聚醋酸乙烯乳液胶黏剂改性研究

张欣，宋襄翎，宋健

（沈阳理工大学 环化学院，辽宁 沈阳 110159）

醋酸乙烯胶黏剂应用广泛，但耐热性和耐水性普遍较差，目前所使用的传统的聚醋酸乙烯乳液合成用亲水性的聚乙烯醇作保护胶体，这使它的耐热性和耐水性均较差[1-2]。为了改善它的耐热性和耐水性，自20世纪50年代以来，国内外都做了不少工作，但基本的途径都是使聚醋酸乙烯向热固性的方向发展，如加入增塑剂、溶剂等。但乳液成膜固化后韧性不足[3-4]，并使增塑剂迁移到界面，胶膜发脆，使黏接部位产生断裂且增加成本。

1 实验部分

1.1 主要仪器及试剂

D-8401W 型电动搅拌器，DZKW-C 型恒温水浴锅，JA5003 型电子天平，FN202-A 型数显电热干燥箱，NDJ-79 型旋转黏度计，RGT-10A 型电子万能试验机，合成装置一套。

醋酸乙烯酯，聚乙烯醇（PVA-1750、PVA-1788），聚乙烯醇缩甲醛（PVF，自制），丙烯酸（AA），辛基酚聚氧乙烯醚（OP-10），过硫酸钾，邻苯二甲酸二丁酯，碳酸氢钠，聚丙烯酰胺，乙烯-醋酸乙烯共聚物（VAE）乳液，高岭土，淀粉，硅藻土，均为分析纯。

1.2 合成工艺

本文用去离子水溶解PVA，按配方加入乳化剂、醋酸乙烯单体及引发剂（过硫酸钾）溶液，加热到65 ℃。待引发反应后，滴加剩余的醋酸乙烯和引发剂溶液，维持反应温度在72±2 ℃。持续反应6 h 后，升温反应0.5 h。冷却至40 ℃，加入碳酸氢钠和邻苯二甲酸二丁酯搅拌10 min。所得胶液即为聚醋酸乙烯乳液。按比例加入改性剂混合均匀，制得改性聚醋酸乙烯乳液。

1.3 产品的测定

用RGT-10A 型电子万能试验机检测产品剪切强度，用NDJ-79 型旋转黏度计检测产品的黏度。干湿态剪切强度测试符合GB 11178—89，试样尺寸60 mm×40 mm×10 mm 胶合板，涂胶量150 g·m-2，搭接长度18 mm×18 mm，湿态测试水中放置2 h 后进行；黏度测试符合GB 12794—1995，测试温度25 ℃；固含量测定符合GB/T 2793—1995，胶带制作符合GB/T 7125—1999。

2 结果与讨论

2.1 保护胶体对乳液性能的影响

本文所使用保护胶体仍为PVAc 传统保护胶体聚乙烯醇，其对比测试结果如表1所示。

表1 不同保护胶体改性PVAc 乳液性能测试

由表1可知，保护胶体为PVA-1788 的乳胶干湿态剪切强度均优于保护胶体为PVA-1750 的乳胶，但其固含量要低于后者。综合考虑，选用PVA-1788作为保护胶体。

2.2 共聚单体对乳液性能的影响

加入丙烯酸与醋酸乙烯共聚，使醋酸乙烯分子中引入极性羧基基团，其分子活性与韧性均有增加。丙烯酸还能与聚乙烯醇发生酯化反应，破坏保护胶体的对称性，增加乳液稳定性[5-6]。共聚单体组分及性能测试结果如表2所示。

表2 共聚单体乳液性能测试

由表2可知，随着固含量增加，剪切强度和黏度随之增加。但固含量增大到一定程度，干湿态剪切强度和黏度增加的幅度减小。而且，黏度过大会影响乳液的流动性和稳定性，同时，大量亲水性羧基的引入也会降低乳液的耐水性。实验中性能最好的为B1 胶。

丙烯酸共聚改性后综合性能最好的B1 胶与未加入丙烯酸改性的乳胶性能比较结果如表3所示。

表3 加入丙烯酸共聚的PVAc 改性胶（B1）与未加入丙烯酸共聚的PVAc 乳胶性能比较

由表3可知，加入丙烯酸改性的乳胶与加入丙烯酸前的乳胶相比性能有明显提高。

2.3 淀粉-PVF 混合物对PVAc 乳液性能的影响

用填料淀粉、聚丙烯酰胺、硅藻土、高岭土与一定量PVF 按比例混合可以作为对PVAc 的改性物，其组分及性能测试结果如表4所示。

由表4可知，C2、C4 组乳胶性能较好，但C4组使用聚丙烯酰胺，经济性不合适，而且耐水性差。

表4 共混填料对改性PVAc 胶性能测试

2.4 填料对乳液性能的影响

不同填料对胶黏剂性能的影响有所差异，从经济角度选择淀粉和高岭土作为填料，比较结果如表5所示。

表5 填料改性PVAc 乳液性能测试结果

相同固含量的改性PVAc 胶，使用高岭土性能要好于使用淀粉作为填料，但二者的耐水性均不好，总体性能不如以PVF 作为共混物的改性PVAc 胶。

用淀粉-PVF 改性PVAc 乳胶与填料改性PVAc乳胶相比，黏度大，固含量低，干态剪切强度略高。而且由于加入共混改性物PVF，降低了氢键的作用[7-8]，湿态剪切强度增加。

2.5 聚合单体对乳胶性能的影响

使用VAE 替代醋酸乙烯聚合，对其改性结果如表6所示。

由表6可知，C14 与C15 的性能大体相当，但不如单用醋酸乙烯单体聚合的PVAc 胶。

表6 VAE 单体聚合改性乳胶测试结果

2.6 pH 值对乳液性能的影响

用过硫酸盐为引发剂时，如果乳液的pH 值小于3 时，其分解速率随pH 值降低而急剧增加，乳液粒子变粗，反应速度下降，甚至会使反应无法进行，所以聚合开始时的pH 值应调至6～8。

2.7 反应温度对乳液性能的影响

乳液黏度随反应温度的提高而增加[9]。原因可能是温度升高使成核速率增加，乳胶粒子的总比表面积增大。但是，温度过高不利于乳液稳定，特别是当温度等于或高于乳化剂浊点时，乳化就会失去稳定作用而导致破乳。

2.8 乳化剂对乳液性能的影响

乳化剂的种类和用量的选择对乳液的质量和稳定性有很大的影响。乳化剂的用量太少，乳液的稳定性差，用量太多则耐水性差[10]。混合乳化剂的乳化效果和稳定性比单独用一种的要好。本实验采用聚乙烯醇和OP-10 混用的方法，得到了良好的乳化效果。

3 结 论

本文采用聚乙烯醇和OP-10 混用，用过硫酸盐为引发剂，用淀粉为填料制备PVAc 胶，与市售普通白乳胶性能比较结果如表7所示。

表7 改性PVAc 胶与标准胶的比较

由表7可以看出，改性PVAc 胶的黏度和干态剪切强度与普通白乳胶大体相当，但湿态剪切强度好于市售白乳胶，固含量也低，适于批量生产。