高性能书钉胶粘剂的配制

 我国是订书钉的生产大国, 产品不仅要满足国内用户的需求, 而且要满足众多国外用户的需求。随着我国加入WTO 的步伐, 订书钉作为一种文教产品其出口量将进一步增加。但出口量的增加是基于订书钉产品的质量, 而其质量不仅与所用原料镀锌铁丝有关, 更与所用的胶粘剂有密切的关系, 也可以这样说, 订书钉产品的质量很大程度上取决于胶粘剂产品的质量。书钉胶粘剂也称作硝基书钉清漆[1 ] , 传统的硝基书钉清漆胶粘剂由于其配方上的原因, 使得制成的订书钉产品在质量上如粘接强度、耐冲击强度、表面光亮度等方面不是很完善, 特别是粘接牢度方面, 由于长途运输的颠簸使得整排书钉有断裂现象, 已不能完全适应国内外用户越来越高的要求。本研究基于上述各性能改进的考虑, 从所用原料硝化棉、醇酸树脂、溶剂及助溶剂等出发, 研究书钉胶粘剂, 寻求其最佳的配比。另外, 也对该胶粘剂的经济效益及市场前景作了分析。

1  书钉胶粘剂的制备
胶粘剂由硝化棉、醇酸树脂、溶剂及助剂等多种原料组成。硝化棉作为胶粘剂的主要粘接材料,对粘接强度起着很重要的作用, 考虑到胶粘剂的粘度及固含量, 我们采用粘度为5 秒的硝化棉。由于硝化棉性质较脆、附着力差、不耐紫外线等缺点[2 ] , 我们采用多种醇酸树脂的组合以增加附着力、表面光亮度及固含量[3 ] , 并利用油性醇酸树脂特有的增塑性能来改善硝化棉的脆性, 从而提高粘接强度。另配合适当的溶剂和催干剂以满足施胶、快速固化工艺的要求。
(1) 硝化棉类型及用量的选择
硝化棉是该胶粘剂的粘料, 是主要的原料, 根据硝化程度的不同, 含氮量的多少而具有不同的粘度, 其主要规格有: 1/ 8”、1/ 4”、1/ 2”、5”、15”、20”、25”、35”、120”等。用低粘度硝化棉制成的胶粘剂, 为了满足使用工艺的要求, 必须增加硝化棉的含量, 但固体含量的增加使胶膜变厚及变硬,会产生严重的结皮现象, 影响书钉产品的外观质量。同样, 用高粘度硝化棉制成的胶粘剂, 为满足工艺要求又必须减少硝化棉的含量, 这样会使胶粘剂的固体含量达不到要求而影响书钉的粘接强度。为了既能满足使用工艺的要求又能达到粘接强度的要求, 通过试验, 决定采用规格为5”的硝化棉作为粘料, 最佳含量为20 %。
(2) 醇酸树脂类型及用量的选择
由于硝化棉本身性能上的不足, 本试验采用三种不同型号的醇酸树脂的组合来进行改性, 即采用A 型的不干性油醇酸树脂、B 型的半干性油醇酸树脂和C 型的干性油醇酸树脂, 添加醇酸树脂后制成的胶粘剂在附着力、表面光亮度、粘接强度等方面都有提高。干性油醇酸树脂它在空气中干燥, 并具有良好的硬度、保光性及附着力。而不干性油醇酸树脂[3 ]则不能在室温条件下干燥, 一般不能单独使用, 与硝化棉合用后能起到增塑及提高耐候性的作用, 从而改善硝化棉性脆的缺点。不同醇酸树脂的用量配比也是十分重要的。如果不干性油醇酸树脂的比例较高, 增塑效果过量使胶膜变软, 在制钉的过程中整排钉要发生下挂变形; 如果干性油醇酸树脂比例较高, 尽管能粘接成形, 但其脆性无多大的改变, 无法达到所要求的粘接强度。试验结果表明各种醇酸树脂的最佳配比为: A 型醇酸树脂2 % , B 型醇酸树脂5 % , C 型醇酸树脂10 %。另外, 添加适量的催干剂以加速其干燥速度。
(3) 溶剂、助溶剂类型及用量的选择
由于制钉工艺中需要胶粘剂能快速干燥, 因此对溶剂的要求就比较苛刻, 既要考虑溶剂的溶解性能, 又要考虑其挥发性能。选用低沸点的乙酸乙酯、丙酮及中沸点的乙酸丁酯配合作为溶剂, 采用低沸点的乙醇作为助溶剂, 采用中沸点的二甲苯作为稀释剂, 通过不断的试验并检测其性能, 确定最佳配比如下: 乙酸乙酯1515 %、丙酮515 %、乙酸丁酯515 %、乙醇7 %、二甲苯29 %。书钉胶粘剂的配方见表1。
表1  书钉胶粘剂配方

