一種輕質裝飾板材用免釘膠的研究

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.廣東新山禾發展有限公司，廣東 中山 528429；3.廣東阜和實業有限公司，廣東 中山 528434）

一種輕質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.廣東新山禾發展有限公司，廣東 中山 528429；3.廣東阜和實業有限公司，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，通過使用納米碳酸鈣（nano-CaCO3）、萜烯樹脂（TR），研制出一種輕質裝飾板材用免釘膠。研究了橡膠配比、混合溶劑的配比、nano-CaCO3和TR用量對免釘膠性能的影響。結果表明，當w（星型SBS）：w（線性SBS）=5：5、v（MB）：v（120#）：v（DMK）=40：40：20、w（nano-CaCO3）=15%、w（TR）=12%時，制得的免釘膠綜合性能優異，具有良好的應用前景。

凝膠滲透色譜；共聚酰胺；熱熔膠；分子質量；分布

裝飾膠粘劑是建筑裝飾領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的發展已經較為成熟，常見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溶劑，在發展的同時不斷受到日趨嚴厲的生活環境法規的制約，比如國家質檢總局于2009年9月1日頒布實施了國家標準《GB 18583—2008 室內裝修材料膠粘劑中有害物質限量》等。因此，開發低有機揮發物（VOC）含量、符合環境和健康要求、性能優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、無鉆孔、粘接快等特點，已經在歐美國家得到了較早的應用，而國內目前免釘膠的技術報道和產品研究依然為數不多［1，2］。

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

1 實驗部分

1.1 實驗儀器

JB90-D型強力電動攪拌機，上海標本模型廠；5 L行星攪拌試驗機，無錫興德傳動科技有限公司；全自動針錐入度測定儀，法國Norma lab公司；LJ-1000型拉力實驗機，廣州市廣材實驗儀器有限公司；擠出性測試儀，自制。

1.2 主要原材料

SBS，韓國LG公司；防老劑（BHT），廣州力國貿易有限公司；納米碳酸鈣（nano-CaCO3），福建鴻豐納米科技有限公司；蒙脫土（MMT），靈壽縣華潤礦物粉體加工廠；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；萜烯樹脂（TR），河南豐達化工；溶劑，市售；以上產品均為工業級。

1.3 膠粘劑制備

1）預制漿的制備

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

2）免釘膠的制備

將預制漿加入行星攪拌機中，攪拌下緩慢加入填充劑、防老劑BHT，充分攪拌直至混合均勻即可。

1.4 測試與表征

1）錐入度

按液態密封墊錐入度試驗方法進行測試［3］。

2）擠出性

采用擠出性測試儀，測試單位時間內擠出膠漿的體積（1 min，氣壓0.2 MPa）。

3）下垂度

按照JC/T2186—2013規定執行。

4）拉伸剪切強度

按照JC/T2186—2013規定執行（標準試驗條件24 h）。

2 結果與討論

2.1 主體材料對膠粘劑性能的影響

SBS具有優良的彈性和拉伸強度、永久變形小、屈撓性和回彈性好等特點，而且其易溶解，無需煉膠，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。

按分子鏈結構的不同，SBS可分為星型（Ⅰ）和線型（Ⅱ）2大類，不同類型SBS具有不同的特點。星型SBS主要特點是相對分子質量高，內聚強度大，物理交聯密度大，耐熱性和彈性模量相對較高等；線型SBS主要特點是相對分子質量低，內聚強度小等。本研究將星型和線型SBS搭配使用，充分發揮二者的優點，使膠粘劑性能達到最佳。

不同類型SBS比例對免釘膠性能的影響如表1所示。

由表1可以看出，隨著星線比例的增加，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，當其含量逐漸增加時，膠液黏度也逐漸增大；對于拉伸剪切強度，當w（Ⅰ）：w（Ⅱ）=5：5時達到最大值；對于下垂度，當w（Ⅰ）：w（Ⅱ）=0：10時較差，主要受線型SBS黏度較低的影響而導致，其余均在標準范圍之內。綜合考慮，w（Ⅰ）：w（Ⅱ）=5：5時較適宜。

表1 不同類型SBS配比對免釘膠性能的影響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（δm） 來評估。SBS結構特殊，二相的δm值也有所區別，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，不同溶劑配比對膠粘劑性能的影響如表2所示。

表2 不同溶劑配比對膠粘劑性能的影響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，對橡膠的溶解性良好；拉伸剪切強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，當膠液黏度相對較低時，對被粘面的濕潤性較好，粘接效果稍好，但若黏度較高時膠粘劑對被粘界面的潤濕和滲透性變差，又會影響粘接強度。綜合下垂度等因素考慮，選擇v（MB）：v（120#）：v（DMK）=40：40：20時較適宜。

2.3 填料對膠粘劑性能的影響

2.3.1 填料的選擇

由于免釘膠黏度較高，用常規的黏度計無法測試，因此本研究采用膠漿的錐入度表征其黏度。不同類型的填料對免釘膠性能的影響如表3所示。

由表3可見，對于錐入度和擠出性，nano-CaCO3和蒙脫土相似，滑石粉和高嶺土相對較高；拉伸剪切強度以納米碳酸鈣最優，其次是蒙脫土和高嶺土，滑石粉最低；對于下垂度，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用量對膠粘劑性能的影響

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

不同nano-CaCO3用量對免釘膠性能的影響如表4所示。

表4 nano-CaCO3用量對免釘膠性能的影響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；拉伸剪切強度呈先增后減態勢，當w（nano-CaCO3）=15%時達到最大值，這是因為剛性填料粒子對膠粘劑的力學性能有一定影響，適宜的用量可起到補強作用，當含量較小時補強作用不明顯，含量過多時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低導致粘接強度下降；下垂度則逐漸減小，含量超過15%時下垂度均為0。綜合考慮，選擇w（nano-CaCO3）=15%較適宜。

2.4 樹脂對膠粘劑性能的影響

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

萜烯樹脂用量對膠粘劑性能的影如響表5所示。

由表5可知，隨著萜烯樹脂用量的增加，錐入度和擠出性稍有增加，這主要是由于增粘樹脂可以使膠液黏度降低導致［6］；拉伸剪切強度呈先增后減態勢，當增加到12%時粘接強度達到最大值，當用量過多時粘接破壞形式變為內聚破壞，粘接強度有所降低；下垂度方面，當超過16%時略有增加，但均可滿足產品要求。綜合考慮，選擇w（TR）=12%較適宜。

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

3 結論

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

（2）采用單因素法優選出溶劑、填料、增粘樹脂的最佳工藝條件：當v（MB）：v（120#）：v（DMK）=40：40：20、w（nano-CaCO3）=15%、w（TR）=12%時，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，201310726150.6［P］.2014-04-09.

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

［3］張向宇.膠粘劑分析與測試技術［M］.北京：化學工業出版社，2004.

［4］李子東，李廣宇，等.膠黏劑助劑［M］.北京：化學工業出版社，2009.

［5］北京粘接學會.膠粘劑技術與應用手冊［M］.北京：宇航出版社，1991.

［6］李子東，李廣宇，張靜，等.SBS系列膠粘劑的進展［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工作。E-mail：vicsanvo@sina.com。