热熔压敏胶的研制本科毕业设计论文.docx
《热熔压敏胶的研制本科毕业设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热熔压敏胶的研制本科毕业设计论文.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
热熔压敏胶的研制本科毕业设计论文
本科毕业设计
毕业设计题目：
热熔压敏胶的研制
毕业论文（设计）原创性声明
本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。
对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。
作者签名：
日期：
毕业论文（设计）授权使用说明
本论文（设计）作者完全了解**学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。
有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。
学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。
保密的论文（设计）在解密后适用本规定。
作者签名：
指导教师签名：
日期：
日期：
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
3）其它
摘要
本文就热熔压敏胶的各组分进行了分析与讨论，分别选取出成本较低和性能比较突出的热塑弹性体、增粘树脂、增塑剂以及防老剂。
然后对通过实验比较选取出来的各组分来设计配方，采用正交实验法，最终得到能运用于快递包裹封口的破坏性热熔压敏胶。
热熔压敏胶对快递包裹封口的破坏性主要表现为较强的初粘力和内聚力，因此初粘性和剥离强度为最主要的考察因素。
结果表明，当热塑弹性体SIS1106、松香树脂、环烷油、防老剂的比例为50：
60：
20：
1.2时，得到的热熔压敏胶对快递包裹封口破坏性最强，且其他各方面性能最稳定。
根据本实验研究成果，可以为物流包装生产厂家制备破坏性热熔压敏胶提供一定的借鉴作用，也可以为科研机构对热熔压敏胶的后续研究提供一定的参考价值。
关键词：
破坏性热熔压敏胶增粘树脂增塑剂
英文标题
Abstract
Inthispaper,thegtoupofhotmeltpressuresensitiveadhesiveareanalyzedanddiscussed,respectively,selectedfromthelowcostandperformancemoreprominentthermoplasticelastomer,tackifyingresin,plasticizerandantioxidant.Thenthroughtheexperimentalcomparisonofeachgroupchosentodesignformula,bythemethodoforthogonalexperiment,finallyobtainedcanbeappliedfortheexpresspackagesealingdestructivehotmeltpressuresensitiveadhesive.
Destructivehotmeltpressuresensitiveadhesiveontheexpresspackagesealingmainlyforthestronginitialadhesionandcohesion,sotheinitialtackandpeelstrengthastheinvestigationofthemainfactors.Theresultsshowthat,whenthethermoplasticelastomerSIS1106,rosinresin,naphthenicoil,antioxidantratiowas50:
60:
20:
1.2,hotmeltpressuresensitiveadhesiveobtainedsealingdestructivetoexpressparcel,andotheraspectsoftheperformanceofthemoststatle.
Accordingtotheexperimentalresults,canprovidecertainreferenceforthelogisticspackagingmanufacturersproducingdestructivehotmeltpressuresensitiveadhesive,alsomayprovidethecertainreferencevalueforthestudyofthefollowupresearchinstitutionsonthehotmeltpressuresensitiveadhesive.
