耐水性優(yōu)良的聚醋酸乙烯酯乳液的合成研究

文/黃 偉（安徽皖維集團有限責任公司）

聚醋酸乙烯酯乳液是一種水溶性膠粘劑，是由醋酸乙烯單體在引發(fā)劑作用下經(jīng)聚合反應而制得的一種熱塑性黏合劑，通常稱為白乳膠或簡稱PVAc 乳液，化學名稱為聚醋酸乙烯膠粘劑。其生產(chǎn)方法是用醋酸與乙烯合成醋酸乙烯，添加鈦白粉（或者輕鈣、滑石粉等粉料），再經(jīng)乳液聚合而成乳白色稠厚液體。白乳膠可常溫固化，固化速度快，粘接強度較高，粘接層具有較好的韌性和耐久性，且不易老化，是目前用途最廣、用量最大的黏合劑之一。

聚醋酸乙烯酯乳液具有成膜性好、粘接強度高、固化速度快、耐稀酸稀堿性好、使用方便、價格便宜、不含有機溶劑等特點。但由于其軟化點低，再加上制造時使用PVA 作為保護膠體，而PVA 具有良好的親水性，使白乳膠耐水性較差。如何改善聚醋酸乙烯酯乳液的耐水性能一直是國內(nèi)外研究者們討論和研究的重點。提高聚醋酸乙烯酯乳液的耐水性能主要有共混改性、共聚改性、保護膠體改性、乳化劑改性、引發(fā)劑改性、乳液聚合技術(shù)改性等方式。本文涉及多種改性結(jié)合，其中包括共聚改性、乳化劑改性、共混改性、保護膠體改性，使用到疏水性單體叔碳酸乙烯酯、反應型乳化劑、疏水性改性淀粉等。

一、 實驗部分

1.實驗原料

醋酸乙烯酯（VAc），安徽皖維；聚乙烯醇（PVA），安徽皖維；叔碳酸乙烯酯（VV10），瀚森化工；特種復配乳化劑ZC-01；反應型乳化劑聚氧乙烯基甲基醚；反應引發(fā)劑過硫酸銨（APS）；增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）；pH 調(diào)節(jié)劑醋酸鈉。

2.實驗儀器

數(shù)顯測速恒溫磁力攪拌器：85-2A，江蘇省金壇榮華儀器；電子天平：DJ100，江蘇多賽天平儀器；申辰蠕動泵：YZ1515X，保定準擇；電熱鼓風恒溫干燥箱：101-2，上海恒三儀器；恒溫干燥箱：DHG-9123J，上海三發(fā)；旋轉(zhuǎn)黏度計：NDJ-7 型，上海天平儀器。

3.實驗配方

改性疏水型PVA-1799 20 g；PVA-1788 30 g；VAC170 g；叔碳酸乙烯酯120 g；AC-01 2 g；反應型乳化劑3 g；去離子水617 mL；過硫酸銨3 g；pH 調(diào)節(jié)劑5 g；疏水性改性淀粉10 g；鄰苯二甲酸二丁酯20 g。

4.制備過程

將20 g 改性疏水型PVA-1799、20 gPVA-1788 和500 mL去離子水加入三口燒瓶中，加熱至95 ℃攪拌使其充分溶解，溶解完成后降溫至70 ℃，加入ZC-01、反應型乳化劑和pH 調(diào)節(jié)劑，攪拌10 min 使其攪拌均勻；將上述配方量的VAC 和叔碳酸乙烯酯混合待用（混合單體）；稱取配方量的過硫酸銨，用10 mL水溶解待用；取混合單體的10%加入到三口燒瓶中，并加入15%上述配置的過硫酸銨水溶液，升溫至84 ℃恒溫做種子乳液聚合，待乳液出現(xiàn)藍光時，開始滴加剩余反應單體和引發(fā)劑，控制滴加時間為4 h，引發(fā)劑用水溶解配置后與單體同時滴加（蠕動泵），反應完成后降溫至50 ℃，加入上述配方量的疏水性改性淀粉、鄰苯二甲酸二丁酯，攪拌30 min 使其均勻即可出料。

