POE改性聚烯烃热熔胶性能研究

(¹南京工程学院 材料科学与工程学院，江苏 南京211167；

²江苏省产品质量监督检验研究院，江苏 南京210007）

摘  要：热塑性预制塑胶跑道在铺装过程中迫切需要一种新型环保粘接技术与专用胶粘剂。本文采用熔融共混法研究了POE（乙烯-辛烯共聚物）添加量对聚烯烃热熔胶的力学性能、热学性能和耐老化性能的影响。结果表明，POE改性聚烯烃热熔胶的拉伸强度和粘接强度随着POE添加量的增加均呈现先上升后下降的趋势，在10%时达到最大值，而其断裂伸长率逐渐增大，邵氏硬度随着POE添加量的增加逐渐降低。POE添加量在10%时，改性聚烯烃热熔胶的老化率下降16%，然而随着POE添加量的不断增加，老化率下降幅度逐渐放缓。

关键词：POE；聚烯烃热熔胶；共混改性；力学性能

基金项目：南京工程学院引进人才科研启动基金项目（YKJ202008），江苏省市场监督管理局科技计划项目（KJ207510）。

作者简介：蔡洪，女，山东济宁人，博士，研究方向：高分子与复合材料。

引 言

热塑性预制塑胶跑道在铺装过程中用到的粘接技术直接关系到塑胶跑道整体的使用稳定性和寿命，现已成为整个塑胶跑道领域的一项“卡脖子”技术[1,2]。因此，研发新型环保塑胶跑道粘接技术与塑胶跑道专用胶粘剂，解决现有PU胶施工工艺繁琐、材料成本高、有毒害以及质量控制不稳定等问题[3,4]，热熔胶作为一种固态环保型胶粘剂，具有变形性好、无毒、无污染、包装存储方便、粘结强度大以及粘结速度快等优点[5]，具有极高的研究价值与广阔的应用前景。本文采用POE弹性体对聚烯烃热熔胶进行共混改性。通过研究POE的添加量对其力学性能、微观结构、热性能和抗老化性能的影响，筛选出综合性能最优的配方。从而为该体系热熔胶的改性研究及应用提供一定的理论指导。

1 实验部分

1.1 原料

乙烯-辛烯共聚物POE 8200，工业级，东莞市塑宇化工有限公司；PP M1600，工业级，苏州亿嘉源新材料有限公司；PE 3490，工业级，东莞市屹立化工有限公司。

1.2 试样制备

将所有原料按照用量称量好后倒入高速搅拌机混合5 min，之后倒入双螺杆挤出机熔融共混，螺杆转速为80 r/min，喂料口转速为12 r/min，一区至六区以及机头温度分别为150, 155, 160, 170, 170, 170和170 ℃，共混物经过双螺杆挤出机挤出、水冷后，截取100 mm长的试样。采用平板硫化仪于170 ℃下热压成片，冷却后裁样并进行力学性能测试。从5组片材样品中分别裁取150 mm×15 mm的胶条，置于两块跑道基材之间，加热并固定，冷却至室温后测试其粘接强度。在聚烯烃热熔胶基础配方中分别添加0，10%、20%、30%、40%的POE，样品依次编号为1-5。

1.3 性能测试

试样的拉伸性能参照GB/T 528-2009进行测试，设定拉伸速率为50 mm/min，测试温度为室温，试样的拉伸强度St（MPa）按公式（1）进行计算：

                          （1）

其中Fm表示试样拉伸过程中能够承受的最大载荷（N）；b表示试样的宽度（mm）；h表示试样的厚度（mm）。使用D型邵氏硬度计参照GB/T 6031-2017进行测试，样条表面每隔100 mm等间距取点即为邵氏硬度计的测试点。焊条的粘接强度测试：将两块跑道分别夹在拉伸试验机的金属臂上，调整夹片位置，拉伸速率为50 mm/min，测试温度为室温。样品微观形貌观察：将5组样品经液氮脆断、喷金后进行扫描电镜观察。采用差示扫描量热仪表征每组试样的热学性质，测试过程经过两次升温，首先以10℃/min从室温升温至200℃保温5min消除热历史，然后以10℃/min降温至20℃，最后再以15℃/min升温至200℃。耐热氧老化性能分析：将5组热压后的样片放入耐黄变试验箱中，于60℃下用紫外光连续照射3天后取出。待样品冷却后测试其抗拉强度。每组样片截取3组平行样，测试结果取平均值。将抗拉强度与老化前的抗拉强度对比，评价其抗老化性能。

