聚丙烯蠟對EVA 熱熔膠性能的影響

靳洪飛，孫 達，張雪萍，李文風，宋宇飛，馬鳳國

( 青島科技大學橡塑材料與工程教育部重點實驗室/ 山東省橡塑材料與工程重點實驗室，山東青島266042)

EVA 熱熔膠是一種綠色環保、零溶劑含量的100%固含量的膠粘劑。它以乙烯- 醋酸乙烯酯共聚物為主體樹脂，具有優異的的粘附力、韌性好，能滿足耐熱、耐寒性的要求，與其他配合劑相容性好，熔融粘度低，施膠便捷，價格低廉[1-2]。因而，在現有的熱熔膠中，EVA熱熔膠用量最大，應用范圍最廣。隨著國家對有毒、有害產品的大力整治，作為從生產到使用綠色環保的、零污染的EVA 熱熔膠受到了人們極大地關注，具有廣泛的應用前景[3-4]。

蠟類為EVA 熱熔膠配方的重要組成部分。蠟可以調節凝固速度，縮短固化時間，改善抗蠕變性、柔韌性、融化速度，并減少紡絲現象，防止膠料自粘等作用，與此同時，也降低了EVA 熱熔膠的造價[5]。然而，隨著蠟的添加，粘合劑的內聚強度和粘合強度將不同程度地降低。因此蠟的加入量一般不超過30%。蠟是熱熔膠配方中非常關鍵的一個要素，很多情況下，蠟的品種以及用量關系到一個配方的好壞，而在EVA 熱熔膠的配方中常使用飽和度較高的石蠟和微晶蠟。本實驗探究了PP 蠟對EVA 熱熔膠粘結性能作用機理，并對實際生產理論用量進行了評估。

1 實驗部分

1.1 主要原料和儀器

表1 主要原材料Table 1 Main raw materials

表2 主要儀器Table 2 Main instruments

續表2

1.2 試樣制備

按照配方用電子天平精確稱量EVA 樹脂、增粘樹脂、蠟存放在干凈、安全的實驗臺上，準備實驗使用；將電熱爐溫度升高到140℃，并保溫10min；將EVA 樹脂放入特制燒杯中，置于電熱爐上升溫；待物料完全熔融時，依次加入增粘樹脂、蠟和填料；待所有物料完全熔融時，用攪拌器進行高速攪拌，直至共混物完全熔融并充分混合均勻；將EVA 熱熔膠膠料從特制燒杯中倒入涂有防粘劑的玻璃器皿上，待冷卻后取下，即制得EVA 熱熔膠。

取適量的EVA 熱熔膠裝入210×210×4（mm）的模具；平板硫化機的溫度設置為140℃，保溫10min，以確保EVA 熱熔膠熔融時溫度恒定；模具放入平板硫化機中加壓加熱，熔融加熱時間設定為30min，取出后冷壓降溫，即可制得EVA 熱熔膠試樣；避免高溫、強光照射儲存，以備后用。

1.3 性能測試

拉伸性能：采用萬能試驗機、按照GB/T 528-2009測試，拉伸速率為500mm/min；軟化點測試：按照 GB/T 1633-2000 制樣。EVA 熱熔膠裁成正方形形狀，尺寸為10mm*10mm*4mm；剪切強度測試：采用電子拉力儀、按照GB/T 7124-2008，拉伸速率為10 mm/min；熔融指數測試：按照GB/T 3682-2000 試驗方法進行測定；接觸角測試：按照UNE EN 828-201 實驗方法進行測定；掃描電子顯微鏡測試：用掃描電子顯微鏡(JSM-7500F) 進行測試分析，觀察EVA 熱熔膠材料的微觀結構。

