丙烯酸-脲醛樹脂交聯共混改性乳白膠

　　乳白膠(聚醋酸乙烯酯乳液膠粘劑)是一種以水為分散相,粘結力強,粘度適中,無毒､無腐蝕､無污染的現代綠色環(huán)保型膠粘劑品種[1-5]｡該類膠自工業(yè)化生產以來發(fā)展迅速,是膠粘劑行業(yè)中主要膠種之一｡尤其在木器制作和家庭裝修行業(yè)是首選品種[3]｡但乳白膠的耐水､耐寒和剪切力差等缺點,使其應用受到限制｡本研究采用乳液聚合時加內交聯劑丙烯酸和乳液聚合后外混脲醛樹脂的方法,對乳白膠進行改性｡使改性后乳白膠耐水､耐寒､剪切強度及穩(wěn)定性相對普通白乳膠有較大提高｡

1 實驗部分

1.1 實驗原理

醋酸乙烯乳液聚合生成乳白膠是按自由基反應歷程進行[2]｡加入內交聯改性劑丙烯酸與醋酸乙烯共聚,使聚醋酸乙烯分子中引入了羧基極性基團,其分子活性及韌性得以增加｡丙烯酸也與乳液聚合中的保護膠體聚乙烯醇發(fā)生酯化反應,破壞了保護膠體的對稱性,增加了乳液的穩(wěn)定性｡共混脲醛樹脂的加入,使乳白膠具有了熱固性樹脂的特點｡聚合時主要反應式如下:

1.2 原料與儀器

醋酸乙烯 工業(yè)品 北京化工廠 丙烯酸 CR 沈陽試劑廠,

聚乙烯醇 1799型北京化工廠 脲醛樹脂 自制,

過硫酸銨 CR河北化工廠, OP-10 CR沈陽化工廠,

鄰苯二甲酸二丁酯 CR 沈陽化工廠,恒溫水浴 JB-50-D電動攪拌器 四口瓶｡

1.3 實驗方法

將定量的保護膠聚乙烯醇在反應器中逐漸升溫于90℃下完全溶解｡降溫至60℃,加乳化劑及部分引發(fā)劑,將體系升溫至72-75℃并維持該溫度｡在30min內滴加入1/4量的混合單體,繼續(xù)攪拌反應｡當體系溫度自動上升表明聚合反應開始｡維持80℃在6h內滴加剩余混合單體,并間隔15min滴加3d引發(fā)劑溶液｡單體滴加后繼續(xù)攪拌10min升溫,同時將余下引發(fā)劑全部滴完溫度升至90±1℃,恒溫反應30min,降溫至70℃,加入脲醛樹脂及其它助劑,調pH4-6,繼續(xù)攪拌30min后冷卻出料即為改性乳白膠｡

1.4 膠液性能測試方法

試樣制備

試片為厚度3-4mm的三合板,每片是60×25mm的矩形,試片對搭接長度20mm,每種膠粘劑用6對試片,試片在室溫下涂敷膠粘劑搭接,室溫固化24h后待測。

耐水實驗

將固化后的試件,分別于60℃水中浸泡和沸水中煮,得其不開膠時間,取其平均值｡

抗凍實驗

將固化后的試樣置于冰箱中,在-5℃條件下冷凍48h后,觀察凍結情況｡剪切強度測試采用濟南試驗機廠制造的WE-300型液壓萬能實驗機,測試固化后試樣的剪切強度｡

2結果與討論

丙烯酸內交聯改性乳白膠的產品性能受其聚合時各種因素的影響[3,4],現將其聚合時引發(fā)劑､乳化劑､改性劑用量對產品性能的影響結果做如下討論｡

2.1 引發(fā)劑用量的影響

前已述及該聚合反應為自由基反應歷程,體系中加入引發(fā)劑產生自由基,引發(fā)烯類單體聚合｡引發(fā)劑加入量不足,單體聚合速度較慢,體系中物料以單體形式存在,反應液回流較快｡引發(fā)劑加入量過大濃度太高,聚合速度過快,引起爆聚現象｡根據實驗結果,選擇加入引發(fā)劑為混合單體的0.15%｡實驗結果如表1｡

2.2 乳化劑用量的影響

乳化劑的用量直接影響聚合后膠液的穩(wěn)定性｡乳化劑用量不足,膠液易破乳,而用量過大,膠液內存在大量泡沫不均勻｡只有乳化劑加入量適當,膠液才呈現出細膩､均勻的優(yōu)良外觀｡確定最佳乳化劑用量為混合單體質量的1.2%｡反應結果如表2｡

2.3 丙烯酸加入量的影響

丙烯酸為內交聯改性劑,成為聚合物鏈的一部分[5]｡加入量小時,乳液不穩(wěn)定,易破乳分層,固含量也相對較低,膠接后剪切強度小｡加入量增加,膠液細膩､均勻,固含量增大,膠接物剪切強度提高｡加入量繼續(xù)增大,乳液各項指標均不再有明顯增加｡綜合各因素影響,選擇改性單體丙烯酸的加入量為醋酸乙烯的6%｡實驗結果如表3｡

2.4 脲醛樹脂加入量的影響

加入脲醛樹脂的改性乳白膠膠接固化時,脲醛樹脂分子中殘余的-CH₂OH或-NH₂與乳液分子中的-COOH在一定程度上進行縮合交聯,減少了親水基團的數目,膠接的耐水性提高｡另外脲醛樹脂的引入,使膠液的抗凍能力大大增強｡實驗結果如表4所示｡

表中可看出,加入脲醛樹脂量不同,耐水及抗凍能力不同｡當加入膠液6%時效果最佳｡選擇6%為共混樹脂加入量｡

2.5 穩(wěn)定實驗結果

用所選最佳引發(fā)劑､乳化劑､改性劑加入量,按1.3所述操作步驟進行乳液聚合得改性乳白膠,測定其各項性能指標與普通乳白膠性能指標相比較,所得結果如表5｡

表5結果說明,改性乳白膠性能大大優(yōu)于普通乳白膠｡

3結論

采用丙烯酸內交聯脲醛樹脂外混所得乳白膠兼具耐水､耐寒､粘接強度大和無毒､無臭對人體無刺激作用的特點,是一種環(huán)保型高性能膠液｡產品在室溫狀態(tài)下保存6個月仍細膩､均勻,無分層凝膠現象｡與普通乳白膠相比,成本低,用量少,無環(huán)境污染,具有極大的市場潛力｡

參考文獻

[1] 王慶元.膠粘劑用戶手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,1995.

[2] 宋啟煌.精細化工工藝學[M].北京:化學工業(yè)出版社,1996.

[3] 王茹,王曉立.聚醋酸乙烯酯改性實驗研究[J].遼寧高職學報,1999,2:72-75.

[4] 顧繼有,陳麗娟.聚醋酸乙烯酯乳液膠粘劑的改性研究[J].中國膠粘劑,2002,11(2):22-24.

[5] 劉德崢.新型耐水性聚醋酸乙烯酯乳液膠粘劑的制備[J].粘接,2001,(4)