CN102146268B - 一种高性能水基铅笔芯胶 - Google Patents

Abstract

本发明为一种应用于铅笔的水性胶黏剂，该高性能水基铅笔芯胶，其特征在于，按重量百分比包括以下组分：乙烯-醋酸乙烯共聚乳液40-70%，聚丙烯酸酯乳液20-50%，气相二氧化硅2-4%，有机硅润湿剂0.1-0.5%，增塑剂5-15%，纯水余量。该高性能水基铅笔芯胶为用于木材与木材间、木材与铅笔芯间一次成型的有优越粘结性能的水基胶黏剂，具有高粘结力、耐水性好、耐候性好、生产效率高的特点。

Description

一种高性能水基铅笔芯胶

技术领域

    本发明涉及一种胶黏结剂，更具体的，为一种应用于铅笔的水性胶黏剂。 

背景技术

    铅笔制作工艺：将铅笔芯胶涂布于铅笔板材上、下型板面及槽中，再将铅笔芯放入下型板槽中，然后将上、下型板合并，再通过夹具夹紧，待胶水固化后再进入后面的刨杆、成型、上漆等工序。水基铅笔芯胶在应用环节过程主要指标体现在： 

（1）粘结强度，决定了铅笔的最基本、持久的性能。

（2）耐候性。本领域内公知，所谓耐候性，铅笔芯胶应用于室外大自然条件下其品质经受如光照、冷热、风雨等气候条件考验，其耐受能力即为耐候性。 

（3）耐溶剂性及耐水性； 

（4）干燥速度（即固化速度），该特性将影响铅笔工艺制作的效率。

（5）耗胶量，该特性将影响铅笔生产的成本。 

目前国内使用的现有铅笔芯胶其主要成分是聚醋酸乙烯粘结剂，其固含量低、粘度高、耐水性较差，聚醋酸乙烯粘结剂对铅笔木材有较好的粘结力，但对各类笔芯尤其是彩色笔芯的粘结强度不足。为了克服该缺陷，目前工艺上补救方式一般通过施加外力将铅笔芯硬挤压在铅笔槽内以防其滑芯，但这样的物理方式往往造成铅笔槽内的笔芯折断或制成品笔杆出现开裂，最终导致次品率很高。由于聚醋酸乙烯胶结剂固含量低，使其在铅笔制造中耗胶量大，延长了铅笔粘合时间，生产效率低。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种铅笔制造过程中用于木材与木材间、木材与铅笔芯间一次成型的有优越粘结性能的水基胶黏剂，具有高粘结力、耐水性好、耐候性好、生产效率高的特点。 

本发明通过以下技术方案实现的，本发明高性能水基铅笔芯胶，按重量百分比包括以下组分： 

          乙烯-醋酸乙烯共聚乳液              40-70%

          聚丙烯酸酯乳液                     20-50%

          气相二氧化硅                       2-4%

          有机硅润湿剂                       0.1-0.5%

             增塑剂                              5-15%

             纯水                                 余量

    优选，按重量百分比包括以下组分：

          乙烯-醋酸乙烯共聚乳液               45-65%

          聚丙烯酸酯乳液                    22.5-40%

          气相二氧化硅                        2.5-3.5%

          有机硅润湿剂                        0.15-0.3%

             增塑剂                              8-13%

             纯水                                余量

优选，所述乙烯-醋酸乙烯共聚乳液和聚丙烯酸酯乳液，作为基料在整个体系中所占的质量百分比含量进一步限定为：乙烯-醋酸乙烯共聚乳液45-65%，聚丙烯酸酯乳液22.5-40%。 

本发明的生产方法为：在不锈钢反应釜内投入物料乙烯-醋酸乙烯共聚乳液和聚丙烯酸酯乳液，搅拌1小时至2小时，缓慢加入气相二氧化硅，搅拌1小时，然后缓慢加入有机硅润湿剂,搅拌0.5小时，然后再加入增塑剂，搅拌0.5小时至1小时，最后加入纯水用以调整粘稠度。 

 乙烯-醋酸乙烯共聚乳液与聚丙烯酸酯乳液两者的共混乳液作为主要基料，其中乙烯-醋酸乙烯共聚乳液对各种木材都有很好的粘结强度，其耐冻、耐溶剂性能好，具有抗蠕变性，而聚丙烯酸酯乳液有极好的耐水性和耐热性。乙烯-醋酸乙烯共聚乳液与聚丙烯酸酯乳液通过物理共混，能获得在较宽温度范围内的广泛适应性，且保持有很强的耐水性、抗蠕变性等综合性能。 

