聚醋酸乙烯乳液膠黏劑改性研究

張欣，宋襄翎，宋健

（沈陽理工大學 環化學院，遼寧 沈陽 110159）

醋酸乙烯膠黏劑應用廣泛，但耐熱性和耐水性普遍較差，目前所使用的傳統的聚醋酸乙烯乳液合成用親水性的聚乙烯醇作保護膠體，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50年代以來，國內外都做了不少工作，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，膠膜發脆，使黏接部位產生斷裂且增加成本。

1 實驗部分

1.1 主要儀器及試劑

D-8401W 型電動攪拌器，DZKW-C 型恒溫水浴鍋，JA5003 型電子天平，FN202-A 型數顯電熱干燥箱，NDJ-79 型旋轉黏度計，RGT-10A 型電子萬能試驗機，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劑（過硫酸鉀）溶液，加熱到65 ℃。待引發反應后，滴加剩余的醋酸乙烯和引發劑溶液，維持反應溫度在72±2 ℃。持續反應6 h 后，升溫反應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 產品的測定

用RGT-10A 型電子萬能試驗機檢測產品剪切強度，用NDJ-79 型旋轉黏度計檢測產品的黏度。干濕態剪切強度測試符合GB 11178—89，試樣尺寸60 mm×40 mm×10 mm 膠合板，涂膠量150 g·m-2，搭接長度18 mm×18 mm，濕態測試水中放置2 h 后進行；黏度測試符合GB 12794—1995，測試溫度25 ℃；固含量測定符合GB/T 2793—1995，膠帶制作符合GB/T 7125—1999。

2 結果與討論

2.1 保護膠體對乳液性能的影響

本文所使用保護膠體仍為PVAc 傳統保護膠體聚乙烯醇，其對比測試結果如表1所示。

表1 不同保護膠體改性PVAc 乳液性能測試

由表1可知，保護膠體為PVA-1788 的乳膠干濕態剪切強度均優于保護膠體為PVA-1750 的乳膠，但其固含量要低于后者。綜合考慮，選用PVA-1788作為保護膠體。

2.2 共聚單體對乳液性能的影響

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，其分子活性與韌性均有增加。丙烯酸還能與聚乙烯醇發生酯化反應，破壞保護膠體的對稱性，增加乳液穩定性[5-6]。共聚單體組分及性能測試結果如表2所示。

表2 共聚單體乳液性能測試

由表2可知，隨著固含量增加，剪切強度和黏度隨之增加。但固含量增大到一定程度，干濕態剪切強度和黏度增加的幅度減小。而且，黏度過大會影響乳液的流動性和穩定性，同時，大量親水性羧基的引入也會降低乳液的耐水性。實驗中性能最好的為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PVAc 的改性物，其組分及性能測試結果如表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，經濟性不合適，而且耐水性差。

表4 共混填料對改性PVAc 膠性能測試

2.4 填料對乳液性能的影響

不同填料對膠黏劑性能的影響有所差異，從經濟角度選擇淀粉和高嶺土作為填料，比較結果如表5所示。

表5 填料改性PVAc 乳液性能測試結果

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，干態剪切強度略高。而且由于加入共混改性物PVF，降低了氫鍵的作用[7-8]，濕態剪切強度增加。

2.5 聚合單體對乳膠性能的影響

使用VAE 替代醋酸乙烯聚合，對其改性結果如表6所示。

由表6可知，C14 與C15 的性能大體相當，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試結果

2.6 pH 值對乳液性能的影響

用過硫酸鹽為引發劑時，如果乳液的pH 值小于3 時，其分解速率隨pH 值降低而急劇增加，乳液粒子變粗，反應速度下降，甚至會使反應無法進行，所以聚合開始時的pH 值應調至6～8。

2.7 反應溫度對乳液性能的影響

乳液黏度隨反應溫度的提高而增加[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，溫度過高不利于乳液穩定，特別是當溫度等于或高于乳化劑濁點時，乳化就會失去穩定作用而導致破乳。

2.8 乳化劑對乳液性能的影響

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

3 結 論

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

表7 改性PVAc 膠與標準膠的比較

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