新型环保固体胶的研制与性能研究

施兆江，倪俊俊，胡瑶，赵飞媛，张伟钢，王永贵

（滁州学院材料与化学工程学院，安徽 滁州 239000）

新型环保固体胶的研制与性能研究

施兆江，倪俊俊，胡瑶，赵飞媛，张伟钢，王永贵*

（滁州学院材料与化学工程学院，安徽 滁州 239000）

用水性环氧树脂（自制）改性羧甲基纤维素钠（CMC），硬脂钠为赋型剂、乙二醇为保湿剂制备出粘接性好的新型环保固体胶。通过探索实验条件，初步确定配方中各因素的种类及用量，然后采用响应面法优化配方中主要因素用量对固体胶性能的影响。实验结果表明：羧甲基纤维素钠用量为3.23%，水性环氧树脂在29.89%，硬脂酸钠用量为2.03%，水为55%，乙二醇为10%，反应温度80℃时制得的无毒固体胶成型好、粘结能力强，可用于常见的纸张粘结及纸箱包装等。

羧甲基纤维素钠（CMC）；水性环氧树脂；环保；固体胶

Abstract:Sodium carboxymethyl cellulose (CMC) was modified with waterborne epoxy resin (homemade); using sodium stearyl as the excipient and ethylene glycol as the humectant, the environmental friendly type solid adhesive with better bonding properties was produced. The effect of the kinds and amount of primary compositions on properties of the solid adhesive was researched by single-factor experiments. Response surface methodology (RSM)was utilized for optimizing the reactive conditions on properties of the solid adhesive. The results showed that the overall properties were perfect when the mass fractions of CMC, waterborne epoxy resin, sodium stearate, water and humectant were 3.23%，29.89%，2.03%，55% and 10% respectively; the neutralization reaction temperature was 80℃.The new type environmental-friendly solid adhesive prepared under above conditions has good forming and strong binding ability, and can be used for the common paper bonding.

Key words:Carboxymethylcellulose sodium；Waterborne epoxy resin；Environmental-friendly；Solid adhesive

纸板和纸箱不仅有轻便和缓冲防震性能，而且成本低和环保易回收优势，在包装行业中的具有举足轻重的作用，而胶黏剂是纸板和纸箱的不可缺少的基材[1-3]。科技的进步和社会的发展，越来越多易方便携带的产品出现在市场当中。固体胶棒因具有携带方便、卫生而被广泛用于粘接各类的纸张、塑料、橡胶等，是一种非常实用的粘合剂，市场前景广阔[4,5]。60 年代末，固体胶粘剂在国外已经是胶粘剂行业研究的课题之一，因此许多科学家对其进行了探究，其中美、德、国及日本等国科学家对固体胶粘剂进行了系统性的研究，继而开发出一批具有新工艺、新技术的新产品[6,7]。目前，国内市售的固体胶棒基本上是以PVA（聚乙烯醇）和PVP（聚乙烯吡咯烷酮）为主要原料制得的，但是，还存含有甲醛、涂抹性差、环保和安全性低等缺点，市售的固体胶虽然克服了上述缺点，但成本较高，不利于推广[8-11]。

本研究以羧甲基纤维素钠为胶粘剂（CMC），然后通过自制水性环氧树脂对其改性，再加入一些赋型剂和保湿剂，从而得到各方面性能较好的固体胶。并采用响应曲面法(RSM)[12,13]对实验的条件进行了优化，得出最佳工艺的配方值。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

环氧树脂E-44，上海树脂厂；聚乙二醇，过硫酸铵，硬脂酸钠，羧甲基纤维素钠，乙二醇都为分析纯，购于天津市科密欧化学试剂有限公司；消泡剂，广州维立纳化工有限公司；去离子水，自制。

JJ-1精密定时电动搅拌器，DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器，NDJ-4型旋转式黏度计，PT-1176PC电脑式万能材料试验机。

1.2 实验方法

（1）水性环氧树脂的制备

在250mL三口烧瓶中，加入E-44和聚乙二醇4000（n(E44):n(PEG-4000): =2: 1），加热到 100℃直至全部溶解后再加入适量过硫酸铵搅拌升温至160℃，反应3.5～4h即得淡黄色乳化剂。以乳化剂的含量为 25%(wt)的配比加入环氧树脂 E-44，在50℃的水浴中加热搅拌约0.5h，加入适量的去离子水，制备固含量为50%(wt)水溶性环氧树脂乳液。

