膠粘劑吸附膠膜在產(chǎn)品設(shè)計中的影響研究

易艷麗

摘 要：考察了聚乙二醇單甲醚（MPEG）季戊四醇含量對膠粘劑膠膜吸水率、膠膜凝膠率和180°剝離強度的影響。結(jié)果表明：隨著MPEG質(zhì)量分數(shù)分數(shù)從3.0%增加至5.0%，膠粘劑薄膜的吸水率和180°剝離強度呈現(xiàn)逐漸增大趨勢，膠膜凝膠率逐漸減小。隨著季戊四醇質(zhì)量分數(shù)從1.5%增至3.0%，膠粘劑薄膜的吸水率呈現(xiàn)逐漸減小趨勢，膠膜凝膠率和180°剝離強度呈現(xiàn)逐漸增大趨勢。綜合考慮產(chǎn)品設(shè)計對膠粘劑膠膜吸水率、膠膜凝膠率和180°剝離強度的應(yīng)用需求，適宜的MPEG質(zhì)量分數(shù)為4.5%、季戊四醇質(zhì)量分數(shù)為2.0%。

關(guān)鍵詞：膠粘劑；MPEG含量；季戊四醇含量；耐水性；180°剝離強度

中圖分類號：TQ433.4+37

文獻標志碼：A

文章編號：1001-5922（2023）07-0030-03

Effect of adhesive film on product design

YI Yanli

（Chengdu Neusoft University，Chengdu 611844，China

）

Abstract：The effects of MPEG content and pentaerythritol content on the water absorption，gel rate and 180° peel strength of adhesive film were investigated.The results show that with the increase of MPEG content from 3.0% to 5.0%，the water absorption and 180° peel strength of the adhesive film gradually increase，while the gel ratio of the adhesive film gradually decreases.With the increase of pentaerythritol content from 1.5% to 3.0%，the water absorption of the adhesive film gradually decreases，and the gel ratio and 180° peel strength of the adhesive film gradually increase.Considering the application requirements of product design on the water absorption，gel rate and 180° peel strength of adhesive film，the appropriate MPEG content is 4.5% and the appropriate pentaerythritol content is 2.0%.

Key words：adhesive;MPEG content;pentaerythritol content;water resistance;180° peel strength

膠粘劑作為一種能將同質(zhì)或異質(zhì)物體表面連接在一起的粘合物質(zhì)［1］，通過粘附力和內(nèi)聚力把產(chǎn)品設(shè)計過程中不同材質(zhì)、不同厚度和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的材料或者構(gòu)件緊密結(jié)合在一起［2］，具有工藝簡單、質(zhì)量輕、連接力強等優(yōu)點，在現(xiàn)代化產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)用較為廣泛。然而在實際應(yīng)用過程中，不同的產(chǎn)品需要在不同的環(huán)境中應(yīng)用，同時溫度、受力、濕度等狀態(tài)也各不相同［3］。因此，除了考慮粘接性能外，在某些固定場合，膠粘劑的耐水性、耐熱堿水性和剝離強度等也視為重要的考核指標［4］。為了提升產(chǎn)品設(shè)計中膠粘劑的耐水性、耐熱堿水性和粘接性能，本文以水性聚氨酯膠粘劑為基礎(chǔ)原料，考察了MPEG含量和季戊四醇含量對膠粘劑膠膜吸水率、膠膜凝膠率和180°剝離強度的影響，結(jié)果可為高性能產(chǎn)品設(shè)計用膠粘劑的開發(fā)與應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗原料

試驗原料包括水性聚氨酯膠粘劑、工業(yè)級聚乙二醇單甲醚（MPEG）和化學(xué)純季戊四醇。

1.2 試樣制備

預(yù)先將水性聚氨酯膠粘劑進行水浴加熱（88 ℃、1 h），之后降溫至68 ℃，加入不同含量的聚乙二醇單甲醚和季戊四醇，高速攪拌15 min后在68 ℃靜置30 min，然后降溫至58 ℃并加入體積分數(shù)40%的去離子水進行分散處理，低速攪拌60 min進行擴鏈，自然消泡后得到不同聚乙二醇單甲醚含量和不同季戊四醇含量的改性膠粘劑。將改性膠粘劑乳液進行旋涂，制備膠粘劑膠膜，自然風(fēng)干24 h后置于98 ℃烘箱中干燥45 min，空冷至室溫。