2 結果與討論

2.1 蠟含量對EVA 熱熔膠剪切強度及拉伸強度性能的影響

從圖1 可以看出，隨著PP 蠟用量的增加，EVA 熱熔膠的剪切強度呈現先上升再下降的趨勢，且在PP 蠟用量為20phr 時，EVA 熱熔膠剪切強度達到最大值，為3.66MPa。這是因為PP 蠟本身為低分子量的丙烯聚合物，自身的熔融粘度很低，所以具有使EVA 熱熔膠熔融時降低熔體粘度的能力；也可以使EVA 熱熔膠的表面張力減小，提高EVA 熱熔膠對被粘物金屬鋁和塑料的浸潤性能；同時也可以提高熱熔膠的粘附力，從而取得了較強的粘接性能[6]。從另一方面來講，PP 蠟作為低分子量的丙烯聚合物，其結構與被粘物PP 聚合物的結構幾乎相同，根據極性相近原則和相似相溶原理，在高溫的條件下PP 蠟分子鏈比較容易擴散至PP 塑料中，形成相對較強的分子間作用力。PP 蠟與EVA 熱熔膠的相容性很好，分子間作用力也較大，進一步增加了EVA 熱熔膠對被粘物的浸潤性能。當PP 蠟加入量超過20phr 時，EVA 熱熔膠的剪切強度反而會隨著PP 蠟的加入而下降，這是因為PP蠟作為小分子聚合物，分子量比較低，內聚力也比較小，影響了整體的內聚力[7]。當EVA 熱熔膠與被粘物的分子間作用力，大于膠體自身的內聚力，就會出現內聚力破壞的現象。一般而言，我們希望的界面破壞形式為界面破壞和內聚力破壞同時發生。因為在這種情況下，我們可以將熱熔膠的粘接能力發揮到極致。

圖1 PP 蠟含量對EVA 熱熔膠剪切強度的影響Fig.1 Effect of PP wax content on shear strength of EVA hot melt adhesive

從圖2 可以看出，隨著PP 蠟用量的增加，EVA 熱熔膠的拉伸強度不斷下降。這是因為PP 蠟作為小分子聚合物，分子量比較低，內聚力也比較小，影響了整體的內聚力，即PP 蠟的加入降低了EVA 熱熔膠的內聚力；且PP 蠟為烴類化合物，不含有雙鍵和其他極性官能團，而熱熔膠中的主要組分一般為極性物質，兩者之間的分子間作用力不是很強，所以隨著PP 蠟含量的增加，EVA熱熔膠的拉伸強度不斷下降。我們還可以看出，PP 蠟為20phr 之前，熱熔膠的拉伸強度下降速率并不大，而PP蠟含量超過30phr 時，熱熔膠自身的力學強度已經有些差了，其粘接強度也很難到達理想效果，因此一般情況下，蠟在熱熔膠整體的占比很少超過30%。

圖2 PP 蠟含量對EVA 熱熔膠拉伸強度的影響Fig.2 Effect of PP wax content on tensile strength of EVA hot melt adhesive

2.2 PP 蠟含量對EVA 熱熔膠熔融指數的影響

從圖3 可以看出，EVA 熱熔膠的熔融指數幾乎隨著PP 蠟用量的增大呈線性增加，說明了EVA 熱熔膠的流動性能受PP 蠟的含量影響較大。這是因為蠟作為熱熔膠最重要的粘度調節劑，其主要作用就是降低熱熔膠的粘度，提高其熔融流動性性能，使EVA 熱熔膠的表面張力減小，提高EVA 熱熔膠對被粘物金屬鋁和塑料的浸潤性能，同時也可以提高熱熔膠的粘附力從而取得較強的粘接性能。

圖3 PP 蠟含量對EVA 熱熔膠熔融指數的影響Fig.3 Effect of PP wax content on melting index of EVA hot melt adhesive

2.3 PP 蠟含量對EVA 熱熔膠軟化點的影響

從圖4 可以看出，EVA 熱熔膠的軟化點隨著PP 蠟含量的增加而逐漸降低。因為PP 蠟作為小分子聚合物，分子量比較低，內聚力也比較小，影響了整體的內聚力。PP 蠟為烴類化合物，不含有雙鍵和其他極性官能團，而熱熔膠中的主要組分一般為極性物質，兩者之間的分子間作用力不是很強，所以隨著PP 蠟含量的增加，大量的小分子結構的PP 蠟充斥于各個熱熔膠組分之間，削弱了熱熔膠各組分之間的分子間作用力，破壞了熱熔膠原有的鏈結構，使其整體的鏈段活動性增強，熱變形能力變強，因而軟化點下降[8]。

