黏弹性可调控强粘接热塑性淀粉基热熔胶

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.07.007

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (7): 32-43.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.07.007

黏弹性可调控强粘接热塑性淀粉基热熔胶

李满林¹, 阎宇², 高兵兵², 胡赞军¹, 张水洞²()

^1.广东泰强新材料科技有限公司，广东省高性能环保胶粘剂（泰强科技）工程技术研究中心，广东清远 513042
^2.华南理工大学机械与汽车工程学院，华南理工大学前沿弹性体研究院广州 510640

收稿日期:2024-12-02 出版日期:2025-07-26 发布日期:2025-07-22
通讯作者: 张水洞（1977-），教授，研究方向为高分子材料绿色阻燃、加工新原理和新方法的研究，starch@scut.edu.cn
E-mail:starch@scut.edu.cn

Structure and properties of high⁃adhesion thermoplastic starch⁃based hot melt adhesive with controllable viscoelasticity

LI Manlin¹, YAN Yu², GAO Bingbing², HU Zanjun¹, ZHANG Shuidong²()

^1.Guangdong Taiqiang New Materials Technology Co，Ltd，Guangdong High Performance Environmental Protection Adhesive （Taiqiang Technology） Engineering Technology Research Center，Qingyuan 513042，China
^2.School of Mechanical and Automotive Engineering，South China University of Technology，Emergent Elastomer Institute，Guangzhou 510640，China

Received:2024-12-02 Online:2025-07-26 Published:2025-07-22
Contact: ZHANG Shuidong E-mail:starch@scut.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

采用两步法制备了基于酒石酸改性热塑性淀粉（TPSTA1）的高粘接强度热熔胶，通过添加乙烯⁃醋酸乙烯共聚物（EVA）、松香和铝粉，并利用密炼共混工艺，系统研究了不同含量的EVA、松香和铝粉对热熔胶流动性、黏附能力、黏弹性和相容性的影响。结果表明，随着EVA和松香的混合物（HMA）和铝粉含量的变化，样品的粘接强度、流动性和表面能均呈现先升后降的趋势。优化配方后，铜片、铝箔和无纺布的粘接强度显著提升。此外，HMA和铝粉的加入破坏了TPSTA1的氢键网络，增加了分子链的运动性，使胶体黏弹性转向黏性，增强了粘接体系的稳定性。微观结构分析显示，在高HMA含量下，TPSTA1与松香的相容性较差，但EVA作为增容剂改善了界面黏附力；铝粉则在高含量时出现团聚现象。该研究为热塑性淀粉基热熔胶的性能优化及应用拓展提供了理论支持。

关键词: 热熔胶, 热塑性淀粉, 生物基, 高粘接强度, 界面黏附

Abstract:

A high⁃adhesion thermoplastic starch⁃based hot melt adhesive （HMA） was prepared using a two⁃step method involving tartaric acid⁃modified thermoplastic starch （TPSTA1）. Ethylene⁃vinyl acetate （EVA）， rosin， and aluminum powders were incorporated into HMA via melt blending. The effects of varying EVA， rosin， and aluminum powder content on the adhesive's flow properties， adhesion strength， viscoelasticity， and compatibility were systematically investigated. Experimental results indicated that increasing the HMA （a blend of EVA and rosin） and aluminum powder contents initially enhanced adhesive strength， flowability， and surface energy， followed by a subsequent decrease. Optimized formulations significantly improved adhesive strength in copper lap joints， aluminum foil peel tests， and nonwoven fabric peel tests. Furthermore， incorporating HMA and aluminum powders disrupted the hydrogen bonding network within TPSTA1， enhancing starch chain molecular mobility. This caused a shift from predominantly viscoelastic to more viscous behavior， thereby improving the adhesive system's stability. Microstructural analysis indicated limited compatibility between TPSTA1 and rosin at high HMA contents， resulting in a sea⁃island morphology. EVA acted as a compatibility enhancer， improving interfacial adhesion. Aluminum powders dispersed uniformly at low concentrations but exhibited agglomeration tendencies at higher levels. This study provides theoretical support for optimizing the performance and expanding the application potential of thermoplastic starch⁃based hot melt adhesives.

Key words: hot melt adhesive, thermoplastic starch, biobased, high bonding strength, interfacial adhesion

中图分类号:

TQ321.2

李满林, 阎宇, 高兵兵, 胡赞军, 张水洞. 黏弹性可调控强粘接热塑性淀粉基热熔胶[J]. 中国塑料, 2025, 39(7): 32-43.

LI Manlin, YAN Yu, GAO Bingbing, HU Zanjun, ZHANG Shuidong. Structure and properties of high⁃adhesion thermoplastic starch⁃based hot melt adhesive with controllable viscoelasticity[J]. China Plastics, 2025, 39(7): 32-43.