1.3 測試方法

參考文獻［5］、文獻［6］方法進行膠粘劑膠膜耐水性、耐熱堿水性的測試，以吸水率大小評價耐水性，并計算凝膠率以考察其耐熱堿性；參照GB/T 2790—1995標準進行180°剝離強度測試［7］，測試速度為90 mm/min，溫度為室溫，以3組試樣平均值作為結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 MPEG含量的影響

圖1為MPEG含量對膠粘劑膠膜吸水率的影響曲線，試驗條件為室溫、溶液pH=7、靜置時間為24 h。從圖1可以看出，當(dāng)MPEG質(zhì)量分數(shù)為3.0%時，膠粘劑膠膜的吸水率為7.23%；隨著MPEG質(zhì)量分數(shù)從3.0%增至5.0%，膠粘劑膠膜的吸水率逐漸增加，在MPEG質(zhì)量分數(shù)為5.0%時，膠粘劑膠膜的吸水率達到44.21%。這主要是因為MPEG中含有—OH基團，可以與膠粘劑中的—NCO基團發(fā)生反應(yīng)，使得膠膜與水的親和力發(fā)生變化而改變耐水性［8］，且MPEG含量越高則膠膜的親水性會增強，耐水性降低而吸水率增大。

圖2為MPEG含量對膠粘劑膠膜凝膠率的影響，試驗條件為溫度85 ℃、pH值為11，浸泡試件為6 h。從圖2可以看出，當(dāng)MPEG質(zhì)量分數(shù)為3.0%時，膠粘劑膠膜的凝膠率為93.4%；隨著MPEG質(zhì)量分數(shù)從3.0%增至5.0%，膠粘劑膠膜的凝膠率逐漸減小，在MPEG質(zhì)量分數(shù)為5.0%時，膠粘劑膠膜的凝膠率達到26.3%。這主要是因為膠粘劑膠膜中加入MPEG后，膠粘劑膠膜中的親水基團的遷移能力增強，膠膜分子間作用力減弱，更容易發(fā)生吸水溶脹［9］，因此在熱堿環(huán)境下，膠粘劑膠膜的凝膠率會隨著MPEG含量增加而減小。

圖3為MPEG含量對膠粘劑膠膜180°剝離強度的影響。從圖3可以看出當(dāng)MPEG質(zhì)量分數(shù)為3.0%時，膠粘劑膠膜的180°剝離強度為0.093 kN/m；隨著MPEG質(zhì)量分數(shù)從3.0%增至5.0%，膠粘劑膠膜的180°剝離強度逐漸增大，在MPEG質(zhì)量分數(shù)為5.0%時，膠粘劑膠膜的剝離強度達到 0.262 kN/m。這主要是因為MPEG的加入，在膠粘劑中可以使—CH2CH2O—基團與NH—鍵發(fā)生反應(yīng)而增加內(nèi)聚能，增強膠粘劑的物理交聯(lián)作用［10］，在測試剝離強度過程中，粘接強度較大的膠粘劑膠膜試樣的180°剝離強度相應(yīng)增加。

2.2 季戊四醇含量的影響

圖4為季戊四醇含量對膠粘劑膠膜吸水率的影響曲線，試驗條件為室溫、溶液pH值為7、靜置時間為24 h。從圖4可以看出，當(dāng)季戊四醇質(zhì)量分數(shù)為1.5%時，膠粘劑膠膜的吸水率為44.7%；隨著季戊四醇質(zhì)量分數(shù)從1.5%增至3.0%，膠粘劑膠膜的吸水率先快速減小而后保持穩(wěn)定，在季戊四醇質(zhì)量分數(shù)為3.0%時，膠粘劑膠膜的吸水率基本接近于0，表明此時的膠粘劑膠膜已基本不具備吸水性。這主要是因為季戊四醇含量的增加會降低膠粘劑中聚酯多元醇含量，膠粘劑膠膜的交聯(lián)密度增加，在進行耐水性試驗過程中，水不容易滲透至膠膜內(nèi)部［11］，吸水率相應(yīng)降低。此外，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)季戊四醇質(zhì)量分數(shù)增至2%時，繼續(xù)增加季戊四醇含量并不會再降低膠粘劑膠膜的吸水率，這主要是因為此時膠膜已經(jīng)飽和的緣故［12］。