Keywords:
destructiveHMPSAtackifyingresinplasticizer
一前言
（一）热熔压敏胶的出现及应用
热熔压敏胶，顾名思义，就是兼有热熔和压敏两种特性的胶黏剂。
这类胶黏剂主要是以热塑性聚合物为主，在熔融状态的时候进行涂布，冷却固化后只要轻轻指压即能快速粘接，同时又能比较容易地被剥离，不污染被粘物表面[1]。
胶黏剂在我国的历史悠久，早在战国时期，就有从蜂蜡、松脂、动物胶等材料熬制成医药膏，形成了压敏胶制品应用的雏形[2]，但是在大批量生产和研究方面起步较晚。
20世纪80年代中期，岳阳石化公司率先进行SBS的批量生产，为我国热熔压敏胶的发展奠定了基础；1995年，我国热熔压敏胶的产量仅为3k吨，紧接着我国的热熔压敏胶便得到了快速发展，一些胶黏剂跨国公司如美国富乐、国民淀粉、博士芬得利等相继在我国投资建厂；[3]2004年，由于生产设备的进口和原料大量的带动，我国热熔压敏胶的产量增长到6.3万吨；2007年，热熔压敏胶的消费量达8万吨，年产量近5万吨的热熔压敏胶大部分用于一次性卫生材料；[4]近几年我国热熔压敏保持每年10%-20%的增长速度。
与传统胶黏剂相比，热熔压敏胶具有独特的优越性，因此在世界各地得到广泛应用于各个行业，主要集中在以下领域：
（1）包装行业，主要作为双面胶、封箱胶或者不干胶，用于纸箱，纸盒之类的包装和标签，最常见于快递物流行业；
（2）日常用品，如玻璃胶、挂钩用的压敏胶等；（3）医疗行业，被用于包扎中的胶带生产，一次性药贴和一次性用品；（4）卫生用品，如妇女卫生巾、儿童纸尿布和卫生坐垫等。
热熔胶从问世至今，经过不断探究和实验，已经开发出各种各样能满足特定需求的热熔胶，其中较常见的主要有EVA热熔胶、聚氨酯热熔胶、聚酰胺热熔胶、热熔压敏胶和反应性热熔胶等。
（二）热熔压敏胶的发展现状
随着国家对环保法规的逐渐完善和人们对地球环境的高度重视，环保型压敏胶出现在人们的视野中并引起了人们的关注,溶剂型压敏胶的产量逐年递减[5]。
热熔压敏胶作为新型环保压敏胶，在世界范围内得到大力推广，众多科研工作人员也都纷纷对其进行研究和改善，以满足不同企业对热熔压敏胶的需求。
邸明伟等采用岳阳石化公司生产的SIS1105和SIS1209为主体原料,配合增粘树脂、增塑剂、软化剂、防老剂等制备出的热熔压敏胶,基本可以取代进口的热塑弹性体用于生产热熔压敏胶。
陈薇等采用正交实验法研究了以SIS为主要材料的热熔压敏胶,讨论了在不同增粘剂配比、用量和不同量的其他助剂对热熔压敏胶性能的影响。
邸明伟等采用自己制作的热氧老化装置研究了国产的SIS热氧老化性能相关问题,并开发出了新型的防老剂,成功解决了SIS系热熔压敏胶的老化问题。
刘向红等结合岳阳化工公司SIS1105和SIS1209两种新牌号的性能和结构特点,论述了SIS配制溶剂型胶、热熔压敏胶的配方特点及应用情况。
最近年，刘波[6]研究并证明了当温度控制在一定范围内，热熔压敏胶的持粘力与温度符合Arrhenius方程，由粘性流动控制。
刘东红等[7]以聚乙烯/异戊二烯/聚乙烯嵌段聚合物（SIS）为主体聚合物，研制出一种耐低温的热熔压敏胶。
秦伟[8]对真空热循环条件下拉伸剪切强度断裂伸长率的变化规律，并得出随着热循环次数增加，拉伸剪切强度呈先升后降的结论。
最近几年出现的改良热熔压敏胶主要有：