圖4 PP 蠟對EVA 熱熔膠軟化點的影響Fig.4 Effect of different PP wax content on softening point of EVA hot melt adhesive

2.4 PP 蠟對EVA 熱熔膠表干時間的影響

從圖5 中可以出，EVA 熱熔膠的表干時間隨著PP蠟含量的增加而逐漸縮短。因為PP 蠟作為小分子聚合物，分子量比較低，PP 蠟的比熱容較小，對溫度的變化比較敏感。表干時間從一定程度上體現了熱熔膠的加工可操作時間和熱固化時間，在實際生產和使用過程中，蠟常常用來進行調整加熱熔融速率和涂布時間。這種方法行之簡單，效果十分明顯。

圖5 PP 蠟對EVA 熱熔膠表干時間的影響Fig.5 Effect of different PP wax content on drying time of EVA hot melt adhesive

2.5 PP 蠟含量對EVA 熱熔膠接觸角的影響

從圖6 可以看出，隨PP 蠟含量的增加，熱熔膠與被粘物金屬鋁片和PP 塑料的接觸角均呈現逐漸減小的趨勢，該曲線表明了PP 蠟的加入使EVA 熱熔膠的流動性增加，使EVA 熱熔膠的表面張力減小，提高EVA 熱熔膠對被粘物金屬鋁和塑料的浸潤性能，同時也可以提高熱熔膠的粘附力，從而取得了較強的粘接性能[8]。蠟在EVA 熱熔膠中有多種價值和影響力，但最重要的作用還是降低熱熔膠的粘度，提高其流動性，減小接觸角，使熱熔膠在被粘物表面充分鋪展，使二者充分接觸，進而提高粘接性能[9]。

圖6 PP 蠟含量對EVA 熱熔膠接觸角的影響Fig.6 Effect of PP wax content on contact angle of EVA hot melt adhesive

2.6 PP 蠟含量的EVA 熱熔膠拉伸斷裂面及剪切面形貌分析

從圖7 可以看出，隨PP 蠟含量的增多，EVA 熱熔膠逐漸由韌窩大且深、拉絲纖維多、塑性形變充分過渡到韌窩淺、斷面拉絲纖維少、塑性形變不充分。當PP 蠟含量大于30phr 時，熱熔膠的斷面就很難找拉絲纖維，塑性變形不明顯，這是因為PP 蠟作為小分子聚合物，分子量比較低，內聚力也比較小，影響了整體的內聚力。PP 蠟為烴類化合物，不含有雙鍵和其他極性官能團，而熱熔膠中的主要組分一般為極性物質，兩者之間的分子間作用力不是很強，所以隨著PP 蠟含量的增加，大量的小分子結構的PP 蠟充斥于各個熱熔膠組分之間，削弱了熱熔膠各組分之間的分子間作用力[10]，破壞了熱熔膠原有的鏈結構，使其整體的鏈段活動性增強，大分子鏈段之間的作用力減弱，內聚力減少。

圖7 不同PP 蠟含量EVA 熱熔膠拉伸斷裂面在1000 倍率下的SEM 形貌圖Fig.7 SEM morphology of tensile fracture surface of EVA hot melt adhesive with different PP wax content at 1000-fold rate

3 結論

隨著PP 蠟用量的增大，EVA 熱熔膠的剪切強度先升高后降低、拉伸強度不斷降低；軟化點、表干時間和接觸角不斷減小；熔融指數不斷增大。可以通過控制PP蠟的用量來調整EVA 熱熔膠的流動性和粘度，增加熱熔膠對被粘物的潤濕性，提高粘接性能，且因與PP 的結構相似，對PP 聚合物的潤濕性改善尤為顯著。通過SEM圖像分析，當EVA 熱熔膠中PP 蠟大于30phr，EVA 熱熔膠的內聚力變得十分小，不利于粘接強度的提高。聯系實際生產情況綜合考慮，EVA 熱熔膠中PP 蠟的用量不應超過30phr，且當PP 蠟為20phr 時，EVA 熱熔膠剪切強度達到最大，為3.66MPa。