聚醋酸乙烯乳液膠黏劑改性研究

張欣，宋襄翎，宋健

（沈陽(yáng)理工大學(xué) 環(huán)化學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110159）

醋酸乙烯膠黏劑應(yīng)用廣泛，但耐熱性和耐水性普遍較差，目前所使用的傳統(tǒng)的聚醋酸乙烯乳液合成用親水性的聚乙烯醇作保護(hù)膠體，這使它的耐熱性和耐水性均較差[1-2]。為了改善它的耐熱性和耐水性，自20世紀(jì)50年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外都做了不少工作，但基本的途徑都是使聚醋酸乙烯向熱固性的方向發(fā)展，如加入增塑劑、溶劑等。但乳液成膜固化后韌性不足[3-4]，并使增塑劑遷移到界面，膠膜發(fā)脆，使黏接部位產(chǎn)生斷裂且增加成本。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器及試劑

D-8401W 型電動(dòng)攪拌器，DZKW-C 型恒溫水浴鍋，JA5003 型電子天平，F(xiàn)N202-A 型數(shù)顯電熱干燥箱，NDJ-79 型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，RGT-10A 型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，合成裝置一套。

醋酸乙烯酯，聚乙烯醇（PVA-1750、PVA-1788），聚乙烯醇縮甲醛（PVF，自制），丙烯酸（AA），辛基酚聚氧乙烯醚（OP-10），過(guò)硫酸鉀，鄰苯二甲酸二丁酯，碳酸氫鈉，聚丙烯酰胺，乙烯-醋酸乙烯共聚物（VAE）乳液，高嶺土，淀粉，硅藻土，均為分析純。

1.2 合成工藝

本文用去離子水溶解PVA，按配方加入乳化劑、醋酸乙烯單體及引發(fā)劑（過(guò)硫酸鉀）溶液，加熱到65 ℃。待引發(fā)反應(yīng)后，滴加剩余的醋酸乙烯和引發(fā)劑溶液，維持反應(yīng)溫度在72±2 ℃。持續(xù)反應(yīng)6 h 后，升溫反應(yīng)0.5 h。冷卻至40 ℃，加入碳酸氫鈉和鄰苯二甲酸二丁酯攪拌10 min。所得膠液即為聚醋酸乙烯乳液。按比例加入改性劑混合均勻，制得改性聚醋酸乙烯乳液。

1.3 產(chǎn)品的測(cè)定

用RGT-10A 型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)產(chǎn)品剪切強(qiáng)度，用NDJ-79 型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)檢測(cè)產(chǎn)品的黏度。干濕態(tài)剪切強(qiáng)度測(cè)試符合GB 11178—89，試樣尺寸60 mm×40 mm×10 mm 膠合板，涂膠量150 g·m-2，搭接長(zhǎng)度18 mm×18 mm，濕態(tài)測(cè)試水中放置2 h 后進(jìn)行；黏度測(cè)試符合GB 12794—1995，測(cè)試溫度25 ℃；固含量測(cè)定符合GB/T 2793—1995，膠帶制作符合GB/T 7125—1999。

2 結(jié)果與討論

2.1 保護(hù)膠體對(duì)乳液性能的影響

本文所使用保護(hù)膠體仍為PVAc 傳統(tǒng)保護(hù)膠體聚乙烯醇，其對(duì)比測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 不同保護(hù)膠體改性PVAc 乳液性能測(cè)試

由表1可知，保護(hù)膠體為PVA-1788 的乳膠干濕態(tài)剪切強(qiáng)度均優(yōu)于保護(hù)膠體為PVA-1750 的乳膠，但其固含量要低于后者。綜合考慮，選用PVA-1788作為保護(hù)膠體。

2.2 共聚單體對(duì)乳液性能的影響

加入丙烯酸與醋酸乙烯共聚，使醋酸乙烯分子中引入極性羧基基團(tuán)，其分子活性與韌性均有增加。丙烯酸還能與聚乙烯醇發(fā)生酯化反應(yīng)，破壞保護(hù)膠體的對(duì)稱性，增加乳液穩(wěn)定性[5-6]。共聚單體組分及性能測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 共聚單體乳液性能測(cè)試