图/表 23

图1 不同TA含量热熔胶粘接强度

Fig.1 Adhesion strength of hot melt adhesives with different TA content

图2 不同HMA占比和不同铝粉含量样品的粘接强度

Fig.2 Adhesion strength of samples with different HMA ratios and different aluminum powder content

样品	破坏形式	剥离强度/N·m^-1
TPATA1	内聚破坏	387.6
90TPATA1/10HMA	破材	—
80TPATA1/20HMA	破材	—
70TPATA1/30HMA	破材	—
60TPATA1/40HMA	混合破坏	710.0
50TPATA1/50HMA	混合破坏	546.7
HMA	混合破坏	460.0

表1 无纺布T型剥离粘接测试结果（不同HMA占比）

Tab.1 Test results of T⁃shaped peel adhesion of non⁃woven fabrics （different HMA ratios）

样品	破坏形式	剥离强度/N·m^-1
80TPATA1/20HMA	破材	—
80TPATA1/20HMA/1Al	混合破坏	415.0
80TPATA1/20HMA/3Al	混合破坏	256.7
80TPATA1/20HMA/5Al	界面破坏	250.0
80TPATA1/20HMA/7Al	界面破坏	100.0

表2 无纺布T型剥离粘接测试结果（不同铝粉含量）

Tab.2 Test results of T⁃shaped peel adhesion of non⁃woven fabrics （different aluminum powder content）

图3 不同HMA占比和不同铝粉含量样品的熔体质量流动速率

Fig.3 Melt index of samples with different HMA ratios and different aluminum powder content

图4 不同HMA占比和不同铝粉含量样品的复数黏度

Fig.4 Complex viscosity of samples with different HMA ratios and different aluminum powder content

图5 不同HMA占比和不同铝粉含量样品的水接触角与表面能

Fig.5 Water contact angle and surface energy of samples with different HMA ratios and different aluminum powder content

图6 铜片搭接粘接失效界面的微观形貌

Fig.6 Micromorphology of the bonding failure interface of copper sheet

图7 无纺布剥离粘接失效界面的微观形貌

Fig.7 Micromorphology of the peeling adhesion failure interface of non⁃woven fabrics

图8 无纺布剥离粘接失效界面的微观形貌

Fig.8 Micromorphology of the peeling adhesive failure interface of non⁃woven fabrics

图9 无纺布剥离粘接样条截面的微观形貌

Fig.9 Micromorphology of the cross⁃section of the nonwoven fabric peeling adhesive spline

图10 不同HMA占比和不同铝粉含量样品的拉伸曲线

Fig.10 Tensile curves of samples with different HMA ratios and different aluminum powder content

图11 不同HMA占比和不同铝粉含量样品的应力松弛曲线

Fig.11 Stress relaxation curves of samples with different HMA ratios and different aluminum powder content

样品	松弛时间/τ/s
TPSTA1	126.1
90TPSTA1/10HMA	110.5
80TPSTA1/20HMA	52.5
70TPSTA1/30HMA	—
60TPSTA1/40HMA	—
50TPSTA1/50HMA	—
HMA	—
80TPSTA1/20HMA	52.5
80TPSTA1/20HMA/1Al	50.6
80TPSTA1/20HMA/3Al	28.1
80TPSTA1/20HMA/5Al	69.9
80TPSTA1/20HMA/7Al	85.5

表3 样品松弛时间

Tab.3 Relaxation time of samples

图12 动态流变应力扫描曲线

Fig.12 Dynamic rheological stress scanning curve

样品	临界应变γ_c
TPSTA1	7.8 %
90TPSTA1/10HMA	3.5 %
80TPSTA1/20HMA	2.2 %
70TPSTA1/30HMA	2.4 %
60TPSTA1/40HMA	2.7 %
50TPSTA1/50HMA	2.9 %
HMA	8.5 %

表4 不同HMA占比样品的临界应变点

Tab.4 Critical strain of samples with different HMA ratios

样品	临界应变γ_c
80TPSTA1/20HMA	2.2 %
80TPSTA1/20HMA/1Al	1.0 %
80TPSTA1/20HMA/3Al	1.0 %
80TPSTA1/20HMA/5Al	1.2 %
80TPSTA1/20HMA/7Al	1.6 %

表5 不同铝粉含量样品的临界应变点

Tab.5 Critical strain of samples with different aluminum powder content

图13 动态流变应力扫描曲线

Fig.13 Dynamic rheological stress scanning curve

图14 循环拉伸⁃滞后回复率统计图

Fig.14 Statistical diagram of cyclic stretching and hysteresis recovery rate

图15 样品的DMA曲线

Fig.15 DMA curves of the samples

图16 样品冷冻脆断面微观形貌

Fig.16 Micromorphology of sample frozen brittle section

图17 样品冷冻脆断面微观形貌

Fig.17 Micromorphology of sample frozen brittle section

图18 铝粉在胶体中的分散性

Fig.18 Dispersion of aluminum powder in colloid

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Structure and properties of high⁃adhesion thermoplastic starch⁃based hot melt adhesive with controllable viscoelasticity

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