共聚改性聚醋酸乙烯酯乳液的制備

1、第20卷第4期V ol.20No.4木材工業(yè)CHINA WOOD IN D USTR Y 2006年7月July 2006收稿日期:2005207221;修改稿:2005208229作者簡介:楊建州(1946,男,陜西科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院教授。應(yīng)用技術(shù)共聚改性聚醋酸乙烯酯乳液的制備楊建洲,徐亮,劉川(陜西科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院,陜西咸陽712081摘要:用丙烯酸丁酯(BA 對白乳膠進行共聚改性,對合成條件進行了探討,確定了相對較佳的合成工藝,合成出一種價格合理、性能優(yōu)良的木材用膠黏劑聚醋酸乙烯酯乳液(PVAc 。通過對產(chǎn)物的各種性能的測試比較,及對其應(yīng)用性能測試,結(jié)果表明,其粘接、防凍、耐水

2、性能良好。關(guān)鍵詞:改性白乳膠;黏度;固體含量;防凍性;耐水性中圖分類號:TQ43314文獻表示碼:B 文章編號:100128654(20060420044203Preparation of Polyvinyl Acetate Emulsion Modif ied through CopolymerizationYAN G Jian 2zhou ,XU Liang ,Liu Chuan(College of Chemistry &Chemical Engineering ,Shaanxi University of science &Technology ,xianyang 71

3、2081,Shanxi ,China Abstract :In t his paper ,white emulsion was modified by butyl acrylate ,and t he conditions for synt hesizing a new wood adhesive 2PVAc were determined 1The performances ,including viscosity ,solid content ,mechanical stability ,and p H were tested 1The performance for applicatio

4、n ,such as winter resistance ,freeze t haw stability ,and water resistance were tested and compared wit h t hat of t he commonly used white emulsion 1The result s showed t he new wood adhesive 2PVAc had good performance and no pollution 1K ey w ords :modified white emulsion ;visco sity ;solid co nte

5、nt ;winter resistance ;water resistance聚醋酸乙烯酯乳液(PVAc ,俗稱白乳膠,具有生產(chǎn)工藝簡單、價格低廉、綜合性能良好等特點,已被廣泛用于木材加工、建筑裝潢等領(lǐng)域1。但傳統(tǒng)的白乳膠存在耐水性、抗凍性差等缺點,在濕熱條件下,其膠合強度會大幅度下降,成膜的抗蠕變性能變差,在長時間靜載荷作用下膠層會產(chǎn)生滑動223。筆者采用半連續(xù)法,用丙烯酸丁酯對聚醋酸乙烯酯乳液進行共聚改性,并對聚合方法進行改性和優(yōu)化,縮短了反應(yīng)時間,提高了白乳膠的耐水性、抗凍性,且綜合性能良好。1試驗方法111試劑醋酸乙烯(VAc ,化學(xué)純,上?；瘜W(xué)試劑公司;聚乙烯醇(PVA ,化學(xué)純,天

6、津市天大化工實驗廠;丙烯酸丁酯(BA ,化學(xué)純,天津市巴斯夫化工有限公司;過硫酸鉀(K 2S 2O 8,化學(xué)純,西安化學(xué)試劑廠;乳化劑O P 210,分析純,上海助劑廠。112步驟按配比要求將蒸餾水、聚乙烯醇加入到三口燒瓶中,攪拌均勻并升溫到85,使其完全溶解,降溫至70,加入OP 210乳化劑、VAc 單體和BA 的混合液,乳化30min 后,進行剩余混合液、引發(fā)劑滴加,滴加速度視物料回餾情況而定,3h 內(nèi)滴加完畢。將乳液升溫到80,保溫30min ,使單體反應(yīng)徹底,降溫70,調(diào)節(jié)p H 值(碳酸氫鈉,加入增塑劑,攪拌10min ,冷卻至室溫,得到帶蘭光白色黏稠乳液。113性能的測試1乳液性