（1）SBS与SIS共混型热熔压敏胶，共混的热熔压敏胶既有SIS中异戊二烯中受热断裂而产生比较高的初粘力，又保持了SBS中聚丁二烯嵌段受热容易氧化交联的特点，综合性能得到全面提高；
（2）辐射固化热熔压敏胶，这类热熔压敏胶通常具有较高的耐热性和耐老化性，这是因为使用电子束或者紫外光进行照射时，能打开分子链中的双键，产生交联，得到更稳定的结构；（3）丙烯酸酯热熔压敏胶，这类胶体主要是通过酸或酯类之间的共聚，而提高压敏胶内聚力和综合粘性；（4）有机硅热熔压敏胶，由硅橡胶和树脂作为主要组分共聚制成，有较高的耐寒性和导电性，主要用于比较极端的环境；（5）无定型热熔压敏胶，这是一种低分子量的热熔压敏胶，具有较好的流动性和粘合力，主要用于纸张和木材制品的粘合。
随着社会科技的进步，对热熔压敏胶的需求越来越大，也越来越细腻，热熔压敏胶将向更精细的方向发展，出现更多的能满足各个行业需求的特种热熔压敏胶。
（三）本文的研究目的及其意义
热熔压敏胶作为现代工业不可缺少的一部分，已经渗透到各行各业，21世纪是互联网的时代，也是电子商务的时代。
随着电商时代的到来，物流行业也得到迅速的发展和崛起，其中快递运输中对热熔压敏胶的需求也与日俱增。
在快件的运输过程中，需要对物品进行一定的包装才能运输，为了防止贵重物品的遗失，就要确保物品全程一直处于封闭状态，为了防止物品被拆开后继续粘贴包装，就需要快递包裹封口在拆开后，就不能复原，这样才能保证物品的安全性。
所以，除了追求低成本的热熔压敏胶之外，还要求在密封时热熔压敏胶对包裹封口能有很好的破坏性（即一旦包裹封口撕开无法复原），才能保证包裹在运输过程中能有很好的保密性。
本课题的目的在于通过查阅相关资料找出能用于制造破坏性热熔压敏胶的原料，并将范围缩小在两至三种之间，然后利用控制变量法比较得出最适合的原料。
最后将选取的原料按一定比例制取能满足于快递包裹密封所需的破坏性热熔压敏胶（通过正交实验法得到最优的配方）使将其涂布于包裹封口上具有一定的破坏性，具体的技术指标为初粘性至少达到初粘测试仪6号钢球的水平、持粘性至少达到12小时后测试板位移≦3mm、剥离强度则为90度剥离测试仪>4N。
制取所得的破坏性热熔压敏胶，不仅能用于物流包装企业大批量，具有一定的实用价值，而且能为科研人员对热熔压敏胶的后续研究和改善提供一定的参考价值。
第二章材料与方法
（一）原料与测定仪器
1、原料
热塑性弹性体SIS-1106
岳阳巴陵华兴石化有限公司
热塑性弹性体SIS-1105
岳阳巴陵华兴石化有限公司
白油
中国石化集团炼油厂
环烷油
新疆克拉玛依石化有限公司
松香季戊四醇酯
浙江鑫松树脂有限公司
C5加氢树脂
扬子伊士曼化工有限公司
抗氧剂（168、1076）
天津晨光化工有限公司
2、测定仪器
初粘性测试仪（斜槽滚球法）
济南三泉中石实验仪器有限公司
持粘性测试仪CAY-2A
济南三泉中石实验仪器有限公司
数字旋转粘度计SNB-2-J
上海地学仪器研究所
软化点测定仪
铭禹电子科技有限公司
微电脑拉力测试机
高鑫检测设备有限公司
98-1-C型数字控温电热套
天津市泰斯特仪器有限公司
3、其他实验器材
玻璃搅拌棒、小型反应釜（800ml）、托盘天平、称量纸、烧杯（50ml）、离型纸
（二）实验方法
在工业中生产热熔压敏胶主要是用真空保护法，在真空的状态下进行生产，能避免胶体暴露在空气中被氧化，最大限度的保护热熔压敏胶的质量。
而在实验室中，由于没有足够的空间和条件，本课题中我们主要以小量生产检测为主，因此我们将在通风橱中利用小型反应釜来制取热熔压敏胶。
