我國是訂書釘的生產大國,產品不僅要滿足國內用戶的需求,而且要滿足眾多國外用戶的需求隨著我國加入ＷＴＯ的步伐,訂書釘作為一種文教產品其出口量將進一步增加。但出口量的增加是基于訂書釘產品的質量,而其質量不僅與所用原料鍍鋅鐵絲有關,更與所用的膠粘劑有密切的關系,也可以這樣說,訂書釘產品的質量很大程度上取決于膠粘劑產品的質量。
1 書釘膠粘劑的制備
膠粘劑由硝化棉、醇酸樹脂、溶劑及助劑等多種原料組成。硝化棉作為膠粘劑的主要粘接材料對粘接強度起著很重要的作用,考慮到膠粘劑的粘度及固含量,我們采用粘度為5秒的硝化棉。由于硝化棉性質較脆、附著力差、不耐紫外線等缺點[2],我們采用多種醇酸樹脂的組合以增加附著力、表面光亮度及固含量[3],并利用油性醇酸樹脂特有的增塑性能來改善硝化棉的脆性,從而提高粘接強度。另配合適當的溶劑和催干劑以滿足施膠快速固化工藝的要求。
(1) 硝化棉類型及用量的選擇
硝化棉是該膠粘劑的粘料,是主要的原料,根據硝化程度的不同,含氮量的多少而具有不同的粘度,其主要規格有:1/8”、1/4”、1/2”、5”、15”、20”、25”、35”、120”等。用低粘度硝化棉制成的膠粘劑,為了滿足使用工藝的要求,必須增加硝化棉的含量,但固體含量的增加使膠膜變厚及變硬,會產生嚴重的結皮現象,影響書釘產品的外觀質量。同樣,用高粘度硝化棉制成的膠粘劑,為滿足工藝要求又必須減少硝化棉的含量,這樣會使膠粘劑的固體含量達不到要求而影響書釘的粘接強度。為了既能滿足使用工藝的要求又能達到粘接強度的要求,通過試驗,決定采用規格為5”的硝化棉作為粘料,最佳含量為20%。
(2) 醇酸樹脂類型及用量的選擇
由于硝化棉本身性能上的不足,本試驗采用三種不同型號的醇酸樹脂的組合來進行改性,即采用Ａ型的不干性油醇酸樹脂、Ｂ型的半干性油醇酸樹脂和Ｃ型的干性油醇酸樹脂,添加醇酸樹脂后制成的膠粘劑在附著力、表面光亮度、粘接強度等方面都有提高。干性油醇酸樹脂它在空氣中干燥,并具有良好的硬度、保光性及附著力。而不干性油醇酸樹脂[3]則不能在室溫條件下干燥,一般不能單獨使用,與硝化棉合用后能起到增塑及提高耐候性的作用,從而改善硝化棉性脆的缺點。不同醇酸樹脂的用量配比也是十分重要的。如果不干性油醇酸樹脂的比例較高,增塑效果過量使膠膜變軟,在制釘的過程中整排釘要發生下掛變形;如果干性油醇酸樹脂比例較高,盡管能粘接成形,但其脆性無多大的改變,無法達到所要求的粘接強度。試驗結果表明各種醇酸樹脂的最佳配比為:Ａ型醇酸樹脂2%,Ｂ型醇酸樹脂5%,Ｃ型醇酸樹脂10%。另外,添加適量的催干劑以加速其干燥速度。
(3) 溶劑、助溶劑類型及用量的選擇
由于制釘工藝中需要膠粘劑能快速干燥,因此對溶劑的要求就比較苛刻,既要考慮溶劑的溶解性能,又要考慮其揮發性能。選用低沸點的乙酸乙酯、丙酮及中沸點的乙酸丁酯配合作為溶劑,采用低沸點的乙醇作為助溶劑,采用中沸點的二甲苯作為稀釋劑,通過不斷的試驗并檢測其性能,確定最佳配比如下:乙酸乙酯15 5%、丙酮5 5%、乙酸丁酯5 5%、乙醇7%、二甲苯29%。書釘膠粘劑的配方見表1。
