(rùn)性較好,粘接效果稍好,但若黏度較高時(shí)膠粘劑對(duì)被粘界面的潤(rùn)濕和滲透性變差,又會(huì)影響粘接強(qiáng)度。綜合下垂度等因素考慮,選擇v(MB):v(120#):v(DMK)=40:40:20時(shí)較適宜。

      2.3 填料對(duì)膠粘劑性能的影響

      2.3.1 填料的選擇

      由于免釘膠黏度較高,用常規(guī)的黏度計(jì)無(wú)法測(cè)試,因此本研究采用膠漿的錐入度表征其黏度。不同類(lèi)型的填料對(duì)免釘膠性能的影響如表3所示。

      由表3可見(jiàn),對(duì)于錐入度和擠出性,nano-CaCO3和蒙脫土相似,滑石粉和高嶺土相對(duì)較高;拉伸剪切強(qiáng)度以納米碳酸鈣最優(yōu),其次是蒙脫土和高嶺土,滑石粉最低;對(duì)于下垂度,nano-CaCO3和蒙脫土最小,滑石粉和高嶺土稍差。綜合考慮,選擇nano-CaCO3較適宜。

      2.3.2 nano-CaCO3用量對(duì)膠粘劑性能的影響

      表3 不同類(lèi)型的填料對(duì)免釘膠性能的影響Tab.3 Effect of different type of fillers on properties of mastic adhesives

      不同nano-CaCO3用量對(duì)免釘膠性能的影響如表4所示。

      表4 nano-CaCO3用量對(duì)免釘膠性能的影響Tab.4 Effect of the amount of nano-CaCO3on properties of mastic adhesives

      由表4可以看出,隨著nano-CaCO3用量的增加,膠粘劑錐入度和擠出性逐漸減小,主要是填料含量增加,膠液黏度增大,膠液由稀變稠的緣故;拉伸剪切強(qiáng)度呈先增后減態(tài)勢(shì),當(dāng)w(nano-CaCO3)=15%時(shí)達(dá)到最大值,這是因?yàn)閯傂蕴盍狭W訉?duì)膠粘劑的力學(xué)性能有一定影響,適宜的用量可起到補(bǔ)強(qiáng)作用,當(dāng)含量較小時(shí)補(bǔ)強(qiáng)作用不明顯,含量過(guò)多時(shí)填料在膠粘劑基體中的分散性變差,基體中的有效成分含量過(guò)低導(dǎo)致粘接強(qiáng)度下降;下垂度則逐漸減小,含量超過(guò)15%時(shí)下垂度均為0。綜合考慮,選擇w(nano-CaCO3)=15%較適宜。

      2.4 樹(shù)脂對(duì)膠粘劑性能的影響

      膠粘劑中樹(shù)脂的選擇需要考慮與基體橡膠的相容性。與SBS末端嵌段PS相容的樹(shù)脂主要有古馬隆樹(shù)脂、碳9石油樹(shù)脂、萜烯樹(shù)脂等,與中間嵌段PB相溶的樹(shù)脂主要有松香樹(shù)脂、碳5石油樹(shù)脂、萜烯樹(shù)脂等。本研究選擇與PS、PB兩相均相容的萜烯樹(shù)脂作為膠粘劑的增粘樹(shù)脂。

      萜烯樹(shù)脂用量對(duì)膠粘劑性能的影如響表5所示。

      由表5可知,隨著萜烯樹(shù)脂用量的增加,錐入度和擠出性稍有增加,這主要是由于增粘樹(shù)脂可以使膠液黏度降低導(dǎo)致[6];拉伸剪切強(qiáng)度呈先增后減態(tài)勢(shì),當(dāng)增加到12%時(shí)粘接強(qiáng)度達(dá)到最大值,當(dāng)用量過(guò)多時(shí)粘接破壞形式變?yōu)閮?nèi)聚破壞,粘接強(qiáng)度有所降低;下垂度方面,當(dāng)超過(guò)16%時(shí)略有增加,但均可滿(mǎn)足產(chǎn)品要求。綜合考慮,選擇w(TR)=12%較適宜。

      表5 萜烯樹(shù)脂用量對(duì)免釘膠性能的影響Tab.5 Effect of the amount of terpene resin on properties of mastic adhesives

      3 結(jié)論

      (1)選擇SBS為主體材料,確定了不同型號(hào)SBS(即星型I/線(xiàn)性Ⅱ)的最佳比例為w(I):w(Ⅱ)=5:5,制備出一種輕質(zhì)裝飾板材用免釘膠。

      (2)采用單因素法優(yōu)選出溶劑、填料、增粘樹(shù)脂的最佳工藝條件:當(dāng)v(MB):v(120#):v(DMK)=40:40:20、w(nano-CaCO3)=15%、w(TR)=12%時(shí),制備的免釘膠性能最佳。

      [1]廣東三和化工科技有限公司.一種免釘膠及其制備方法:中國(guó),201310726150.6[P].2014-04-09.

      [2]撫順哥倆好化學(xué)有限公司.一種環(huán)保裝飾免釘膠及其制備方法:中國(guó),201310436008.8[P].2 014-01-01.

      [3]張向宇.膠粘劑分析與測(cè)試技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

      [4]李子?xùn)|,李廣宇,等.膠黏劑助劑[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009.

      [5]北京粘接學(xué)會(huì).膠粘劑技術(shù)與應(yīng)用手冊(cè)[M].北京:宇航出版社,1991.

      [6]李子?xùn)|,李廣宇,張靜,等.SBS系列膠粘劑的進(jìn)展[J].粘接,1999,20(5):30-35.

      Research on a nail-free adhesive for wallboards

      CHEN Liang1, LING Hui2, CHEN Bing-yao3, LIU Gen-shen1, LI Jun1, ZHONG Feng1
      (1.Guangdong SANVO Chemical Technology Co.Ltd.,Zhongshan,Guangdong 528429,China;2.Guangdong New Swan Devel Co.Ltd.,Zhongshan,Guangdong 528429,China; 3.Zhongshan FUVO Chemical Technology Co.Ltd.,Zhongshan,Guangdong 528434,China)

      A nail-free adhesive for wallboards was prepared, taking the thermoplastic styrene butadiene rubber(SBS) as the matrix material, a mixed solvent system, nano calcium carbonate(nano-CaCO3) and terpene resin (TP). The mixing ratio of SBS, the mixing ratio of mixed solvents, the contents of nano-CaCO3and TR on the performance of nailfree adhesive were investigated. The results showed that when the mixing ratio of w(star SBS):w(linear SBS) was 5:5 , the mixing ratio of v(MB):v(120# solvent oil):v(DMK) was 40:40:20, and the mass contents of nano-CaCO3TR were 15% and 12%, respectively, the obtained nail-free adhesive had excellent comprehensive capability and a bright application prospect.

      nail-free adhesive; thermoplastic styrene butadiene rubber; nano calcium carbonate; terpene resin

      TQ437+.1

      A

      1001-5922(2015)07-0064-04

      2014-07-14

      陳亮(1983-),男,工程師,主要從事膠粘劑的研發(fā)工作。E-mail:vicsanvo@sina.com。

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