所述气相二氧化硅无毒无味无污染，耐高温，粒径小、比表面积大，在体系中可作为增稠剂用于调节粘度，更重要的是，二氧化硅表面含有羟基，乙烯-醋酸乙烯共聚乳液和聚丙烯酸酯乳液共混乳液中含有羟基、羧基，二氧化硅与共混乳液通过氢键形成致密的网络结构，增加共混乳液胶膜的内聚力，从而大大提高整个体系的粘结强度，进一步保证本发明产品对木材及各类笔芯材质的高强黏结力。体系中引入的气相二氧化硅粒子，其表面的羟基对水有极大的亲和能力，可以吸引水分子，极易溶解于水中。 

所述有机硅润湿剂的引入，能与粘结剂系统相容性好，提高润湿性和流平性，从而使本发明产品能与基材充分接触，上胶量均匀，提高粘结效率。增塑剂的引入还能增强胶膜的柔软度，且提高胶黏剂的固化速度。 

本发明胶水整个体系中上述各个组分相容性好，具有很好的稳定性，通过物理共混保持了各个组分的优点，产品的耐候性极好。同时，本发明胶水是环境友好型，经检测能符合欧盟EN71-3关于重金属检测标准和符合欧盟EN71-9关于三苯、甲醛及邻苯二甲酸盐的检测标准。 

本发明是一款高固含量、低粘度的胶黏剂，固含量为55-60%,粘度1000~2000mps(27℃),对目前用于铅笔制造的各类木材都有极强的粘结力，同时对各类材质的笔芯也能有很好的粘结效果。如此，铅笔制造过程中，可适当加大槽内径，避免因应力造成笔芯蹦断或笔杆开裂，提高产品合格率，同时，在现有的设备生产工艺过程中可以满足刷涂、刮涂、喷涂或手工涂等各种不同上胶方式。由于本产品粘度低、固含量高，耗胶量比常规的聚醋酸乙烯粘合剂用量节约1/3~1/2。现有常规的聚醋酸乙烯粘合剂固化时间一般在6~8小时，而本发明产品固化时间2~3小时，大大缩短了固化时间，提高生产效率。 

中国是世界铅笔制造大国，很大一部分铅笔产品用于出口，现有铅笔芯胶在耐高温、耐水性以及对各种笔芯的附着力性能上都达不到出口要求，而本发明粘合剂弥补了耐高温、耐水性和对各种铅笔芯的附着力性能上的不足，同时凸显其环保方面优越特点，将填补国内技术空白。 

具体实施方式

    以下对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例中，各组分原料来源：乙烯-醋酸乙烯共聚乳液选自市售的瓦克EP-76，聚丙烯酸酯乳液选自市售的巴斯夫V-206，气相二氧化硅选自市售的德固赛A-200，有机硅润湿剂选自市售的道康宁Q-5211，增塑剂选自市售的伊士曼Benzoflex-50。 

实施例1 

      采用1吨不锈钢拉缸，于拉缸内投入43千克乙烯-醋酸乙烯共聚乳液,开动高速分散机并调整到合适的转速,然后加入45千克聚丙烯酸酯乳液,再次调整分散机的转速并持续搅拌1小时，1小时后再次调整转速缓慢加2.5千克的气相二氧化硅，搅拌1小时后看是否搅拌均匀,搅拌均匀后再调整转速缓慢加入0.2千克有机硅润湿剂和5千克增塑剂搅拌0.5小时,最后加入7.3千克纯水调整粘度,继续搅拌0.5小时,检测合格后过滤包装。

   与现有技术相比,本实例所获得的产品耐高温能力提高10度, 耐低温能力可以下调7度，有效期（即可使用时间）增加2个月，耗胶量减少50%。 

实施例2 

采用2吨分散釜,于分散釜中投入40千克的乙烯-醋酸乙烯共聚乳液,开动搅拌并调整转速,加入40千克聚丙烯酸酯乳液,调整转速并搅拌1.5小时,然后缓慢加入2 千克的气相二氧化硅,调整转速搅拌1小时,搅拌1小时后形成均一乳液后缓慢加入0.2千克有机硅润湿剂和12千克增塑剂,最后加入余量纯水5.8千克调整粘度,搅拌0.5小时.检测合格后过滤包装.