將稱量好的硝化棉放入溶解槽內,先加入稀釋劑二甲苯潤濕硝化棉,接著加入溶劑和助溶劑乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、乙醇等,攪拌使硝化棉充分溶解,然后加入醇酸樹脂進行改性,攪拌均勻后最后加入適量的催干劑。
2 書釘膠粘劑產品的性能
膠粘劑最重要的指標是粘接強度,而粘接強度的試驗[4]可分為標準試驗、模擬試驗、使用試驗三種。標準試驗指標(如拉伸剪切強度、剝離強度等)對于本膠粘劑性能的檢測結果沒有很直接的說服性,現采用模擬試驗的方法:手持整排書釘使其平背面朝下垂直自由跌落至花崗石平面上,檢測整排書釘不斷裂的最大高度。制成的書釘膠粘劑性能及與傳統膠粘劑性能對比表如表2所示。
書釘膠粘劑質量的好壞主要表現在粘接強度和干燥時間這兩種性能。如果該膠粘劑具有較強的粘接強度和較短的干燥時間,那么它的質量就比較好。從表2可以看出,該書釘膠粘劑在干燥時間方面有極大的提高。傳統的硝基書釘清漆膠粘劑一般采用增塑劑來改變硝化棉的脆性,因此干燥時間就比較長;本膠粘劑利用醇酸樹脂的增塑性能來改變硝化棉的脆性,同時配以適量的催干劑,因此干燥時間大大縮短,生產效率得到提高。另外對傳統書釘清漆膠粘劑進行粘接強度的檢測,在同樣條件下發現制成的書釘整排跌落不斷裂的高度不超過15ｃｍ,低于本膠粘劑的跌落高度,這是因為本膠粘劑采用了三種不同干燥性能的醇酸樹脂對硝化棉進行改性而使粘接牢度有所提高。這樣就可以減少或避免書釘產品在運輸途中由于振動而引起的斷裂,提升產品的質量,有助于書釘產品的出口。
3 產品經濟效益分析及市場需求分析
我們以一個小規模的膠粘劑生產廠為例來分析書釘膠粘劑的經濟效益。以年產書釘膠粘劑500ｔ進行計算,目前該膠粘劑的市場價格為12000元/ｔ,膠粘劑的直接材料成本為6500元/ｔ,我們以上述數據為基準進行產品經濟效益分析,結果見表3。
從表3可以看出,制造費用相對較低,這是因為實行批量規模化生產可以大大節省人力。盡管膠粘劑的年生產量規模不是很大,但其經濟效益卻是非常可觀的。隨著我國加入ＷＴＯ的步伐,訂書釘出口量將進一步增加,該膠粘劑的消耗量也將進一步增大,此外該膠粘劑還可用于包裝紙箱封釘的粘接,而且后者的用量超過前者,因此該膠粘劑的市場前景相當不錯。
據國際互聯網(ＩＮＴＥＲＮＥＴ)上及有關生產廠家的資料數據統計,目前該膠粘劑的全球年消耗量估計超過500萬ｔ(包括訂書釘的用膠量和各種封箱釘的用膠量)。由于我國是書釘的生產出口大國,產量超過總量的一半,而且書釘屬于一次性消耗品,再加上本產品性能上的優越性,因此投資該膠粘劑的前景也是很樂觀的。
4 結 論
本書釘膠粘劑采用5秒硝化棉為粘料,配以不同干燥性能的醇酸樹脂進行改性,同時采用不同沸點的各種溶劑以適應制釘工藝的要求,使制成的書釘在產品質量上(如:粘接強度、耐沖擊強度、表面光亮度等)有很大的提高,完全適應國內外用戶越來越高的要求。而且該膠粘劑也完全適用于工業包裝封箱釘的生產。
