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        MDI改性PVAc膠黏劑的性能效果評(píng)價(jià)

        2021-09-07 09:14:32王肖肖王旭東李貴斌張恭發(fā)季國(guó)彬
        遼寧化工 2021年8期
        關(guān)鍵詞:濕態(tài)耐水性膠膜

        王肖肖,王旭東,李貴斌,張恭發(fā),季國(guó)彬

        (沈陽(yáng)愛(ài)克浩博化工有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110122)

        聚醋酸乙烯酯膠黏劑PVAc是應(yīng)用最廣泛的合成樹(shù)脂膠黏劑之一[1],具有價(jià)格低廉、生產(chǎn)容易、使用方便,無(wú)毒無(wú)害等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用在木材、紡織、紙張等多孔性材料的膠合[2]。市場(chǎng)上常見(jiàn)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(qiáng)度會(huì)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(lián)劑,可以加入到PVAc中進(jìn)行改性,提高黏接強(qiáng)度和耐水性,反應(yīng)原理如下:

        本實(shí)驗(yàn)利用交聯(lián)反應(yīng)原理,通過(guò)對(duì)黏度、干濕態(tài)黏接剪切強(qiáng)度、吸水率、接觸角、干燥時(shí)間等方面實(shí)驗(yàn)的綜合考察,確定外交聯(lián)劑MDI對(duì)于改性PVAc的最佳添加比例和工藝。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 藥品及儀器

        醋酸乙烯酯(VAc),工業(yè)級(jí),塞拉尼斯(南京)化工有限公司;聚乙烯醇(PVA),工業(yè)級(jí),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(yè)級(jí),沈陽(yáng)浩博實(shí)業(yè)有限公司;過(guò)氧化氫,工業(yè)級(jí),沈陽(yáng)市民聯(lián)化工有限公司;酒石酸,工業(yè)級(jí),杭州瑞晶生物科技有限公司;消泡劑,工業(yè)級(jí),沈陽(yáng)浩博實(shí)業(yè)有限公司;MDI,工業(yè)級(jí),萬(wàn)華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司。

        TVB-10W/15型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì),日本東機(jī)產(chǎn)業(yè);AL204型分析天平,梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;WHL-25A臺(tái)式電熱恒溫干燥箱,天津市泰斯特儀器有限公司;微機(jī)控制萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī),濟(jì)南中創(chuàng)工業(yè)測(cè)試系統(tǒng)有限公司;OCA-15型接觸角測(cè)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(jì)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(fā)劑過(guò)氧化氫和VAc單體,開(kāi)始聚合,聚合過(guò)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(wǎng)過(guò)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(cè)試及性能評(píng)價(jià)

        黏度:采用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)進(jìn)行測(cè)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(qiáng)度:按照聚乙烯乙酸酯乳液木工膠黏劑的化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(HG/T2727—2010)來(lái)測(cè)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(yàn)溫度為23±2 ℃,40%~60%RH,卸壓后直接進(jìn)行干態(tài)剪切強(qiáng)度測(cè)試。濕態(tài)剪切強(qiáng)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(cè)試。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 MDI加入量與黏度的關(guān)系

        MDI加入量對(duì)黏度的影響如圖1所示。

        圖1 MDI加入量與黏度的關(guān)系

        由圖1可知,隨著MDI用量的增加,PVAc膠黏劑的黏度呈現(xiàn)逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)。這是由于MDI的加入,使MDI的—NCO與PVAc中的—OH發(fā)生交聯(lián),增加了膠黏劑分子間的作用力,導(dǎo)致黏度增加,15~35 Pa·s范圍內(nèi)的黏度是實(shí)際應(yīng)用涂布進(jìn)行黏接的最佳黏度,不會(huì)因?yàn)轲ざ却蠖坎假M(fèi)勁。

        2.2 MDI加入量對(duì)黏接性能的影響

        MDI加入量對(duì)黏接性能的影響,干態(tài)條件下見(jiàn)圖2,濕態(tài)條件下見(jiàn)圖3。

        由圖2可知,隨著MDI用量的增加,膠黏劑干態(tài)的壓縮剪切強(qiáng)度呈增加趨勢(shì),當(dāng)MDI加入量為PVAc量的20%時(shí),剪切強(qiáng)度達(dá)到了9 MPa,比未加入MDI剪切強(qiáng)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(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻宦?lián)結(jié)構(gòu),增強(qiáng)了膠黏劑的內(nèi)聚強(qiáng)度,從而提高了乳液膠黏劑的剪切強(qiáng)度。由圖3可知,濕態(tài)剪切強(qiáng)度隨MDI用量的增加呈增加趨勢(shì),在加入量15%達(dá)到最大1.75 MPa,在加入量20%時(shí),濕態(tài)強(qiáng)度略有下降,這是由于超過(guò)加入量15%,膠膜脆化同時(shí)親水性略有增強(qiáng),水分子滲入量增多,膠黏劑耐水性下降。因此綜合考慮強(qiáng)度和耐水性MDI加入量15%時(shí),能達(dá)到最好的黏接效果。

        圖2 MDI加入量對(duì)黏接性能的影響(干態(tài))

        圖3 MDI加入量對(duì)黏接性能的影響(濕態(tài))

        2.3 MDI加入量對(duì)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(duì)于此PVAc的吸水率及接觸角的影響見(jiàn)圖4和圖5。

        圖4 MDI加入量對(duì)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(fā)生交聯(lián),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(qiáng),在MDI加入量15%時(shí),吸水率最小值(33.1%),對(duì)應(yīng)圖3為濕態(tài)剪切力最大值。同理通過(guò)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(shuō)明耐水性最好。

        圖5 MDI加入量對(duì)接觸角的影響

        2.4 不同溫度下改性PVAc和未改性PVAc的關(guān)系

        MDI加入量15%的改性PVAc和未改性PVAc的溫度與干燥時(shí)間的關(guān)系見(jiàn)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(shí)間短于未改性PVAc膠黏劑的干燥時(shí)間,因此通過(guò)MDI改性的PVAc膠黏劑在實(shí)際黏接生產(chǎn)過(guò)程中,能夠提高生產(chǎn)效率,節(jié)省時(shí)間。

        圖6 溫度與干燥時(shí)間的關(guān)系

        3 結(jié) 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(guò)分析不同比例MDI加入量對(duì)使用黏度范圍、干態(tài)強(qiáng)度、濕態(tài)強(qiáng)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(shí),強(qiáng)度和耐水性達(dá)到了最好的效果,同時(shí)也可提高實(shí)際應(yīng)用效果。

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