2 结果与讨论

2.1 POE添加量对改性聚烯烃热熔胶力学性能的影响

由图1（a）可知当POE添加量为10%时，聚烯烃热熔胶的拉伸强度为18.2 MPa，断裂伸长率为49.9%。比未加POE的热熔胶拉伸强度提高83.8%，断裂伸长率提高43.0%。在POE的量超过10%后，随着POE含量增加，拉伸强度逐渐减小，但断裂伸长率明显增大。这是因为少量POE的加入会与PE、PP在混炼过程中形成海岛结构，改善聚烯烃热熔胶中PE、PP之间的相容性，同时POE本身分子量分布较窄，在塑料连续相中以较小的粒径均匀分布，对共混体系整体起到了增韧补强作用。然而，POE的量超过一定程度后，会破坏PE、PP分子链的规整性，PE、PP体系的结晶度降低，使得改性后聚烯烃热熔胶的拉伸强度下降。由于POE分子链的柔顺性，共混体系的断裂伸长率随着其用量的增加而增加。由图1（b）可知未加POE的聚烯烃热熔胶其邵氏硬度为61。加入POE之后，其硬度呈下降趋势，其中POE含量在0%~10%时其硬度下降缓慢，POE添加量为10%时，热熔胶硬度降为58；含量在10%~40%时硬度降幅明显增大。这是由于POE中辛烯的柔软链卷曲结构使其具备较好的回弹性和韧性，使用POE改性使得整个共混体系的硬度降低，POE含量越高，共混物的柔顺性越好，硬度降低越明显。

由图1（c）可知塑胶跑道之间粘接紧密，未加POE的聚烯烃热熔胶粘接强度为0.0284 MPa，POE改性聚烯烃热熔胶的粘结强度随着POE含量的增加呈现先增加后降低的趋势。POE添加量为10%时，热熔胶粘接强度为0.0312 MPa。POE添加量为10%~30%时，粘接强度呈逐渐下降趋势，且下降幅度较大。POE添加量超过30%后，粘接强度基本保持不变。这可能是由于焊条以及POE改性焊条的粘接强度受到POE分散状态的影响。

2.2 POE添加量对改性聚烯烃热熔胶微观形貌的影响

由图2可知改性前聚烯烃热熔胶断口粗糙不平，POE的加入使热熔胶断面因受到剪切而逐渐呈现出屈服带。这是由于常温下大部分POE处于高弹态，而PE和PP处于结晶态，POE填充到聚烯烃热熔胶中，受力后成为应力集中点，产生大量银纹，银纹之间的应力场相互干扰阻止了银纹发展成裂纹，在此过程中耗散了部分能量，进一步发生塑性变形产生大量屈服带。当POE的量达到40wt%时，剪切屈服带面积明显增加且层次分明，条带状结构明显增多，这主要是由于POE与PE分子上均有聚乙烯链段，二者相容性较好，因此POE可以均匀分布在聚烯烃热熔胶中。POE的量越大，增韧改性聚烯烃的效果越明显。

2.3 POE添加量对改性聚烯烃热熔胶热学性能的影响

由图3（a）可知120 ℃附近的峰为样品在加热-冷却退火过程中产生的冷结晶峰，冷结晶温度随着POE的增加而升高。这是由于POE的添加会对PE、PP分子链的规整程度产生影响，退火过程中降温速率较快，分子链来不及作充分的位置调整，形成了不完善的结晶区域，POE添加量越多，结晶的不完善程度越低，冷结晶温度也越高。160℃以上为聚合物的熔融峰，其中未改性热熔胶的熔点为167.0 ℃，当POE的添加量由10%增加到40%时，聚烯烃热熔胶的熔点分别为166.8 ℃、169.0 ℃、167.0 ℃和167.8 ℃。出现上述波动的原因主要是由于POE的熔点低于PE与PP的熔点且分子量分布窄，少量POE的加入改善了与聚烯烃热熔胶之间的相容性，利于分子链的运动，熔点略有下降。

3 结论

采用熔融共混工艺研究了POE的添加量对聚烯烃热熔胶性能的影响，结果表明POE改性聚烯烃热熔胶的拉伸强度和粘接强度随着POE添加量的增加均呈现出先上升后下降的趋势，在10%时达到最大值，而其断裂伸长率逐渐增大。邵氏硬度随着POE添加量的增加逐渐降低。断面形貌显示POE的添加量越大，增韧改性聚烯烃的效果越明显。POE的引入会使聚烯烃热熔胶的熔点有所波动，耐老化性能有明显变化，POE添加量在10%时，改性聚烯烃热熔胶的老化率下降16%，随着POE添加量的不断增加，老化率下降幅度逐渐放缓。

参考文献

[1] 石丽明, 白永智, 武伟超, 等. 国内塑胶跑道相关标准调查研究[J]. 中国建材科技, 2019(01): 11-14.

[2] 林美. 塑胶跑道标准体系的探讨[J]. 新型建筑材料, 2017(12): 55-57.

[3] 周一玲, 邓志浩. 优质绿色环保型塑胶跑道的研究与开发[J]. 橡胶科技市场, 2007(22): 15-19.

[4] Ma J, Zeng X Z. A New Type of High Speed Packing as well as the Development and Research of Hot Melt Adhesive[J]. Guangdong Chemical Industry, 2016, 43(5): 81-83.

[5] Li W, Bouzidi L, Narine S S. Current Research and Development Status and Prospect of Hot-Melt Adhesives: A Review[J]. Industrial & Engineering. Chemistry Research, 2008, 47(20): 7524-7532.

       来源：化学工程与装备-官方网站-创刊于1972    2022年第11期  在线投稿  >>