两者的主要流程如下：
真空保护法：
在带有搅拌桨、温度计、抽气口、进料口的双层玻璃反应釜中加入热塑性弹性体SIS和增塑剂以及防老剂，升温至130-160℃，开动搅拌至全部SIS熔融并和增塑剂混淆均匀；后加入增粘树脂，密封抽真空，直至增粘树脂全部熔融，整个体系变成均匀透明的粘稠液体后，停止加热和搅拌，对反应釜进行保温，趁热出料。
实验室小量试验法：
在托盘天平上按一定配方比例依次准确称取热塑弹性体、增塑剂、增粘树脂、防老剂。
把热塑性弹性体、增塑剂和防老剂投入小型反应釜中，接着把反应釜放进控温电热套中，控制温度在130-160℃之间。
边加热边搅拌，至全部SIS熔融并和增塑剂及抗氧剂混淆均匀。
趁热投入增粘树脂，继续搅拌，直至增粘树脂全部熔融。
待整个体系变成均匀透明的粘稠液体后，停止加热和搅拌，趁热将所有粘稠液体倒在事先准备好的离型纸上，冷却至室温。
大致步骤如下图：
热塑弹性体+增塑剂+增粘树脂+防老剂
↓
冷却至室温←熔融聚合物流体←高温搅拌
↓
性能测定（初粘性、持粘性、熔融黏度、软化点、90°剥离力）
（三）检测方法
检测产品性能所参照国家标准。
压敏胶粘带持粘力检测方法：
GB/T4851-84
GB/T4852-2002压敏胶粘带初粘力检测方法
GB/T2792-81压敏胶粘带180°剥离力检测方法
HG/T3660-1999胶黏剂熔融粘度测定方法
GB/T15332-94胶黏剂软化点测定方法
1.持粘力测定
取若干热熔压敏胶于坩埚内，通过加热熔融均匀，然后用涂胶棒将胶溶液均匀地涂到下纸上，将下纸上胶面贴于试样板上，使用转压滚轮来回压3次，放置一小段时间后将其垂直挂于持粘测试仪支架上，下端悬挂1kg的砝码，12小时后记录试样下滑的位移，同时在测试仪上测定3个试样，取平均值。
2.初粘力测定
取若干热熔压敏胶于坩埚内，通过加热熔融均匀，然后用涂胶棒将胶溶液均匀地涂到下纸上，再将带胶溶液的下纸置于倾斜度大概为30°的初粘力测试仪上，以标准试验钢球在滑动后能在样品上停留达到第几号为标准测试其初粘力。
3.180°剥离力测定
取若干热熔压敏胶于坩埚内，通过加热熔融均匀，然后用涂胶棒将胶溶液均匀地涂到下纸上，然后把下纸贴于测试钢板上，用转压滚轮来回滚动三次，放置一小段时间后将其夹于拉力测试机上，进行拉力剥离测定，将下纸从钢板表面成180°剥离下来，记录下纸断开瞬间拉力测试机的读数。
4.熔融粘度测定
取一小部分热熔压敏胶样品放入数字粘度计的高温恒浴炉里，调节温度为175℃左右，待胶体完全熔融后，选择型号、转速适合的转子进行测定，每个样品测定3次，取平均值。
5.软化点测定
取一小块热熔压敏胶放入高温恒浴炉里，待熔融均匀后迅速倒入金属环中与钢球混合在一起，使钢球处于金属环中间位置，室温冷却到胶体凝固，后将金属环放入软化点测试仪中，加满水，设置一定的升温速率，使胶体熔化，记录钢球掉落接触平板瞬间的温度读数，测量3次取平均值。
三结果与讨论
一.热塑性弹性体对热熔胶主要性能的影响
热塑弹性体是一种在常温下具有橡胶的弹性，在高温下能够塑化成型的高分子材料，最主要和常见的是SBS和SIS两种。
SBS是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，具有溶解性好，与大多数聚合物相容，强度高，韧性好，固化快等优点。