由表2可知，隨著固含量增加，剪切強(qiáng)度和黏度隨之增加。但固含量增大到一定程度，干濕態(tài)剪切強(qiáng)度和黏度增加的幅度減小。而且，黏度過(guò)大會(huì)影響乳液的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，同時(shí)，大量親水性羧基的引入也會(huì)降低乳液的耐水性。實(shí)驗(yàn)中性能最好的為B1 膠。

丙烯酸共聚改性后綜合性能最好的B1 膠與未加入丙烯酸改性的乳膠性能比較結(jié)果如表3所示。

表3 加入丙烯酸共聚的PVAc 改性膠（B1）與未加入丙烯酸共聚的PVAc 乳膠性能比較

由表3可知，加入丙烯酸改性的乳膠與加入丙烯酸前的乳膠相比性能有明顯提高。

2.3 淀粉-PVF 混合物對(duì)PVAc 乳液性能的影響

用填料淀粉、聚丙烯酰胺、硅藻土、高嶺土與一定量PVF 按比例混合可以作為對(duì)PVAc 的改性物，其組分及性能測(cè)試結(jié)果如表4所示。

由表4可知，C2、C4 組乳膠性能較好，但C4組使用聚丙烯酰胺，經(jīng)濟(jì)性不合適，而且耐水性差。

表4 共混填料對(duì)改性PVAc 膠性能測(cè)試

2.4 填料對(duì)乳液性能的影響

不同填料對(duì)膠黏劑性能的影響有所差異，從經(jīng)濟(jì)角度選擇淀粉和高嶺土作為填料，比較結(jié)果如表5所示。

表5 填料改性PVAc 乳液性能測(cè)試結(jié)果

相同固含量的改性PVAc 膠，使用高嶺土性能要好于使用淀粉作為填料，但二者的耐水性均不好，總體性能不如以PVF 作為共混物的改性PVAc 膠。

用淀粉-PVF 改性PVAc 乳膠與填料改性PVAc乳膠相比，黏度大，固含量低，干態(tài)剪切強(qiáng)度略高。而且由于加入共混改性物PVF，降低了氫鍵的作用[7-8]，濕態(tài)剪切強(qiáng)度增加。

2.5 聚合單體對(duì)乳膠性能的影響

使用VAE 替代醋酸乙烯聚合，對(duì)其改性結(jié)果如表6所示。

由表6可知，C14 與C15 的性能大體相當(dāng)，但不如單用醋酸乙烯單體聚合的PVAc 膠。

表6 VAE 單體聚合改性乳膠測(cè)試結(jié)果

2.6 pH 值對(duì)乳液性能的影響

用過(guò)硫酸鹽為引發(fā)劑時(shí)，如果乳液的pH 值小于3 時(shí)，其分解速率隨pH 值降低而急劇增加，乳液粒子變粗，反應(yīng)速度下降，甚至?xí)狗磻?yīng)無(wú)法進(jìn)行，所以聚合開始時(shí)的pH 值應(yīng)調(diào)至6～8。

2.7 反應(yīng)溫度對(duì)乳液性能的影響

乳液黏度隨反應(yīng)溫度的提高而增加[9]。原因可能是溫度升高使成核速率增加，乳膠粒子的總比表面積增大。但是，溫度過(guò)高不利于乳液穩(wěn)定，特別是當(dāng)溫度等于或高于乳化劑濁點(diǎn)時(shí)，乳化就會(huì)失去穩(wěn)定作用而導(dǎo)致破乳。

2.8 乳化劑對(duì)乳液性能的影響

乳化劑的種類和用量的選擇對(duì)乳液的質(zhì)量和穩(wěn)定性有很大的影響。乳化劑的用量太少，乳液的穩(wěn)定性差，用量太多則耐水性差[10]。混合乳化劑的乳化效果和穩(wěn)定性比單獨(dú)用一種的要好。本實(shí)驗(yàn)采用聚乙烯醇和OP-10 混用的方法，得到了良好的乳化效果。

3 結(jié) 論

本文采用聚乙烯醇和OP-10 混用，用過(guò)硫酸鹽為引發(fā)劑，用淀粉為填料制備PVAc 膠，與市售普通白乳膠性能比較結(jié)果如表7所示。

表7 改性PVAc 膠與標(biāo)準(zhǔn)膠的比較

由表7可以看出，改性PVAc 膠的黏度和干態(tài)剪切強(qiáng)度與普通白乳膠大體相當(dāng)，但濕態(tài)剪切強(qiáng)度好于市售白乳膠，固含量也低，適于批量生產(chǎn)。