聚丙烯用热熔胶粘接性能研究

张乐忠

(武夷学院 信息技术与实验室管理中心，福建 武夷山 354300)

0 引言

聚烯烃是当代工业的重要化工原料，在国民经济中占有重要的战略地位，广泛应用在人们生活的各个领域[1]。在众多聚烯烃材料中，聚丙烯化学性质稳定、耐酸耐碱耐盐、无毒环保、轻质透明，是最重要的聚烯烃材料之一，广泛应用在服装、汽车、生活用品等领域，特别是食品包装、医用包装领域，其无毒的特性，具有巨大的应用潜力[2-4]。然而聚丙烯是非极性聚合物，粘接困难，而常用的黏结剂又有一定的毒性，限制了其在食品、医疗包装领域的应用[5-6]。为了开发聚丙烯类热熔胶，国内许多学者做了深入研究。崔超等研发了一种以马来酸酐接枝聚丙烯为原料的聚丙烯热缩带高温热熔胶，用于燃气管道补口防腐[7]。仇磊等以聚丙烯为基础树脂，通过与功能性树脂共混制备了与铝板具有优异剥离性能的热熔胶[8]。蒙脱土是聚丙烯中常用的添加剂，能够显著提高聚丙烯的气体阻隔性[9-11]。因此，急需开发一种适用于聚丙烯黏结的热熔胶，同时能够兼顾良好的气体阻隔性，以满足日益增长的食品、医疗包装材料对高性能热熔胶的需求。以聚乙二醇改性蒙脱土为添加剂，同时添加抗氧剂，制备了聚丙烯类热熔胶，分析了改性蒙脱土特性、添加量对热熔胶粘接性能、气体阻隔性的影响，为进一步优化聚丙烯类热熔胶组分做了有益的探索。

1 试验部分

1.1 试验原料

试验所使用原料的级别和生产厂家分别是：无规共聚聚丙烯(PPR)，分析纯，中国石化上海石油化工股份有限公司；改性蒙脱土(MMT/PEG)，自制；抗氧剂1010，分析纯，南通艾德旺化工有限公司；抗氧剂168，分析纯，南通艾德旺化工有限公司。

1.2 试验仪器及设备

试验所使用设备的型号和生产厂家分别是：多功能转矩流变仪，HAAKE PolyLab OS，上海力晶科学仪器有限公司；模压机，XiHua，锡华机械科技(东莞)有限公司；机械搅拌器，JB125，上海一科仪器有限公司；真空干燥箱，DZF-6050E，无锡玛瑞特科技有限公司；电热鼓风干燥箱，DHG-9053A，无锡玛瑞特科技有限公司；分析天平，ME204E，梅特勒-托利多国际有限公司；电子透射电镜(TEM)，H7100，日本理学株式会社；透湿性测试仪，W3/060，济南兰光机电技术有限公司；气体渗透仪，TotalPerm，诺纪通科技(北京)有限公司；电子剥离试验机，BLD-CH，济南赛成电子科技有限公司。

1.3 热熔胶的制备

热熔胶试样组分如表1所示，热熔胶试样以PPR为主组分，以不同分子量PEG改性的MMT为添加剂，通过添加不同物质量分数的添加剂，研究MMT/PEG添加量和物理特性对热熔胶黏结性能的影响。同时，各试样均添加了物质量分数为0.5%抗氧剂1010和1.0%抗氧剂168作为固定添加剂，在下表中不另作说明。

表1 热熔胶试样组分

采用溶液法制备PEG改性MMT，PEG分子量分别为2 000、4 000、6 000、8 000、10 000、20 000。

混炼胶。根据试验组设置的配方，使用流变仪混炼8分钟左右后出料、剪粒、冷却。

模压。模压温度为135℃，模压时间15分钟，冷却后备用。

粘接样条的制备。粘接样条规格参照GB/T2790-1995，剪取样条尺寸为：长20cm，宽2.5cm。

1.4 测试与表征

1)外观形态：采用目测方法进行观察。

2)微观形貌：采用电子透射电镜(TEM)进行观察(加速电压为210 kV)。

3)T型剥离强度：根据GB/T 2790-1995《胶粘剂180度剥离强度试验方法挠性材料对刚性材料》，采用电子剥离试验机进行测试(温度为26 ℃，相对湿度为58%)。