将称量好的硝化棉放入溶解槽内, 先加入稀释剂二甲苯润湿硝化棉, 接着加入溶剂和助溶剂乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、乙醇等, 搅拌使硝化棉充分溶解, 然后加入醇酸树脂进行改性, 搅拌均匀后最后加入适量的催干剂。

2  书钉胶粘剂产品的性能
胶粘剂最重要的指标是粘接强度, 而粘接强度的试验[4 ]可分为标准试验、模拟试验、使用试验三种。标准试验指标(如拉伸剪切强度、剥离强度等) 对于本胶粘剂性能的检测结果没有很直接的说服性, 现采用模拟试验的方法: 手持整排书钉使其平背面朝下垂直自由跌落至花岗石平面上, 检测整排书钉不断裂的最大高度。制成的书钉胶粘剂性能及与传统胶粘剂性能对比表如表2 所示。

书钉胶粘剂质量的好坏主要表现在粘接强度和干燥时间这两种性能。如果该胶粘剂具有较强的粘接强度和较短的干燥时间, 那么它的质量就比较好。从表2 可以看出, 该书钉胶粘剂在干燥时间方面有极大的提高。传统的硝基书钉清漆胶粘剂一般采用增塑剂来改变硝化棉的脆性, 因此干燥时间就比较长; 本胶粘剂利用醇酸树脂的增塑性能来改变硝化棉的脆性, 同时配以适量的催干剂, 因此干燥时间大大缩短, 生产效率得到提高。另外对传统书钉清漆胶粘剂进行粘接强度的检测, 在同样条件下发现制成的书钉整排跌落不断裂的高度不超过15cm , 低于本胶粘剂的跌落高度, 这是因为本胶粘剂采用了三种不同干燥性能的醇酸树脂对硝化棉进行改性而使粘接牢度有所提高。这样就可以减少或避免书钉产品在运输途中由于振动而引起的断裂,提升产品的质量, 有助于书钉产品的出口。

3  产品经济效益分析及市场需求分析
我们以一个小规模的胶粘剂生产厂为例来分析书钉胶粘剂的经济效益。以年产书钉胶粘剂500 t进行计算, 目前该胶粘剂的市场价格为12000 元/t , 胶粘剂的直接材料成本为6500 元/ t , 我们以上述数据为基准进行产品经济效益分析, 结果见表3。

从表3 可以看出, 制造费用相对较低, 这是因为实行批量规模化生产可以大大节省人力。尽管胶粘剂的年生产量规模不是很大, 但其经济效益却是非常可观的。随着我国加入WTO 的步伐, 订书钉出口量将进一步增加, 该胶粘剂的消耗量也将进一步增大, 此外该胶粘剂还可用于包装纸箱封钉的粘接, 而且后者的用量超过前者, 因此该胶粘剂的市场前景相当不错。
据国际互联网( INTERNET) 上及有关生产厂家的资料数据统计, 目前该胶粘剂的全球年消耗量估计超过500 万t (包括订书钉的用胶量和各种封箱钉的用胶量) 。由于我国是书钉的生产出口大国,产量超过总量的一半, 而且书钉属于一次性消耗品, 再加上本产品性能上的优越性, 因此投资该胶粘剂的前景也是很乐观的。

4  结 论
本书钉胶粘剂采用5 秒硝化棉为粘料, 配以不同干燥性能的醇酸树脂进行改性, 同时采用不同沸点的各种溶剂以适应制钉工艺的要求, 使制成的书钉在产品质量上(如: 粘接强度、耐冲击强度、表面光亮度等) 有很大的提高, 完全适应国内外用户越来越高的要求。而且该胶粘剂也完全适用于工业包装封箱钉的生产。

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注