SIS是苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物，SIS的模量比较低，溶液粘度和熔融黏度相对较小，具有很好的加工性能（如涂布性能）。
在其他因素和环境相同的情况下，我们分别用SBS和SIS制取了两块不同的热熔压敏胶，并测得相关的产品性能如表3.11
表3.11SBS和SIS制取的热熔压敏胶性能区别
热塑弹性体
粘度（mPa﹒s）
软化点（℃）
持粘力（12小时位移/mm）
初粘力（标准号钢球）
剥离强度（250mm/min）
SBS
3400
90
>3
11
3.42
SIS
3030
85
<3
10
3.79
从表中我们可以知道，用SBS制取出来的热熔压敏胶在熔融状态下的黏度大于用SIS制取出来的胶体，也更容易融化（软化点更低），但是在其他性能（持粘、初粘力、剥离强度）方面就不如SIS制取出来的胶体。
这是由于苯乙烯段是表现出热塑性，而在异戊二烯段是表现出高弹性，所以在异戊二烯含量高的SIS热熔压敏胶中，表现出更好的初粘性和持粘性，以及更低的软化点。
综合考虑本课题的目的性，追求产品具有更高的初粘性和内聚强度，我们将选取热塑弹性体SIS来进行实验。
通过查阅大量资料，对比一系列热塑弹性体，发现巴陵石化公司生产的SIS1105和SIS1106各方面比较适合用来制取破坏性热熔压敏胶，而且成本也比较低，符合本课题的要求。
分别用SIS1105和SIS1106在其他因素和环境相同的情况下制取热熔压敏胶，测定产品的初粘力和剥离强度如表3.12
表3.12SIS-1106和SIS1105热熔压敏胶的初粘力和剥离强度
SIS型号
初粘力
（球号）
剥离强度/（N）
100
Mm/min
200
mm/min
300
mm/min
SIS-1106
8
3.14
3.35
3.50
SIS-1105
10
2.66
2.73
2.88
在SIS分子结构中，嵌段的聚异戊二烯结构上有甲基侧链的特性，使之拥有较强的内聚力和更好的粘着性能，同时对其他添加物具有很好的相容性。
SIS相比于其他热塑弹性体而言，在低温情况下柔软性更好，制得的胶体透明度更高，粘性更强[9]。
从表3.1可以知道，在相同因素和环境的情况下，用SIS1106制得的热熔压敏胶比SIS11005制得的热熔压敏胶具有更好的初粘性和内聚力。
于是本课题将选取由巴陵石化公司生产的热塑弹性体SIS1106进行破坏性热熔压敏胶的制备。
二.增塑剂的分析与讨论
增塑剂是一类可以增加材料可塑性或柔软性的化学助剂。
当增塑剂加入聚合物中时，降低了分子间的作用力，增加了自由体积，分子链的自由活动加强，从而达到增塑的作用。
SIS与增塑剂混合能有效地降低热熔压敏胶的熔融黏度，改善柔软性，降低模量和硬度。
增塑剂的品种也趋于齐全，增塑剂的品种按化学结构可分为:
脂肪族二元酸酯、邻苯二甲酸酯类、其他苯二甲酸酯类、环氧类、石油酯、苯多酸酯类、磷酸酯、氯化石蜡和聚酯增塑剂等。
[10]经过一系列增塑剂的对比，结合低成本和安全性等因素，最终适合用来制取破坏性热熔压敏胶的增塑剂有白油和环烷油两种。
同样进行单因素实验，在其他条件和环境相同的情况下，分别制取了两种热熔压敏胶，测得的各类性能指标如表3.2
表3.2不同增塑剂制取HMPSA的性能区别
增塑剂
粘度（mPa﹒s）
软化点（℃）
持粘力（12小时位移/mm
）
初粘力（标准号球）
剥离强度（250mm/min）
白油
3000
89
<3
12
3.98
环烷油