7、能:固體含量、黏度、機械穩(wěn)定性4252防凍性1凍融穩(wěn)定性:乳液于(-10±2下冷凍16h ,然后在(30±5的水浴中將冷凍后的乳液融化1h ,觀察破乳情況;44 抗凍性:乳液在(-5±2下冷凍48h后,取出觀察凍結(jié)情況。3耐水性:參照日本農(nóng)林省特殊合板標(biāo)準(zhǔn)(日本農(nóng)林水產(chǎn)省告示第1099號,1997年中的二類板標(biāo)準(zhǔn)進行6。4膠合強度:參照G B/T1765721999人造板及飾面人造板理化性能測試方法進行。2結(jié)果與討論211乳液性能指標(biāo)外觀白色乳液,表面光澤、細膩,無可見粒狀凝聚物,較稠固體含量均30%黏度67Pasp H值7機械穩(wěn)定性3540min凍融穩(wěn)定性穩(wěn)定抗

8、凍性不凍結(jié)耐水性很好根據(jù)測試結(jié)果可看出,加入丙烯酸丁酯單體共聚改性后得到的PVAc乳液,其抗凍性、耐水性都較好,且各方面性能均穩(wěn)定。212加料方式的選擇采用半連續(xù)法加料方式,比間歇法形成的乳液黏度高得多,這是因為前者在乳液聚合體系中,單體成饑餓狀態(tài),且乳膠粒內(nèi)部聚合物濃度比間歇乳液聚合的大,故自由基鏈向聚合物鏈轉(zhuǎn)移的機率大,反應(yīng)更容易進行,使乳液的黏度增大。213PVA對乳液黏度的影響PVA作為保護膠體,有很好的成膜性,對乳液黏度影響很大,隨著PVA用量的增加黏度不斷增大1。本研究采用PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為116%。此外PVA的類型對黏度也有影響,見表1。表1PVA醇解度與乳液黏度的關(guān)系T ab11

9、R elation betw een the PVA alcoholysisrate and the viscosity醇解度/%99959288乳液黏度/(mPas86498510241214表1反映出PVAc乳液的黏度隨著醇解度的減小而增大。這是因為PVA21788中含有乙酸酯基團,容易產(chǎn)生接枝。因PVA的合成方法不同,使殘存的醋酸根在分子內(nèi)的分布狀態(tài)也不同,從而形成PVAc 乳液黏度也不相同。214引發(fā)劑對PVAc乳液的影響引發(fā)劑(K2S2O8是聚合反應(yīng)的觸媒,能促進活性基團的形成。用量過少,反應(yīng)不完全;用量過多接枝反應(yīng)較易進行,但引發(fā)速度過快,反應(yīng)劇烈,使乳液黏度增大(見表2。表2引發(fā)

10、劑與PVAc黏度、固體含量的關(guān)系T ab12R elation betw een the initiator and thePVAc viscosity,solid content(K2S2O8/%黏度/(Pas固體含量/% 01221201812在一定聚合溫度下,隨著引發(fā)劑量的增加,黏度、固體含量增大,當(dāng)引發(fā)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為018%時,黏度最大,為6130Pas,固體含量3316%;當(dāng)引發(fā)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)繼續(xù)增加時,乳液黏度反而下降,而固體含量基本不變。215乳化劑對PVAc乳液的影響乳化劑OP210質(zhì)量分?jǐn)?shù)對乳液的影響見表3。表3OP210對PVAc黏度的關(guān)系T ab13R elation betw

11、 een the OP210and the viscosity性能(OP210/%反應(yīng)影響不穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定216BA對PVAc乳液的影響在其他條件不變的情況下,BA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對PVAc乳液的固體含量、黏度、機械穩(wěn)定性能、貯存穩(wěn)定性、凍融穩(wěn)定性、抗凍性的影響如表4所示。表4單體組成比BA與PVAc性能的關(guān)系T ab14R elation betw een the reactant ratio of monomerand the PVAc perform ance(BA/%固體含量/%黏度/(Pas機械穩(wěn)定性能/min凍融穩(wěn)定性抗凍性020*不穩(wěn)定凝膠202813016015不穩(wěn)定凝膠252

12、813212520不穩(wěn)定不凝膠303217419530穩(wěn)定不凝膠353316613040穩(wěn)定不凝膠54第20卷第4期木材工業(yè)2006年7月 由表4可看出,隨著BA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,乳液的性能都增強。BA 的玻璃化溫度為-55,BA 的加入,降低了乳液的玻璃化溫度,從而降低了最低成膜溫度、提高了共聚產(chǎn)物的塑性和產(chǎn)品的性能。217反應(yīng)溫度對PVAc 性能的影響在反應(yīng)物配比、加料方式及其他條件不變的情況下,反應(yīng)溫度對PVAc 乳液的黏度、固體含量的影響很大。表5反應(yīng)溫度與PVAc 黏度、固體含量的關(guān)系T ab 15R elation betw een the reactive temperature

