丙烯酸酯乳液膠黏劑的合成及性能研究78250

1、丙烯酸酯乳液膠粘劑的合成及其性能研究2009/4/13/10:46 作者：李欣聞，劉玉濤，邰志新，任亮，韓業(yè)        【慧聰涂料網(wǎng)】（長春工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，吉林長春130012）     摘要：以丙烯酸丁酯（BA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、苯乙烯（St）、丙烯腈（AN）和丙烯酸（AA）為單體，十二烷基硫酸鈉（SDS）為乳化劑，過硫酸鉀（KPS）為引發(fā)劑，通過半連續(xù)乳液聚合方法合成了丙烯酸酯乳液膠粘劑。研究了軟硬單體配比、不同硬單體以及功能單體AA對(duì)膠粘劑性能的影響。研究結(jié)果表明，當(dāng)m

2、（BA）m（MMA）m（AN+St）=751510其中m（AN）m（St）=13、w（AA）=2份時(shí)，制備的乳液膠粘劑具有較好的剪切強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和耐水性。     關(guān)鍵詞：丙烯酸酯；乳液；耐水性；膠粘劑     中圖分類號(hào)：433.436文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)：（8）090001-04     0前言     近年來，由于世界性能源和資源的緊缺，以及環(huán)境保護(hù)法和安全法的頒布，溶劑型膠粘劑的使用受到限制，乳液型膠粘劑則越來越受到人們的重視

3、。與溶劑型膠粘劑相比，乳液型膠粘劑具有無溶劑釋放、符合環(huán)保要求、成本低、不燃和使用安全等優(yōu)點(diǎn)，因而倍受全球關(guān)注1-4。丙烯酸酯類乳液膠粘劑中因含有酯基、羧基和羥基等官能團(tuán)，具有很強(qiáng)的極性，故對(duì)各種物質(zhì)的粘接性能良好；另外，該乳液具有良好的耐候性、耐熱性、耐油性且原料來源廣泛、易合成、基本無毒和無環(huán)境污染等特點(diǎn)，因而在涂料、膠粘劑、密封劑和織物等領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛5-9。本文主要以丙烯酸丁酯（BA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、苯乙烯（St）、丙烯腈（AN）和丙烯酸（AA）為原料，十二烷基硫酸鈉（SDS）為乳化劑，過硫酸鉀（KPS）為引發(fā)劑，通過半連續(xù)乳液聚合方法合成了丙烯酸酯乳液膠粘劑。研究了軟硬單

4、體配比、硬單體種類、功能單體AA和固化溫度等因素對(duì)膠粘劑性能的影響。     1實(shí)驗(yàn)部分     1.1實(shí)驗(yàn)原料     丙烯酸丁酯（BA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸（AA）、丙烯腈（AN）、苯乙烯（St），化學(xué)純（經(jīng)減壓蒸餾除去阻聚劑后使用），吉林石化公司；十二烷基硫酸鈉（SDS），分析純，西安化學(xué)試劑廠；過硫酸鉀（KPS），分析純，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；氨水（25%28%），分析純，哈爾濱市東方化工廠。 1.2丙烯酸酯類乳液的合成  

5、60;  在裝有電動(dòng)攪拌器、冷凝管的三口燒瓶中加入一定量的蒸餾水，在N2保護(hù)下升溫至65，加入一定量的SDS和部分混合單體，預(yù)乳化20min；升溫至75加入引發(fā)劑KPS溶液，反應(yīng)0.51h后開始滴加剩余單體；待剩余單體滴加完畢后補(bǔ)加少量的引發(fā)劑，繼續(xù)反應(yīng)3h使剩余單體反應(yīng)完全；冷卻，并用氨水調(diào)節(jié)pH值至7時(shí)即可。     1.3實(shí)驗(yàn)儀器     AGS-H5KN型萬能拉力機(jī)，日本島津。     1.4性能測(cè)試     

6、;1.4.1剪切強(qiáng)度測(cè)定     按照ASTMD1002-01標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。將打磨處理過的不銹鋼片置于23（室內(nèi)）恒溫24h，然后采用單搭接的形式制備若干對(duì)不銹鋼試片；不銹鋼片尺寸為（40±0.5）mm×（25±0.5）mm，搭接長度為（12.5±0.5）mm。     1.4.2拉伸強(qiáng)度測(cè)定     按照ASTMD897-01標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。將表面處理后的試棒置于23（室內(nèi)）恒溫24h，然后粘接試棒若干對(duì)；圓柱形試棒直徑為（25

7、7;0.1）mm。     1.4.3吸水率測(cè)定     將乳液倒入模板中室溫成膜，升溫至60烘烤24h，取出膠膜，備用。     將充分干燥的（1cm×1cm）膠膜（質(zhì)量為W1）置于25水中，恒溫48h后取出，用濾紙擦干表面水分并稱重（W2），則吸水率（W2W1）/W1。     2結(jié)果與討論     2.1軟硬單體配比對(duì)膠粘劑性能的影響     

8、;丙烯酸酯乳液膠粘劑中軟單體（如BA、丙烯酸異辛酯等）的玻璃化溫度（Tg）較低，賦予膠粘劑初粘性；硬單體（如MMA、AN和St等）的Tg較高，賦予膠粘劑內(nèi)聚力。本文選擇BA（軟單體）和MMA（硬單體）組成不同的配比，對(duì)所合成的乳液進(jìn)行相關(guān)性能的測(cè)定，其測(cè)試結(jié)果如圖1所示。圖1    由圖1可知，軟硬單體的配比變化對(duì)膠粘劑的剪切強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度影響顯著。軟單體BA產(chǎn)生初粘性，但內(nèi)聚強(qiáng)度不足，因此，當(dāng)軟單體含量較大時(shí)膠粘劑的剪切強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度并不高，并且共聚物成膜后會(huì)出現(xiàn)發(fā)粘、不干等現(xiàn)象；隨著硬單體MMA用量的增加，膠粘劑的剪切強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度增加這是因?yàn)橛矄误wMMA的作