3140
91
<3
10
4.55
我们可以看到选择环烷油作为增塑剂时，产品的初粘性和内聚强度比选择白油作为增塑剂更胜一筹。
白油是指经过精制脱除芳烃、硫和氮等杂质而得到的特种矿物油品,通常由分子量300至400之间的烷烃和环烷烃组成,属于润滑油馏分。
[11]而环烷油则是从环烷基原油中提炼出来的，是以环烷烃为主要成分的石油馏分，环烷油是饱和环状碳链结构，具有低倾点，高密度和粘度、无毒和无副作用等特点，在它的环上一般还会连接着饱和支链。
正是由于这种结构，使环烷油在具有芳香烃类的性质的同时，又拥有直链烃的性质，所以各项性能比白油更胜一筹。
本课题将选用各方面性能更优的环烷油进行破坏性热熔压敏胶的制备。
三.增粘树脂的分析与讨论
增粘树脂是由含有脂肪环状结构的单体含有环状结构的有机酸酯或是在聚合过程中形成环状结构的单体聚合物形成的低分子聚合物。
[12]常温下热塑性弹性体本身并没有粘接性,为了使其获得粘接性，在制取热熔压敏胶时候必须加入增粘树脂,提高它对被粘物的初粘力和持粘力，同时增粘树脂也能降低热熔压敏胶的熔融粘度,改善其涂布性能，是决定热熔压敏胶性能的最关键部分。
在现代工业中用来制作热熔压敏胶的增粘树脂通常有松香树脂和石油树脂两大类。
松香在我国古代很早就有记载，当时开始被用来当做药材，具有调节新陈代谢和提神的作用。
随着人们对松香的渐渐了解以及科技的进步，现代工业崛起后，松香树脂被广泛的运用到工业生产中来，松香树脂为三元环菲结构，具有共轭双键，容易被氧化，对热熔压敏胶的外观和性能有很大的影响，因此一般都会对松香树脂进行改性，增加其稳定性，使其能更好地保存起来。
由于它具有很高的粘性和软化点，常用来作为油漆，油墨和橡胶合成物的辅助添加剂，也可单独用作干燥剂、助焊剂、焊锡膏，以及各种胶粘剂和保护涂料。
石油树脂为线性结构，是由石油裂解而产生的C5和C9两种馏分，是近几年新开发的化工产品，具有价格低廉，相容性好，熔点低等优点。
同样即可单独作为增粘剂，也可作为油墨、橡胶、涂料等其他工艺生产的辅助添加剂。
C9石油树脂具有环状结构，含有双键，内聚力与极性大，与极性大的聚合物相容性好，与极性低的聚合物相容性较差。
C5石油树脂耐热性和流动性好，具有很优越的初粘能力，比较广泛的被应用于胶黏剂行业，是一种性价比非常高的工业辅助添加剂。
在此同样采用单一变量法来选出综合性能最优的增粘树脂，在配方比例和环境因素相同的情况下，分别用松香树脂和石油树脂制作出来的产品各项性能如表3.3。
表3.3不同增粘树脂HMPSA的初粘力和剥离强度
增粘树脂
粘度（mPa﹒s）
软化点（℃）
持粘力（12小时位移/mm
）
初粘力（标准号球）
剥离强度（250mm/min）
石油树脂（C9）
2900
85
<3
11
3.44
石油树脂（C5）
3175
91
<3
9
4.10
松香树脂（145树脂）
3400
89
<3
8
基材破坏
从表中的结果我们可以知道，松香树脂在各方面的性能都比石油树脂表现更优越。
石油树脂虽然与热塑弹性体相容性较好，但制作出来的胶体弹性不足，比较硬，从而影响了产品的初粘性；而松香树脂虽具有共轭双键结构，容易被氧化，进行改性的氢化松香树脂便能很好的解决这个问题，用松香树脂制备出来的热熔压敏胶初粘性和内聚强度都比较大，比较符合用来制备破坏性热熔压敏胶的条件，因此本课题将选用氢化松香树脂145来进行实验。
四.防老剂的分析与讨论
防老剂是指能防止或
升级会员 