13、and the viscosity ,solid content反應(yīng)溫度/黏度/(Pa s 固體含量/%61043214從表5可以看出反應(yīng)溫度對PVAc 黏度和固體含量的關(guān)系:隨著溫度的升高,都呈上升趨勢,且到75時達到最大,其原因是該聚合反應(yīng)為放熱反應(yīng);但反應(yīng)溫度達到80時,超過VAc 單體的沸點(72會使回餾量增加,消耗能量,使得參加聚合的單體量減小,并且回流還使得反應(yīng)體系的溫度降低,所以其黏度和固體含量會有一定程度的降低。而在低溫時反應(yīng)速度慢,反應(yīng)不完全,乳液黏度低,固體含量也不高。因此,反應(yīng)適合在75左右進行。218乳液的應(yīng)用性能測試比較對未改性白乳膠、市售白乳膠及改性白乳膠進行防凍性

14、、凍融穩(wěn)定性、耐水性測試。采用楊木單板,規(guī)格為60mm ×25mm ×2mm ;膠合工藝為:涂膠量300g/m 2(雙面;熱壓溫度135;熱壓時間30s/mm ;壓力018110M Pa 。耐水性能和表面膠合強度均按G B/T 1765721999測定,結(jié)果見表6。表6幾種白乳膠應(yīng)用性能對比T ab 16A comparison with applied perform anceof several white emulsions檢測性能未改性白乳膠市售白乳膠改性白乳膠凍融穩(wěn)定性不穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定防凍性凍結(jié)不凍結(jié)不凍結(jié)耐水性全部剝離不剝離不剝離膠合強度/MPa114412611

15、由表6可以看出,改性后的白乳膠在凍融穩(wěn)定性、防凍性、耐水性、耐熱性、膠合強度方面都有了顯著的提高。3結(jié)論1適當(dāng)?shù)能泦误w和官能單體按一定比例進行共聚,可獲得性能優(yōu)良的PVAc 乳液。2提高反應(yīng)溫度可減少聚合反應(yīng)時間。3當(dāng)反應(yīng)溫度為75,乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)2186%、引發(fā)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)016%、BA 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)35%,使用PVA 21788,采用半連續(xù)法加料時得到性能優(yōu)良的PVAc 乳液。參考文獻:1王平華,汪倩文,宋功品.共聚型聚醋酸乙烯酯乳液膠粘劑的研制J 1中國膠粘劑,2004,13(1:332352顧繼友,陳麗娟.聚醋酸乙烯酯乳液膠粘劑的改性研究J 1中國膠粘劑,2002,11(1:222243

16、申迎華.脲2三聚氰胺2甲醛樹脂對白乳膠的改性研究J 1太原理工大學(xué)學(xué)報,2001,32(1:3723914嚴(yán)小文,吳國金.醋酸乙烯酯乳液改性研究J 1化學(xué)與粘合,2002(3:106210815徐葉新,闞成友,杜奕,等.新型改性醋酸乙烯酯共聚物乳液的研究J 1化學(xué)建材,2003(5:3323616張求慧,吳瑞萱,韋靜,等.聚乙酸乙烯酯乳液膠的改性J 1木材工業(yè),2001,15(1:26227,301(責(zé)任編輯鮑加芬會展資訊EUMABOIS 展會日程更新歐洲木工機械制造商理事會(EU MABO IS 近日公布,在其2006年度支持并參與主辦的展會日程中,將新增加2006年10月2528日,在芬蘭Lahti 舉辦的“WOODWOR KIN G 2006”展會。芬蘭的木材工業(yè)發(fā)達,不僅在原木、鋸材等加工領(lǐng)域擁有先進的技術(shù),而且非常注重木材的二次加工利用和高附加值產(chǎn)品開發(fā),尤其是建筑用實木制品的加工技術(shù)。在其2004年度的展會上,共有20個國家的213位展商參展,包括芬蘭本土及來自波羅的海、俄羅斯和北歐國家的專業(yè)人士逾1萬到會參觀。本刊訊2006下半年Eumabois 在全球的展覽日程展會名稱地點(國家與城市時間L I