MDI改性PVAc膠黏劑的性能效果評價

王肖肖，王旭東，李貴斌，張恭發，季國彬

（沈陽愛克浩博化工有限公司，遼寧 沈陽 110122）

聚醋酸乙烯酯膠黏劑PVAc是應用最廣泛的合成樹脂膠黏劑之一[1]，具有價格低廉、生產容易、使用方便，無毒無害等優點，廣泛應用在木材、紡織、紙張等多孔性材料的膠合[2]。市場上常見的固含量≤40%的低成本PVAc類膠黏劑耐水性差，在潮濕的條件下，黏接強度會有很大程度的下降[3-5]。4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI），作為較好的外交聯劑，可以加入到PVAc中進行改性，提高黏接強度和耐水性，反應原理如下：

本實驗利用交聯反應原理，通過對黏度、干濕態黏接剪切強度、吸水率、接觸角、干燥時間等方面實驗的綜合考察，確定外交聯劑MDI對于改性PVAc的最佳添加比例和工藝。

1 實驗部分

1.1 藥品及儀器

醋酸乙烯酯（VAc），工業級，塞拉尼斯（南京）化工有限公司；聚乙烯醇（PVA），工業級，安徽皖維高新材料股份有限公司；非離子型乳化劑（OP-10），工業級，沈陽浩博實業有限公司；過氧化氫，工業級，沈陽市民聯化工有限公司；酒石酸，工業級，杭州瑞晶生物科技有限公司；消泡劑，工業級，沈陽浩博實業有限公司；MDI，工業級，萬華化學集團股份有限公司。

TVB-10W/15型旋轉黏度計，日本東機產業；AL204型分析天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；WHL-25A臺式電熱恒溫干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司；微機控制萬能試驗機，濟南中創工業測試系統有限公司；OCA-15型接觸角測試儀，北京東方德菲儀器有限公司。

1.2 改性PVAc膠黏劑的制備

在裝有冷凝管、溫度計和攪拌器的四口燒瓶中加入200 g去離子水，邊攪拌邊加入適量的PVA，水浴溫度升溫至90 ℃；待完全溶解冷卻至室溫，制成PVA溶液。然后將OP-10、碳酸氫鈉、消泡劑和酒石酸加入到PVA溶液中，水浴升溫至75 ℃，緩慢滴加引發劑過氧化氫和VAc單體，開始聚合，聚合過程的溫度控制在78～85 ℃。單體滴加完畢后，水浴溫度至80 ℃，保溫1 h；然后冷卻至室溫，用100目（0.150 mm）濾網過濾，制成PVAc膠黏劑。加入一定量的MDI，混合攪拌均勻，制得改性PVAc膠黏劑樣品。

1.3 測試及性能評價

黏度：采用旋轉黏度計進行測定（溫度25 ℃）。

吸水率：吸水率=(W1-W0)/W0。W0為膠膜烘干的重量；W1為該膠膜浸泡在水中，24 h后擦凈表面水分后膠膜的重量。

黏接強度：按照聚乙烯乙酸酯乳液木工膠黏劑的化工行業標準（HG/T2727—2010）來測定，將樣品涂抹在兩塊試片（30 mm ×25 mm×5 mm的樺木樣塊）的交接面上，膠接面積為25 mm×25 mm，涂膠量為100 g·m-2；將兩塊試片疊合，0.5～1.0 MPa的壓力下壓合24 h，試驗溫度為23±2 ℃，40%～60%RH，卸壓后直接進行干態剪切強度測試。濕態剪切強度在卸壓后于30±1℃的水中浸泡3 h，再于23±2 ℃水中浸泡10 min后立即測試。

2 結果與討論

2.1 MDI加入量與黏度的關系

MDI加入量對黏度的影響如圖1所示。

圖1 MDI加入量與黏度的關系

由圖1可知，隨著MDI用量的增加，PVAc膠黏劑的黏度呈現逐漸增長的趨勢。這是由于MDI的加入，使MDI的—NCO與PVAc中的—OH發生交聯，增加了膠黏劑分子間的作用力，導致黏度增加，15～35 Pa·s范圍內的黏度是實際應用涂布進行黏接的最佳黏度，不會因為黏度大而涂布費勁。

2.2 MDI加入量對黏接性能的影響

MDI加入量對黏接性能的影響，干態條件下見圖2，濕態條件下見圖3。

由圖2可知，隨著MDI用量的增加，膠黏劑干態的壓縮剪切強度呈增加趨勢，當MDI加入量為PVAc量的20%時，剪切強度達到了9 MPa，比未加入MDI剪切強度增加了1.7 MPa，這是由于MDI的引入，使部分共聚物從線性結構轉變為交聯結構，增強了膠黏劑的內聚強度，從而提高了乳液膠黏劑的剪切強度。由圖3可知，濕態剪切強度隨MDI用量的增加呈增加趨勢，在加入量15%達到最大1.75 MPa，在加入量20%時，濕態強度略有下降，這是由于超過加入量15%，膠膜脆化同時親水性略有增強，水分子滲入量增多，膠黏劑耐水性下降。因此綜合考慮強度和耐水性MDI加入量15%時，能達到最好的黏接效果。

圖2 MDI加入量對黏接性能的影響（干態）

圖3 MDI加入量對黏接性能的影響（濕態）

2.3 MDI加入量對膠膜吸水率及接觸角的影響

影響膠黏劑吸水率的主要因素是膠膜親水性，MDI用量對于此PVAc的吸水率及接觸角的影響見圖4和圖5。

圖4 MDI加入量對吸水率的影響

由圖4可知，吸水率隨著MDI用量的增加是減小的，表明膠膜發生交聯，鏈間作用力增大，膠膜致密性增加，水分子滲入少，所以耐水性增強，在MDI加入量15%時，吸水率最小值(33.1%)，對應圖3為濕態剪切力最大值。同理通過圖5接觸角的大小也反映了同樣的情況，在MDI加入量15%的情況下，接觸角最大（45.5°），說明耐水性最好。

圖5 MDI加入量對接觸角的影響

2.4 不同溫度下改性PVAc和未改性PVAc的關系

MDI加入量15%的改性PVAc和未改性PVAc的溫度與干燥時間的關系見圖6。

由圖6可知，MDI加入量15%的改性PVAc在不同溫度下的干燥時間短于未改性PVAc膠黏劑的干燥時間，因此通過MDI改性的PVAc膠黏劑在實際黏接生產過程中，能夠提高生產效率，節省時間。

圖6 溫度與干燥時間的關系

3 結 論

用MDI改性PVAc膠黏劑，目的是提高其黏接性能和耐水性。通過分析不同比例MDI加入量對使用黏度范圍、干態強度、濕態強度、吸水率、接觸角等方面的影響，找出最佳MDI添加比例，最終確定了加入方案：MDI加入量為15%時，強度和耐水性達到了最好的效果，同時也可提高實際應用效果。