   与现有技术相比,本实例所获得的产品耐高温能力提高10度,耐低温能力可以下调10度，有效期（即可使用时间）增加2个月，耗胶量减少50%。

实施例3 

采用3吨搅拌釜,投入44克的乙烯-醋酸乙烯共聚乳液,开动搅拌并调整转速,加入45千克聚丙烯酸酯乳液,再次调整转速并持续搅拌1.5小时,缓慢加入2千克气相二氧化硅并调整转速,搅拌1小时形成均一乳液,再次调整转速缓慢加入0.2千克有机硅润湿剂和7千克的增塑剂,搅拌0.5小时 ,最后加入余量1.8千克纯水调整粘度, 继续搅拌0.5小时检测合格包装.

与现有技术相比,本实例所获得的产品耐高温能力提高25度,耐低温能力可以下调7度，有效期增加2个月，耗胶量减少55%。

实施例4 

采用1吨不锈钢拉缸，于拉缸内投入50千克乙烯-醋酸乙烯共聚乳液,开动高速分散机并调整到合适的转速,然后加入36千克聚丙烯酸酯乳液,再次调整分散机的转速并持续搅拌1小时，1小时后再次调整转速缓慢加2.5千克的气相二氧化硅，搅拌1小时后看是否搅拌均匀,搅拌均匀后再调整转速缓慢加入0.2千克有机硅润湿剂和8千克增塑剂搅拌0.5小时,最后加入剩余量纯水3.3千克调整粘度,继续搅拌0.5小时,检测合格后过滤包装。

与现有技术相比,本实例所获得的产品耐高温能力提高25度,耐低温能力可以下调6.5度，有效期增加6个月， 耗胶量减少70%。 

实施例5 

采用3吨搅拌釜,投入51千克的乙烯-醋酸乙烯共聚乳液,开动搅拌并调整转速,加入30千克聚丙烯酸酯乳液,再次调整转速并持续搅拌1.5小时,缓慢加入3千克气相二氧化硅并调整转速,搅拌1小时形成均一乳液,再次调整转速缓慢加入0.18千克有机硅润湿剂和13千克的增塑剂,搅拌0.5小时,最后加入余量纯水2.82千克调整粘度, 继续搅拌0.5小时，检测合格包装。

本与现有技术相比,本实例所获得的产品耐高温能力提高25度,耐低温能力可以下调7度，有效期增加6个月， 耗胶量减少70%。 

实施例6 

采用1吨不锈钢拉缸，于拉缸内投入62千克乙烯-醋酸乙烯共聚乳液,开动高速分散机并调整到合适的转速,然后加入20千克聚丙烯酸酯乳液,再次调整分散机的转速并持续搅拌1小时，1小时后再次调整转速缓慢加4千克的气相二氧化硅，搅拌1小时后看是否搅拌均匀,搅拌均匀后再调整转速缓慢加入0.5千克有机硅润湿剂和10千克增塑剂搅拌0.5小时,最后加入剩余量纯水3千克调整粘度,继续搅拌0.5小时,检测合格后过滤包装。

与现有技术相比,本实例所获得的产品耐高温能力提高15度,耐低温能力可以下调4度，有效期增加4个月。 

实施例7 

采用2吨分散釜,于分散釜中投入68千克的乙烯-醋酸乙烯共聚乳液,开动搅拌并调整转速,加入20千克聚丙烯酸酯乳液,调整转速并搅拌1.5小时,然后缓慢加入2千克的气相二氧化硅,调整转速搅拌1小时,搅拌1小时后形成均一乳液后缓慢加入0.1千克有机硅润湿剂和8千克增塑剂,最后加入余量1.9千克纯水调整粘度,搅拌0.5小时.检测合格后过滤包装。

本与现有技术相比,本实例所获得的产品耐高温能力提高10度,耐低温能力可以下调1度，有效期增加2个月。 

以下为本发明胶水与现有铅笔芯胶对铅笔性能测试的对比例，所选70支铅笔样品的铅笔槽为白松木，铅笔芯为彩芯。现有铅笔芯胶均选自市场上通用的聚醋酸乙烯粘结剂。本发明胶水分别由上述1-7实施例方法制备获得，每个实施例胶水制作10支铅笔样品 。 