4)水蒸气透过量：采用透湿性测试仪进行测试(温度为37.4 ℃，相对湿度为88%)。

5)氧气透过量：采用气体渗透仪进行测试(温度为26 ℃)。

2 结果与讨论

2.1 改性MMT在PPR中的分散性

如表2所示为不同改性MMT添加量试样的外观。

表2 不同改性MMT添加量试样的外观

从外观可以看到，当改性MMT含量为3%时，试样已经出现了明显的白色颗粒，说明此时改性MMT已经不能均匀分散在PPR基体中，分散性较差。

如图1所示为PPR+3.0%MMT/PEG8K试样的TEM照片，改性MMT片层(灰度变化区域)能够基本均匀分布在PPR基体内，尺寸为纳米级，同时，由于还存在少量未均匀分散的改性MMT(黑色条状部分)，尺寸较大，约为0.6μm左右，因而在试样中有明显的白色颗粒。

图1 PPR+3.0%MMT/PEG8K试样的TEM照片

2.2 改性MMT对试样粘接性能的影响

不同分子量PEG进行改性的MMT具有不同的特性，制备的热熔胶试样粘接性能也不同。如表5所示为不同分子量PEG改性MMT制备热熔胶试样的粘接性能。

表5 不同分子量PEG改性MMT试样的粘接性能

从试验结果来看，不同分子量PEG改性MMT对制备热熔胶试样的粘接性能影响不大，均远高于纯PPR试样，综合考虑采用分子量8 000 PEG改性MMT能够获得较好的粘接性能，同时能兼顾一定的经济性。

如表6所示为不同改性MMT添加量试样的粘接性能。相对于未添加改性MMT的试样，添加改性MMT能够显著提高试样的剥离强度。总体来说改性MMT的添加量对试样剥离强度的影响不大。

表6 不同改性MMT添加量试样的粘接性能

2.3 改性MMT添加量对试样气体阻隔性的影响

如表7所示为不同改性MMT添加量试样的水蒸气透过量和氧气透过量。

表7 不同改性MMT添加量试样的水蒸气透过量和氧气透过量

添加改性MMT后，试样的水蒸气透过量和氧气透过量明显降低，气体阻隔性显著增强。随着改性MMT添加量的提高，水蒸气透过量和氧气透过量逐渐降低，气体阻隔性增强，但是增强幅度并不高。

综合考虑热熔胶性能和成本，PPR+0.5%MMT/PEG8K+0.5%抗氧剂1010+1.0%抗氧剂168组分较为适宜。

3 结语

以PEG改性MMT制备的PPR热熔胶为研究对象，分析了改性MMT特性、添加量对PPR热熔胶外观、粘接性能和气体阻隔性的影响，试验结果表明：

1)改性MMT添加量为3%时，制备的热熔胶开始出现白色颗粒，通过TEM观察发现PPR基体中有改性MMT团聚现象。

2)使用不同分子量PEG进行改性的MMT，制备的热熔胶粘接性能差距不大，其中PEG8000改性MMT具备良好的综合性能。

3)添加改性MMT能显著提升热熔胶粘接性能，但是添加量对粘接性能影响有限。

4)添加改性MMT能够显著提升热熔胶的气体阻隔性，且随着添加量增加，气体阻隔性提升，但是提升幅度不大。

5)综合考虑，性能和成本，最佳热熔胶试样组分为PPR+0.5%MMT/PEG8K+0.5%抗氧剂1010+1.0%抗氧剂168。