（2）固体胶棒的制备

在配有电动搅拌器、冷凝回流管、恒压滴液漏斗及温度计的四口烧瓶中，加入适量的CMC和去离子水，搅拌并升温至60℃至CMC全部溶解，然后将预热好的水性环氧树脂乳液加入搅拌0.5h，再升温至80℃后加入适量硬脂酸钠搅拌0.5h，最后加入适量乙二醇和消泡剂即制得固体胶。

1.3 性能测试

（1）将产品在80℃下用NDJ-4型旋转式黏度计测定粘度。

（2）固体胶棒的性能按QB/T2857—2007测试（粘接性、保湿性、赋型性、涂布性等）[14,15]。

2 结果与讨论

2.1 CMC用量对固体胶性能的影响

在此实验中，首先以水性环氧树脂为30%（质量分数，下同），硬脂酸钠2.0%，乙二醇10%，反应温度不变，以羧甲基纤维素钠为变量探讨对产品粘度的影响如图1。

从图1可以看出随着CMC用量的增加黏度也不断增加，当羧甲基纤维素钠用量大于3.2%时由于导致粘度大而使得灌装困难，生产实际操作困难，且实际粘结力差，实验表明当用量低于3.0%时黏度低且影响固体胶棒的成型以及粘接能力和涂抹性能，因此，选择羧甲基纤维素钠用量为3.2%。由图2可知随着硬脂酸钠用量的增加固体胶的黏度随之增加，但是硬脂酸钠用量超过2.0%时黏度过大对灌装不利，且性能相应的也变差。当硬脂酸钠用量低于 2.0%时固体胶棒过软难以成型且不适宜涂布。

图1 CMC用量对固体胶黏度的影响Fig.1 Effect of the dosage of CMC on the viscosity of solid adhesive

2.2 水的用量对固体胶性能的影响

本实验中用水作为整个实验过程中溶剂，水的用量在一定程度上影响着固体胶棒的黏度，涂抹性能和灌装的难易程度，保持其他条件一定，水的用量对固体胶棒性能的影响见表1。

表1 水的用量对固体胶性能的影响Table 1 Effect of the dosage of water on the properties of solid adhesive

由表1及实验结果可知当水的用量为55%时固体胶棒各方面的性能较好。

2.3 硬脂酸钠的用量对固体胶棒性能的影响

在此实验中我们选择硬脂酸钠作为固体胶棒的赋型剂，在其他不变的前提下，探讨硬脂酸钠为变量对固体胶棒黏度及性能的影响如图2。

图2 硬脂酸钠对固体胶黏度的影响Fig.2 Effect of the dosage of sodium stearate on the viscosity of solid adhesive

2.4 水性环氧树脂的用量对固体胶棒性能的影响

此实验中以水性环氧树脂改性羧甲基纤维素钠而制得的固体胶棒易于灌装，也使固体胶棒的性能较好，水性环氧树脂用量对固体胶棒的影响见表2

Preparation and Properties of New Type Environmental-Friendly Solid Adhesive

SHI Zhao-jiang,NI Jun-jun,HU Yao,ZHAO Fei-yuan,ZHANG Wei-gang,WANG Yong-gui*

（School of Materials and Chemical Engineering, Chuzhou University, Anhui Chuzhou 239000, China）

表2 水性环氧树脂用量对固体胶棒性能的影响Table 2 Effect of the dosage of waterborne epoxy resin on the properties of solid adhesive rod

TQ323.1；TQ25

A

1671-0460（2017）09-1764-04

安徽省高校自然科学研究重点项目，项目号：KJ2016A535；滁州学院规划项目，项目号：2015GH15；安徽省大学生创新创业训练项目，项目号：AH201410377046)。

2017-02-21

施兆江（1994-），男，安徽六安人，研究方向：材料合成及制药工艺的研究。E-mail：1084552735@qq.com。

王永贵（1986-），男，讲师，硕士，研究方向：药用高分子材料合成和医药中间体研究。E-mail：wyg8631757@163.com。