圖5為季戊四醇含量對膠粘劑膠膜凝膠率的影響，試驗條件為溫度85 ℃、pH=11，浸泡試件為6 h。從圖5可以看出，當(dāng)季戊四醇質(zhì)量分數(shù)為1.5%時，膠粘劑膠膜的凝膠率為24.3%；隨著季戊四醇含量從1.5%增至3.0%，膠粘劑膠膜的凝膠率線增加而后趨于穩(wěn)定，在季戊四醇含量為3.0%時，膠粘劑膠膜的凝膠率接近100%。這主要是因為膠粘劑膠膜中加入季戊四醇后，膠粘劑膠膜中的親水基團的遷移能力降低［13］，膠膜分子間作用力增強，吸水溶脹作用減弱，因此在熱堿環(huán)境下，膠粘劑膠膜的凝膠率會隨著季戊四醇含量增加而增大，但當(dāng)季戊四醇質(zhì)量分數(shù)增加至2%以上時，水已經(jīng)很難滲透至膠粘劑膠膜內(nèi)部，此時的凝膠率接近100%。

圖6為季戊四醇含量對膠粘劑膠膜180°剝離強度的影響。從圖6可以看出，當(dāng)季戊四醇質(zhì)量分數(shù)為1.5%時，膠粘劑膠膜的180°剝離強度為0.262 kN/m；隨著季戊四醇質(zhì)量分數(shù)從1.5%增至3.0%，膠粘劑膠膜的180°剝離強度逐漸增大，在季戊四醇質(zhì)量分數(shù)為3.0%時，膠粘劑膠膜的剝離強度達到 0.374 kN/m。這主要是因為季戊四醇的加入，在膠粘劑中可以使—CH2CH2O—基團與NH—鍵發(fā)生反應(yīng)而增加內(nèi)聚能，增強膠黏劑的物理交聯(lián)作用［14］，在測試剝離強度過程中，粘接強度較大的膠粘劑膠膜試樣的180°剝離強度相應(yīng)增加。

2.3 在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用

膠粘劑在產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)用過程中，由于產(chǎn)品使用過程中可能會遇到的環(huán)境溫度、濕度和受力等影響因素，需要同時考慮產(chǎn)品粘接用膠粘劑的耐水性能、耐熱堿水性和膠接性能等，這就要求產(chǎn)品設(shè)計用膠粘劑具有良好的吸水率、膠膜凝膠率和180°剝離強度等［15］。通過MPEG含量對膠粘劑膠膜吸水率、膠粘劑膠膜凝膠率和膠粘劑膠膜180°剝離強度的影響上看，隨著MPEG質(zhì)量分數(shù)從3.0%增至5.0%，膠粘劑薄膜的吸水率和180°剝離強度呈現(xiàn)逐漸增大趨勢，膠膜凝膠率逐漸減小。通過季戊四醇含量對膠粘劑膠膜吸水率、膠粘劑膠膜凝膠率和膠粘劑膠膜180°剝離強度的影響上看，隨著季戊四醇質(zhì)量分數(shù)從1.5%增至3.0%，膠粘劑薄膜的吸水率呈現(xiàn)逐漸減小趨勢，膠膜凝膠率和180°剝離強度呈現(xiàn)逐漸增大趨勢。綜合考慮產(chǎn)品設(shè)計對膠粘劑膠膜吸水率、膠膜凝膠率和180°剝離強度的應(yīng)用需求，適宜的MPEG質(zhì)量分數(shù)為4.5%，季戊四醇質(zhì)量分數(shù)為2.0%。

3 結(jié)語

（1）當(dāng)MPEG質(zhì)量分數(shù)為3.0%時，膠粘劑膠膜的吸水率為7.23%；隨著MPEG質(zhì)量分數(shù)從3.0%增至5.0%，膠粘劑膠膜的吸水率逐漸增加，在MPEG質(zhì)量分數(shù)為5.0%時，膠粘劑膠膜的吸水率達到44.21%。隨著MPEG質(zhì)量分數(shù)從3.0%增至5.0%，膠粘劑膠膜的180°剝離強度逐漸增大，在MPEG質(zhì)量分數(shù)為5.0%時，膠粘劑膠膜的剝離強度達到 0.262 kN/m；

（2）隨著季戊四醇質(zhì)量分數(shù)從1.5%增至3.0%，膠粘劑膠膜的吸水率先快速減小而后保持穩(wěn)定，在季戊四醇質(zhì)量分數(shù)為3.0%時，膠粘劑膠膜的吸水率基本接近于0；

（3）隨著季戊四醇質(zhì)量分數(shù)從1.5%增至3.0%，膠粘劑膠膜的180°剝離強度逐漸增大，在季戊四醇質(zhì)量分數(shù)為3.0%時，膠粘劑膠膜的剝離強度達到 0.374 kN/m。

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