5.產(chǎn)物的性能檢測

黏度的測定：用NDJ-7 型旋轉(zhuǎn)黏度計進行黏度測定。

紅外光譜的測定：使用的儀器為Agilent Cary630，將成品乳液均勻地涂在玻璃片上，室溫放置使其成膜，取該膜進行紅外測定。

粘接強度的測定：取2.5 cm×2.5 cm 的樺木板2 塊，清潔木板表面，在距木塊一端0.5 cm 處畫線。取成品乳液0.0500～0.0520 g，均勻涂布于另一端2.5 cm×2.0 cm 的平整正面板上，另一塊不涂，第二塊搭接，置于固定壓力的夾具中，室溫放置24 h。去除壓力，將已粘接好的木板放在壓力機上壓開，測定讀數(shù)，記錄。

耐水性實驗：將上述粘接好的木板放入室溫水中或者80 ℃熱水中浸泡，測定試樣不開膠的時間。

二、 結(jié)果與討論

1.叔碳酸乙烯酯的用量對乳液耐水性的影響

共聚改性是通過聚合反應將改性單體的優(yōu)良性能帶入白乳膠中，本次選用的改性單體為叔碳酸乙烯酯，實驗還研究了叔碳酸乙烯酯的用量對乳液耐水性能的影響，結(jié)果見表1。

表1 叔碳酸乙烯酯的用量對乳液室溫耐水性能的影響

從表1 可以得出以下結(jié)論：使用叔碳酸乙烯酯作為改性單體對白乳膠進行共聚改性，對白乳膠的耐水性能有明顯提高，且在實驗范圍內(nèi)，耐水性能隨叔碳酸乙烯酯含量的提高而提高，但是考慮到生產(chǎn)成本的問題，叔碳酸乙烯酯用量為12%即可滿足需求。

2.改性疏水型PVA-1799 的用量對乳液粘接強度及耐水性的影響

改性疏水型PVA-1799 是將PVA-1799 溶液加入少量的多聚甲醛與PVA 進行縮醛化反應，可以提高PVA 的耐水性，改性前后的紅外譜圖如圖1、圖2 所示。

圖1 PVA-1799 紅外譜圖

圖2 PVA-1799 改性后的紅外譜圖

對比上述兩張譜圖可以看出，改性后的PVA-1799 的譜圖在1736cm處有明顯的C=O 伸縮（特征吸收）峰，可以說明多聚甲醛已經(jīng)與PVA-1799 發(fā)生了縮醛化反應。

本實驗還研究了改性后的PVA-1799 的用量對乳液粘接強度的影響，結(jié)果見表2。

表2 改性后的PVA-1799 的用量對乳液黏度、粘接強度及耐水性能的影響

從表2 可見，改性后的PVA-1799 制成的白乳膠耐水性能得到了改善，其中用量為3.0%的效果最好。這是因為多聚甲醛與PVA 高分子鏈上的親水基團羥基進行了羥醛縮合反應，降低了PVA高分子鏈上的親水性基團的含量，增加了白乳膠的疏水性。同時可以發(fā)現(xiàn)，保護膠體PVA 含量的增大對白乳膠的黏度、粘接強度都會有一定程度的提高，考慮到乳液的環(huán)保性能，改性后的PVA-1799 用量不宜過大，2.5%含量所具備的性能已經(jīng)能滿足大部分客戶需求。

3.疏水性改性淀粉的用量對乳液耐水性的影響

改善白乳膠耐水性能還有另外一種方法，就是共混改性。本實驗選用的是疏水性改性淀粉，研究了疏水性改性淀粉的用量對乳液耐水性能的影響，結(jié)果見表3。

表3 疏水性改性淀粉的用量對乳液室溫耐水性能的影響

從表3 可見，疏水性改性淀粉的用量對乳液的耐水性能有明顯的提高，但是含量達到1.5%以后，乳液的黏度明顯提高，涂刷性能明顯降低，所以疏水性改性淀粉的最宜用量為1%。

三、 結(jié)論

通過多種改性方式共用的方法，能夠有效地提高普通聚醋酸乙烯酯乳液的耐水性能，綜合考慮各方面，我們認為叔碳酸乙烯酯含量為12%、改性后的PVA-1799 含量為2.5%、疏水性改性淀粉的用量為1%，上述配方可以得到耐水性優(yōu)良的白乳膠。