9、用是與軟單體共聚后產(chǎn)生較好內(nèi)聚強(qiáng)度的共聚物，既可以提高膠粘劑的內(nèi)聚力，又可以明顯改善膠粘劑的耐水性和粘接強(qiáng)度；但是，當(dāng)MMA比例過大時(shí)粘接強(qiáng)度反而下降，并且共聚物成膜后會(huì)出現(xiàn)膜太硬且易斷裂等現(xiàn)象。當(dāng)m（BA）m（MMA）=5050時(shí)共聚物不成膜；當(dāng)m（BA）m（MMA）=6535時(shí)，可以得到粘接性能優(yōu)異的丙烯酸酯共聚物。     2.2硬單體種類與配比對(duì)膠粘劑性能的影響     在其它組分、用量及合成工藝不變的情況下，僅改變硬單體的種類，則不同硬單體對(duì)膠粘劑性能的影響如表1所示，其中m（BA）m（硬單體）=7525

10、。表1  由表1可知，以AN作為硬單體的膠粘劑，其拉伸強(qiáng)度最高、耐水性最佳，但共聚物成膜后膜的透明性不好。以三種物質(zhì)同時(shí)作為硬單體、以BA為軟單體，并且m（BA）m（硬單體）=7525，m（BA）m（MMA）m（AN+St）=75x（25-x），其中m（AN）m（St）=13，則不同硬單體配比對(duì)膠粘劑性能的影響如圖2所示。圖2    由圖2可知，當(dāng)共聚單體配比為m（BA）m（MMA）m（AN+St）=751510其中m（AN）m（St）=13時(shí)，膠粘劑的粘接強(qiáng)度和耐水性最好，并且共聚物成膜后不發(fā)黃。    

11、; 2.3功能單體AA用量對(duì)膠粘劑性能的影響在制備丙烯酸酯乳液膠粘劑時(shí)，通常將帶有極性基團(tuán)的功能單體與丙烯酸酯單體進(jìn)行共聚反應(yīng)，可以制得側(cè)鏈帶有極性基團(tuán)的共聚物；極性基團(tuán)的引入可以改善聚合物的粘接強(qiáng)度。本文選用BA、MMA為軟、硬單體，通過改變功能單體AA的用量來考察膠粘劑性能的變化情況，相關(guān)性能的測(cè)試結(jié)果如圖3所示，其中m（AA）m（BA）m（MMA）=x7525。圖3 由圖3可知，隨著AA用量的增加，膠粘劑的剪切強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度均出現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)。這是因?yàn)榧尤階A后，形成的氫鍵使分子間的作用力增強(qiáng)，從而提高了膠粘劑分子的內(nèi)聚力，粘接性能得到改善；但是，當(dāng)AA用量過大時(shí)，

12、聚合物分子中引入的羧基過多，就容易與pH調(diào)節(jié)劑NaOH生成親水的-COONa，從而使膠粘劑的粘接強(qiáng)度和耐水性下降。因此，AA用量不易過多，當(dāng)w（AA）=2份時(shí)，膠粘劑的粘接強(qiáng)度和耐水性都比較理想。     2.4固化溫度對(duì)膠粘劑粘接強(qiáng)度的影響 圖4    圖4為不同固化溫度時(shí)硬單體配比與膠粘劑強(qiáng)度的關(guān)系，其中m（BA）m（MMA）m（AN+St）=75x（25-x），m（AN）m（St）=13。由圖4可知，固化溫度對(duì)膠粘劑的粘接強(qiáng)度影響很大；當(dāng)固化溫度為100時(shí)，膠粘劑的剪切強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度均比固化溫度為65時(shí)高。這

13、是因?yàn)樗阅z粘劑中水分的揮發(fā)速率較慢（相對(duì)于溶劑型膠粘劑而言），若固化溫度太低，則水分揮發(fā)會(huì)不完全，從而影響膠粘劑的粘接強(qiáng)度。因此，固化溫度選擇100時(shí)較適宜。3結(jié)論     （1）當(dāng)軟單體為BA、硬單體為MMA且m（BA）m（MMA）=6535時(shí)，制備的丙烯酸酯乳液膠粘劑的粘接強(qiáng)度最高。     （2）同時(shí)選擇MMA、St和AN作為硬單體，并且當(dāng)m（BA）m（MMA）m（AN+St）=751510其中m（AN）m（St）=13時(shí)，可制得粘接強(qiáng)度高且吸水率較低的丙烯酸酯乳液膠粘劑。   

14、0; （3）功能單體AA的用量不宜過多，否則會(huì)影響膠粘劑的耐水性；當(dāng)w（AA）=23份時(shí)較適宜。     （4）固化溫度直接影響著丙烯酸酯乳液膠粘劑的粘接效果，當(dāng)固化溫度為100時(shí)粘按效果較好。     參考文獻(xiàn)     1曹同玉，劉慶普，胡金生.聚合物乳液合成原理性能及應(yīng)用M.2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.     2張軍營.丙烯酸酯膠粘劑M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.    &#

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