对比例1：滑芯测试 

方法：将刚制作完毕的成品笔先放置10天后，选出其中未出现开裂、胶缝、崩芯现像的待测铅笔样品70支，在每个笔芯上加压10kg保持6秒。

现有铅笔芯胶：70支中有28支出现滑芯，滑芯率为40%； 

本发明铅笔芯胶：70支中有0支出现滑芯，滑芯率为0%。

对比结果分析：该项测试能体现铅笔胶与笔芯之间的粘结强度，对比可知，本发明水基铅笔芯胶对铅笔芯的粘结力极强。 

对比例2：卷削实验 

方法：选择无开裂、无胶缝、无崩芯现像的待测铅笔样品，用角度呈30度的卷笔刀进行卷削，观察脱离掉下的卷削物外形，掉下的卷削物内侧笔芯能否粘连在外侧板材上。

现有铅笔芯胶：70支被测铅笔样品卷削物粘连情况都很差； 

本发明铅笔芯胶：实施例1（3支部分粘连，  7支完全粘连），

               实施例2（2支部分粘连，  8支完全粘连），

               实施例3（1支部分粘连，  9支完全粘连），

               实施例4（               10支完全粘连），

               实施例5（               10支完全粘连），

               实施例6（2支部分粘连，  8支完全粘连），

               实施例7（4支部分粘连，  6支完全粘连）

对比结果分析：该项测试最能体现铅笔胶与笔芯之间的粘结强度，对比可知，本发明水基铅笔芯胶对铅笔芯的粘结力极强。

对比例3：泡水老化实验 

方法：将刚制作完毕的成品笔放置10天后测试，选取无开裂、无胶缝、无崩芯现像的铅笔样品，浸入40±5度的水面下1小时，取出后反方向拧动笔杆两端，看笔杆有无开胶。

现有铅笔芯胶：70支中有56支开胶，开胶率80%； 

本发明铅笔芯胶： 70支中有3支开胶，开胶率为4.3%。

对比例4：高低温老化循环实验 

方法：将刚制作完毕的铅笔样品先放入温度为50度、湿度为80%的恒温恒湿箱内烘36个小时，然后放入-15度的冰箱内冷冻36小时。连续3周循环后，看是否开胶，各取70支。

现有铅笔芯胶：70支中有35支开胶，开胶率为50%; 

本发明铅笔芯胶：70支中有0支开胶，开胶率为0%。

对比例5：耐高温老化实验 

方法：将刚制作完毕的无开裂无胶缝的铅笔样品放入60度烘箱中，持续烘干2周，然后观察笔杆有无开裂，同时还可以用手掰并观察是否出现开裂，各取70支。

现有铅笔芯胶：70支中有28支开裂，开裂率为40%； 

本发明铅笔芯胶：70支中有0支开胶，开胶率为0%

对比结果分析：上述耐水性、耐热性和耐高低温循环性测试都能体现胶水的耐候性。由对比例3-5可知，本发明水基铅笔芯胶的耐候性极好。

对比例6：粘合时间测试 

方法：用夹具夹好的铅笔样品放入50度烘房中，进行粘合，每间隔一小时用手掰开，观察能否粘接完全。

对比结果分析：该项测试能体现铅笔胶固化速度，由对比可知，本发明水基铅笔芯胶黏结效率有提高。 

对比例7：自由落体抗摔性能测试 

方法：选取刚制作完毕的无开裂无胶缝的铅笔样品，各取70支。在2米的高度自由落下，看笔杆是否裂开以及铅笔芯在笔杆内是否断裂。

 现有铅笔芯胶：70支中笔杆均无开裂现象，但外力打开笔杆后发现有28支笔芯出现断裂，笔芯断裂率为40%； 

本发明铅笔芯胶：70支中笔杆均无开裂现象，也无笔芯断裂现象，笔芯断裂率为0%。

对比结果分析：该项测试能体现采用本发明铅笔胶能提高铅笔制品的抗摔性能。 

Claims (3)

1.一种高性能水基铅笔芯胶，其特征在于，按重量百分比包括以下组分：

          乙烯-醋酸乙烯共聚乳液              40-70%

          聚丙烯酸酯乳液                   20-50%

          气相二氧化硅                       2-4%

          有机硅润湿剂                       0.1-0.5%

             增塑剂                              5-15%

             纯水                                 余量。

2.如权利要求1所述的铅笔芯胶，其特征在于，按重量百分比包括以下组分：

          乙烯-醋酸乙烯共聚乳液               45-65%

          聚丙烯酸酯乳液                     22.5-40%

          气相二氧化硅                        2.5-3.5%

          有机硅润湿剂                        0.15-0.3%

             增塑剂                              8-13%

             纯水                                余量。

3.如权利要求1所述的铅笔芯胶，其特征在于，所述乙烯-醋酸乙烯共聚乳液和聚丙烯酸酯乳液的质量百分比含量：乙烯-醋酸乙烯共聚乳液45-65%，聚丙烯酸酯乳液22.5-40%。